Причины растрескивания силиконовых изделий?

Почему трескаются силиконовые изделия? Силиконовые изделия широко используются в медицине, электронике, кухонной утвари, уходе за матерями и детьми благодаря своей превосходной эластичности, термостойкости и химической стабильности. Однако в реальном использовании или в производственных процессах время от времени возникает растрескивание силиконовых изделий, что не только влияет на производительность продукта, но и может представлять угрозу безопасности. Мы глубоко проанализируем основные причины растрескивания силиконовых изделий с четырех сторон: качество сырья, производственный процесс, условия эксплуатации и конструкцию, предоставляя научные рекомендации для отраслевых специалистов и потребителей.

1. Качество сырья: «врожденные дефекты» некачественных резиновых материалов
Производительность силиконовых изделий напрямую зависит от качества сырья. Использование переработанных материалов, добавление силиконового порошка или низкочистого силикагеля приведет к недостаточной прочности на разрыв изделия, и при небольшом внешнем воздействии появятся трещины. Например, некоторые производители добавляют большое количество силиконового порошка в клей для снижения затрат, делая материалы, которые изначально не соответствовали стандартам прочности на разрыв, более склонными к хрупкости. Кроме того, если пузырьки или примеси не полностью удалены в процессе смешивания резинового материала, внутри изделия также образуются точки концентрации напряжения, становясь «предохранителем» для растрескивания.
Ключевые показатели: Прочность на разрыв высококачественного силикона должна быть ≥ 30 кН/м, прочность на растяжение должна быть ≥ 8 МПа, и он должен пройти сертификацию пищевого класса, такую как FDA и LFGB. Если резиновый материал хранится слишком долго или не герметично, это также может привести к ухудшению характеристик из-за окисления, что еще больше увеличивает риск растрескивания.
2. Производственный процесс: тонкий баланс между температурой и временем
Производство силиконовых изделий включает в себя несколько процессов, таких как смешивание, вулканизация и извлечение из формы, и любое отклонение в любом звене может вызвать растрескивание:
Неконтролируемый процесс вулканизации: Чрезмерная температура или время вулканизации могут вызвать чрезмерное поперечное связывание силиконовых молекулярных цепей, что приведет к хрупкости изделий; Напротив, недостаточная вулканизация приведет к неполному отверждению резинового материала и легкому разрыву при извлечении из формы. Например, эксперимент показал, что при увеличении температуры вулканизации со 180 ℃ до 200 ℃ скорость растрескивания изделия увеличилась на 40%.
Дефекты конструкции пресс-формы: Необоснованная конструкция пресс-формы (например, закругленные углы и неравномерная толщина стенок) может вызвать препятствие потоку силикона, что приведет к концентрации напряжения в тонких стенках. Кроме того, шероховатые или грязные поверхности пресс-формы могут затруднять извлечение из формы, а принудительное отслаивание может легко повредить изделие.
Неправильная операция извлечения из формы: Чрезмерное использование разделительного агента или грубые методы обработки (например, поддевание острыми инструментами) могут непосредственно поцарапать поверхность силикона, образуя микротрещины, которые постепенно расширяются при длительном использовании.
Направление оптимизации: Принять ступенчатый процесс вулканизации, сначала низкотемпературную предварительную вулканизацию, а затем высокотемпературное формование; Нанесение твердого хрома или распыление покрытия PTFE на поверхность пресс-формы для уменьшения коэффициента трения; Использовать помощь сжатого воздуха или специальные инструменты для извлечения из формы из силикона во время извлечения из формы.

3. Конструкция: «невидимый убийца» распределения напряжений
Оптимизация конструкции на этапе проектирования изделия является ключом к предотвращению растрескивания:
Неравномерная толщина стенок: Концентрация напряжений склонна возникать в месте перехода от толстого к тонкому, и необходимо использовать R-образную конструкцию (радиус угла ≥ 0,5 мм) или постепенное изменение толщины стенок для плавного перехода. Например, определенная марка силиконовой кухонной утвари постепенно увеличила толщину стенок в месте соединения ручки кастрюли и корпуса кастрюли с 2 мм до 5 мм, что привело к снижению количества жалоб на растрескивание на 75%.
Функциональный зазор: Пазы и отверстия, предназначенные для установки винтов или пряжек, ослабят прочность конструкции и должны быть компенсированы добавлением ребер жесткости или локальным утолщением. Определенный силиконовый катетер медицинского назначения имеет волнистую армирующую структуру в месте соединения, эффективно рассеивая напряжение при введении и извлечении.
Конструкция динамической деформации: Для изделий, требующих многократного изгиба (например, силиконовые кабели для передачи данных), процесс деформации необходимо смоделировать с помощью анализа методом конечных элементов для оптимизации распределения материала и формы поперечного сечения. Определенный эксперимент показал, что изменение поперечного сечения линии передачи данных с круглой на D-образную увеличило срок ее службы при изгибе с 10000 раз до 50000 раз.

С развитием силиконовых материалов в сторону высокой прочности и прочности (например, применение фторсиликона и фенилсиликона) проблемы растрескивания в будущем будут еще больше уменьшены. Но независимо от того, насколько продвинута технология, следование научным принципам и спецификациям процесса всегда является основным правилом для обеспечения качества силиконовых изделий.