Большинство статей о “свойствах силикона” читаются как статья в энциклопедии: кремний-кислородная структура, абзац о гибкости, абзац о термостойкости — и всё. Это не помогает, когда нужно утвердить смету на оснастку или составить спецификацию готового изделия.
Силиконовый каучук — это синтетический эластомер с Si-O-Si основой, работающий в непрерывном режиме в диапазоне температур от −60 °C до +230 °C, доступный с твердостью по Шору А 10–80, обладающий электроизоляционными свойствами до ~25 кВ/мм и химически инертный к большинству полярных сред. Реальные эксплуатационные характеристики ограничены классом состава (HTV против LSR), системой отверждения (пероксид против платины) и сертификацией соответствия.FDA 21 CFR 177.2600, LFGB §30/§31, Класс VI по Фармакопее США, ИСО 10993).
Это справочный документ, который я передаю инженерам и руководителям отделов закупок перед обсуждением оснастки. Он разъясняет, что соответствует каталожным спецификациям, что зависит от марки стали и какие изменения происходят в производстве.
1. Физические свойства
1.1 Плотность и вес
Плотность силикона составляет 1,10–1,25 г/см³, В основном это обусловлено содержанием наполнителя (диоксид кремния, осажденный или осажденный). Более высокое содержание наполнителя повышает прочность на разрыв, но снижает прозрачность и удлинение. Силикон не всплывает.
| Материал | Плотность (г/см³) |
|---|---|
| EPDM | 0,86–0,90 |
| Натуральная резина | 0,91–0,93 |
| Силиконовая резина | 1,10–1,25 |
| ПВХ | 1,20–1,55 |
| Фторсиликон (FVMQ) | 1,40–1,60 |
Это важно для стоимости доставки крупногабаритных деталей (ковриков, листов, облицовочных материалов для печей) и для применений, чувствительных к плавучести. Для получения более подробной информации по каждому материалу см. Силикон против пластика, ПВХ против силикона, и Силикон против резины.
1.2 Цвет и прозрачность
Базовая силиконовая резинка полупрозрачна. Марки, отверждаемые платиной, остаются прозрачными, как вода; марки, отверждаемые пероксидом, имеют тенденцию к желтовато-белому цвету из-за следов остатков катализатора. Пигмент добавляется на стадии измельчения или компаундирования, а не позже.
Стабильность цвета под воздействием УФ-излучения и тепла зависит от выбора пигмента, а не от самого силикона. Детали, окрашенные оксидом железа, меняют оттенок после более чем 1000 часов воздействия внешней среды; пигменты на основе кадмия не соответствуют требованиям RoHS. ДОСТИГАТЬ безоговорочно.
1.3 Твердость (по Шору А)
Силикон марки Shore A чаще всего неправильно заказывают при закупке кремния.
| Берег А | Чувствовать | Типичное использование |
|---|---|---|
| 10–20 | Гелеобразный | Носимые устройства, контактирующие с кожей, протезные вкладыши |
| 20–30 | Мягкий, безопасный для малышей. | Соски-пустышки, прорезыватели для зубов, менструальные чаши |
| 30–50 | Стандартный “мягкий” | Уплотнения, прокладки, шапочки для плавания |
| 50–70 | Твердый | Ручки для лопаток, клавиатуры, формы для выпечки |
| 70–80 | Жесткий | Промышленные уплотнения, конструкционные детали |
Твердость измеряется по ASTM D2240 с выдержкой индентора в 1 секунду. Правила ISO 48-4 дают другие значения. Укажите метод испытания в заказе на поставку, иначе вы получите детали, отличающиеся на 5–8 пунктов по шкале Шора, и у вас не будет возможности исправить ситуацию.
О том, как твердость влияет на герметичность, тактильные ощущения и износостойкость, см. Твердость по Шору А: влияние на тактильные ощущения, герметичность и долговечность. и Почему важна твердость по Шору для кремния?.
2. Механические свойства
2.1 Предел прочности и относительное удлинение
Универсальные силиконовые прокладки прочность на растяжение 4,5–10 МПа и 200–800% удлинение при разрыве В соответствии со стандартами ASTM D412 / ISO 37. Высокопрочные марки стали выдерживают растяжение до 10–12 МПа.
По сравнению с EPDM (15–20 МПа) или натуральным каучуком (20–30 МПа), силикон обладает меньшей механической прочностью. Силикон не выбирают из-за его прочности на растяжение. Его выбирают из-за температурного диапазона, биосовместимости и способности к восстановлению формы.
Когда покупатель спрашивает: “Какой вес может выдержать силикон?”, ответ всегда один и тот же: это зависит от геометрии, а не от самого силикона. Какой вес может выдержать силикон? для геометрической математики.
2.2 Сопротивление разрыву
Прочность на разрыв: 9–55 кН/м Согласно стандарту ASTM D624 Die B, жидкий силиконовый каучук (LSR) рвется чище, чем термотрансферный термопленочный материал (HTV), поскольку платиновый отверждение создает более плотную сетку поперечных связей. Именно поэтому медицинские баллоны, соски для детских пустышек и менструальные чаши почти всегда изготавливаются из LSR.
2.3 Комплект сжатия
Остаточная деформация при сжатии по стандарту ASTM D395 (22 часа при 175 °C) составляет... 5–30%. Чем ниже значение, тем лучше — оно показывает, насколько прокладка не возвращается в исходное положение после длительного сжатия.
Силикон, отверждаемый платиной, достигает температуры 8–151 ТТ3Т. Для марок, отверждаемых пероксидом, температура составляет 20–301 ТТ3Т до вторичной постполимеризации, снижаясь до ~151 ТТ3Т после 4-часовой постполимеризации при 200 °C. За это приходится платить увеличением времени цикла и затратами энергии.
3. Тепловые свойства
3.1 Диапазон рабочих температур
Ответ из каталога: −60 °C до +230 °C непрерывно. Стратегирующаяся оксидом железа марка стали обладать повышенной кратковременной устойчивостью к температурам до 300 °C.
Ответ с заводского конвейера: силикон не разрушается катастрофически при достижении верхнего предела — он затвердевает, теряет эластичность и покрывается трещинами. Если постоянно нагревать силиконовый коврик при температуре 230 °C, остаточная деформация увеличивается через 6–8 недель. Жалобы клиентов появляются через 3 месяца, а не в первый день использования.
Описание процесса разложения см. в соответствующем разделе. Температура плавления силикона Marvel — Силикон не плавится; он разлагается обратно на неорганический диоксид кремния примерно при 350–400 °C.
3.2 Теплопроводность
0,18–0,30 Вт/м·К для неармированного силикона. Теплопроводящие марки (с добавлением нитрида бора, оксида алюминия или оксида цинка) достигают 1,5–3,0 Вт/м·К — используются в зазорах светодиодов и в качестве теплопроводящих материалов для аккумуляторных батарей электромобилей.
Обычный силикон — это теплоизолятор, сравнимый с деревом. Именно поэтому силиконовая прихватка для духовки работает, и именно поэтому нельзя использовать неармированный силикон в качестве радиатора. Подробности в Теплопроводность силикона.
3.3 Воспламеняемость
Стандартный силикон содержит UL94 V-1 Класс огнестойкости. Огнестойкие компаунды с платиновыми или гидратными наполнителями достигают класса V-0. При горении силикона образуется непроводящая кремнеземная зола, поэтому силиконовые оболочки кабелей используются в аварийных цепях высотных зданий и в морской проводке. См. Силикон горюч?.
4. Электрические свойства
Силикон — один из немногих эластомеров, сохраняющих диэлектрические свойства во всем диапазоне рабочих температур.
| Свойство | Типичный диапазон | Метод тестирования |
|---|---|---|
| Объемное удельное сопротивление | 10¹⁴–10¹⁶ Ом·см | ASTM D257 |
| Диэлектрическая прочность | 17–25 кВ/мм | ASTM D149 |
| Диэлектрическая постоянная (1 МГц) | 2,8–3,5 | ASTM D150 |
| Устойчивость к дуге | >120 сек | ASTM D495 |
Практическая информация: ПВХ-изоляция размягчается при температуре выше 90 °C, в то время как силикон сохраняет диэлектрическую прочность до 200 °C и выше. Для выбора оптимального соотношения толщины и напряжения см. Диэлектрическая прочность и номинальные характеристики силиконовых листов и Варианты толщины электроизоляционного слоя силиконовых листов.
Проводящий силикон с добавлением углерода или серебра полностью меняет этот диапазон — удельное сопротивление поверхности падает до 10⁰–10² Ом/кв. Это другой материал; см. Проводящие и непроводящие силиконовые клавиатуры.
5. Химические свойства
5.1 Инертность и сопротивление
Силикон химически устойчив к:
- Разбавленные кислоты и щелочи
- Полярные растворители (вода, спирты, глицерин)
- Кислород и озон — необычные вещества для эластомеров.
- Большинство пищевых продуктов и биологических жидкостей
Силикон набухает или разрушается в:
- Неполярные растворители (бензин, толуол, минеральные масла) — 20–60% объемное набухание
- Концентрированные кислоты (HCl, H₂SO₄)
- Насыщенный пар при температуре выше 150 °C для длительной выдержки (гидролиз основной цепи Si-O).
Разбухание от кратковременного воздействия растворителя обратимо. Длительный контакт с маслом разрушает силиконовые уплотнители в моторных отсеках автомобилей — в таких случаях следует использовать фторсиликон (FVMQ). Ссылка: Свойства химической стойкости силиконовых полосок.
5.2 Гидрофобность
Угол смачивания поверхности воды: 100–110°. Силикон отталкивает воду без покрытия, поэтому он является стандартным разделительным агентом для бетонных опалубок, и именно поэтому силиконовые прокладки обеспечивают герметизацию без добавления герметика.
5.3 Выветривание — УФ-излучение, озон, окисление
Силикон удерживает 80–90% механических свойств после 5 лет эксплуатации на открытом воздухе воздействие в условиях ускоренного ASTM G155 Испытание ксеноновой дугой. Натуральный каучук заметно трескается через 6–12 месяцев эксплуатации на открытом воздухе.
Это не обеспечивает полной защиты. Черный силикон с добавлением сажи сохраняет свои свойства лучше, чем цветные аналоги; прозрачный силикон заметно желтеет через 18–24 месяца под прямыми солнечными лучами. См. Устойчив ли силикон к УФ-излучению? и Силиконовые полоски устойчивы к УФ-излучению и атмосферным воздействиям..
Долгосрочный процесс разложения отходов на свалках составляет от 50 до 500 лет. См. Сколько времени требуется силикону для разложения?.
6. Биологические свойства и соответствие нормативным требованиям
Именно здесь чаще всего возникают ошибки в технических характеристиках. “Пищевой класс” и “медицинский класс” — это не взаимозаменяемые понятия, а “безопасный для силикона” не является нормативным термином.
| Уровень соответствия | Стандартный | Типичное использование | надбавка к стоимости |
|---|---|---|---|
| Промышленный | Не требуется | Уплотнения, прокладки, коврики | исходный уровень |
| Контакт с пищевыми продуктами (США) | FDA 21 CFR 177.2600 | Формы для выпечки, контейнеры для хранения продуктов. | +5–10% |
| Контакт с пищевыми продуктами (ЕС) | LFGB §30 / §31 | Импортная из ЕС посуда для выпечки, детские бутылочки | +20–30% |
| Контакт с кожей | ISO 10993-5, -10 | Носимые устройства, протезы | +25–40% |
| Медицинский имплантат | Класс защиты USP VI, полная панель ISO 10993 | Катетеры, имплантаты | +50–200% |
Маркировка “медицинский” не означает автоматически, что он безопасен для пищевых продуктов — используются разные растворители для миграции, разные тесты на выщелачивание. См. Пищевой силикон против медицинского силикона и Пищевой силикон.
Для изделий, контактирующих с кожей или биологическими жидкостями, биосовместимость необходимо повторно проверять на готовом изделии, а не только на исходном материале. Пигменты, разделительные составы и обращение с отвержденным материалом после полимеризации — все это нарушает требования соответствия. Ссылка: Действительно ли силикон биосовместим для медицинского применения? и Методы тестирования биосовместимости устройств, контактирующих с кожей (ISO 10993).
Силикон также не вызывает аллергических реакций у большинства пользователей — см. Является ли силикон гипоаллергенным?.
7. Как изменяются свойства в зависимости от системы отверждения и сорта.
Два решения, касающиеся рецептуры, определяют приблизительно 801 тонну производственных габаритов до начала резки стали инструментом:
| Переменная | HTV (твердый силикон) | LSR (жидкий силикон) |
|---|---|---|
| Стандартная система лечения | Перекись водорода (платина по желанию) | Только для платиновых |
| Диапазон твердости | 20–80 Берег А | 5–70 Берег А |
| Прочность на разрыв | Ниже | Выше |
| Сжатие | 15–25% (после пост-отверждения) | 8–15% |
| Достижимый допуск | ±0,05–0,10 мм | ±0,02–0,05 мм |
| стоимость оснастки | Низкий | Высокий (холодный бегун) |
| Время цикла | 3–8 мин | 30–90 сек |
| Лучший вариант | Малый/средний объем, простая геометрия | Крупносерийное производство, медицинское оборудование, детские товары, микрокомпоненты |
Если в заказе на поставку не указана система отверждения, по умолчанию используется перекись водорода — она дешевле, но оставляет остаточные продукты отверждения, которые влияют на вкус, запах и стабильность цвета. Для любых изделий, контактирующих с кожей, детских или медицинских изделий, требуется предварительная оплата. платиновый отверждение в письменном виде. Видеть LSR против термотрансферной силиконовой резины, Отверждение и вулканизация в силиконе, и Вулканизация силикона: ошибки инженеров.
8. Быстрый поиск — Все объекты недвижимости с первого взгляда
| Свойство | Типичный диапазон | Стандарт тестирования |
|---|---|---|
| Плотность | 1,10–1,25 г/см³ | ASTM D792 |
| Твердость по Шору А | 10–80 | ASTM D2240 |
| Предел прочности | 4,5–12 МПа | ASTM D412 |
| Удлинение при разрыве | 200–800% | ASTM D412 |
| Прочность на разрыв | 9–55 кН/м | Штамп ASTM D624 B |
| Сжатие | 8–30% | ASTM D395 |
| Рабочая температура | от −60 до +230 °C | — |
| Теплопроводность | 0,18–0,30 Вт/м·К | ASTM C177 |
| Диэлектрическая прочность | 17–25 кВ/мм | ASTM D149 |
| Объемное удельное сопротивление | 10¹⁴–10¹⁶ Ом·см | ASTM D257 |
| Огнестойкость | UL94 V-1 (V-0 с огнестойкой добавкой) | UL94 |
| Угол смачивания водой | 100–110° | — |
Сравнительная диаграмма свойств силикона, EPDM, натурального каучука, ПВХ и фторсиликона по таким параметрам, как твердость, температурный диапазон, диэлектрические свойства, химическая стойкость и стоимость.
Часто задаваемые вопросы
Токсичен ли силикон?
Нет. Затвердевший силикон химически инертен и сертифицирован для контакта с пищевыми продуктами и медицинскими изделиями в соответствии с FDA 21 CFR 177.2600, LFGB §30/§31 и ISO 10993 при условии правильного компаундирования и последующей полимеризации. Незатвердевший силикон и продукты перекисного отверждения не должны вдыхаться в мастерской.
Плавится ли силикон?
Нет. Силикон не имеет температуры плавления. При температуре выше ~350 °C он разлагается на диоксид кремния (SiO₂), представляющий собой мелкую белую золу. Именно поэтому силикон можно использовать в огнестойкой проводке и высокотемпературных прокладках.
В чём разница между силиконом и кремнием?
Кремний — это элемент (Si). Силикон — это полимер с Si-O-Si-основой и метильными или винильными боковыми группами. См. Кремний против силикона.
Как долго служит силикон?
В помещении срок службы составляет более 20 лет, на открытом воздухе под прямыми ультрафиолетовыми лучами — от 5 до 10 лет в зависимости от типа грунта. Время разложения на свалках составляет от 50 до 500 лет.
Что не охватывает этот раздел
Это справочная информация по объекту недвижимости, а не руководство по поиску поставщиков. Прежде чем считать любое число выше фиксированным, следует ознакомиться с тремя основными моментами:
- Номера свойств зависят от состава продукта. Диапазон технических характеристик может отличаться на ±20% в зависимости от марки стали, содержания наполнителя и системы вулканизации. Всегда запрашивайте у поставщика фактический техническое описание (TDS) для конкретной указанной марки стали.
- Метод тестирования важнее, чем число. Измерения твердости по Шору А 50 при выдержке в 1 секунду отличаются от измерений при выдержке в 15 секунд. Значения, полученные по стандартам ASTM D2240 и ISO 48-4, будут различаться для одной и той же детали. Зафиксируйте метод измерения в технической документации.
- Срок действия документации, подтверждающей соответствие требованиям, истекает. Сертификаты испытаний FDA, LFGB и USP действительны для конкретной партии сырья, а не для готовой детали бессрочно. Повторное тестирование необходимо проводить при изменении марки сырья, смене поставщика или изменении пигмента.
Прежде чем отправлять запрос на какой-либо завод по производству силикона, определитесь с пятью основными параметрами:
- Температура непрерывной работы (а не пиковая)
- Цель Shore A с заявленным методом испытаний
- Область соответствия — какой стандарт, какой способ связи
- Система отверждения — платина или пероксид
- Класс допуска — потребительский, промышленный или медицинский
Без этих пяти пунктов любая полученная вами смета будет лишь предположением, а любая строка в налоговом вычете (TDS) не подлежит проверке.
Этот раздел расположен рядом с более широким справочником. Если вы хотите получить полную картину — что такое силикон на химическом уровне, как он производится и какое место занимает в семействе эластомеров — прочтите... Полное руководство по силиконовым материалам. Используйте это в качестве контекста для исходного кода; используйте эту страницу для поиска свойств.
