Nếu bạn làm việc với các loại gioăng, vòng đệm, dụng cụ nhà bếp hoặc các bộ phận đúc khuôn, có lẽ bạn đã từng phải đối mặt với sự lựa chọn này. Silicone và cao su thường có vẻ làm cùng một công việc. Cả hai đều dẻo. Cả hai đều có thể nén được. Và trên bề ngoài, chúng trông gần như giống hệt nhau.
Vấn đề là chúng hoạt động rất khác nhau một khi sản phẩm được sử dụng. Một bộ phận hoạt động tốt trong môi trường ấm áp trong nhà có thể nhanh chóng bị hỏng khi sử dụng ngoài trời. Một bộ phận trông vẫn ổn lúc đầu có thể bị cứng lại, nứt hoặc mất chức năng sau vài tháng.
Nhiều quyết định lựa chọn vật liệu được đưa ra bằng cách so sánh giá cả hoặc các chỉ số về độ bền. Trên thực tế, những con số đó hiếm khi phản ánh đầy đủ toàn bộ câu chuyện. Khả năng phản ứng của vật liệu với nhiệt, ánh sáng, không khí và thời gian cũng quan trọng không kém.
Bài viết này xem xét silicone và cao su trong điều kiện làm việc thực tế. Mục tiêu không phải là chứng minh vật liệu nào tốt hơn, mà là giúp bạn hiểu được ưu điểm và nhược điểm của từng vật liệu, để bạn có thể lựa chọn dễ dàng hơn sau này.
Silicone là gì?
Silicone thường được gọi là một loại cao su, nhưng trên thực tế, nó có đặc tính giống với một loại vật liệu riêng biệt hơn. Sự khác biệt chính nằm ở cấu trúc xương sống. Thay vì các chuỗi carbon, silicone được cấu tạo từ silicon và oxy.
Bạn không cần phải nhớ kiến thức hóa học để thấy được kết quả. Trong thực tế sử dụng, silicone vẫn giữ được độ dẻo dai bất kể nhiệt độ cao hay thấp, điều mà hầu hết các loại cao su khác không thể làm được. Nó cũng không bị ảnh hưởng bởi ánh nắng mặt trời hay ozone. Các bộ phận làm từ silicone thường trông và cảm giác giống như ban đầu rất lâu sau khi các bộ phận cao su thông thường bắt đầu bị cứng lại.
Một lý do khác khiến silicone được lựa chọn là tính ổn định khi tiếp xúc với người và thực phẩm. Nó hầu như không có mùi. Nó không cần chất làm mềm để giữ được độ mềm. Theo thời gian, nó ít bị lem màu, cứng lại hoặc thay đổi cảm giác bề mặt.
Silicone hiếm khi được lựa chọn vì độ bền tuyệt đối. Nếu thiết kế cần khả năng chống rách cao hoặc độ đàn hồi nhanh, cao su thường được ưu tiên. Silicone phát huy tác dụng khi tính ổn định quan trọng hơn độ bền.
Cao su là gì?
Cao su là một thuật ngữ rộng. Nó bao gồm cao su tự nhiên và nhiều loại cao su tổng hợp, và chúng không có cùng tính chất. Điểm chung của chúng là cấu trúc polymer gốc carbon, tạo nên độ đàn hồi quen thuộc của cao su.
Trên thực tế, cao su dễ dàng giãn ra và nhanh chóng trở lại hình dạng ban đầu. Khả năng đàn hồi nhanh này là lý do tại sao cao su hoạt động rất tốt trong lốp xe, dây đai và các bộ phận chuyển động. Nó chịu được chuyển động lặp đi lặp lại tốt hơn silicon trong nhiều thiết kế.
Cao su cũng có hiệu suất cơ học cao. Khả năng chống rách, chống mài mòn và độ bám là những lĩnh vực mà nhiều loại cao su vượt trội hơn so với silicone. Đối với các ứng dụng liên quan đến ma sát hoặc chuyển động liên tục, điều này quan trọng hơn so với tính ổn định nhiệt độ.
Nhược điểm là sự lão hóa. Hầu hết các loại cao su đều thay đổi dần dần sau khi sử dụng. Nhiệt độ, không khí và ánh sáng sẽ tác động đến chúng theo thời gian. Vật liệu có thể bị cứng lại, mất độ đàn hồi hoặc nứt nẻ. Đây không phải là lỗi. Đó chỉ đơn giản là cách hoạt động của các chất đàn hồi gốc carbon.
Sự khác biệt chính giữa silicone và cao su
Thoạt nhìn, silicone và cao su có vẻ khá giống nhau. Cả hai đều có thể uốn cong. Cả hai đều có thể nén lại. Cả hai đều xuất hiện trong các loại gioăng, miếng đệm và các bộ phận đúc.
Sự khác biệt thường chỉ xuất hiện sau này. Không phải trong phòng thí nghiệm, mà là trong quá trình sử dụng. Chu kỳ nhiệt, ánh nắng mặt trời và áp suất liên tục tác động từ từ lên cao su. Bạn có thể không nhận thấy ngay, nhưng cảm giác sẽ thay đổi. Bề mặt trở nên cứng hơn. Chi tiết không còn phục hồi như trước nữa.
Silicone có phản ứng khác biệt. Nó ít nhạy cảm với ánh sáng và không khí. Trong nhiều trường hợp, nó trông gần như không thay đổi sau nhiều tháng. Độ ổn định đó là lý do chính khiến mọi người chấp nhận mức giá cao hơn của nó.
Cao su vẫn có những ưu điểm rõ rệt. Nó dễ dàng co giãn và đàn hồi nhanh hơn. Trong các bộ phận chuyển động, trượt hoặc bám, đặc tính này có thể quan trọng hơn độ ổn định lâu dài.
Bảng dưới đây phản ánh cách những khác biệt này thường xuất hiện sau một thời gian sản phẩm được đưa vào sử dụng.
| Tài sản | Silicon | Cao su |
| Cấu trúc cơ bản | Cấu trúc xương sống silicon-oxy | Polyme gốc cacbon |
| Phạm vi nhiệt độ điển hình | -60°C đến 230°C | -30°C đến 120°C |
| Khả năng chống tia cực tím và ozone | Rất cao | Thấp đến trung bình |
| Hành vi lão hóa | Chậm chạp, dễ đoán | Sự cứng dần |
| Sức căng | Vừa phải | Thường cao hơn |
| đàn hồi bật lại | Chậm hơn | Nhanh hơn |
| Độ bền ngoài trời | Tuổi thọ dài | Tuổi thọ sử dụng ngắn hơn |
| Chi phí ban đầu | Cao hơn | Thấp hơn |
| Sự thay đổi về ngoại hình theo thời gian | Ổn định | Có xu hướng thay đổi |
Vì sao silicon và cao su lại có sự khác biệt về quá trình lão hóa?
Hầu hết các vật liệu cao su bắt đầu thay đổi ngay từ khi được đưa vào sử dụng. Điều này không phải lúc nào cũng dễ nhận thấy ngay từ đầu. Quá trình này diễn ra chậm và phụ thuộc vào nhiệt độ, không khí, ánh sáng và ứng suất.
Cao su được cấu tạo từ các chuỗi polymer gốc carbon. Theo thời gian, các chuỗi này phản ứng với oxy và ozon. Nhiệt độ cao làm tăng tốc quá trình này. Ánh nắng mặt trời làm cho tình trạng tồi tệ hơn. Kết quả thì ai cũng thấy rõ. Bề mặt cứng lại. Các vết nứt nhỏ xuất hiện. Khả năng phục hồi đàn hồi giảm đi.
Silicone đi theo một con đường khác. Cấu trúc xương sống của nó được tạo thành từ silicon và oxy, có khả năng chống chịu tác động của môi trường tốt hơn nhiều. Tia cực tím và ozone hầu như không ảnh hưởng đến nó. Sự thay đổi nhiệt độ cũng gây ra ít hư hại hơn.
Do đó, silicone thường không bị hỏng do phân hủy hóa học dần dần. Thay vào đó, nó có xu hướng bị hỏng do mỏi cơ học. Sau thời gian dài sử dụng, nó có thể bị rách hoặc nứt, nhưng các đặc tính cơ bản của nó vẫn ổn định trong thời gian dài hơn nhiều.
Sự khác biệt này rất quan trọng trong các sản phẩm thực tế. Cao su thường giảm hiệu năng một cách âm thầm. Silicone lại cho thấy những dấu hiệu rõ ràng hơn khi hết hạn sử dụng.
Các kiểu lỗi trong sử dụng thực tế
Trong các sản phẩm thực tế, vật liệu hiếm khi hỏng theo cách mô tả trong bảng thông số kỹ thuật. Điều quan trọng không phải là giới hạn lý thuyết, mà là vật liệu đó hoạt động như thế nào sau nhiều tháng hoặc nhiều năm sử dụng bình thường.
Các sản phẩm cao su thường hỏng hóc âm thầm. Hiệu suất giảm sút trước khi sản phẩm có dấu hiệu hư hại rõ rệt. Gioăng bị mất độ đàn hồi. Vòng đệm không còn khả năng co giãn. Tay cầm cảm thấy cứng hơn nhưng vẫn trông nguyên vẹn. Đến khi các vết nứt xuất hiện, chức năng đã bị ảnh hưởng.
Silicone hoạt động trung thực hơn. Miễn là nó nằm trong phạm vi hoạt động cho phép, hiệu suất sẽ ổn định. Khi xảy ra lỗi, thường là lỗi vật lý và dễ nhận thấy. Một vết rách hình thành. Một cạnh bị tách ra. Chi tiết không còn giữ được hình dạng ban đầu.
Sự khác biệt này làm thay đổi cách thức kiểm tra và thay thế sản phẩm. Nhiều bộ phận cao su được thay thế theo lịch trình. Các bộ phận silicon thường được thay thế dựa trên tình trạng của chúng.
Sự khác biệt càng rõ rệt hơn khi đặt cạnh nhau:
| Diện mạo | Cao su | Silicon |
| Dấu hiệu cảnh báo sớm | Cứng dần, mất khả năng đàn hồi | Rất ít trường hợp bị hư hại trước đó. |
| Loại lỗi điển hình | Lão hóa, nứt nẻ, biến dạng nén | Rách, mỏi cơ học |
| Giảm hiệu năng | Chậm và khó nhận thấy | Đột ngột và rõ ràng |
| Logic thay thế | Dựa trên thời gian | Dựa trên điều kiện |
Ứng dụng của silicon và cao su
Trong thực tế, silicone và cao su hiếm khi có thể thay thế cho nhau, ngay cả khi chúng thuộc cùng một loại. Các kỹ sư thường quyết định dựa trên yếu tố nào sẽ hỏng trước, chứ không phải dựa trên sự tương đồng về hình thức trên giấy tờ.
Silicone thường xuất hiện ở những nơi mà nhiệt độ, thời gian và điều kiện vệ sinh làm hư hại vật liệu một cách từ từ. Đồ dùng làm bánh, sản phẩm cho trẻ em và hộp đựng thực phẩm tái sử dụng đều dựa vào silicone vì việc đun nóng nhiều lần không làm thay đổi mùi hoặc kết cấu của nó. Trong y tế, ống dẫn và cấy ghép silicone được lựa chọn không phải vì độ bền mà chủ yếu là vì độ ổn định. Chúng chịu được các chu kỳ khử trùng và tiếp xúc lâu dài với da mà không bị giòn.
Cao su được sử dụng khi các bộ phận cần chuyển động, uốn cong hoặc chịu lực tác động mạnh. Lốp xe, giá đỡ chống rung và con lăn công nghiệp đều phụ thuộc vào khả năng biến dạng và phục hồi hàng nghìn lần của cao su. Trong những vai trò này, sự hao mòn dần dần được chấp nhận và lên kế hoạch trước. Các bộ phận bằng cao su thường được coi là vật tư tiêu hao hơn là các bộ phận cố định.
Nhiều sản phẩm thông thường kết hợp cả hai chất liệu này một cách tinh tế. Một thiết bị đeo được có thể sử dụng silicon ở những nơi cơ thể tiếp xúc với sản phẩm, trong khi cao su được đặt bên trong để hấp thụ lực tác động. Giày dép cũng tuân theo logic tương tự. Đế giày chịu ma sát bằng cao su. Các lớp đệm thoải mái dựa vào silicon để tạo cảm giác dễ chịu trong thời gian dài.
| Sử dụng môi trường | Silicone thường được sử dụng cho | Cao su thường được sử dụng cho |
| Tiếp xúc với nhiệt | Đồ dùng làm bánh, gioăng kín, các bộ phận đã tiệt trùng | Ít khi sử dụng |
| Tiếp xúc da | Ống dẫn y tế, thiết bị đeo, đồ dùng cho trẻ sơ sinh | Sử dụng hạn chế, ngắn hạn |
| Chuyển động lặp đi lặp lại | Sử dụng hạn chế | Lốp xe, con lăn, bộ giảm chấn |
| Thay thế theo kế hoạch | Ít phổ biến hơn | Rất phổ biến |
| Sản phẩm hỗn hợp vật liệu | Sự thoải mái và độ kín | Độ bám và khả năng hấp thụ lực va đập |
Rủi ro vệ sinh và ô nhiễm
Trong lĩnh vực thực phẩm và sản phẩm y tế, vệ sinh là vấn đề về hành vi lâu dài, chứ không chỉ là sự tuân thủ ban đầu.
Cao su sẽ thay đổi theo thời gian. Nhiệt độ, không khí và việc sử dụng lặp đi lặp lại có thể làm biến đổi bề mặt. Trong một số trường hợp, các bộ phận cao su cũ có thể phát sinh mùi hoặc hơi dính bề mặt. Điều này không có nghĩa là hỏng ngay lập tức, nhưng nó có thể làm cho bề mặt dễ bám dầu, bụi bẩn hoặc cặn bẩn hơn. Việc làm sạch vẫn có thể thực hiện được, nhưng thường đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ hơn và thay thế định kỳ.
Silicone có độ bền cao hơn theo thời gian. Thành phần hóa học của nó ít phản ứng với không khí, độ ẩm và các chất tẩy rửa thông thường. Bề mặt thường giữ được độ mịn và khô ráo, ngay cả sau thời gian dài sử dụng hoặc giặt rửa nhiều lần. Mùi khó chịu và sự thay đổi bề mặt hiếm khi xảy ra trong điều kiện bình thường.
Đối với các ứng dụng vệ sinh, sự khác biệt nằm ở khía cạnh thực tiễn hơn là lý thuyết. Cao su thường dựa vào chu kỳ thay thế xác định để quản lý rủi ro ô nhiễm. Silicone thì dựa nhiều hơn vào độ ổn định vật liệu để giảm thiểu rủi ro này.
Cả hai loại vật liệu đều có thể được sử dụng an toàn. Sự lựa chọn phụ thuộc vào mức độ bảo trì và kiểm soát mà ứng dụng cho phép.
Nên chọn giữa silicone và cao su như thế nào?
Câu hỏi sai là “Loại vật liệu nào tốt hơn?”
Câu hỏi hữu ích là "Bộ phận này sẽ phải đối mặt với những gì mỗi ngày?"“
Nếu nhiệt độ là một phần của môi trường, silicone trở thành lựa chọn an toàn hơn. Lò nướng, hơi nước, chất lỏng nóng và các chu kỳ khử trùng lặp đi lặp lại sẽ làm phân hủy dần hầu hết các loại cao su. Silicone vẫn ổn định trong những điều kiện này và không thay đổi nhiều theo thời gian.
Nếu chuyển động và ma sát chiếm ưu thế, cao su thường hoạt động tốt hơn. Các gioăng động, con lăn và các bộ phận chịu uốn liên tục sẽ được hưởng lợi từ khả năng đàn hồi nhanh và khả năng chống rách cao của cao su. Trong những trường hợp này, silicone có thể quá mềm hoặc bị mòn quá nhanh.
Chi phí cũng đóng một vai trò, nhưng không nên là yếu tố quyết định. Cao su thường rẻ hơn ở cấp độ vật liệu. Silicone thường có giá thành ban đầu cao hơn nhưng giúp giảm tần suất thay thế. Trong suốt vòng đời sản phẩm, sự chênh lệch giá không phải lúc nào cũng lớn như vẻ bề ngoài.
Một cách đơn giản để quyết định là chọn vật liệu phù hợp với ứng suất chính, chứ không phải ứng suất phụ.
| Căng thẳng chính | Lựa chọn tốt hơn |
| Nhiệt độ cao | Silicon |
| Khử trùng lặp lại | Silicon |
| Chuyển động liên tục | Cao su |
| Độ mài mòn cao | Cao su |
| Sự ổn định lâu dài | Silicon |
Phần kết luận
Silicone và cao su phục vụ các mục đích khác nhau. Không có loại nào tốt hơn loại nào một cách tuyệt đối. Khi môi trường làm việc, tuổi thọ và khả năng chịu rủi ro được hiểu rõ, việc lựa chọn giữa silicone và cao su thường trở nên rõ ràng.
