دلایل ترک خوردن محصولات سیلیکونی؟

چرا محصولات سیلیکونی ترک می خورند؟ محصولات سیلیکونی به دلیل خاصیت ارتجاعی عالی، مقاومت در برابر دما و پایداری شیمیایی در زمینه های پزشکی، الکترونیک، لوازم آشپزخانه، مراقبت از مادر و کودک به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال، در استفاده واقعی یا فرآیندهای تولید، ترک خوردن محصولات سیلیکونی گهگاه رخ می دهد که نه تنها بر عملکرد محصول تأثیر می گذارد، بلکه ممکن است خطرات ایمنی را نیز به همراه داشته باشد. ما علل اصلی ترک خوردن محصولات سیلیکونی را از چهار بعد: کیفیت مواد اولیه، فرآیند تولید، محیط استفاده و ساختار طراحی، عمیقاً تجزیه و تحلیل خواهیم کرد و مراجع علمی را برای متخصصان صنعت و مصرف کنندگان ارائه می دهیم.

1. کیفیت مواد اولیه: "نقص های مادرزادی" مواد لاستیکی بی کیفیت
عملکرد محصولات سیلیکونی مستقیماً به کیفیت مواد اولیه بستگی دارد. اگر از مواد بازیافتی، پودر سیلیکون ناخالص یا ژل سیلیکا با خلوص کم استفاده شود، منجر به استحکام پارگی ناکافی محصول می شود و ترک هایی تحت نیروی خارجی جزئی ظاهر می شوند. به عنوان مثال، برخی از تولیدکنندگان برای کاهش هزینه ها مقدار زیادی پودر سیلیکون به چسب اضافه می کنند و موادی را که در اصل استانداردهای استحکام پارگی را ندارند، مستعد شکنندگی می کنند. علاوه بر این، اگر حباب ها یا ناخالصی ها در طول فرآیند اختلاط مواد لاستیکی به طور کامل از بین نروند، نقاط تمرکز تنش نیز در داخل محصول ایجاد می شود و به عنوان "فیوز" برای ترک خوردن عمل می کند.
شاخص های کلیدی: استحکام پارگی سیلیکون با کیفیت بالا باید ≥ 30kN/m، استحکام کششی باید ≥ 8MPa باشد و باید گواهینامه های درجه مواد غذایی مانند FDA و LFGB را دریافت کند. اگر مواد لاستیکی برای مدت طولانی نگهداری شوند یا مهر و موم نشوند، ممکن است به دلیل اکسیداسیون باعث تخریب عملکرد شوند و خطر ترک خوردن را بیشتر کنند.
2. فرآیند تولید: تعادل ظریف بین دما و زمان
تولید محصولات سیلیکونی شامل فرآیندهای متعددی مانند اختلاط، ولکانیزاسیون و قالب گیری است و هرگونه انحراف در هر مرحله ممکن است باعث ترک خوردن شود:
فرآیند ولکانیزاسیون کنترل نشده: دمای یا زمان ولکانیزاسیون بیش از حد می تواند باعث اتصال متقابل بیش از حد زنجیره های مولکولی سیلیکون شود و منجر به تولید محصولات شکننده شود. برعکس، ولکانیزاسیون ناکافی منجر به پخت ناقص مواد لاستیکی و پارگی آسان در هنگام قالب گیری می شود. به عنوان مثال، یک آزمایش نشان داد که وقتی دمای ولکانیزاسیون از 180 درجه سانتیگراد به 200 درجه سانتیگراد افزایش یافت، میزان ترک خوردن محصول 40٪ افزایش یافت.
نقص طراحی قالب: ساختار قالب غیرمنطقی (مانند گوشه های گرد و ضخامت دیواره ناهموار) می تواند باعث انسداد جریان سیلیکون شود و منجر به تمرکز تنش در دیواره های نازک شود. علاوه بر این، سطوح قالب خشن یا کثیف می توانند مانع از قالب گیری شوند و لایه برداری اجباری می تواند به راحتی محصول را تحت فشار قرار دهد.
عملیات قالب گیری نامناسب: استفاده بیش از حد از عامل قالب گیری یا تکنیک های جابجایی خشن (مانند اهرم کردن با ابزارهای تیز) می تواند مستقیماً سطح سیلیکون را خراش دهد و باعث ایجاد ترک های ریز شود که با استفاده طولانی مدت به تدریج گسترش می یابند.
جهت بهینه سازی: فرآیند ولکانیزاسیون مرحله ای را اتخاذ کنید، ابتدا ولکانیزاسیون اولیه با دمای پایین و سپس شکل دهی با دمای بالا؛ آبکاری کروم سخت یا پاشش پوشش PTFE بر روی سطح قالب برای کاهش ضریب اصطکاک؛ در هنگام قالب گیری از کمک هوای فشرده یا ابزارهای قالب گیری مخصوص سیلیکون استفاده کنید.

3. ساختار طراحی: "قاتل نامرئی" توزیع تنش
بهینه سازی ساختاری در مرحله طراحی محصول برای جلوگیری از ترک خوردن کلیدی است:
ضخامت دیواره ناهموار: تمرکز تنش مستعد است که در انتقال بین ضخامت و نازکی رخ دهد و لازم است از طراحی زاویه R (شعاع گوشه ≥ 0.5 میلی متر) یا ضخامت دیواره تدریجی برای انتقال صاف استفاده شود. به عنوان مثال، یک برند خاص از ظروف آشپزخانه سیلیکونی ضخامت دیواره را در اتصال بین دسته قابلمه و بدنه قابلمه از 2 میلی متر به 5 میلی متر افزایش داد که منجر به کاهش 75 درصدی میزان شکایت از ترک خوردن شد.
شکاف عملکردی: شیارها و سوراخ های طراحی شده برای نصب پیچ یا سگک باعث تضعیف استحکام ساختاری می شوند و باید با افزودن دنده های تقویت کننده یا ضخیم شدن موضعی جبران شوند. یک کاتتر سیلیکونی درجه پزشکی خاص، یک ساختار تقویت کننده موجی در مفصل اتخاذ می کند و به طور موثر تنش را در هنگام وارد کردن و برداشتن پراکنده می کند.
طراحی تغییر شکل پویا: برای محصولاتی که نیاز به خم شدن مکرر دارند (مانند کابل های داده سیلیکونی)، فرآیند تغییر شکل باید از طریق تجزیه و تحلیل المان محدود شبیه سازی شود تا توزیع مواد و شکل مقطع بهینه شود. یک آزمایش خاص نشان داد که تغییر مقطع خط داده از دایره ای به D شکل، عمر خمشی آن را از 10000 بار به 50000 بار افزایش داد.

با تکامل مواد سیلیکونی به سمت استحکام و چقرمگی بالا (مانند استفاده از فلوئوروسیلیکون و فنیل سیلیکون)، مشکلات ترک خوردن در آینده بیشتر کاهش می یابد. اما مهم نیست که فناوری چقدر پیشرفته باشد، پیروی از اصول علمی و مشخصات فرآیند همیشه قانون اصلی برای اطمینان از کیفیت محصولات سیلیکونی است.