Tính chất cơ học của silicone: Độ bền kéo, độ giãn dài, độ bền xé và độ biến dạng nén.

Hầu hết các dữ liệu cơ học về silicone đều bị chôn vùi trong mớ thông tin chung chung – những tính từ như “mềm dẻo” và “bền bỉ”, mà không có số liệu cụ thể và phương pháp thử nghiệm nào đi kèm. Nếu bạn đang thiết kế gioăng, bàn phím, vòng đệm hoặc chi tiết đúc, thì sự thiếu sót này sẽ làm mất thời gian và có nguy cơ dẫn đến việc chọn sai độ cứng hoặc thông số độ bền xé trước khi chế tạo khuôn.

Cao su silicon (VQQCao su này có độ bền kéo thô thấp hơn so với cao su nitrile hoặc cao su tự nhiên — thường là 4–11 MPa — nhưng vẫn giữ được độ giãn dài từ 200–800 µm và duy trì đặc tính cơ học đó trong khoảng nhiệt độ từ -60 °C đến +230 °C. Chính sự đánh đổi đó, chứ không phải độ bền cực đại, mới là lý do nó được lựa chọn.

Các phần bên dưới cung cấp các thông số vận hành, phương pháp ASTM đằng sau mỗi thông số và phạm vi áp dụng của các thông số đó.

Tổng quan về các đặc tính cơ học của silicon

Đây là các dòng cao su silicone đa dụng nằm trong phạm vi rộng hơn của silicone. bao bì tài sản vật chất — xem hướng dẫn bất động sản đầy đủ Để có cái nhìn toàn diện hơn, hãy xem các giá trị thực tế phụ thuộc vào polyme cơ bản, hàm lượng chất độn, hệ thống đóng rắn và quá trình xử lý sau đóng rắn. Hãy coi chúng như là giá trị tham khảo ban đầu, chứ không phải là giá trị thay thế cho bảng dữ liệu kỹ thuật.

Sức căng

Độ bền kéo là ứng suất mà một bộ phận silicon chịu được trước khi bị đứt do lực kéo, được đo trên mẫu hình quả tạ. ASTM D412. Silicone đa dụng có giá khoảng... 4–11 MPa. Các loại thép có độ bền cao và khả năng chịu xé cao đạt khoảng 13 MPa.

Độ bền kéo của silicone thấp hơn so với cao su tự nhiên hoặc nitrile, và trên thực tế, nó hiếm khi là yếu tố hạn chế. Silicone được sử dụng cho các bộ phận làm kín, cách nhiệt và các bộ phận có bề mặt mềm mại, nơi độ giãn dài, độ biến dạng khi nén và độ ổn định nhiệt quan trọng hơn độ bền kéo tối đa. Loại vật liệu và tải trọng Di chuyển số nhiều nhất: củng cố silica hun khói Nó làm tăng độ bền kéo, trong khi các chất độn kéo dài nặng làm giảm độ bền kéo để cắt giảm chi phí.

Nếu một bộ phận thực sự chịu tải trọng kéo, silicone thường là vật liệu không phù hợp — đó là giới hạn thiết kế, chứ không phải là loại vật liệu bạn có thể điều chỉnh để khắc phục.

Độ giãn dài khi đứt (Độ đàn hồi & Độ dẻo)

Độ giãn dài khi đứt là khoảng cách mà silicone có thể kéo giãn trước khi bị đứt, được biểu thị bằng phần trăm chiều dài ban đầu và được kéo trên cùng một mẫu ASTM D412 như độ bền kéo. Các thông số điển hình của silicone 200–800%, với các loại có độ cứng thấp hơn nằm ở phân khúc cao cấp.

Đây là đặc tính tạo nên “độ đàn hồi và tính linh hoạt” của silicone. Nó cho phép núm vú giả có độ cứng 30 Shore A, nắp đậy co giãn hoặc ống thổi biến dạng nhiều lần và trở lại hình dạng ban đầu. Độ giãn dài và độ cứng tỷ lệ nghịch với nhau: khi độ cứng tăng lên đối với một bộ phận cứng hơn, độ giãn dài giảm xuống.

100% Mô đun (M100 / M300)

Mô đun đàn hồi là ứng suất cần thiết để kéo giãn mẫu thử đến một độ giãn dài nhất định — M100 ở độ giãn 100%, M300 ở độ giãn 300% — cũng được đọc từ phép thử D412. M100 của silicon thường nằm ở mức... 0,5–3 MPa.

Mô đun đàn hồi quan trọng hơn độ bền kéo đối với các bộ phận chịu uốn cong lặp đi lặp lại ở mức biến dạng thấp, chẳng hạn như bàn phím và màng rung. Nó mô tả lực cần thiết để làm biến dạng, điều mà nhà thiết kế thực sự cảm nhận và chỉ định. Hai loại vật liệu có thể có cùng giá trị độ bền kéo nhưng lại có hành vi rất khác nhau trong quá trình sử dụng vì đường cong mô đun đàn hồi của chúng khác nhau.

Độ bền xé

Độ bền xé là khả năng chống lại vết cắt hoặc vết xước lan rộng, được đo trên mỗi đơn vị. ASTM D624 (thường là Khuôn B hoặc Khuôn C) và được báo cáo bằng kN/m. Silicon có nhiều loại, từ 10–55 kN/mCác loại silicone thông dụng nằm ở vị trí thấp hơn, trong khi các loại silicone có khả năng chống rách cao hơn nằm ở vị trí cao hơn.

Độ bền xé, chứ không phải độ bền kéo, là thông số quyết định liệu các chi tiết thành mỏng và các chi tiết có góc trong sắc nhọn có chịu được quá trình tháo khuôn và sử dụng thực tế hay không. Các sản phẩm dành cho trẻ em, màng mỏng và các chi tiết có bán kính cong nhỏ nên được đánh giá theo cấp độ bền xé cao. Một vết xước nhỏ, nếu chỉ là vết xước bề ngoài trên chi tiết dày, lại có thể trở thành điểm khởi phát rách trên chi tiết mỏng.

Bộ nén

Độ biến dạng nén đo lường mức độ biến dạng vĩnh viễn còn lại sau khi một bộ phận silicon được giữ ở trạng thái nén rồi thả ra — được kiểm tra theo tiêu chuẩn Tiêu chuẩn ASTM D395 (Phương pháp B, độ lệch không đổi). Tỷ lệ phần trăm càng thấp càng tốt. Chất lỏng silicon 10–40%, và quá trình xử lý hậu kỳ hoàn chỉnh đẩy nó xuống mức thấp hơn.

Đây là đặc tính xác định silicon gioăng hoặc vòng đệm. Độ biến dạng nén thấp là lý do chính khiến silicone vượt trội hơn hầu hết các chất đàn hồi khác trong việc làm kín tĩnh ở phạm vi nhiệt độ thay đổi rộng: nó giữ nguyên trạng thái nén và tiếp tục làm kín thay vì bị biến dạng và rò rỉ.

Hệ thống đóng rắn và xử lý sau đóng rắn quyết định con số này. Silicone đóng rắn bằng bạch kim với quy trình xử lý sau đóng rắn thích hợp sẽ cho độ biến dạng nén thấp; vật liệu đóng rắn chưa đủ hoặc đóng rắn bằng peroxide mà không có quy trình xử lý sau đóng rắn đầy đủ thì không đạt được điều đó. Nếu chức năng chính là khả năng bịt kín lâu dài, thì độ biến dạng nén sau xử lý sau đóng rắn là giá trị cần yêu cầu trên bảng dữ liệu kỹ thuật — chứ không phải là con số khi đúc.

Mối liên hệ giữa độ cứng và các thông số cơ học

Độ cứng (durometer) được đo theo ASTM D2240 trên thang Shore A, với chất liệu silicone thường có sẵn từ... Độ cứng Shore A từ 10 đến 80. Độ cứng không phải là giá trị độ bền, nhưng nó là yếu tố dự đoán nhanh nhất các yếu tố khác: các loại gỗ mềm hơn có độ giãn dài hơn (độ giãn dài cao hơn) và cảm giác mềm dẻo hơn (mô đun thấp hơn); các loại gỗ cứng hơn có khả năng chống biến dạng nhưng độ giãn dài giảm đi.

Trong hầu hết các cuộc thảo luận về nguồn cung ứng, độ cứng (durometer) là yếu tố đầu tiên cần xem xét. Các thông số về độ bền kéo, độ bền xé và mô đun đàn hồi sẽ thay đổi theo đó.

Có liên quan: Độ cứng Shore A của silicone: Ảnh hưởng đến cảm giác, khả năng bịt kín và độ bền — Hướng dẫn đầy đủ về cách lựa chọn silicone mềm và cứng, cũng như độ cứng theo từng ứng dụng.

So sánh silicon và các chất đàn hồi khác

Các thông số kỹ thuật chỉ có ý nghĩa khi so sánh. So với các loại cao su thông thường, silicone đánh đổi độ bền thô để lấy phạm vi nhiệt độ, độ biến dạng nén và khả năng chống lão hóa.

Tóm lại, nếu chi tiết cần độ bền kéo hoặc độ bền xé tối đa ở nhiệt độ phòng, thì NR hoặc NBR sẽ vượt trội hơn về các thông số cơ học. Còn nếu cần khả năng bịt kín đáng tin cậy, chịu nhiệt Với khả năng chịu được thời tiết và giữ nguyên hình dạng qua nhiều năm, độ bền thấp hơn của silicone là một sự đánh đổi chấp nhận được.

Những con số này không còn áp dụng ở đâu?

Mọi phạm vi giá trị nêu trên đều phụ thuộc vào cấp độ và quy trình sản xuất. Hệ thống chất độn, thành phần hóa học của quá trình đóng rắn và xử lý sau đóng rắn có thể làm thay đổi độ bền kéo, độ bền xé và độ biến dạng nén trên toàn bộ dải sản phẩm — hai sản phẩm cùng được dán nhãn “silicone” có thể khác nhau gấp 2 lần về độ bền xé. Con số được công bố cũng phản ánh các mẫu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, chứ không phải độ dày thành, hình dạng hoặc ứng suất khi tháo khuôn của sản phẩm thực tế.

Trước khi những con số này trở thành thông số kỹ thuật thực sự, cần ba yếu tố đầu vào: độ cứng Shore A mục tiêu, chức năng điều khiển (niêm phong tĩnh, uốn động hoặc kết cấu) và phạm vi nhiệt độ hoạt động. Với những yếu tố đó, cấp độ cơ học sẽ được thu hẹp nhanh chóng. Nếu thiếu chúng, bất kỳ chỉ số độ bền kéo hoặc độ bền xé nào cũng chỉ là một điểm dữ liệu, chứ không phải là một thông số kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp