Silikon ve poliüretan karşılaştırması, tek bir evrensel kazananı olan bir yarışma değildir. Seçim, yüke, sıcaklığa, ortama, kullanım ömrüne ve üretim yöntemine bağlıdır. Aşırı sıcaklık değişimleri, UV ışınlarına maruz kalma ve uzun süreli sızdırmazlık için silikonu tercih edin. Aşınmaya, yük taşımaya, darbelere ve geniş sertlik seçeneklerine sahip olması için poliüretanı tercih edin.
Bu basit kural, birçok erken hatayı önler. Ancak bu, nihai malzeme spesifikasyonu için yeterli değildir. Bir tekerlek, statik conta, tıbbi vana, dolgu macunu ve inşaat sızdırmazlık malzemesi bu polimerlerden birini kullanabilir, ancak malzemeden aynı işi yapmasını beklemezler.
Yönetici Özeti
- Isı, soğuk, UV ışınları, ozon veya uzun süreli sıkıştırma sonrası toparlanma gibi faktörlerin kullanım ömrünü etkilediği durumlarda silikon genellikle daha güvenli bir seçimdir.
- Poliüretan genellikle aşınmaya, darbeye, tekrarlanan temasa ve yüksek mekanik yüklere karşı daha dayanıklıdır.
- Herhangi bir malzeme ailesini genel bir karşılaştırma tablosundan onaylamayın. Gerçek kaliteleri aynı test yöntemi, sıcaklık, numune geometrisi ve şartlandırma koşullarını kullanarak karşılaştırın.
Silikon ve Poliüretan Karşılaştırması (Bir Bakışta)
| Karar faktörü | Silikon elastomer | Poliüretan elastomer |
|---|---|---|
| Polimer yapısı | Organik yan gruplara sahip inorganik silikon-oksijen omurgası | Polioller ve izosiyanatlardan oluşan organik polimer |
| Tipik güç | Sıcaklık kararlılığı, hava koşullarına dayanıklılık, elektrik yalıtımı, basınç geri kazanımı | Aşınma direnci, yırtılma dayanımı, çekme dayanımı, darbe emilimi |
| Tipik zayıflık | Daha düşük aşınma direnci ve daha yüksek hammadde maliyeti | Isıya, UV ışınlarına, hidrolize ve formülasyon kimyasına karşı daha hassas. |
| Sertlik aralığı | Çok yumuşaktan sert kauçuğa kadar çeşitli kalıplanmış kauçuk türleri mevcuttur. | Esnek köpük ve yumuşak elastomerden sert sistemlere kadar çok geniş bir yelpaze. |
| Dış mekan maruziyeti | Genellikle UV ışınlarına ve ozona karşı güçlüdür. | Aromatik veya alifatik kimyaya ve stabilizatör paketine büyük ölçüde bağlıdır. |
| Islak servis | Düşük su emme kapasitesi, ancak bağ tasarımı yine de önemlidir. | Polieter türleri genellikle polyester türlerine göre hidrolize daha iyi direnç gösterir. |
| İşleme | HCR sıkıştırma/transfer kalıplama, LSR enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon, kaplama | Dökme elastomer, RIM, köpük, kaplama, yapıştırıcı, TPU enjeksiyon kalıplama veya ekstrüzyon |
| Maliyet yönlendirmesi | Genellikle daha yüksek malzeme maliyeti | Genellikle daha düşük olsa da, takım maliyeti, hurda, ikincil işlemler ve kullanım ömrü bu karşılaştırmayı tersine çevirebilir. |
Bunlar malzeme ailesine özgü eğilimlerdir. Garanti edilmiş değerler değillerdir. Dolgulu, yüksek kıvamlı silikon kauçuk ile dökme polyester poliüretan, her biri kendi polimer ailesinin tamamını temsil ediyormuş gibi karşılaştırılmamalıdır.
Silikonu Ne Zaman Tercih Etmelisiniz?
Uygulama termal döngü, dış mekan hava koşullarına maruz kalma, düşük sıcaklık esnekliği veya uzun süreli sızdırmazlık kuvveti ile kontrol ediliyorsa silikon tercih edin.
Aşırı sıcaklık değişimleri ve ısı döngüsü
Birçok genel amaçlı silikon elastomer, -45°C ila 200°C civarında uzun süreli kullanım için belirtilirken, bazı kalitelerin daha dar veya daha geniş limitleri olabilir. Dow, bir SYLGARD silikon elastomeri için -45°C ila 200°C'yi uzun vadeli kullanışlı bir aralık olarak listeliyor ve limitlere yakın yerlerde parça düzeyinde doğrulamanın hala gerekli olduğu konusunda uyarıyor. Rogers, BISCO hücresel silikon serisi için -55°C ila 200°C aralığını listeliyor.
Önemli olan, broşürde yazılı olan en yüksek sıcaklık değil. Önemli olan, parça sıkıştırılmış, gerilmiş veya sıvıya maruz kalmış haldeyken yüzlerce ısı döngüsünden sonra ne olduğudur. Sertlik, uzama, sıkıştırma kalıcı deformasyonu, yapışma ve elektriksel özellikler aynı oranda yaşlanmayabilir.
Poliüretan ısıya dayanıklıdır, ancak kullanılabilir aralığı kimyasal bileşimine göre büyük ölçüde değişir. Amerikan Kimya Konseyi, bazı poliüretan ürünlerinin alevsiz termal bozunmasının 150-180°C civarında başlayabileceğini belirtmektedir. Bu bir bozunma uyarısıdır, önerilen bir çalışma aralığı değildir. Belirli bir poliüretan sınıfı için sürekli kullanım limitleri normalde çok daha düşüktür ve teknik veri sayfasından alınmalıdır.
UV ışınları, ozon ve dış mekan hava koşullarına maruz kalma
Silikon, genellikle açıkta kalan contalar, aydınlatma bileşenleri, dış mekan kaplamaları ve cam derzleri için daha düşük riskli bir seçenektir. Silikon-oksijen omurgası, UV ışınlarına ve ozona karşı güçlü direnç sağlar. Dow, yapısal silikon mastiklerin UV radyasyonuna, ısıya, neme, ozona ve aşırı sıcaklıklara dayanıklı olduğunu belirtmektedir.
Poliüretan için daha spesifik bir soru sormak gerekiyor: Sistem aromatik mi yoksa alifatik mi ve hangi stabilizatörler veya kaplamalar onu koruyor? Aromatik poliüretan UV ışınları altında renk değiştirebilir. Renk değişimi her zaman anında mekanik arıza anlamına gelmez, ancak görünür bileşenler için önemlidir ve yüzey yaşlanmasının bir göstergesi olabilir. Alifatik sistemler, genellikle daha yüksek bir formülasyon maliyetiyle renk stabilitesini artırır.
Ekipler, ilk çekme dayanımı verileri kabul edilebilir göründüğü için hava koşullarına bağlı aşınmayı genellikle hafife alırlar. Gerçek fark, aylar süren güneş ışığı, nem ve termal hareketten sonra ortaya çıkar. Siyah bir endüstriyel silindir ve beyaz bir dış mekan contası aynı kabul kriterlerine sahip değildir.
Uzun süreli sızdırmazlık ve sıkıştırma geri kazanımı
Isıya maruz kalan statik contalar için silikon, genellikle genel amaçlı poliüretandan daha iyi sızdırmazlık kuvvetini korur. Düşük sıkıştırma kalıcı deformasyonu önemlidir çünkü bir conta sağlam görünse bile temas basıncını kaybedebilir.
Sıkıştırma kalıcı deformasyon değerleri kolayca yanlış kullanılabilir. Katı kauçuk için ASTM D395 ve hücresel malzemeler için ASTM D3574 farklı numuneler ve prosedürler kullanır. Sıcaklık, sıkıştırma yüzdesi, geri kazanım süresi ve numune kalınlığı sonucu değiştirir. Değerleri yalnızca test koşulları eşleştiğinde karşılaştırın.
Bir kabin contası veya pil muhafazası için, sadece ilk sıkıştırma kuvvetini değil, daha fazlasını kontrol ederiz. Ayrıca boşluk toleransını, hedef sıkıştırmayı, kuvvet gevşemesini, kapatma yükünü ve eskime sonrası toparlanmayı da kontrol ederiz. Yumuşak bir contanın aşırı sıkıştırılması, malzemenin kendisi uygun olsa bile kullanım ömrünü kısaltabilir.
Temizlik, biyouyumluluk ve gıda ile temas uygulamaları
Silikon yaygın olarak şu amaçlarla kullanılır: bebek ürünleri, Mutfak eşyaları, tıbbi bileşenler, borular ve vanalar gibi alanlarda uygun kalitelerde silikon kullanılır çünkü bu kaliteler ısıya dayanıklılık, esneklik ve temiz kalıplama özelliklerini bir arada sunar. Ancak bu, her silikon kalitesinin aynı olmadığı anlamına gelmez. gıda güvenli veya tıbbi sınıf.
Uygunluk, tam bileşim ve nihai parça test kapsamına aittir. FDA 21 CFR 177.2600, LFGB tavsiyeleri, USP Sınıf VI ve ISO 10993 farklı sorulara cevap vermektedir. Pigmentler, kürleme sonrası koşullar, kalıp ayırıcı maddeler, yapıştırıcılar ve baskı, nihai parçayı değiştirebilir. Malzemeyi onaylamadan önce bileşim beyanını ve ilgili test raporunu isteyin.
Poliüretanı Ne Zaman Tercih Etmelisiniz?
Parça kayma aşınmasına, yuvarlanma temasına, darbeye, yüksek yüke maruz kaldığında veya silikonun verimli bir şekilde sağlayamadığı bir sertlik seviyesine ihtiyaç duyduğunda poliüretan tercih edin.
Aşınmaya, kesilmeye ve yırtılmaya karşı dayanıklı.
Poliüretan genellikle tekerlekler, silindirler, kazıyıcılar, tahrik bileşenleri, koruyucu pedler, madencilik parçaları ve malzeme taşıma bileşenleri için daha güçlü bir adaydır. Amerikan Kimya Konseyi, poliüretan elastomerlerin aşınma, darbe, kesikler, yırtılmalar, yağlar ve çözücülere karşı dayanıklılık gibi özelliklere sahip olduğunu belirtmektedir. BASF ayrıca, yük taşıma kapasitesi ve aşınma direncinin performansı belirlediği endüstriyel tekerlekler için de poliüretanı konumlandırmaktadır.
Bu avantaj teorik değildir. Tekrarlanan temaslarda, silikon yüzey bir kenarından cilalanabilir, çizilebilir veya yırtılabilirken, poliüretan kısım yük taşımaya devam eder. Arıza genellikle standart bir çekme numunesinin ortasında değil, bir giriş noktasında, keskin bir köşede, yapıştırılmış arayüzde veya yerel gerilim yoğunlaşmasında başlar.
Aşınma direncini DIN 53516 veya ASTM D5963 gibi bir test yöntemiyle belirtin. "Mükemmel aşınma direnci" gibi bir ifade, tedarikçi karşılaştırması için yeterli değildir.
Yük taşıma ve darbe davranışı
Poliüretan, yüksek çekme dayanımı, yırtılma dayanımı ve yük taşıma kapasitesine sahip olacak şekilde formüle edilebilirken aynı zamanda esnekliğini de korur. Bu özelliği sayesinde tamponlar, amortisörler, tekerlekler, bağlantı elemanları ve koruyucu parçalar için kullanışlıdır.
Sadece sertlik bu davranışı açıklamaz. Shore A 80 sertliğindeki iki malzeme farklı modül, geri tepme, histerezis, yırtılma mukavemeti ve ısı birikimine sahip olabilir. Dinamik bir tekerlek için yük, hız, çalışma döngüsü, göbek tasarımı, çalışma sıcaklığı ve kabul edilebilir düz nokta davranışı gereklidir. Daha sert bir bileşik yük kapasitesini artırabilir ancak daha fazla titreşim iletebilir ve farklı iç ısı üretebilir.
Geniş sertlik ve işleme seçenekleri
Poliüretan, dökme elastomerleri, esnek ve sert köpükleri, kaplamaları, yapıştırıcıları, sızdırmazlık malzemelerini ve termoplastik poliüretanı kapsar. Bu geniş yelpaze, mühendislerin sertlik, yoğunluk, geri tepme, sönümleme ve işleme yolunu standart bir silikon kauçuk programına göre daha geniş bir şekilde ayarlamasına olanak tanır.
Buradaki dezavantaj, formülasyon hassasiyetidir. "Poliüretan" tek bir malzeme değildir. Polyester, polieter ve polikarbonat yumuşak segmentleri farklı davranır. İzosiyanat kimyası ayrıca UV stabilitesini, mekanik davranışı ve işlemeyi de etkiler. Sadece Shore sertliğini sabit tutan bir tedarikçi değişikliği bile kullanım ömrünü değiştirebilir.
Boyanabilirlik ve yapışma
Boyama gerektiren yapı derzleri ve montajları için poliüretan mastik genellikle daha kolay entegre edilir. Birçok silikon yüzeyin boyanması zordur ve bağ kurmak zor Plazma işlemi, astar veya silikona özgü yapıştırıcı kullanılmadan.
Bunu "poliüretan daha iyi yapışır" şeklinde genelleştirmeyin. Yapışma, alt tabakaya, yüzey enerjisine, kirliliğe, astara, derz hareketine, kürlenme durumuna ve yapıştırıcı kimyasına bağlıdır. Cam, anotlanmış alüminyum, boyalı metal, ABS, naylon ve işlenmemiş polipropilen farklı doğrulama gerektirir.
Isı, su ve kimyasallar kararı nasıl değiştirir?
Doğru cevap, maruz kalma süresine, konsantrasyona, sıcaklığa ve mekanik gerilime bağlıdır. Oda sıcaklığında yapılan kısa bir silme testi, 80°C'de sürekli daldırma işleminin sonuçlarını öngörmez.
Su ve hidroliz
Silikon düşük su emme özelliğine sahiptir ve genellikle nemli veya ıslak ortamlarda iyi performans gösterir. Poliüretan performansı, yumuşak segment kimyasına büyük ölçüde bağlıdır. Polieter poliüretan genellikle polyester poliüretandan daha iyi hidroliz direncine sahiptir. Polyester türleri güçlü mekanik ve yağ direnci özellikleri sağlayabilir, ancak uzun süreli sıcak su veya yüksek nem maruziyetinde mukavemetini kaybedebilir.
Bu durum sıklıkla gözden kaçırılır çünkü her iki kalite de kısa süreli oda sıcaklığında bekletmeye dayanabilir. Hidroliz ısı ile hızlanır. Islak ortamlarda kullanılan poliüretan parçalar için, üzerinde anlaşılan bir yaşlandırma koşulundan sonra çekme dayanımı, uzama dayanımı, sertlik değişimi ve boyutsal değişim özelliklerini isteyin.
Yağlar, yakıtlar, çözücüler, asitler ve alkaliler
Polimer ailelerinden hiçbiri her konuda üstünlük sağlayamıyor. kimyasal maruziyet. Silikon bazı yakıtlar, yağlar ve polar olmayan çözücülerde şişebilir. Poliüretan yağlara ve aşınmaya karşı iyi direnç gösterebilir, ancak konsantre asitler veya alkali çözeltiler bazı çeşitlerine zarar verebilir. BASF, poliüretanın kimyasal direncinin maruz kalma süresi, sıcaklık, konsantrasyon ve kimyasal türüne bağlı olarak değiştiğini ve bozulmanın şişme ve moleküler zincir kırılmasını takip edebileceğini belirtmektedir.
ASTM D471 veya ilgili bir uygulama standardına dayalı bir daldırma testi kullanın. Hacim değişimini, kütle değişimini, sertliği, çekme dayanımını ve görsel durumu kaydedin. Sadece baz polimeri değil, renkli bileşiğin kendisini test edin.
Kalıplanmış parçalar için hangi malzeme daha iyidir?
Parça geometrisi ve hacmi, özellik tablosundan önce üretim yolunu belirleyebilir.
Silikon kalıplama yolları
Yüksek kıvamlı silikon kauçuk Bileşime ve geometriye bağlı olarak sıkıştırma kalıplama, transfer kalıplama, ekstrüzyon veya enjeksiyon kalıplama yöntemleriyle üretilebilir. Sıvı silikon kauçuk, iki bileşenli bir ölçüm sistemi, soğuk yolluk ve ısıtmalı bir kalıp kullanır. LSR, yüksek hacimli parçalar, ince kesitler, otomatik kalıptan çıkarma ve kalıp üstü kaplama için, alet ve alt tabaka buna uygun şekilde tasarlandığında iyi sonuç verir.
Silikon kalıplama Ayırma hattında ve havalandırma deliklerinde çapak kontrolü yapılmalıdır. Düşük viskoziteli LSR çok küçük boşluklara girebilir. Bu nedenle, takım uyumu, vakum, enjeksiyon basıncı ve sıkıştırma stabilitesi, genel bir malzeme karşılaştırmasının önerdiğinden daha fazla çapağı etkiler.
Poliüretan kalıplama yolları
Dökme poliüretan, düşük ila orta hacimli, kalın kesitli, silindir, tekerlek ve büyük elastomerik parçalar için kullanışlıdır. Reaksiyon enjeksiyon kalıplama, daha büyük parçaları ve karmaşık şekilleri destekler. TPU, termoplastik ekipmanlarla enjeksiyon kalıplama veya ekstrüzyon yöntemiyle üretilebilir.
Nem kontrolü birçok poliüretan sistem için kritik öneme sahiptir. Polioller, prepolimerler, dolgu maddeleri, kalıplar ve ortam havası su içerebilir. Su, izosiyanat ile reaksiyona girerek karbondioksit, kabarcıklar, boşluklar veya tutarsız özellikler oluşturabilir. Bu nedenle kurutma, karışım oranı, gaz giderme, kalıp sıcaklığı ve son kürleme, proses spesifikasyonunda yer almalıdır.
Silikon, poliüretandan daha mı pahalı?
Silikon genellikle daha yüksek malzeme fiyatına sahiptir, ancak parça fiyatı yalnızca polimer ailesine bakarak tahmin edilemez.
| Maliyet faktörü | Silikon etkisi | Poliüretan darbe |
|---|---|---|
| Hammadde | Genellikle daha yüksek | Genellikle daha düşük, kimyasal bileşime bağlı olarak büyük farklılıklar gösterir. |
| Takımlama | LSR flaşını kontrol etmek için hassas aletler gerekebilir. | Döküm kalıplama düşük hacimlerde ekonomik olabilir; TPU enjeksiyon kalıplama ise plastiklere benzer olabilir. |
| Döngü ve tedavi | LSR hızlı otomatik döngüleri destekleyebilir; HCR ise ikincil bir son kürleme gerektirebilir. | Döküm sistemleri kontrollü kürleme ve son kürleme gerektirebilir; TPU ise termoplastik döngülerde çalışabilir. |
| Hurdaya ayırma ve yeniden işleme | Termoset silikon yeniden eritilemez. | Termoset poliüretan yeniden eritilemez; TPU artıkları, kalite sınırlarına tabi olmak kaydıyla geri dönüştürülebilir. |
| İkincil işlemler | Plazma, astar veya özel yapıştırıcı gerekebilir. | Yüzey işlemi veya astar yine de gerekebilir; boyanabilirlik, ikincil karmaşıklığı azaltabilir. |
| Hizmet ömrü | Sıcak, dış mekan veya uzun süreli sızdırmazlık uygulamalarında fiyat avantajı sağlayabilir. | Aşındırıcı, darbeli veya yüksek yük uygulamalarında fiyat avantajı sağlayabilir. |
Doğru karşılaştırma, gerekli kullanım ömrü boyunca toplam parça maliyeti üzerinden yapılmalıdır. Sızdırmazlık özelliğini erken kaybeden daha ucuz bir conta aslında daha ucuz değildir. Aşındırıcı temasta hızla aşınan yüksek kaliteli bir silikon rulo da iyi bir satın alma değildir.
Silikon ve Poliüretan Seçimi İçin Pratik Bir Yöntem
İlk kabul edilemez hataya neden olacak uygulama sınırını kullanın.
- Sürekli ve en yüksek sıcaklığı, çevrim sayısını ve bekleme süresini de içerecek şekilde tanımlayın.
- Statik yükü, dinamik yükü, sıkıştırmayı, kayma hızını ve darbe frekansını kaydedin.
- Sıvıları konsantrasyon, sıcaklık ve maruz kalma süresiyle birlikte listeleyin.
- Dış mekan maruziyeti, UV ışınları, ozon, nem ve istenen görünümü tanımlayın.
- Sıkıştırma kalıcı deformasyonu, aşınma kaybı, çekme dayanımı, sertlik değişimi, şişme ve renk değişimi için ölçülebilir kabul edilebilir sınırlar belirleyin.
- Test yöntemini arıza moduyla eşleştirdikten sonra malzeme ailesini ve kalitesini seçin.
- Üretim sürecinden elde edilen kalıplanmış parçaların doğruluğunu teyit edin. Plakalar ve tedarikçi veri sayfaları, giriş noktalarını, kaynak alanlarını, örgü hatlarını, yapıştırılmış ek parçaları veya üretim varyasyonlarını kaydetmez.
Fiyat teklifi verilmeden önce hangi bilgilere ihtiyaç duyulmaktadır?
Faydalı bir malzeme önerisi için, çizimi, yıllık hacmi, sertlik hedefini, sıcaklık aralığını, yük koşulunu, kimyasal maruziyeti, gerekli ömrü, rengi, uyumluluk kapsamını ve mevcut arıza modunu gönderin. Mevcut bir parça değiştiriliyorsa, malzeme sınıfını ve test raporlarını da ekleyin.
Silikon, ısıya, hava koşullarına ve uzun süreli sızdırmazlığa karşı daha güçlü bir malzemedir. Poliüretan ise aşınmaya, darbeye ve yüke karşı daha güçlü bir malzemedir. Nihai karar, polimerin adına değil, kalitesine, geometrisine, işlemine ve doğrulama koşullarına bağlıdır.
