Silicone thường được mô tả là nhẹ, không thấm nước và kỵ nước. Những thuật ngữ này rất dễ bị nhầm lẫn. Mật độ điển hình của silicone rắn là khoảng 1,05–1,60 g/cm³, vì vậy hầu hết các bộ phận silicone không tạo bọt đều chìm trong nước. Tính kỵ nước giúp nước đọng thành giọt trên bề mặt, nhưng nó không làm cho mọi thiết kế silicone đều chống rò rỉ hoặc không thấm nước.
Đối với thiết kế sản phẩm, có ba câu hỏi riêng biệt cần quan tâm: mật độ hỗn hợp, mật độ trung bình của toàn bộ chi tiết và cách nước tương tác với bề mặt và hình dạng gioăng.
Mật độ điển hình của silicon là bao nhiêu?
Khối lượng riêng của hợp chất cao su silicon đã lưu hóa được tính bằng khối lượng chia cho thể tích của nó. Thông thường, nó được báo cáo bằng g/cm³, kg/m³ hoặc trọng lượng riêng.
Đối với nhiều người, điều đó thật tuyệt vời. Các hợp chất HCR Và Các hợp chất LSR, phạm vi khởi đầu thực tế là 1,05–1,60 g/cm³. WACKER báo cáo phạm vi này cho cao su silicon và lưu ý rằng các chất độn không hoạt động bổ sung như thạch anh có thể làm tăng mật độ lên khoảng... 1,75 g/cm³. Các hợp chất đặc biệt riêng lẻ có thể nằm ngoài phạm vi này, do đó bảng dữ liệu vật liệu đã được phê duyệt vẫn là giá trị quyết định.
| Vật liệu hoặc cấu trúc silicon | Phạm vi mật độ thực tế | xu hướng nổi trong nước ngọt | Nguyên nhân chính của sự biến đổi |
|---|---|---|---|
| Cao su silicon đặc đa dụng | 1,05–1,30 g/cm³ | Thường chìm | Polyme, silica gia cường, chất tạo màu và phụ gia |
| Hợp chất silicon có hàm lượng chất độn cao | 1,30–1,75+ g/cm³ | Bồn rửa | Thạch anh, oxit kim loại hoặc chất độn mật độ cao khác |
| Fluorosilicone hoặc hợp chất đặc biệt | Cụ thể theo từng cấp lớp | Thường chìm | Các loại bao bì polymer và chất độn khác nhau |
| Mút hoặc xốp silicon | Thường dưới 1,0 g/cm³ | Có thể nổi | Cấu trúc tế bào kín hoặc mở |
| Phần silicon đúc rỗng | Phụ thuộc vào tổng khối lượng và thể tích bị chiếm chỗ. | Có thể nổi | Không khí bị kẹt làm giảm mật độ trung bình của chi tiết. |
Đây là các phạm vi thiết kế, không phải giới hạn kiểm tra đầu vào. Để phục vụ việc mua hàng và kiểm soát chất lượng, hãy chỉ định mật độ được hiển thị trên TDS đã được phê duyệt và xác định phương pháp thử nghiệm.
Mật độ và trọng lượng riêng có giống nhau không?
Chúng có mối quan hệ gần gũi nhưng không hoàn toàn giống nhau.
Tỉ trọng là khối lượng trên một đơn vị thể tích. Tỷ trọng riêng Mật độ là tỷ lệ giữa khối lượng riêng của một vật liệu và khối lượng riêng của nước ở một nhiệt độ xác định. Vì khối lượng riêng của nước gần bằng 1,00 g/cm³, nên các giá trị số thường tương tự nhau khi mật độ được biểu thị bằng g/cm³.
Một hợp chất silicon có mật độ 1,20 g/cm³ do đó có trọng lượng riêng gần bằng 1,20 trong điều kiện thử nghiệm thông thường.
Đối với các bộ phận silicon rắn, các phương pháp đo lường thông thường bao gồm:
- ASTM D792 xác định mật độ và trọng lượng riêng bằng phương pháp dịch chuyển
- Phương pháp A theo tiêu chuẩn ISO 1183-1 để đo độ ngâm
- ASTM D297 các phương pháp được sử dụng cho các sản phẩm và hợp chất cao su
Phương pháp, điều kiện mẫu, nhiệt độ và sự hiện diện của bọt khí bị kẹt đều ảnh hưởng đến kết quả. So sánh dữ liệu của nhà cung cấp mà không kiểm tra phương pháp có thể tạo ra sự khác biệt sai lệch.
Silicone có nổi trên mặt nước không?
Hầu hết cao su silicon rắn, không tạo bọt đều chìm vì mật độ của nó cao hơn mật độ của nước ngọt.
Điều kiện cơ bản là:
- Nếu mật độ trung bình của các phần là dưới 1,00 g/cm³, Bộ phận này có thể nổi trong nước ngọt.
- Nếu mật độ trung bình của các phần là trên 1,00 g/cm³, Bộ phận đó sẽ chìm xuống trừ khi hình dạng của nó giữ đủ không khí.
- Trong nước mặn, mật độ chất lỏng cao hơn, do đó cùng một bộ phận sẽ nhận được lực nổi lớn hơn một chút.
SIMTEC báo cáo mật độ LSR điển hình là 1,10–1,50 g/cm³ và lưu ý rằng LSR rắn do đó sẽ chìm. Từ quan trọng là chất rắn. Đồ chơi tắm rỗng ruột, phao kín hoặc vật liệu đúc khuôn có thể nổi ngay cả khi lớp vỏ silicon của nó đặc hơn nước.
Ví dụ về silicon rắn
Một thành phần silicon rắn có các đặc điểm sau:
- Thể tích: 100 cm³
- Khối lượng riêng của hợp chất: 1,20 g/cm³
- Khối lượng: 100 × 1,20 = 120 g
Khi được nhấn chìm hoàn toàn, nó sẽ làm dịch chuyển khoảng 100 g nước ngọt. Vì bộ phận này nặng hơn lượng nước bị dịch chuyển, nên nó sẽ chìm.
Ví dụ silicon rỗng
Giả sử một bộ phận kín nặng 70 g và chiếm chỗ 150 cm³ nước dựa trên thể tích bên ngoài của nó.
Mật độ trung bình của các bộ phận = 70 ÷ 150 = 0,47 g/cm³
Khoang không khí kín làm giảm mật độ của toàn bộ cụm chi tiết xuống dưới mật độ của nước, nhờ đó chi tiết có thể nổi. Nếu khoang này bị rò rỉ và chứa đầy nước, lợi thế đó sẽ biến mất.
Một bộ phận bằng silicon nặng bao nhiêu?
Hãy sử dụng mật độ của hợp chất đã hoàn thiện, chứ không phải giá trị silicon chung chung.
Khối lượng = thể tích × mật độ
Đối với kích thước tính bằng milimét:
Khối lượng (g) = thể tích (mm³) ÷ 1.000 × mật độ (g/cm³)
Một miếng đệm silicon hình chữ nhật có kích thước 100 × 50 × 5 mm có thể tích là 25.000 mm³, hay 25 cm³. Với mật độ 1,20 g/cm³, khối lượng ước tính là:
25 × 1,20 = 30 g
| Đầu vào | Ví dụ giá trị | Rủi ro mua sắm nếu được giả định |
|---|---|---|
| Thể tích thực được tạo hình | 25 cm³ | Thể tích CAD có thể không bao gồm các gân, cổng hoặc các chi tiết chèn. |
| Mật độ hợp chất | 1,20 g/cm³ | Công thức thay thế làm thay đổi trọng lượng từng miếng. |
| Khối lượng ước tính của bộ phận | 30 g | Chi phí đóng gói và vận chuyển có thể thay đổi đối với các đơn hàng lớn. |
| Số lượng đặt hàng | 100.000 chiếc | Sai số 2g có thể dẫn đến sai số 200kg trong toàn bộ lô hàng. |
Phép tính này hữu ích cho việc báo giá và ước tính đóng gói. Giới hạn trọng lượng cuối cùng của từng sản phẩm nên được xác định từ các mẫu đã được kiểm định vì các sai sót như bavia, trọng lượng phần chèn, chất tạo màu, hàm lượng chất độn và sự biến đổi trong quá trình đúc vẫn còn tồn tại trong sản phẩm hoàn thiện.
Điều gì làm thay đổi mật độ silicon?
Mật độ silicon phụ thuộc vào công thức pha chế. Nó không chỉ được quyết định bởi tên gọi của polyme.
Chất độn tăng cường và chất độn trơ
Silica dạng khói hoặc kết tủa giúp tăng cường độ bền của polymer. Thạch anh và các chất độn khoáng khác có thể làm tăng mật độ hơn nữa. Nhà sản xuất hợp chất có thể sử dụng chất độn để điều chỉnh độ cứng, độ bền xé, tính lưu biến, đặc tính điện, khả năng chống trương nở hoặc chi phí. Độ cứng Shore A Do đó, có thể đạt được kết quả mong muốn với các công thức đóng gói khác nhau và mật độ khác nhau.
Chất tạo màu và chất phụ gia chức năng
Việc thêm chất tạo màu thường gây ra sự thay đổi nhỏ hơn so với việc thêm chất độn nặng, nhưng hiệu ứng này có thể đo được khi dung sai trọng lượng của chi tiết nhỏ. Các chất phụ gia chống cháy, dẫn nhiệt, dẫn điện hoặc cản quang có thể làm thay đổi mật độ đáng kể.
Không khí, khoảng trống và cấu trúc tế bào
Silicon dạng bọt chứa các tế bào khí và có thể có mật độ khối lượng riêng dưới 1,00 g/cm³. Các lỗ rỗng không mong muốn cũng có thể làm giảm mật độ đo được của mẫu vật, nhưng đó là tín hiệu của khuyết tật chứ không phải là một cách hợp lệ để giảm trọng lượng.
Kiểm soát quá trình và bảo dưỡng
Điều kiện đóng rắn thường ít ảnh hưởng đến mật độ hơn so với công thức pha chế, nhưng các lỗi khi trộn, tỷ lệ A:B không chính xác đối với LSR, sự nhiễm bẩn hoặc không khí bị kẹt có thể làm thay đổi các giá trị đo được. Do đó, mật độ hữu ích như một bước kiểm tra nhanh, chứ không phải là bằng chứng cho thấy mọi đặc tính cơ học hoặc tuân thủ đều chính xác.
Silicone có tính kỵ nước không?
Silicone gốc PDMS chưa qua xử lý vốn dĩ có tính kỵ nước vì các nhóm metyl định hướng ở bề mặt có năng lượng thấp của nó. Nước có xu hướng đọng thành giọt thay vì lan rộng trên bề mặt. tấm silicon.
Góc tiếp xúc nước thường được báo cáo đối với PDMS chưa qua xử lý là khoảng 100–120°. Các kết quả đo được công bố khác nhau tùy thuộc vào công thức, độ nhám bề mặt, độ sạch, phương pháp nhỏ giọt và điều kiện xử lý. Góc tiếp xúc trên 90° thường cho thấy tính chất thấm ướt kỵ nước.
Tính kỵ nước mô tả sự tương tác của bề mặt với giọt nước. Nó không mô tả đầy đủ hành vi của một sản phẩm được đúc khuôn.
| Tài sản | Nó đo lường điều gì | Điều mà nó không chứng minh |
|---|---|---|
| Góc tiếp xúc nước | Khả năng thấm ướt bề mặt | Khả năng chống rò rỉ của một cụm lắp ráp |
| Hấp thụ nước | Khối lượng cơ thể tăng lên sau thời gian tiếp xúc xác định. | Hành vi tạo hạt trên bề mặt |
| Khả năng thấm hơi nước | Sự vận chuyển độ ẩm qua vật liệu | Khả năng chống rò rỉ nước tại mối nối |
| Xếp hạng IP | Bảo vệ vỏ thiết bị theo một thử nghiệm xác định | Hiệu suất vượt trội ở mọi áp suất và thời gian. |
Xử lý bề mặt cũng làm thay đổi kết quả. Xử lý bằng plasma oxy hoặc phóng điện corona có thể tạm thời làm cho PDMS trở nên ưa nước hơn để cải thiện khả năng liên kết, phủ hoặc làm ướt vi chất lỏng. Bề mặt silicon sau đó có thể phục hồi khả năng kỵ nước theo thời gian. Do đó, các thử nghiệm liên kết cần xác định thời gian cho phép giữa quá trình xử lý và việc bôi chất kết dính.
Silicone có chống thấm nước không?
Một thành phần silicon liên tục thường có khả năng chống lại nước lỏng, nhưng "chống thấm nước" là một đặc tính của hệ thống chứ không phải của vật liệu thô.
Gioăng đúc vẫn có thể bị rò rỉ khi:
- Độ nén quá thấp hoặc không đồng đều;
- Đường phân chia cắt ngang bề mặt làm kín;
- Các vết cháy, đường nối, bụi bẩn hoặc hư hỏng bề mặt tạo ra đường rò rỉ;
- Biến dạng nén làm giảm lực làm kín qua nhiều chu kỳ nhiệt;
- Vỏ máy bị biến dạng dưới áp lực;
- Thiết kế khớp nối dựa trên chất kết dính không thấm ướt silicon chưa qua xử lý;
- Vỏ thiết bị được thử nghiệm ở áp suất hoặc thời gian nằm ngoài giới hạn thiết kế của nó.
Các nhóm thường đánh giá quá cao khả năng chống thấm nước vì hiện tượng giọt nước đọng trông giống như bằng chứng cho thấy khả năng làm kín tốt. Trong thực tế, đường rò rỉ thường nằm ở mặt tiếp xúc, chứ không phải xuyên qua trung tâm của một phần silicon còn nguyên vẹn.
Đối với vỏ thiết bị, cần xác định yêu cầu cụ thể: tiếp xúc với nước bắn, ngâm liên tục, áp suất thủy tĩnh, hơi nước, nước mặn, hóa chất tẩy rửa hoặc thử nghiệm IP. Các điều kiện này không thể thay thế cho nhau.
Silicone có thể hấp thụ bao nhiêu nước?
Cao su silicone nói chung có khả năng hấp thụ nước thấp, nhưng không nên áp dụng một giá trị chung như "dưới 0,5%" cho mọi loại hợp chất.
Các cơ sở dữ liệu đã công bố chứa nhiều thông tin khác nhau vì chúng kết hợp cao su đặc, bọt xốp, công thức đặc biệt, độ dày mẫu khác nhau và điều kiện tiếp xúc khác nhau. Do đó, khả năng hấp thụ nước phải được liên kết với một loại và một phương pháp cụ thể, chẳng hạn như... ASTM D570 hoặc ISO 62, kèm theo thời gian và nhiệt độ đã nêu rõ.
Để có thông số kỹ thuật chi tiết, vui lòng yêu cầu:
- cấp độ và điều kiện đóng rắn đã được kiểm nghiệm;
- độ dày mẫu vật;
- thời gian ngâm và nhiệt độ nước;
- phần trăm thay đổi khối lượng;
- Thay đổi kích thước, nếu dung sai chặt chẽ là điều quan trọng;
- Khả năng duy trì các đặc tính điện hoặc cơ học sau quá trình xử lý.
Khả năng hấp thụ nước thấp không có nghĩa là khả năng truyền hơi nước bằng không. Silicone có khả năng hấp thụ nước tương đối cao. khả năng thấm khí và hơi So với nhiều chất đàn hồi hữu cơ đặc. Điều này hữu ích cho màng thoáng khí nhưng có thể là một hạn chế trong bao bì chống ẩm hoặc vỏ bọc cảm biến.
Người mua nên xác định mật độ silicone như thế nào?
Sử dụng mật độ như một thuộc tính được kiểm soát trong bản đặc tả vật liệu hoàn chỉnh.
| Mục thông số kỹ thuật | Yêu cầu thực tế |
|---|---|
| Vật liệu cấp độ | Mã nhà cung cấp và mã hợp chất chính xác |
| Hệ thống chữa bệnh | Bạch kim, peroxit, hoặc hệ thống theo cấp độ cụ thể |
| Mật độ hoặc trọng lượng riêng | Giá trị danh nghĩa và dung sai so với TDS đã được phê duyệt |
| Phương pháp thử nghiệm | ASTM D792, ASTM D297, hoặc ISO 1183-1 |
| Điều kiện thử nghiệm | Nhiệt độ, điều kiện mẫu vật và trạng thái đóng rắn |
| Dung sai trọng lượng bộ phận | Được định nghĩa riêng biệt với mật độ vật liệu. |
| Nhu cầu nước | Thử nghiệm hấp thụ, ngâm, áp suất, truyền hơi hoặc IP |
| Kiểm soát thay đổi | Không được thay thế công thức hoặc chất độn mà không có sự chấp thuận. |
Không nên chỉ dựa vào mật độ để lựa chọn hợp chất silicon. Hai vật liệu có thể có cùng mật độ nhưng khác nhau về độ bền kéo, khả năng chống rách, độ biến dạng nén, yêu cầu sau khi đóng rắn, các chất có thể chiết xuất và tình trạng pháp lý.
Các câu hỏi thường gặp
Silicone dùng trong thực phẩm có nổi trên mặt nước không?
Khả năng nổi không phụ thuộc vào việc các bộ phận bằng silicon tiếp xúc với thực phẩm. Hầu hết các bộ phận silicon rắn tiếp xúc với thực phẩm đều chìm vì mật độ của chúng trên 1,00 g/cm³. Thiết kế rỗng hoặc dạng xốp có thể nổi.
Silicon có nặng hơn nước không?
Hầu hết cao su silicon rắn đều nặng hơn nước ngọt trên mỗi đơn vị thể tích. Mật độ điển hình của hợp chất này xấp xỉ 1,05–1,60 g/cm³, trong khi nước ngọt có mật độ gần 1,00 g/cm³.
Độ cứng Shore càng cao thì mật độ càng cao?
Không nhất thiết. Độ cứng và mật độ đều phụ thuộc vào công thức pha chế, nhưng không có công thức quy đổi chung giữa chúng. Hãy sử dụng bảng dữ liệu kỹ thuật (TDS) của hợp chất để có được từng giá trị.
Ranh giới thiết kế
Để tính toán trọng lượng, hãy cung cấp thể tích CAD hoàn thiện, trọng lượng chi tiết chèn, mật độ hợp chất được phê duyệt và dung sai trọng lượng từng chi tiết. Đối với thử nghiệm nổi, hãy cung cấp khối lượng toàn bộ cụm lắp ráp, thể tích bị dịch chuyển bên ngoài, phương pháp bịt kín khoang và chất lỏng sử dụng. Đối với thử nghiệm khả năng chống nước, hãy xác định áp suất, thời gian, nhiệt độ, hình dạng mối nối và thử nghiệm áp dụng.
Nếu thiếu những thông tin đầu vào đó, "silicone nổi" và "silicone không thấm nước" chỉ là những nhận định chung chung về vật liệu, chứ không phải là thông số kỹ thuật sản xuất.
