Yếu tố nào quyết định sản phẩm silicon có cảm giác mềm mại và co giãn hay cứng và chắc?
Câu trả lời nằm ở độ cứng Shore. Đây là cách tiêu chuẩn để đo độ cứng hay mềm của silicone. Cho dù bạn thiết kế hướng đến sự thoải mái, độ linh hoạt, độ bền hay khả năng hỗ trợ, việc có được độ cứng Shore phù hợp là chìa khóa cho hiệu suất và sự hài lòng của người dùng.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích độ cứng Shore của silicone là gì, cách đo lường, các thang đo khác nhau như Shore 00, A và D, và cách chọn độ cứng phù hợp cho các ứng dụng khác nhau. Hướng dẫn này sẽ cung cấp cho bạn hiểu biết rõ ràng và thực tế về cách độ cứng Shore ảnh hưởng đến các sản phẩm silicone.
Độ cứng Silicone Shore là gì?
Độ cứng Shore là một cách tiêu chuẩn để đo độ cứng hoặc mềm của silicone. Nếu bạn muốn biết một miếng silicone cứng đến mức nào, chúng tôi sử dụng Máy đo độ cứng bờ biển. Công cụ này ấn một chiếc ghim vào bề mặt với một lực nhất định và đưa ra số đọc từ 0 đến 100, dựa trên độ sâu của chiếc ghim.
Trong ngành công nghiệp silicon, chúng tôi thường sử dụng thang đo Shore 00, Shore A hoặc Shore D. Số càng thấp nghĩa là silicon mềm và dẻo hơn. Số càng cao nghĩa là silicon cứng hơn và kém đàn hồi hơn.
Độ cứng Shore không chỉ là một con số kỹ thuật. Nó ảnh hưởng đến cảm nhận, hiệu suất và mục đích sử dụng của sản phẩm. Đó là lý do tại sao việc lựa chọn và kiểm soát độ cứng phù hợp lại quan trọng đến vậy khi thiết kế và sản xuất các sản phẩm silicon.
Độ cứng Silicone Shore được phân loại như thế nào?
Silicone có dải độ cứng rộng, từ mềm như thạch đến cứng như nhựa. Độ cứng này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi công thức. Để đo lường, chúng tôi chủ yếu sử dụng ba thang đo tiêu chuẩn: Shore 00, Shore A và Shore D. Mỗi thang đo chạy từ 0 đến 100. Số càng cao, silicone càng cứng.
Shore 00: Dành cho vật liệu cực kỳ mềm
Shore 00 được thiết kế đặc biệt để đo các vật liệu cực kỳ mềm.
Phạm vi điển hình: 10 đến 90 Bờ 00
Ứng dụng: Gel y tế mềm, miếng đệm giảm áp lực, trang điểm hiệu ứng đặc biệt
Bờ A: Thang đo được sử dụng phổ biến nhất
Shore A là thang đo phổ biến nhất cho silicone. Thang này bao gồm mọi thứ, từ cao su mềm đến các bộ phận bán cứng.
Phạm vi điển hình: 10 đến 95 Bờ A
Ứng dụng:
- Độ cứng thấp (10A – 30A): Núm vú giả cho trẻ em, ốp lưng điện thoại mềm, ống y tế
- Độ cứng trung bình (40A – 60A): Ốp lưng điện thoại, đồ dùng nhà bếp, vòng đệm chữ O
- Độ cứng cao (70A – 90A): Nút silicon, gioăng ô tô, gioăng công nghiệp
Bờ D: Dành cho vật liệu cứng
Đối với silicone rất cứng, chúng tôi sử dụng thang đo Shore D. Thang đo này dành cho cao su và nhựa cứng.
Phạm vi điển hình: 20 đến 90 Bờ D
Ứng dụng: Phớt cứng, tay cầm dụng cụ, con lăn công nghiệp
Những yếu tố nào ảnh hưởng đến độ cứng của silicone?
Độ cứng Shore là một đặc tính quan trọng của silicone. Nó ảnh hưởng đến cảm nhận của sản phẩm, hiệu suất của sản phẩm và liệu nó có phù hợp với các ứng dụng cụ thể hay không. Nhưng chính xác thì điều gì quyết định silicone mềm hay cứng? Có nhiều yếu tố, từ công thức hóa học đến cách sử dụng thực tế, có thể tạo ra sự khác biệt lớn.
Công thức nguyên liệu thô
Thành phần hóa học của silicone là nền tảng cho độ cứng của nó. Ngay cả những thay đổi nhỏ trong công thức cơ bản cũng có thể dẫn đến sự khác biệt đáng kể về cảm nhận và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.
- Nền tảng siloxane: Trọng lượng phân tử và mật độ liên kết chéo ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng. Mật độ liên kết chéo cao hơn làm tăng độ cứng, nhưng có thể làm giảm độ đàn hồi.
- Chất độn: Loại và lượng chất độn như silica và canxi cacbonat giúp điều chỉnh độ cứng. Ví dụ, việc tăng hàm lượng silica có thể nâng độ cứng lên khoảng 70 Shore A, nhưng có thể làm giảm độ bền xé.
- Chất đóng rắn: Hệ thống lưu hóa peroxide thường được sử dụng cho silicone lưu hóa nhiệt độ cao (HTV), phù hợp với các sản phẩm cứng hơn. Chất xúc tác bạch kim thường được sử dụng trong cao su silicone lỏng (LSR), lý tưởng cho các sản phẩm y tế mềm hơn.
Quy trình sản xuất
Độ cứng không chỉ được quyết định bởi thành phần có trong silicone. Cách thức xử lý silicone trong quá trình sản xuất cũng đóng vai trò quan trọng.
- Điều kiện bảo dưỡng: Lưu hóa ở nhiệt độ cao (150–200°C) làm tăng liên kết ngang và tăng độ cứng. Lưu hóa ở nhiệt độ phòng (RTV) phù hợp hơn với các sản phẩm mềm hơn.
- Quá trình trộn: Sự phân tán chất độn kém có thể gây ra độ cứng không đồng đều và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
- Sau khi bảo dưỡng: Quá trình lưu hóa thứ cấp có thể điều chỉnh độ cứng và giải phóng ứng suất còn lại.
Điều kiện môi trường và sử dụng
Silicone không tồn tại trong môi trường chân không. Sau khi sử dụng, môi trường và áp lực mà nó phải chịu có thể dần dần làm thay đổi độ cứng của nó theo thời gian.
- Nhiệt độ: Silicone có thể mềm ra khi ở nhiệt độ cao và trở nên cứng hơn một chút khi ở nhiệt độ thấp. Ví dụ, silicone 20 Shore A có thể có cảm giác như silicone 25A ở nhiệt độ -40°C.
- Lão hóa: Tiếp xúc lâu dài với tia UV hoặc hóa chất có thể làm thay đổi độ cứng và rút ngắn tuổi thọ sản phẩm.
- Nhấn mạnh: Việc nén hoặc kéo giãn nhiều lần có thể làm thay đổi độ cứng, đặc biệt là ở các loại silicon mềm hơn.
Độ cứng liên quan thế nào đến độ đàn hồi, độ bền kéo và độ bền xé?
Độ cứng, mô đun đàn hồi, độ bền kéo và độ bền xé của silicon đều có mối liên hệ với nhau. Đây không phải là những đặc điểm riêng lẻ. Chúng phản ánh mức độ liên kết chéo chặt chẽ của mạng lưới phân tử silicon.
Mô đun đàn hồi
Chỉ số này đo lường mức độ vật liệu chống lại sự kéo giãn và trở lại hình dạng ban đầu.
Silicone cứng hơn thường có mô đun đàn hồi cao hơn, chống biến dạng tốt hơn và cho cảm giác cứng hơn.
Nguyên nhân là do silicon cứng hơn có xu hướng có mật độ liên kết ngang cao hơn, hạn chế chuyển động của chuỗi và làm cho vật liệu kém linh hoạt hơn nhưng ổn định hơn.
Sức căng
Đây là mức căng tối đa mà silicone có thể chịu được trước khi gãy khi bị kéo.
Mối liên hệ giữa độ cứng và độ bền kéo không phải là tuyến tính.
Khi độ cứng tăng lên, độ bền kéo thường được cải thiện.
Nhưng độ cứng quá mức có thể phản tác dụng. Vật liệu trở nên giòn và dễ gãy hơn, vì ứng suất không thể phân bổ đều trên các chuỗi quá cứng.
Vì vậy, việc tìm ra sự cân bằng phù hợp là rất quan trọng. Ví dụ, ốp lưng điện thoại cần đủ cứng để bảo vệ, nhưng cũng phải đủ bền để tránh bị rách hoặc nứt.
Độ bền xé
Điều này cho thấy khả năng chống nứt lan rộng của silicon tốt như thế nào khi vết nứt bắt đầu.
Đối với silicon mềm đến trung bình (20A–40A), việc tăng thêm độ cứng thường làm tăng độ bền xé.
Nhưng nếu độ cứng tăng quá cao (trên 60A–70A), độ bền xé có thể giảm. Các chuỗi mất đi tính linh hoạt, vì vậy một khi vết cắt hình thành, nó có thể bị rách nhanh chóng.
Độ bền xé rất quan trọng đối với các vật dụng mỏng, dễ bị rách hoặc dễ uốn cong như miếng đệm, găng tay hoặc các bộ phận thường xuyên được lắp ráp và tháo rời.
Điều gì xảy ra nếu silicone quá cứng hoặc quá mềm?
Nếu silicone quá cứng thì sao? Nếu nó quá mềm thì sao? Đây là những lo ngại chính đáng. Độ cứng quá mức, dù theo hướng nào, cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và trải nghiệm người dùng của sản phẩm.
Không có câu trả lời nào phù hợp cho tất cả. Ốp lưng điện thoại, miếng dán, hay bàn phím đều cần những độ cân bằng khác nhau. Độ cứng quá cao có thể làm giảm sự thoải mái hoặc độ đàn hồi, trong khi độ cứng quá thấp có thể dẫn đến mất ổn định và hao mòn.
Để giúp làm rõ những rủi ro này, bảng dưới đây phác thảo những vấn đề có thể xảy ra khi silicone quá cứng hoặc quá mềm, cùng với những đánh đổi tiềm ẩn mà bạn cần cân nhắc khi lựa chọn vật liệu.
| Điều kiện độ cứng | Các vấn đề tiềm ẩn | Tác động đến hiệu suất |
| Quá khó | Cảm giác xúc giác kém và khó chịu ở các sản phẩm hướng đến người dùng | Giảm sự thoải mái, đặc biệt là đối với các vật dụng cầm tay hoặc đeo được |
| Khả năng hấp thụ sốc yếu | Bảo vệ kém hiệu quả hơn trong các tình huống rơi hoặc va chạm | |
| Không bịt kín đầy đủ trên các bề mặt không bằng phẳng | Tăng nguy cơ rò rỉ hoặc rò rỉ không khí/chất lỏng | |
| Độ giòn cao hơn | Dễ bị nứt hoặc vỡ khi chịu áp lực hoặc uốn cong | |
| Tháo khuôn khó khăn | Có thể bị rách hoặc biến dạng trong quá trình sản xuất | |
| Độ linh hoạt ở nhiệt độ thấp kém | Có thể cứng lại trong môi trường lạnh, hạn chế chức năng | |
| Quá mềm | Thiếu sự hỗ trợ về mặt cấu trúc | Dễ bị biến dạng, mất đi tính ổn định hình dạng |
| Khả năng chống mài mòn và rách kém | Nhanh mòn, tuổi thọ sản phẩm ngắn hơn | |
| Độ nảy chậm, cảm giác nhấn phím kém | Phản hồi xúc giác không thỏa đáng cho các nút hoặc công tắc | |
| Khó xử lý trong quá trình đúc hoặc sau xử lý | Có thể không đổ đầy khuôn tốt hoặc quá mềm để xử lý sau khi đông cứng | |
| Bộ nén cao | Không phục hồi sau thời gian nén kéo dài, dẫn đến mất chức năng | |
| Bề mặt dễ bám bụi | Kết cấu dính có thể bám bụi, làm giảm tính thẩm mỹ và vệ sinh |
Làm thế nào để chọn độ cứng Silicone phù hợp?
Việc lựa chọn độ cứng silicon phù hợp không phải là ngẫu nhiên. Nó phụ thuộc vào mục đích sử dụng, cảm giác khi sử dụng và nhu cầu chế tạo sản phẩm. Cũng giống như việc chọn đế giày. Có loại cần đệm, có loại cần nâng đỡ.
Sau đây là hướng dẫn chọn độ cứng phù hợp dựa trên các mục đích sử dụng khác nhau.
Sản phẩm tiếp xúc với da: Ưu tiên cảm giác “thân thiện với da”
Đối với những sản phẩm tiếp xúc với da, sự thoải mái và an toàn phải được đặt lên hàng đầu.
Độ cứng silicon được khuyến nghị thường nằm trong khoảng từ 10A đến 40A, đôi khi thậm chí còn mềm như Shore 00.
Các sản phẩm dành cho trẻ em như núm vú giả, đồ gặm nướu và dụng cụ hút mũi thường sử dụng silicone trong khoảng 20A đến 30A. Độ mềm mại này mô phỏng cảm giác của da, đảm bảo an toàn và thoải mái cho miệng và làn da mỏng manh của trẻ.
Các thiết bị y tế, chẳng hạn như ống thông, mặt nạ hô hấp và lớp lót chân tay giả, có phạm vi độ cứng rộng hơn, từ 10A đến 50A tùy thuộc vào chức năng của chúng. Ví dụ, ống thông thường cần độ mềm khoảng 20A để tạo độ đàn hồi, trong khi lớp lót chân tay giả có thể cần tới 50A để hỗ trợ nhẹ. Một số miếng dán sẹo siêu mềm thậm chí còn sử dụng silicone Shore 00 để đạt được độ mềm mại tối đa và ôm sát vào da.
Các thiết bị đeo như dây đeo đồng hồ thông minh và nút tai nghe thường nằm trong khoảng từ 30A đến 50A. Khoảng này cân bằng giữa sự thoải mái và độ ổn định—quá mềm có thể gây cảm giác lỏng lẻo, trong khi quá cứng có thể gây khó chịu.
Hàng tiêu dùng hàng ngày & Đồ dùng nhà bếp: Cân bằng giữa chức năng và cảm giác
Hàng tiêu dùng hàng ngày và đồ dùng nhà bếp cần chất liệu silicon thiết thực, bền và thoải mái khi sử dụng.
Phạm vi độ cứng được khuyến nghị cho các sản phẩm này thường nằm trong khoảng từ 40A đến 70A.
Các vật dụng nhà bếp như thìa, khuôn nướng và nắp thường sử dụng silicone từ 40A đến 60A. Dòng sản phẩm này đủ bền để khuấy và nấu nướng, đồng thời vẫn đủ mềm dẻo để dễ sử dụng. Khuôn cũng cần dễ dàng lấy thức ăn ra và giữ được hình dạng tốt.
Các sản phẩm bảo vệ thiết bị, bao gồm ốp lưng điện thoại, máy tính bảng hoặc vỏ điều khiển từ xa, thường nằm trong khoảng từ 40A đến 60A. Mức độ cứng này đủ mềm mại để hấp thụ sốc và bám chắc, đồng thời vẫn đủ cứng cáp để giữ nguyên hình dạng.
Các vật dụng gia đình như cán bàn chải đánh răng, miếng lót đĩa và nắp cốc có mức điện áp từ 40A đến 70A, tùy thuộc vào độ bám, kết cấu và khả năng hỗ trợ cần thiết.
Ứng dụng công nghiệp: Nhấn mạnh hiệu suất và khả năng thích ứng với môi trường
Silicone công nghiệp phải chịu được áp suất, nhiệt, độ rung và độ mài mòn.
Độ cứng được khuyến nghị ở đây dao động từ 50A đến 90A, trong đó Shore D được sử dụng cho các bộ phận cứng hơn.
Các loại phớt như vòng chữ O, gioăng và dải đệm thường có độ cứng từ 50A đến 70A. Chúng cần độ cứng phù hợp để duy trì độ kín khít dưới áp suất và tránh rò rỉ, và độ cứng cao hơn được ưu tiên sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
Tấm đệm và miếng đệm giảm chấn thường có dòng điện từ 50A đến 65A, đủ mềm để hấp thụ lực va chạm nhưng vẫn đủ chắc để chống biến dạng.
Vật liệu cách điện cáp và vật liệu bọc điện có độ cứng rất khác nhau tùy thuộc vào chức năng của chúng, nhưng tập trung vào khả năng cách điện, khả năng chịu nhiệt và độ bền.
Con lăn công nghiệp và băng tải thường yêu cầu độ cứng từ 70A trở lên, đôi khi thậm chí là Shore D, để có độ bền, khả năng chống mài mòn và độ ổn định tuyệt vời khi chịu tải trọng nặng.
Thành phần cấu trúc & Vật liệu tổng hợp: Độ cứng để hỗ trợ
Khi silicone là một phần của cấu trúc hoặc được xếp lớp với các vật liệu khác, nó phải giữ được độ cứng và ổn định.
Đối với những ứng dụng này, độ cứng được khuyến nghị là 70A trở lên hoặc Shore D.
Các nút cứng hoặc phím bấm cần phải có phản hồi xúc giác rõ ràng và độ bền, thường sử dụng silicon có độ cứng từ 70A đến 85A.
Các thành phần hỗ trợ bên trong đòi hỏi độ cứng thậm chí còn cao hơn, thường từ 80A đến 90A hoặc Shore D để duy trì hình dạng và chịu được lực.
Đối với việc đúc khuôn silicon trên dụng cụ hoặc thiết bị, độ cứng phụ thuộc vào độ bám và chức năng cần thiết. Tay cầm dụng cụ thường sử dụng silicon có độ cứng từ 60A đến 80A, cân bằng giữa sự thoải mái với độ bền và độ chắc chắn.
Phần kết luận
Độ cứng Shore không chỉ là một con số. Đó là một yếu tố quan trọng quyết định cảm nhận, hiệu suất và chức năng của silicone trong sử dụng thực tế. Bằng cách hiểu các mức độ cứng khác nhau và mối liên hệ của chúng với các nhu cầu cụ thể, bạn có thể đưa ra lựa chọn vật liệu thông minh và hiệu quả hơn.
Với nhiều thập kỷ kinh nghiệm trong lĩnh vực sản xuất silicone, chúng tôi sở hữu chuyên môn và công nghệ để sản xuất các sản phẩm silicone chất lượng cao, hiệu suất cao, phù hợp với nhu cầu của bạn. Dù bạn đang sản xuất thiết bị y tế, hàng tiêu dùng hay linh kiện công nghiệp, chúng tôi đều có thể giúp bạn hiện thực hóa ý tưởng một cách chính xác và đáng tin cậy. Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để bắt đầu giải pháp silicone tùy chỉnh của bạn.
