Hầu hết các bài viết về “tính chất của silicone” đều giống như một mục từ trong bách khoa toàn thư — cấu trúc xương sống Si-O, một đoạn về độ dẻo, một đoạn về khả năng chịu nhiệt, thế là xong. Điều đó không giúp ích gì khi bạn phải phê duyệt báo giá dụng cụ hoặc viết bảng thông số kỹ thuật cho sản phẩm hoàn thiện.
Cao su silicone là một chất đàn hồi tổng hợp có cấu trúc xương sống Si-O-Si, hoạt động liên tục trong khoảng nhiệt độ từ −60 °C đến +230 °C, có độ cứng Shore A từ 10–80, cách điện lên đến ~25 kV/mm và trơ về mặt hóa học với hầu hết các môi trường phân cực. Hiệu suất thực tế bị giới hạn bởi cấp độ công thức (HTV so với LSR), hệ thống lưu hóa (peroxide so với bạch kim) và chứng nhận tuân thủ.FDA 21 CFR 177.2600, LFGB §30/§31, USP Lớp VI, ISO 10993).
Đây là tài liệu tham khảo về đặc tính vật liệu mà tôi đưa cho các kỹ sư và người phụ trách thu mua trước khi chúng ta thảo luận về dụng cụ sản xuất. Tài liệu này làm rõ những gì được ghi trong catalog, những gì phụ thuộc vào loại vật liệu và những thay đổi trong quá trình sản xuất.
1. Tính chất vật lý
1.1 Mật độ và Trọng lượng
Mật độ silicon nằm ở mức 1,10–1,25 g/cm³, Chủ yếu do hàm lượng chất độn (silica dạng khói hoặc kết tủa). Hàm lượng chất độn cao hơn giúp cải thiện độ bền kéo nhưng làm giảm độ trong suốt và độ giãn dài. Silicone không nổi trên mặt nước.
| Vật liệu | Khối lượng riêng (g/cm³) |
|---|---|
| EPDM | 0,86–0,90 |
| Cao su tự nhiên | 0,91–0,93 |
| Cao su silicon | 1,10–1,25 |
| Nhựa PVC | 1,20–1,55 |
| Fluorosilicone (FVMQ) | 1,40–1,60 |
Điều đó có ảnh hưởng đến chi phí vận chuyển đối với các bộ phận cồng kềnh (thảm, tấm, lớp lót lò nướng) và đối với các ứng dụng nhạy cảm với lực nổi. Để biết thêm chi tiết về từng loại vật liệu, xem Silicon VS nhựa, PVC so với Silicone, Và Cao su silicon và cao su.
1.2 Màu sắc và độ trong suốt
Cao su silicone cơ bản có màu trong suốt. Loại được xử lý bằng bạch kim giữ được độ trong suốt như nước; loại được xử lý bằng peroxide có xu hướng ngả sang màu trắng vàng do cặn chất xúc tác còn sót lại. Chất tạo màu được trộn vào ở giai đoạn sản xuất hoặc pha chế, chứ không phải được thêm vào sau đó.
Độ bền màu dưới tác động của tia cực tím và nhiệt độ phụ thuộc vào việc lựa chọn chất tạo màu, chứ không phải bản thân silicon. Các bộ phận được tạo màu bằng oxit sắt sẽ bị thay đổi màu sắc sau hơn 1.000 giờ tiếp xúc ngoài trời; các chất tạo màu gốc cadmium không đáp ứng tiêu chuẩn RoHS và VỚI TỚI ngay.
1.3 Độ cứng (Shore A)
Shore A là thuộc tính bị sai lệch nhiều nhất trong việc tìm nguồn cung ứng silicon.
| Bờ A | Cảm thấy | Sử dụng thông thường |
|---|---|---|
| 10–20 | Dạng gel | Các thiết bị đeo tiếp xúc trực tiếp với da, lớp lót giả. |
| 20–30 | Mềm mại, an toàn cho bé | Núm vú giả, đồ gặm nướt, cốc nguyệt san |
| 30–50 | Tiêu chuẩn “mềm” | Gioăng, vòng đệm, mũ bơi |
| 50–70 | Vững chãi | Cán thìa, bàn phím, khuôn nướng bánh |
| 70–80 | cứng nhắc | Gioăng công nghiệp, các bộ phận kết cấu |
Độ cứng được đo theo ASTM D2240 Với thời gian giữ đầu ấn là 1 giây. Quy tắc thời gian giữ theo tiêu chuẩn ISO 48-4 đưa ra các con số khác nhau. Hãy ghi rõ phương pháp thử nghiệm trên đơn đặt hàng, nếu không bạn sẽ nhận được các bộ phận có độ cứng lệch 5-8 điểm Shore so với tiêu chuẩn và không có cách nào khiếu nại.
Để hiểu rõ hơn về cách độ cứng ảnh hưởng đến hiệu suất bịt kín, cảm giác khi chạm vào và tuổi thọ chống mài mòn, hãy xem phần tiếp theo. Độ cứng Shore A của silicone: Ảnh hưởng đến cảm giác, khả năng bịt kín và độ bền Và Tại sao độ cứng Shore của silicon lại quan trọng?.
2. Tính chất cơ học
2.1 Độ bền kéo và độ giãn dài
Các loại silicon đa dụng 4,5–10 MPa kéo Và 200–800% độ giãn dài khi đứt Theo tiêu chuẩn ASTM D412 / ISO 37, các loại thép có độ bền xé cao có thể đạt độ bền kéo lên đến 10–12 MPa.
So với EPDM (15–20 MPa) hoặc cao su tự nhiên (20–30 MPa), silicone có độ bền cơ học yếu hơn. Silicone không được lựa chọn vì khả năng chịu tải kéo. Nó được lựa chọn vì phạm vi nhiệt độ hoạt động, khả năng tương thích sinh học và khả năng phục hồi.
Khi người mua hỏi "silicone có thể chịu được trọng lượng bao nhiêu?", câu trả lời luôn là: điều đó phụ thuộc vào hình dạng hình học, chứ không phải bản thân silicone. Xem thêm Silicone có thể chịu được trọng lượng tối đa bao nhiêu? Dành cho môn toán hình học.
2.2 Khả năng chống rách
Độ bền xé: 9–55 kN/m Theo tiêu chuẩn ASTM D624 Khuôn B, cao su silicone lỏng (LSR) xé sạch hơn so với HTV vì quá trình đóng rắn bằng bạch kim tạo ra mạng lưới liên kết ngang dày đặc hơn. Đó là lý do tại sao bóng y tế, núm vú giả cho trẻ em và cốc nguyệt san hầu như luôn được làm bằng LSR.
2.3 Bộ nén
Độ biến dạng nén theo tiêu chuẩn ASTM D395 (22 giờ ở 175 °C) đạt được giá trị như sau: 5–30%. Giá trị càng thấp càng tốt — nó cho bạn biết gioăng bị hỏng đến mức nào sau khi chịu nén lâu.
Silicone được xử lý bằng bạch kim đạt độ cứng 8–15%. Các loại được xử lý bằng peroxide đạt độ cứng 20–30% trước khi xử lý hậu kỳ, và giảm xuống còn khoảng 15% sau 4 giờ xử lý hậu kỳ ở 200 °C. Điều này đồng nghĩa với việc bạn phải trả giá bằng thời gian chu kỳ và chi phí năng lượng.
3. Tính chất nhiệt
3.1 Phạm vi nhiệt độ hoạt động
Câu trả lời trong danh mục: Từ -60 °C đến +230 °C liên tục. Các loại thép ổn định bằng oxit sắt có khả năng chịu nhiệt ngắn hạn lên đến 300 °C.
Câu trả lời từ thực tế sản xuất: silicone không bị hỏng đột ngột ở giới hạn trên — nó chỉ cứng lại, mất độ giãn nở và xuất hiện các vết nứt trên bề mặt. Nếu sử dụng tấm lót nướng liên tục ở 230 °C, độ biến dạng nén sẽ tăng lên sau 6-8 tuần. Các khiếu nại của khách hàng thường xuất hiện sau 3 tháng, chứ không phải ngay từ ngày đầu tiên.
Để biết thêm thông tin về hành vi phân hủy, vui lòng xem Nhiệt độ nóng chảy của silicone Marvel — Silicon không tan chảy; nó phân hủy trở lại thành silica vô cơ ở nhiệt độ khoảng 350–400 °C.
3.2 Độ dẫn nhiệt
0,18–0,30 W/m·K Đối với silicone không chứa chất độn. Các loại dẫn nhiệt (có chứa boron nitride, alumina hoặc kẽm oxit) đạt 1,5–3,0 W/m·K — được sử dụng trong các miếng đệm khe hở LED và vật liệu giao diện nhiệt cho pin xe điện.
Silicone tiêu chuẩn là chất cách nhiệt, tương đương với gỗ. Đó là lý do tại sao găng tay lò nướng bằng silicone hoạt động hiệu quả — và tại sao bạn không thể sử dụng silicone nguyên chất làm vật liệu tản nhiệt. Chi tiết trong Độ dẫn nhiệt của silicon.
3.3 Tính dễ cháy
Silicone tiêu chuẩn có đặc điểm sau: UL94 V-1 xếp hạng. Các hợp chất chống cháy có chất độn bạch kim hoặc hydrat đạt V-0. Khi silicon cháy, nó để lại tro silica không dẫn điện, đó là lý do tại sao vỏ cáp silicon được chỉ định cho các mạch khẩn cấp trong các tòa nhà cao tầng và hệ thống dây điện hàng hải. Xem Silicone có dễ cháy không?.
4. Tính chất điện
Silicone là một trong số ít chất đàn hồi duy trì được hiệu suất điện môi trong toàn bộ dải nhiệt độ hoạt động.
| Tài sản | Phạm vi điển hình | Phương pháp thử nghiệm |
|---|---|---|
| Điện trở suất thể tích | 10¹⁴–10¹⁶ Ω·cm | ASTM D257 |
| Độ bền điện môi | 17–25 kV/mm | ASTM D149 |
| Hằng số điện môi (1 MHz) | 2,8–3,5 | ASTM D150 |
| Điện trở hồ quang | >120 giây | ASTM D495 |
Điểm thực tế: Lớp cách điện PVC sẽ mềm đi khi nhiệt độ trên 90 °C, trong khi silicon vẫn giữ được độ bền điện môi đến hơn 200 °C. Để lựa chọn độ dày phù hợp với điện áp, xem Độ bền điện môi và định mức của tấm silicon Và Tùy chọn độ dày lớp cách điện bằng tấm silicon.
Silicon dẫn điện chứa carbon hoặc bạc đảo ngược hoàn toàn phạm vi này — điện trở suất bề mặt giảm xuống còn 10⁰–10² Ω/sq. Đó là một vật liệu khác; xem Bàn phím silicon dẫn điện so với không dẫn điện.
5. Tính chất hóa học
5.1 Tính trơ và khả năng chống chịu
Silicone có tính ổn định hóa học đối với:
- Axit và kiềm loãng
- Các dung môi phân cực (nước, cồn, glycerin)
- Oxy và ozon — những chất hiếm gặp đối với chất đàn hồi.
- Hầu hết các loại thực phẩm và dịch sinh học
Silicone bị trương nở hoặc phân hủy trong:
- Dung môi không phân cực (xăng, toluen, dầu khoáng) — 20–60% thể tích tăng
- Axit đậm đặc (HCl, H₂SO₄)
- Hơi nước bão hòa trên 150 °C trong thời gian giữ lâu (thủy phân khung Si-O)
Hiện tượng phồng rộp do tiếp xúc ngắn hạn với dung môi có thể hồi phục. Tiếp xúc lâu dài với dầu sẽ làm hỏng các gioăng silicon trong khoang động cơ ô tô — nên sử dụng silicon flo (FVMQ) cho mục đích này. Tham khảo: Tính chất kháng hóa chất của dải silicon.
5.2 Tính kỵ nước
Góc tiếp xúc của nước trên bề mặt: 100–110°. Silicone có khả năng chống thấm nước mà không cần lớp phủ, đó là lý do tại sao silicone là chất tách khuôn mặc định trên các khuôn bê tông và tại sao gioăng silicone có thể bịt kín mà không cần thêm chất trám kín.
5.3 Quá trình phong hóa — Tia cực tím, Ozone, Oxy hóa
Silicone giữ lại 80–90% về các đặc tính cơ học sau 5 năm sử dụng ngoài trời tiếp xúc trong điều kiện gia tốc ASTM G155 Thử nghiệm bằng đèn hồ quang xenon. Cao su tự nhiên bị nứt rõ rệt sau 6-12 tháng sử dụng ngoài trời.
Đây không phải là khả năng chống chịu hoàn toàn. Silicone đen chứa muội than có độ bền tốt hơn các loại silicone màu; silicone trong suốt sẽ bị ố vàng rõ rệt sau 18-24 tháng tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời. Xem thêm Silicone có khả năng chống tia UV không? Và Dải silicon chống tia UV và thời tiết.
Quá trình phân hủy trong bãi chôn lấp kéo dài từ 50 đến 500 năm. Xem thêm Silicon mất bao lâu để phân hủy?.
6. Tính chất sinh học và tuân thủ
Đây là điểm mà hầu hết các thông số kỹ thuật đều sai. "Loại dùng trong thực phẩm" và "loại dùng trong y tế" không thể thay thế cho nhau, và "an toàn với silicone" không phải là thuật ngữ quy định.
| Mức độ tuân thủ | Tiêu chuẩn | Sử dụng thông thường | Phí bảo hiểm |
|---|---|---|---|
| Công nghiệp | Không cần thiết | Gioăng, vòng đệm, tấm lót | cơ sở |
| Tiếp xúc với thực phẩm (Mỹ) | FDA 21 CFR 177.2600 | Đồ dùng làm bánh, đồ bảo quản thực phẩm | +5–10% |
| Tiếp xúc với thực phẩm (EU) | LFGB §30 / §31 | EU nhập khẩu đồ dùng làm bánh, bình sữa trẻ em | +20–30% |
| Tiếp xúc da | ISO 10993-5, -10 | Thiết bị đeo, chân tay giả | +25–40% |
| Cấy ghép y tế | USP Class VI, bảng điều khiển ISO 10993 đầy đủ | Ống thông, cấy ghép | +50–200% |
Loại được dán nhãn “y tế” không tự động đảm bảo an toàn thực phẩm — do dung môi tách chiết khác nhau, các thử nghiệm rò rỉ khác nhau. Xem thêm Silicone dùng trong thực phẩm so với silicone dùng trong y tế Và Silicone cấp thực phẩm.
Đối với các sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với da hoặc dịch sinh học, khả năng tương thích sinh học phải được kiểm định lại trên sản phẩm hoàn thiện, chứ không chỉ trên nguyên liệu thô. Chất tạo màu, chất tách khuôn và các bước xử lý sau khi đóng rắn đều vi phạm quy định. Tham khảo: Liệu Silicone có thực sự tương thích sinh học cho các ứng dụng y tế không? Và Các quy trình kiểm tra khả năng tương thích sinh học cho thiết bị tiếp xúc với da (ISO 10993).
Silicone cũng không gây kích ứng cho hầu hết người dùng — xem Silicone có phải là chất không gây dị ứng không?.
7. Tính chất thay đổi như thế nào theo hệ thống xử lý và cấp độ vật liệu
Hai quyết định về công thức đã xác định được khoảng 80% phạm vi đặc tính trước khi gia công cắt thép:
| Biến đổi | HTV (Silicone rắn) | LSR (Silicone lỏng) |
|---|---|---|
| Hệ thống chữa bệnh mặc định | Peroxide (có thể thêm bạch kim) | Chỉ có phiên bản bạch kim |
| Phạm vi độ cứng | 20–80 Shore A | 5–70 Shore A |
| Độ bền xé | Thấp hơn | Cao hơn |
| Bộ nén | 15–25% (sau điều trị) | 8–15% |
| Mức dung sai có thể đạt được | ±0,05–0,10 mm | ±0,02–0,05 mm |
| Chi phí dụng cụ | Thấp | Cao (đường dẫn lạnh) |
| Thời gian chu kỳ | 3–8 phút | 30–90 giây |
| Phù hợp nhất | Thể tích thấp/trung bình, hình học đơn giản | Số lượng lớn, y tế, đồ dùng cho trẻ sơ sinh, linh kiện siêu nhỏ |
Nếu hệ thống xử lý không được chỉ định trên đơn đặt hàng, mặc định là HTV peroxide — rẻ hơn, nhưng có dư lượng sản phẩm phụ ảnh hưởng đến mùi vị, mùi thơm và độ ổn định màu sắc. Đối với bất kỳ sản phẩm nào tiếp xúc trực tiếp với da, sản phẩm cho trẻ em hoặc sản phẩm y tế, cần phải có yêu cầu cao hơn. Liệu pháp bạch kim trong văn bản. Nhìn thấy So sánh LSR và cao su silicone HTV, Quá trình đóng rắn so với quá trình lưu hóa trong silicon, Và Quá trình lưu hóa silicon: Những sai lầm mà các kỹ sư thường mắc phải.
8. Tra cứu nhanh — Tất cả bất động sản trong nháy mắt
| Tài sản | Phạm vi điển hình | Tiêu chuẩn thử nghiệm |
|---|---|---|
| Tỉ trọng | 1,10–1,25 g/cm³ | ASTM D792 |
| Độ cứng Shore A | 10–80 | ASTM D2240 |
| Sức căng | 4,5–12 MPa | ASTM D412 |
| Độ giãn dài khi đứt | 200–800% | ASTM D412 |
| Độ bền xé | 9–55 kN/m | Khuôn ASTM D624 B |
| Bộ nén | 8–30% | Tiêu chuẩn ASTM D395 |
| Nhiệt độ hoạt động | -60 đến +230 °C | — |
| Độ dẫn nhiệt | 0,18–0,30 W/m·K | ASTM C177 |
| Độ bền điện môi | 17–25 kV/mm | ASTM D149 |
| Điện trở suất thể tích | 10¹⁴–10¹⁶ Ω·cm | ASTM D257 |
| Xếp hạng chống cháy | UL94 V-1 (V-0 với chất phụ gia chống cháy) | UL94 |
| Góc tiếp xúc nước | 100–110° | — |
Biểu đồ so sánh tính chất của silicone, bao gồm silicone, EPDM, cao su tự nhiên, PVC và fluorosilicone, dựa trên độ cứng, phạm vi nhiệt độ, tính chất điện môi, khả năng kháng hóa chất và chi phí.
Câu hỏi thường gặp
Silicone có độc hại không?
Không. Silicone đã đóng rắn là chất trơ về mặt hóa học và được chứng nhận an toàn khi tiếp xúc với thực phẩm và y tế theo FDA 21 CFR 177.2600, LFGB §30/§31 và ISO 10993 khi được pha chế và xử lý sau đóng rắn đúng cách. Không được hít phải silicone chưa đóng rắn và các sản phẩm phụ của quá trình đóng rắn bằng peroxide trong xưởng.
Silicon có bị chảy không?
Không. Silicone không có điểm nóng chảy. Ở nhiệt độ trên ~350 °C, nó phân hủy thành silica (SiO₂), một loại tro trắng mịn. Đó là lý do tại sao silicone có thể được sử dụng trong dây dẫn chống cháy và gioăng chịu nhiệt độ cao.
Silicon và silicone khác nhau ở điểm nào?
Silic là nguyên tố (Si). Silicon là một polyme có cấu trúc xương sống Si-O-Si và các nhóm bên là metyl hoặc vinyl. Xem Silicon so với Silicone.
Silicone có thể sử dụng được trong bao lâu?
Tuổi thọ phân hủy trong nhà hơn 20 năm, ngoài trời dưới ánh nắng trực tiếp từ 5-10 năm tùy thuộc vào cấp độ. Phân hủy trong bãi chôn lấp mất từ 50 đến 500 năm.
Những điều mà trụ cột này không đề cập đến
Đây là tài liệu tham khảo về thuộc tính, không phải là cẩm nang tìm nguồn cung ứng. Có ba giới hạn cần đọc trước khi coi bất kỳ con số nào ở trên là cố định:
- Các số hiệu thuộc tính phụ thuộc vào công thức. Mỗi dải thông số kỹ thuật đều thay đổi ±20% tùy thuộc vào mác thép, hàm lượng chất độn và hệ thống lưu hóa. Luôn yêu cầu nhà cung cấp cung cấp bảng dữ liệu kỹ thuật thực tế (TDS) cho mác thép cụ thể được báo giá.
- Phương pháp thử nghiệm quan trọng hơn con số. Độ cứng Shore A 50 được đo ở thời gian giữ 1 giây không giống với độ cứng được đo ở thời gian giữ 15 giây. Tiêu chuẩn ASTM D2240 và ISO 48-4 sẽ cho ra các giá trị khác nhau trên cùng một chi tiết. Hãy khóa phương pháp đo trên bảng thông số kỹ thuật.
- Hồ sơ tuân thủ đã hết hạn. Các chứng chỉ kiểm định của FDA, LFGB và USP chỉ có giá trị cho một lô nguyên liệu thô cụ thể, chứ không phải cho thành phẩm vô thời hạn. Cần kiểm định lại khi có sự thay đổi về loại nguyên liệu, nhà cung cấp hoặc chất tạo màu.
Trước khi gửi yêu cầu báo giá đến bất kỳ nhà máy sản xuất silicon nào, hãy xác định năm yếu tố đầu vào sau:
- Nhiệt độ hoạt động liên tục (không phải nhiệt độ đỉnh)
- Mục tiêu Shore A với phương pháp thử nghiệm đã được công bố
- Phạm vi tuân thủ — tiêu chuẩn nào, phương thức liên hệ nào
- Hệ thống xử lý — bạch kim hoặc peroxit
- Mức độ dung sai — dành cho người tiêu dùng, công nghiệp hoặc y tế
Nếu thiếu năm yếu tố đó, bất kỳ báo giá nào bạn nhận được đều chỉ là phỏng đoán, và bất kỳ mục nào trong bảng TDS đều không thể kiểm chứng được.
Cột mốc này nằm cạnh một tài liệu tham khảo rộng hơn. Nếu bạn muốn có cái nhìn toàn diện — silicone thực chất là gì ở cấp độ hóa học, cách sản xuất ra sao và vị trí của nó trong họ chất đàn hồi — hãy đọc... Hướng dẫn đầy đủ về vật liệu silicone. Hãy sử dụng thông tin đó làm ngữ cảnh nguồn; sử dụng trang này để tra cứu thuộc tính.
