Герметик силиконовый модуль упругости при растяжении
РЕШЕНИЯ ДЛЯ СИЛИКОНОВЫХ РЕЗИН ОТ А ДО Я.
ВСЕ, ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ О СИЛИКОНЕ
Перечень часто используемых специальных терминовКоэффициент расширения
Стойкость к атмосферным воздействиям и УФ-излучению
Поведение при горении
Плотность
Коэффициент диэлектрических потерь
Диэлектрическая постоянная
Остаточная деформация сжатия
Электрическая прочность
Высокоэнергетическое излучение
Газопроницаемость
Твердость
Стойкость к горячему воздуху
Стойкость к поверхностным токам утечки
Стойкость к средам и действию химикатов
Поверхностное сопротивление
Стойкость к озону
Прочность на разрыв и удлинение при разрыве
Перевулканизация
Эластичность по отскоку
Усадка
Пониженная горючесть
Удельное объемное сопротивление
Изменение свойств под воздействием температуры
Теплопроводность и удельная теплоемкость
Водостойкость и стойкость к водяному пару
Сопротивление раздиру
Коэффициент (линейного) расширения
• Коэффициент линейного термического расширения инструментальной стали составляет примерно 1,5 х 10 -6 х K-1, в готовых деталях это может стать причиной так называемой усадки (иногда еще говорят о сжатии).
• Стандартные значения: ок. 2 — 4 х 10-4 х K-1.Стойкость к атмосферным
воздействиям и УФ-излучению
• Изделия из силиконовой резины в общем обладают стойкостью к УФ-излучению.
• Также при долгосрочных испытаниях (атмосферное старение в течение нескольких лет) отмечались лишь незначительные изменения свойств.
• Атмосферостойкость, в отличие от органических эластомеров без специальных добавок (напр., органических агентов, препятствующих старению, УФ-стабилизаторов).Поведение при горении
• Температура самовозгорания вулканизатов составляет примерно 430 °C.
• При горении силиконовый каучук образует нетоксичную золу белого цвета (диоксид кремния).
• Выделяющиеся в процессе горения газы как правило не оказывают корродирующего действия.
• Специальные виды, разработанные для кабелей с высокой пожарной безопасностью, при горении образуют керамический слой.Плотность
• Определение согласно DIN ISO 1183-1 A (метод определения выталкивающей силы).
• Стандартный диапазон удельной плотности: 1,05 — 1,60 г/см3.
• При дополнительном использовании неактивных наполнителей (напр., кварца) эти показатели могут возрастать до 1,75 г/см3, напр., для увеличения стойкости к набуханию.Коэффициент диэлектрических
потерь tan δ
• Определение коэффициента диэлектрических потерь согласно VDE 0303.
• Стандартные значения угла диэлектрических потерь tan δ: ~ 10-3.
• Значение tan δ повышается при увеличении содержания наполнителя/увеличении плотности.
Диэлектрическая постоянная ε
• Определение диэлектрической постоянной ε согласно DIN 53 482 или VDE 0303.
• Стандартные значения для силиконовой
• резины: ε = 2,7 — 3,3 (при 25 °C и 50 Гц).
• Возможно изменение параметра в сторону увеличения до 150 благодаря использованию соответствующих наполнителей.Остаточная деформация сжатия
• Определение остаточной деформации сжатия согласно DIN ISO 815-B (ASTM D395 B-2). При выдержке 22 ч/175 °C, для самоклеящихся видов 22 ч/125 °C.
• Остаточная деформация сжатия — это способность вулканизата восстанавливать свою первоначальную форму после деформации, что является важной характеристикой для уплотнений.
• Стандартные показатели для термостатированной силиконовой резины: 5 — 25 %.Электрическая прочность
• Определение электрической прочности согласно IEC 60243-1.
• Стандартное значение для силиконовой резины ELASTOSIL®: > 20 кВ/мм (измерение на пластине 1 мм).Радиоактивное излучение
• Стойкость силиконового каучука (VMQ, PVMQ) к воздействию радиоактивного излучения в сочетании с устойчивостью к горячему воздуху значительно превосходит другие эластомеры.
• К снижению показателя удлинения при разрыве на 50 % силиконовых каучуков VMQ приводит воздействие только высоких доз излучения, от 400 до 800 кГр.
• Высокая стойкость фенилсодержащего силиконового каучука PVMQ, например, ELASTOSIL® R 490/55.
• Гамма- и бета-излучение (25 — 75 кГр), которое часто используется для медицинской стерилизации, лишь незначительно ухудшает свойства силиконового каучука.
• Очень хорошая стойкость к микроволновому излучению, отсутствие реакции на такое излучение, поэтому формованные детали не нагреваются.
Газопроницаемость
• Определение согласно DIN 53 536.
• Очень высокая газопроницаемость по сравнению с другими эластомерами, например, проницаемость воздуха в 30 раз выше, чем у природного каучука (NR) и в 400 раз выше, чем у бутилкаучука (IIR) (измерение при 25 °C).
• Абсолютное значение силиконового каучука с твердостью по Шору (по шкале А) 50 для воздуха температурой 20 °C или 80 °C составляет 570 или 1330 см3 х мм х м-2 х ч-1 х бар-1 (количество воздуха в см3, проникающего за 1 час при разности давлений 1 бар через мембрану площадью 1 м2 и толщиной 1 мм).
• Преимущества технического характера, напр., в контактных линзах, покрытиях для текстиля, некоторых изделиях медицинского назначения.
• При высоких температурах значения для силикона сходны с органическими эластомерами. Твердость
• Определение твердости силиконового каучука по Шору, по шкале A (DIN 53 505) или в международных единицах IRHD (DIN 53 519).
• Стандартный диапазон: по Шору, по шкале А 3 — 90.Стойкость к горячему воздуху
• Механические свойства силиконовой резины WACKER сохраняются и при воздействии высоких температур (горячего воздуха).
• Следовательно, его стойкость к горячему воздуху значительно выше по сравнению с большинством органических эластомеров (ср. ASTM D2000).Стойкость к поверхностным токам утечки
• В общем силиконовый каучук имеет высокую стойкость к токам утечки (CTI: 600 -<1 согласно IEC 60112).Стойкость к средам и действию химикатов
• Стойкость силиконовой резины WACKER к действию химикатов в общем зависит от плотности сшивки, вида и количества наполнителя.
• При увеличении в составе силиконовой резины доли наполнителя склонность к набуханию снижается, следовательно, повышается стойкость.
• Высокая склонность к набуханию при контакте с неполярными жидкостями, например, углеводородами, минеральными маслами, консистентными смазками.
• Незначительная склонность к набуханию при контакте с полярными жидкостями, напр., многоатомными спиртами, низкомолекулярными кетонами, которые не оказывают отрицательного воздействия на уплотняющий эффект.
• Сильное разрушающее действие концентрированных кислот и щелочей, прежде всего окисляющих кислот, например, серной, азотной.
• Хорошая стойкость силиконовой резины при контакте с водными растворами слабых кислот, щелочей или солей. Частые области применения: чистящие растворы, нагретые до 70 — 80 °C, для трубопроводов/шлангов в пищевой промышленности.
Поверхностное сопротивление
• Определение поверхностного сопротивления согласно VDE 0303.
• Стандартные показатели для изолирующих смесей ELASTOSIL® LR: ок. 1012 — 1013 Ом.Стойкость к озону
• Силиконовый каучук обладает отличной стойкостью к озону.
• Определение стабильности под воздействием озона согласно DIN 53509.
• Для отдельных продуктов серии ELASTOSIL® R 401 и ELASTOSIL® LR 3003 при концентрации озона 200 pphm (температура 40 °C, отн. влажность 55 %, растяжение 80 %) через 96 часов показатель растрескивания составил 0.Прочность на разрыв и разрывное
удлинение
• Определение согласно DIN 53 504.
• Стандартное испытание на образце S1. В исключительных случаях для измерений используют меньшие образцы S2 и S3, соответственно, полученные значения будут отличаться.
• Стандартные показатели прочности на разрыв: ок. 5 — 12 Н/мм2 (или МПа).
Стандартные показатели удлинения при разрыве: ок. 100 — 1100 %.Перевулканизация
• В общем под перевулканизацией понимают химически или термически обусловленное разрушение сетки в структуре вулканизата, которое ведет к необратимому снижению твердости (размягчению).
• При высоких температурах (> 200 °C) следы влаги или свободные гидроксильные группы наполнителей силиконового каучука ведут к разрушению связи Si-O в каркасе полимера, и, как следствие, к деполимеризации, т. е. снижению твердости.
• Присутствие кислорода воздуха замедляет этот процесс.
• Поэтому непременным условием термостойкости является беспрепятственный доступ воздуха, что обязательно необходимо учитывать в конструкциях уплотнений.
• Использование стабилизатора R препятствует этому процессу, в том числе и в толстостенных элементах, где диффузия кислорода затруднена.
Эластичность по отскоку
• Определение эластичности по отскоку согласно DIN 53 512.
• Также часто называют «полезной упругостью».
• Определяется соотношение высоты отскока от образца размером 6 мм шарика-бойка и высоты его падения.
• Стандартные показатели: 30 — 70 %.Усадка
• Линейная усадка составляет примерно 2 — 4 %, показатель уменьшается при повышении твердости по Шору и снижении температуры вулканизации.
• Чем выше содержание наполнителей и, соответственно, плотность, тем меньше усадка вулканизатов.
• Очень выраженная зависимость от параметров обработки и типа материала. Для высокоточных деталей необходимы предварительные испытания для тонкой настройки.Пониженная горючесть
• Определение горючести согласно стандарту для метода испытаний ASTM D 2863, путем определения предельного кислородного индекса (Limiting Oxygen Index = LOI) или в соответствии с положениями о пожаробезопасности компании Underwriter Laboratories (UL 94).
• Стандартные показатели LOI для видов с пониженной горючестью: 27 — 35 %.
• Стандартные виды обычно соответствуют UL 94 HB (толщина слоя 0,5 — 1,0 мм*).
• Специальные виды со специальными добавками соответствуют UL 94 V0 (толщина слоя 1,0 — 4,0 мм*).
• При добавлении 2,2 % ELASTOSIL® AUX суперконцентрат SB-2 в твердую силиконовую резину ее горючесть значительно снижается.Удельное объемное сопротивление
• Определение согласно VDE 0303.
• Стандартные показатели для изолирующих типов силиконового каучука: ок. 1015 Ом х см.
• Стандартные показатели для токопроводящих типов: ок. 2 — 150 Ом х см.
Системы аддитивного отверждения с платиновым катализатором отличаются меньшей температурной зависимостью, чем системы пероксидной вулканизации.
Изменение свойств под воздействием температуры
• Определение свойств силиконовых эластомеров при температуре 23 °C (RT) согласно DIN 53 503 или DIN 53 505.
• Незначительное изменение механических свойств по сравнению с органическими эластомерами. ASTM D2000.
• Стандартный диапазон рабочих температур: от -50 до +250 °C.
• При очень низких температурах (< -40 °C) затвердевание как следствие обратимой кристаллизации.
• При очень высоких температурах (> 200 °C) медленное повышение твердости вследствие термического старения.
• При высоких температурах (> 180 °C) начинается разрыв связей органических групп с кремнием. Образующиеся при этом радикалы вызывают дополнительное отверждение полимерных цепей и, как следствие, повышение твердости при одновременном уменьшении прочности на разрыв и разрывного удлинения (хрупкость).
• Одновременно снижается масса вулканизата, происходит его усадка.
• Термостабилизаторы Н1 — Н6 (чаще всего оксиды поливалентных элементов) повышают срок службы вулканизата.
• Повышение эластичности по отскоку благодаря увеличению плотности сшивки при длительном воздействии температуры.
• Отличные стабильные изолирующие характеристики при высоких температурах благодаря кварцеподобным свойствам во время реакции окислительного расщепления.Теплопроводность и удельная теплоемкость
• Определение согласно DIN 52 612.
• Теплопроводность зависит от вида и количества наполнителей.
• Стандартное значение при 100 °C: ок. 0,2 — 0,3 Вт х м-1 х K-1.
• Специальные теплопроводные смеси могут иметь значение ок. 0,8 — 1,2 Вт·х м-1·х K-1.
• Стандартные значения удельной теплоемкости: ок. 1,25 кДж х кг-1 х K-1.Водостойкость и стойкость к водяному пару
• Очень хорошая стойкость к кипящей воде.
• Увеличение объема в кипящей воде менее 1 %, даже после продолжительного кипячения.
• Стойкость к горячему пару у эластичных каучуков выше, чем у стойких к раздиру.
• Стерилизация паром (согласно DIN EN ISO 17665, DIN EN 868-8 в ходе 500 циклов по 5 минут при 134 °C) приводит лишь к незначительному ухудшению механических свойств.Сопротивление раздиру
• Сопротивление раздиру зависит от применяемых стандартов.
• Стандартные значения при определении согласно ASTM D 624 B (Crescent): 5 — 55 Н/мм.
• Измерение согласно DIN ISO 34-1, метод B-b (Graves) в итоге дает показатели, которые могут отличаться в сторону уменьшения до 30 %.
• DIN ISO 34-1, метод A (Trousers) дает уменьшение значений до 50 %.
Источник
Силиконовые материалы находят широкое применение в процессах сборки и герметизации изделий электроники. Особые химические, оптические и механические свойства позволяют им прочно удерживать позиции в решении ряда задач. Они активно применяются в качестве инкапсулянтов, изоляторов и клеев при изготовлении светодиодов, интегральных микросхем, силовых электронных блоков и модулей. Эластичность в широком диапазоне температур позволяет использовать силиконовые эластомеры для создания изделий с рабочими температурами от -80°С до +280°С.
Температурное расширение/сжатие
Для большинства силиконовых эластомеров температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) составляет ~300мкм/м°С. Это значение практически неизменно в широком диапазоне температур (от температуры замерзания до +200°C). При охлаждении силиконы сжимаются равномерно до температуры замерзания (Tз) в соответствие со своим ТКЛР. После того как достигнута точка Tз, ТКЛР увеличивается, но затем снова возвращается к стандартным значениям (рис. 1). В целом, величина ТКЛР может существенно изменяться (в 2-4 раза) для силиконовых эластомеров при прохождении точек замерзания (Tз) и плавления (Tпл). Отметим, что температура, при которой происходит изменение ТКЛР, будет зависеть от того, нагревается эластомер от температуры стеклования или охлаждается от комнатной температуры, но значение этого коэффициента в точках Тз и Тпл будет приблизительно одинаковым для одного и того же материала (рис. 2, 3).
Температурное расширение/сжатие является важным параметром, определяющим возможность использования того или иного силиконового материала для задач электроники. Сжатие эластомера может вызывать существенные механические напряжения и, как следствие, приводить к повреждению чувствительных компонентов. Примером такого рода дефектов может служить обрыв проволочных соединений в светодиодах при термоциклировании, когда в заливочном компаунде одновременно сочетаются высокий модуль упругости и высокий ТКЛР. Также при заливке электронных блоков и последующем охлаждении, сжатие силиконового эластомера может приводить к нарушению целостности эластомера или уходу материала из защищаемых областей. В оставшееся воздушное пространство может попадать влага и приводить к возникновению дефектов при дальнейшей эксплуатации (коррозия, снижение пробивного напряжения и проч.).
Таким образом, температурное расширение/сжатие играет важную роль в определении рабочих температур силиконовых эластомеров для задач производства изделий электроники.
Заключение
При охлаждении силиконовые эластомеры становятся более прочными, твёрдыми, но менее эластичными (таблица 2). Вместе с высоким ТКЛР это может приводить к возникновению существенных механических напряжений и последующему разрушению чувствительных компонентов, а также к возникновению дефектов в самом материале или образованию полостей, куда впоследствии могут попадать влага и загрязнения. Всё это, как привило, снижает надёжность электронных изделий, поэтому организация корректных испытаний, моделирующих реальные условия эксплуатации, является важнейшим этапом производственного процесса. Измерение твёрдости и ТКЛР с обеспечением близкой к условиям эксплуатации скорости охлаждения может стать простым и эффективным инструментом анализа поведения силиконового покрытия, геля, компаунда или клея при низких температурах и позволит получить достоверные данные о нижней границе рабочих температур материала для определённой задачи.
Таблица 2 Общие закономерности изменения физических характеристик типовых силиконовых эластомеров при охлаждении
Физическое | Характерная температура | Значение температуры, | ТКЛР, | Прочность, | Эластичность | Адгезия | Твёрдость |
Мягкий эластомер | Трабочая | от -45 до +200 | 250-350 | значение стабильно | значение стабильно | незначительно возрастает | незначительно снижается |
Твёрдая резина | Тплавления | от -35 до -50 | 500-1000 | возрастает | снижается | возрастает | возрастает |
Тзамерзания | от -35 до -80 | 500-1000 | возрастает | снижается | возрастает | возрастает | |
от Тпл/Тз до Тстеклования | 250-350 | возрастает | снижается | незначительно возрастает | незначительно возрастает | ||
Твёрдый хрупкий стекловидный материал | Ниже Тстеклования | от -115 до -120 | — | существенно возрастает | существенно снижается |
Источник
Предел прочности при растяжении
Предел прочности при растяжении (Tensile Strength at Yield) — одна из наиболее важных характеристик термопластов, это сопротивление, которое материал оказывает на напряжение растяжения. Оно определяется как наименьшее напряжение растяжения (сила, деленная на единицу площади поперечного разреза), требуемое, чтобы начать растягивать предмет.
Измеренное усилие делится на площадь поперечного сечения образца, получаемая величина, измеряемая в Н/мм² (а также в мегапаскалях МПа или гигапаскалях ГПа) и называется пределом прочности при растяжении.
Определение данного параметра проводят по международной методике ISO 527-1 (Пластики: определение параметров упругости) на т.н. разрывных машинах.
| Вложение 305 | Величина данного параметра определяет стойкость материала к статическим напряжениям, т.е. его прочность под постоянной растягивающей нагрузкой. В частности подобные напряжения испытывают конструкционные материалы для емкостного оборудования – одной из основных сфер применения инженерных термопластов. Значение данного параметра для различных термопластов – см. здесь. Помимо прочности при растяжении, для конструкционных материалов могут измеряться также прочности на сжатие, скручивание и т.д., однако для инженерных термопластов измерение данных параметров, как правило, не имеет практического смысла. |
Предел прочности при разрыве
Данные показатель называют также разрывным усилием (Tensile Strength at Break, Breaking Strength) и он также характеризует сопротивление, которое материал оказывает на напряжение растяжения. Оно определяется как наименьшее напряжение растяжения (сила, деленная на единицу площади поперечного разреза), требуемое, чтобы разрушить предмет.
Измеренное усилие делится на площадь поперечного сечения образца, получаемая величина, измеряемая в Н/мм² (а также в мегапаскалях МПа или гигапаскалях ГПа) и называется пределом прочности при разрыве.
Определение данного параметра проводят по международной методике ISO 527-1 на т.н. разрывных машинах в рамках единого теста с определением предела прочности при растяжении.
Значение данного параметра для различных термопластов – см. здесь.
Относительное удлинение при разрыве
Относительное удлинение (Elongation at Break) характеризует величину деформаций материала при растяжении. Данный показатель измеряется как отношение величины деформации образца к его первоначальной длине и измеряется в %.
Определение данного параметра проводят по международной методике ISO 527-1 на т.н. разрывных машинах в ходе тестов по определению пределов прочности при растяжении и разрыве.
Значение данного параметра для различных термопластов – см. здесь.
При сопоставлении этих показателей можно заметить что материалы с высокой прочностью к растяжениям и разрывам, как правило, имеют низкие показатели относительного удлинения и наоборот. Это позволяет делить термопласты на «прочные», которые выдерживают высокие механические нагрузки, но быстро ломаются при наступлении деформаций; и эластичные, которые не так прочны, однако способны сохранять свои прочностные свойства при деформациях.
Модуль упругости при растяжении
Модуль упругости при растяжении (Modulus of elasticity at tension, E-modulus) определяют как отношение приращения механического напряжения к соответствующему приращению относительного удлинения. Данный параметр характеризует сопротивление материала растяжению и измеряется в Н/мм².
Помимо модуля упругости при растяжении, могут также измеряться модули упругости при сжатии и сгибе, однако для инженерных термопластов именно первый показатель наиболее важен и имеет практическое применение, в частности, при статическом расчете безнапорных сварных емкостей из термопластов по методике DVS-2205.
Испытания проводятся по методике ISO 527-1 на том же оборудовании что и предел прочности при растяжении/разрыве. В отечественной практике также используется ГОСТ 9550-81 (Пластики. Метод определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе.)
Значение данного параметра для различных термопластов – см. здесь.
Источник