สาเหตุที่ผลิตภัณฑ์ซิลิโคนแตกร้าว?

ทำไมผลิตภัณฑ์ซิลิโคนถึงแตกร้าว? ผลิตภัณฑ์ซิลิโคนถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์ อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องครัว การดูแลมารดาและเด็ก เนื่องจากมีความยืดหยุ่น ทนต่ออุณหภูมิ และเสถียรภาพทางเคมีที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริงหรือกระบวนการผลิต การแตกร้าวของผลิตภัณฑ์ซิลิโคนเกิดขึ้นเป็นครั้งคราว ซึ่งไม่เพียงแต่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่อาจก่อให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัยได้อีกด้วย เราจะวิเคราะห์อย่างลึกซึ้งถึงสาเหตุหลักของการแตกร้าวในผลิตภัณฑ์ซิลิโคนจากสี่มิติ ได้แก่ คุณภาพวัตถุดิบ กระบวนการผลิต สภาพแวดล้อมการใช้งาน และโครงสร้างการออกแบบ โดยให้ข้อมูลอ้างอิงทางวิทยาศาสตร์สำหรับผู้ปฏิบัติงานในอุตสาหกรรมและผู้บริโภค

1. คุณภาพวัตถุดิบ: "ข้อบกพร่องแต่กำเนิด" ของวัสดุยางคุณภาพต่ำ
ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ซิลิโคนขึ้นอยู่กับคุณภาพของวัตถุดิบโดยตรง หากใช้วัสดุรีไซเคิล ผงซิลิกอนเจือปน หรือซิลิกาเจลที่มีความบริสุทธิ์ต่ำ จะส่งผลให้ความแข็งแรงในการฉีกขาดของผลิตภัณฑ์ไม่เพียงพอ และรอยร้าวจะปรากฏขึ้นภายใต้แรงภายนอกเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตบางรายเติมผงซิลิกอนจำนวนมากในกาวเพื่อลดต้นทุน ทำให้วัสดุที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐานความแข็งแรงในการฉีกขาดมีแนวโน้มที่จะเปราะมากขึ้น นอกจากนี้ หากฟองอากาศหรือสิ่งสกปรกไม่ถูกกำจัดออกอย่างสมบูรณ์ในระหว่างกระบวนการผสมของวัสดุยาง จุดรวมความเครียดก็จะเกิดขึ้นภายในผลิตภัณฑ์ ซึ่งกลายเป็น "ฟิวส์" สำหรับการแตกร้าว
ตัวบ่งชี้สำคัญ: ความแข็งแรงในการฉีกขาดของซิลิโคนคุณภาพสูงควรมีค่า ≥ 30kN/m ความต้านทานแรงดึงควรมีค่า ≥ 8MPa และต้องผ่านการรับรองเกรดอาหาร เช่น FDA และ LFGB หากเก็บวัสดุยางไว้นานเกินไปหรือไม่ปิดผนึก อาจทำให้ประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากการเกิดออกซิเดชัน ซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าว
2. กระบวนการผลิต: ความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างอุณหภูมิและเวลา
การผลิตผลิตภัณฑ์ซิลิโคนเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน เช่น การผสม การวัลคาไนซ์ และการถอดแบบ และความเบี่ยงเบนใดๆ ในลิงก์ใดๆ อาจทำให้เกิดการแตกร้าวได้:
กระบวนการวัลคาไนซ์ที่ไม่สามารถควบคุมได้: อุณหภูมิหรือเวลาในการวัลคาไนซ์ที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการเชื่อมขวางของโซ่โมเลกุลซิลิโคนมากเกินไป ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์เปราะ ในทางตรงกันข้าม การวัลคาไนซ์ที่ไม่เพียงพอจะส่งผลให้วัสดุยางไม่หายขาดและฉีกขาดง่ายในระหว่างการถอดแบบ ตัวอย่างเช่น การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิในการวัลคาไนซ์เพิ่มขึ้นจาก 180 ℃ เป็น 200 ℃ อัตราการแตกร้าวของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น 40%
ข้อบกพร่องในการออกแบบแม่พิมพ์: โครงสร้างแม่พิมพ์ที่ไม่สมเหตุสมผล (เช่น มุมโค้งมนและความหนาของผนังที่ไม่สม่ำเสมอ) อาจทำให้การไหลของซิลิโคนติดขัด ส่งผลให้เกิดการรวมความเครียดที่ผนังบาง นอกจากนี้ พื้นผิวแม่พิมพ์ที่ขรุขระหรือสกปรกอาจขัดขวางการถอดแบบ และการลอกออกอย่างแรงอาจทำให้ผลิตภัณฑ์ตึงเครียดได้ง่าย
การดำเนินการถอดแบบที่ไม่เหมาะสม: การใช้สารช่วยถอดแบบมากเกินไปหรือเทคนิคการจัดการที่หยาบ (เช่น การงัดด้วยเครื่องมือมีคม) อาจทำให้พื้นผิวของซิลิโคนเป็นรอยโดยตรง ทำให้เกิดรอยร้าวเล็กๆ ที่ขยายตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อใช้งานเป็นเวลานาน
ทิศทางการเพิ่มประสิทธิภาพ: ใช้กระบวนการวัลคาไนซ์แบบแบ่งส่วน ขั้นแรกให้วัลคาไนซ์ล่วงหน้าในอุณหภูมิต่ำแล้วขึ้นรูปในอุณหภูมิสูง เคลือบโครเมียมแข็งหรือพ่นสารเคลือบ PTFE บนพื้นผิวของแม่พิมพ์เพื่อลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ใช้ความช่วยเหลือจากอากาศอัดหรือเครื่องมือถอดแบบพิเศษซิลิโคนในระหว่างการถอดแบบ

3. โครงสร้างการออกแบบ: "นักฆ่าที่มองไม่เห็น" ของการกระจายความเครียด
การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างในระหว่างขั้นตอนการออกแบบผลิตภัณฑ์เป็นกุญแจสำคัญในการป้องกันการแตกร้าว:
ความหนาของผนังที่ไม่สม่ำเสมอ: การรวมความเครียดมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นที่รอยต่อระหว่างความหนาและความบาง และจำเป็นต้องใช้การออกแบบมุม R (รัศมีมุม ≥ 0.5 มม.) หรือความหนาของผนังแบบค่อยเป็นค่อยไปเพื่อการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่น ตัวอย่างเช่น เครื่องครัวซิลิโคนยี่ห้อหนึ่งค่อยๆ เพิ่มความหนาของผนังที่จุดเชื่อมต่อระหว่างที่จับหม้อและตัวหม้อจาก 2 มม. เป็น 5 มม. ส่งผลให้การร้องเรียนเรื่องการแตกร้าวน้อยลง 75%
ช่องว่างการทำงาน: ร่องและรูที่ออกแบบมาสำหรับการติดตั้งสกรูหรือหัวเข็มขัดจะทำให้ความแข็งแรงของโครงสร้างอ่อนแอลง และจำเป็นต้องชดเชยโดยการเพิ่มซี่โครงเสริมหรือการทำให้หนาขึ้นในท้องถิ่น สายสวนซิลิโคนเกรดทางการแพทย์บางชนิดใช้โครงสร้างเสริมคลื่นที่ข้อต่อ ซึ่งช่วยกระจายความเครียดได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการใส่และการถอด
การออกแบบการเสียรูปไดนามิก: สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องมีการโค้งงอซ้ำๆ (เช่น สายเคเบิลข้อมูลซิลิโคน) กระบวนการเสียรูปจะต้องจำลองผ่านการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายวัสดุและรูปร่างหน้าตัด การทดลองบางอย่างแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนหน้าตัดของสายข้อมูลจากวงกลมเป็นรูปตัว D ทำให้เพิ่มอายุการใช้งานการโค้งงอจาก 10000 ครั้งเป็น 50000 ครั้ง

ด้วยวิวัฒนาการของวัสดุซิลิโคนไปสู่ความแข็งแรงและความเหนียวสูง (เช่น การประยุกต์ใช้ฟลูออโรซิลิโคนและฟีนิลซิลิโคน) ปัญหาการแตกร้าวจะลดลงต่อไปในอนาคต แต่ไม่ว่าเทคโนโลยีจะก้าวหน้าเพียงใด การปฏิบัติตามหลักการทางวิทยาศาสตร์และข้อกำหนดของกระบวนการเป็นกฎหลักเสมอเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ซิลิโคน