關於矽膠硬度的相關知識，一篇文章告訴你

開發矽膠產品時，除了原料、射出技術、合作代工廠的選擇外，矽膠硬度也是要考量的重點之一，因為矽膠硬度會直接影響產品完成後的使用效果。那麼有哪些因素會影響矽膠硬度？矽膠硬度該怎麼測量？想了解更多關於矽膠硬度的常見問題，我們都整理好懶人包在文章中囉！

 

影響矽膠硬度的 4 個重點

影響矽膠硬度的因素，主要是在產品未固化階段時的原料調配，以及加工成型的過程，以下詳細說明影響矽膠硬度的重點：

 

成分組成

矽膠成分是由天然矽、氧、碳、氫等元素聚合而成，可以想像如果要改變產品的性質，就需要從原料中的化學物質來控制。所以要改變矽膠硬度，就要在矽膠原料中添加矽樹脂、矽油、乙烯基及水合二氧化矽等成分來調配，其中的乙烯基可以將矽鏈子的分出更多結晶體，改變化學結構的緊密程度，而水和二氧化矽可以調整材質硬度，矽樹脂則可以提高不同化合物與矽橡膠的相容性，這些都是專業技術人員才能控制的細節，所以代工廠的技術專業度與產品品質有非常高度的關聯性。
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加熱固化時間

矽膠原料成型需要經過「固化」的過程，產品固化方式可分為常溫固化及加溫固化，其中加溫固化的方式就是將產品放入工業用烤箱烘烤，在這個步驟中，透過調整加熱固化的時間，以及烘烤溫度，就可以改變矽膠硬度。

 

交連密度

說到矽膠的交連密度，就需要牽扯到矽膠材質結構中的化學式。簡單來說，可以想像矽橡膠材質中的化學結構是一面網子，而網子是由許多不同方向的線條交錯而成，線條與線條交集的地方就形成一個點，當這個交集點越密集，網子就會變得比較硬且彈性較低；而「交聯密度」的意思同理，就是用於衡量化學分子緊密程度的一項指標，當交連密度越高，矽膠硬度就越硬，而原料的交連程度會受到加工過程中的加熱溫度、加熱時間及壓力所影響，所以在加工過程中，需要技術人員隨時掌握產品原料的交連密度。

 

是否有添加劑

矽膠成型的步驟中，其中一個流程叫做「硫化成型」，就是指透過加工過程中硫化步驟，來改變矽膠性能，而添加劑的用途就是用來幫助琉化反應，在硫化過中穩定分子的立體結構，增強矽膠硬度。另外，添加劑其實是許多不同劑型的統稱，像是：填料劑、硫化劑、改性劑、結構控制劑等都可算是添加劑，而透過不同比例調配添加劑，就可以調整矽膠硬度。

 

矽膠硬度要怎麼測量？

矽膠硬度測量通常會使用硬度計，目前矽膠有兩種硬度測試標準：邵式硬度、國際橡膠硬度。以下將詳細說明兩種測量標準的差異：

 

邵氏硬度

邵氏硬度計上有探針與彈簧裝置，測試方式就是將探針壓在測試物品上，讀取在特定彈簧壓力下探針壓入的深度，再轉換為硬度值。原理為：探針壓入物品表面，彈簧會因為被壓縮產生力量，使得壓在測試物品上的探針產生回彈力。當測試的矽膠硬度越高，探針的反作用力就越大，測得的邵氏硬度也會越高。
另外，邵氏硬度 (Shore) 的測試方式分為 A 型與 D 型，測試人員會根據不同產品硬度來選用，通常硬度 90 度以下適用 A 型邵氏硬度計，90 度以上適用 D 型邵氏硬度計，選用哪一型的硬度計通常是根據測試人員的經驗來判斷使用，也因為邵氏硬度計可以應用的材質很廣泛，像是：矽膠、橡膠、皮革、塑膠、樹脂、玻璃、壓克力等，所以工業產品比較普遍使用邵氏硬度計。

 

國際橡膠硬度

國際橡膠硬度英文名稱為 IRHD (International Rubber Hardness Degrees)，硬度計會有一個平面及一個鋼球，測試方式是將鋼球由上往下壓在測試物品表面，需要下壓測試2次，硬度計上的感壓計會根據鋼球下壓的深度來測得硬度值。IRHD 的種類有分四種等級：Micro、Low、Normal、Hard，不同種類測試出來的數值範圍會不一樣，一般來說 Normal 和 Micro 是比較通用的，和邵氏硬度相比，IRHD適用的物品會比較侷限，邵氏硬度計是以探針下壓來測試硬度，比較不受物品體積大小限制，而 IRHD 測試的方式比較像用「夾」的，適用於體積較小或較薄的物品。

 

關於矽膠硬度的 4 個常見問題

Q1：矽膠硬度越高越好嗎？

當矽膠硬度越高彈性就越低，也會比較容易斷裂，所以矽膠硬度不一定越高越好。產品硬度應該要依據產品的種類及用途來決定，以生活中常見的矽膠餐具來說，矽膠硬度通常介於邵氏硬度 50A～70A 之間，產品硬度的選擇也會影響到適用的產品成型技術及生產成本，如果不確定產品硬度該如何拿捏，建議在開發前可以多與代工廠討論。
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Q2：矽膠硬度會受到環境影響嗎？

不會，矽膠對於溫度的耐受度為 -40度 ~ 200 度，算是耐溫彈性很大的一種材質。一般來說，已完成的矽膠產品，不會因為環境因素而改變矽膠硬度；但若曝曬於陽光下，因受到紫外線影響，有可能造成矽膠產品變色或老化。
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Q3：矽膠成型方式會影響產品硬度嗎？

不會，選用哪種矽膠成型方式，主要取決於產品種類及成本預算，與最後製成的產品硬度無關，會影響矽膠硬度的因素主要還是上述提過的：成分組成、加熱時間、使用的添加劑等。
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Q4：矽膠產品硬度會影響回彈度及拉伸強度嗎？

想要更深入了解矽膠材料的物理性能，可以參考矽膠原料的物性表，在物性表的欄位中就會列出矽膠硬度、斷裂伸長率、拉伸強度、回彈性等詳細資訊，以下帶大家認識矽膠物性表中的常見名詞：  

• 硬度：產品能夠抵抗硬物壓入表面的能力，當硬度數值越高，表示產品硬度越硬。
• 斷裂伸長率：當產品伸展到斷裂時，與原本長度對比起來的增長百分比，當矽膠越硬，斷裂伸長率就約低。
• 拉伸強度：當產品不斷拉伸直到斷裂的過程中，所得到的最大強度數值，一般矽膠拉伸強度大約在 Mpa 10 以下，熱固型矽膠的拉伸強度大約會在MPa 4.0-12.5 之間。
• 撕裂強度：在特定的測試條件下，對著有切口的物品施加力道，來測試產品受到外力影響時，切口被擴大或撕裂的抵抗力。
• 回彈性：當測試產品受到外力影響短暫變形之後，反彈恢復原狀的能力。
• 壓縮永久變形：在特定的測試條件下，產品受外力壓迫至無法恢復的機率測試。

 

上陽電子矽膠物性表

 

結論

透過文章內容我們可以了解，影響矽膠硬度的因素跟矽膠成分組成、加工過程使用的添加劑以及加熱固化的時間有關。通常業界比較常用的硬度測試標準為邵氏硬度，關於不同矽膠材質的硬度、彈性、拉伸度等特性，可以參考不同廠商的矽膠物性表。矽膠硬度的調整屬於高度專業範疇，要生產品質好且耐用的產品，就要選擇足夠專業的代工廠，上陽電子專注於矽橡膠產品製造已有30年以上經驗，內部有專業模具部門與工程團隊，以豐富的製造經驗及技術，提供客戶高品質產品，如有矽橡膠產品開發需求，歡迎與我們聯繫討論。