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关于硅胶硬度的相关知识,一篇文章告诉你
September 26,2023
开发硅胶产品时,除了原料、射出技术、合作代工厂的选择外,硅胶硬度也是要考虑的重点之一,因为硅胶硬度会直接影响产品完成后的使用效果。那么有哪些因素会影响硅胶硬度?硅胶硬度该怎么测量?想了解更多关于硅胶硬度的常见问题,我们都整理好懒人包在文章中啰!
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另外,邵氏硬度 (Shore) 的测试方式分为 A 型与 D 型,测试人员会根据不同产品硬度来选用,通常硬度 90 度以下适用 A 型邵氏硬度计,90 度以上适用 D 型邵氏硬度计,选用哪一型的硬度计通常是根据测试人员的经验来判断使用,也因为邵氏硬度计可以应用的材质很广泛,像是:硅胶、橡胶、皮革、塑料、树脂、玻璃、压克力等,所以工业产品比较普遍使用邵氏硬度计。
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影响硅胶硬度的 4 个重点
影响硅胶硬度的因素,主要是在产品未固化阶段时的原料调配,以及加工成型的过程,以下详细说明影响硅胶硬度的重点:
成分组成
硅胶成分是由天然硅、氧、碳、氢等元素聚合而成,可以想象如果要改变产品的性质,就需要从原料中的化学物质来控制。所以要改变硅胶硬度,就要在硅胶原料中添加硅树脂、硅油、乙烯基及水合二氧化硅等成分来调配,其中的乙烯基可以将硅链子的分出更多结晶体,改变化学结构的紧密程度,而水和二氧化硅可以调整材质硬度,硅树脂则可以提高不同化合物与硅橡胶的兼容性,这些都是专业技术人员才能控制的细节,所以代工厂的技术专业度与产品质量有非常高度的关联性。<延伸阅读:常见硅橡胶有哪些?特色用途一篇看懂>
加热固化时间
硅胶原料成型需要经过「固化」的过程,产品固化方式可分为常温固化及加温固化,其中加温固化的方式就是将产品放入工业用烤箱烘烤,在这个步骤中,透过调整加热固化的时间,以及烘烤温度,就可以改变硅胶硬度。
交连密度
说到硅胶的交连密度,就需要牵扯到硅胶材质结构中的化学式。简单来说,可以想象硅橡胶材质中的化学结构是一面网子,而网子是由许多不同方向的线条交错而成,线条与线条交集的地方就形成一个点,当这个交集点越密集,网子就会变得比较硬且弹性较低;而「交联密度」的意思同理,就是用于衡量化学分子紧密程度的一项指针,当交连密度越高,硅胶硬度就越硬,而原料的交连程度会受到加工过程中的加热温度、加热时间及压力所影响,所以在加工过程中,需要技术人员随时掌握产品原料的交连密度。
是否有添加剂
硅胶成型的步骤中,其中一个流程叫做「硫化成型」,就是指透过加工过程中硫化步骤,来改变硅胶性能,而添加剂的用途就是用来帮助琉化反应,在硫化过中稳定分子的立体结构,增强硅胶硬度。另外,添加剂其实是许多不同剂型的统称,像是:填料剂、硫化剂、改性剂、结构控制剂等都可算是添加剂,而透过不同比例调配添加剂,就可以调整硅胶硬度。
硅胶硬度要怎么测量?
硅胶硬度测量通常会使用硬度计,目前硅胶有两种硬度测试标准:邵式硬度、国际橡胶硬度。以下将详细说明两种测量标准的差异:
邵氏硬度
邵氏硬度计上有探针与弹簧装置,测试方式就是将探针压在测试物品上,读取在特定弹簧压力下探针压入的深度,再转换为硬度值。原理为:探针压入物品表面,弹簧会因为被压缩产生力量,使得压在测试物品上的探针产生回弹力。当测试的硅胶硬度越高,探针的反作用力就越大,测得的邵氏硬度也会越高。另外,邵氏硬度 (Shore) 的测试方式分为 A 型与 D 型,测试人员会根据不同产品硬度来选用,通常硬度 90 度以下适用 A 型邵氏硬度计,90 度以上适用 D 型邵氏硬度计,选用哪一型的硬度计通常是根据测试人员的经验来判断使用,也因为邵氏硬度计可以应用的材质很广泛,像是:硅胶、橡胶、皮革、塑料、树脂、玻璃、压克力等,所以工业产品比较普遍使用邵氏硬度计。
国际橡胶硬度
国际橡胶硬度英文名称为 IRHD (International Rubber Hardness Degrees),硬度计会有一个平面及一个钢球,测试方式是将钢球由上往下压在测试物品表面,需要下压测试2次,硬度计上的感压计会根据钢球下压的深度来测得硬度值。IRHD 的种类有分四种等级:Micro、Low、Normal、Hard,不同种类测试出来的数值范围会不一样,一般来说 Normal 和 Micro 是比较通用的,和邵氏硬度相比,IRHD适用的物品会比较局限,邵氏硬度计是以探针下压来测试硬度,比较不受物品体积大小限制,而 IRHD 测试的方式比较像用「夹」的,适用于体积较小或较薄的物品。
关于硅胶硬度的 4 个常见问题
Q1:硅胶硬度越高越好吗?
当硅胶硬度越高弹性就越低,也会比较容易断裂,所以硅胶硬度不一定越高越好。产品硬度应该要依据产品的种类及用途来决定,以生活中常见的硅胶餐具来说,硅胶硬度通常介于邵氏硬度 50A~70A 之间,产品硬度的选择也会影响到适用的产品成型技术及生产成本,如果不确定产品硬度该如何拿捏,建议在开发前可以多与代工厂讨论。<延伸阅读:硅胶射出成型技术|深入理解所有硅胶射出类型和应用!>
Q2:硅胶硬度会受到环境影响吗?
不会,硅胶对于温度的耐受度为 -40度 ~ 200 度,算是耐温弹性很大的一种材质。一般来说,已完成的硅胶产品,不会因为环境因素而改变硅胶硬度;但若曝晒于阳光下,因受到紫外线影响,有可能造成硅胶产品变色或老化。<延伸阅读:硅胶是什么?五个硅胶常见迷思大解析>
Q3:硅胶成型方式会影响产品硬度吗?
不会,选用哪种硅胶成型方式,主要取决于产品种类及成本预算,与最后制成的产品硬度无关,会影响硅胶硬度的因素主要还是上述提过的:成分组成、加热时间、使用的添加剂等。<延伸阅读:硅胶成型是什么?硅胶成型方式有哪几种?>
Q4:硅胶产品硬度会影响回弹度及拉伸强度吗?
想要更深入了解硅胶材料的物理性能,可以参考硅胶原料的物性表,在物性表的字段中就会列出硅胶硬度、断裂伸长率、拉伸强度、回弹性等详细信息,以下带大家认识硅胶物性表中的常见名词:- 硬度:产品能够抵抗硬物压入表面的能力,当硬度数值越高,表示产品硬度越硬。
- 断裂伸长率:当产品伸展到断裂时,与原本长度对比起来的增长百分比,当硅胶越硬,断裂伸长率就约低。
- 拉伸强度:当产品不断拉伸直到断裂的过程中,所得到的最大强度数值,一般硅胶拉伸强度大约在 Mpa 10 以下,热固型硅胶的拉伸强度大约会在MPa 4.0-12.5 之间。
- 撕裂强度:在特定的测试条件下,对着有切口的物品施加力道,来测试产品受到外力影响时,切口被扩大或撕裂的抵抗力。
- 回弹性:当测试产品受到外力影响短暂变形之后,反弹恢复原状的能力。
- 压缩永久变形:在特定的测试条件下,产品受外力压迫至无法恢复的机率测试。
上阳电子硅胶物性表
物性 | CHN-9300-U | CHN-9500-U | CHN-9600-U | CHN-9700-U | CHN-6300-U | CHN-6400-U | CHN-6500-U |
---|---|---|---|---|---|---|---|
外观 | 半透明 | 半透明 | 半透明 | 半透明 | 半透明 | 半透明 | 半透明 |
密度 | 1.08 | 1.15 | 1.18 | 1.21 | 1.08 | 1.1 | 1.13 |
硫化剂名称 | C-8 | C-8 | C-8 | C-8 | C-8 | C-8 | C-8 |
标准添加量 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
硬度(硬度计A) | 30 | 51 | 59 | 70 | 28 | 41 | 49 |
断裂伸长率(%) | 640 | 390 | 370 | 200 | 690 | 530 | 540 |
拉伸强度Mpa | 5.4 | 8.7 | 8.8 | 8.5 | 7.4 | 8.2 | 10.8 |
撕裂强度(直角)kN/m | 16 | 24 | 25 | 24 | / | / | / |
回弹性(%) | 72 | 72 | 62 | 55 | 69 | 70 | 66 |
压缩永久变形(%) | 10 | 7 | 9 | 7 | 14 | 12 | 13 |