Ursachen für Risse in Silikonprodukten?

Warum reißen Silikonprodukte? Silikonprodukte werden aufgrund ihrer hervorragenden Elastizität, Temperaturbeständigkeit und chemischen Stabilität in großem Umfang in den Bereichen Medizin, Elektronik, Küchenutensilien, Mutter- und Kinderpflege eingesetzt. Im tatsächlichen Gebrauch oder in Produktionsprozessen kommt es jedoch immer wieder zu Rissen in Silikonprodukten, was nicht nur die Produktleistung beeinträchtigt, sondern auch Sicherheitsrisiken bergen kann. Wir werden die Hauptursachen für Risse in Silikonprodukten aus vier Dimensionen analysieren: Rohmaterialqualität, Produktionsprozess, Nutzungsumgebung und Designstruktur, um Branchenpraktikern und Verbrauchern wissenschaftliche Referenzen zu liefern.

1. Rohmaterialqualität: "Angeborene Defekte" minderwertiger Gummimaterialien
Die Leistung von Silikonprodukten hängt direkt von der Qualität der Rohmaterialien ab. Werden recycelte Materialien, dotiertes Silikonpulver oder Silikongel von geringer Reinheit verwendet, führt dies zu einer unzureichenden Reißfestigkeit des Produkts, und es entstehen Risse bei geringer äußerer Krafteinwirkung. Beispielsweise fügen einige Hersteller dem Klebstoff eine große Menge Silikonpulver hinzu, um die Kosten zu senken, wodurch Materialien, die ursprünglich nicht den Reißfestigkeitsstandards entsprachen, anfälliger für Sprödigkeit werden. Wenn außerdem Blasen oder Verunreinigungen während des Mischprozesses des Gummimaterials nicht vollständig beseitigt werden, bilden sich auch im Inneren des Produkts Spannungskonzentrationspunkte, die zur "Sicherung" für Risse werden.
Wichtige Indikatoren: Die Reißfestigkeit von hochwertigem Silikon sollte ≥ 30 kN/m betragen, die Zugfestigkeit sollte ≥ 8 MPa betragen und es muss Lebensmittelzertifizierungen wie FDA und LFGB bestehen. Wenn das Gummimaterial zu lange gelagert oder nicht versiegelt wird, kann dies auch zu einer Leistungsverschlechterung durch Oxidation führen, was das Rissrisiko weiter erhöht.
2. Produktionsprozess: Das subtile Gleichgewicht zwischen Temperatur und Zeit
Die Herstellung von Silikonprodukten umfasst mehrere Prozesse wie Mischen, Vulkanisieren und Entformen, und jede Abweichung in einem beliebigen Glied kann zu Rissen führen:
Unkontrollierter Vulkanisationsprozess: Übermäßige Vulkanisationstemperatur oder -zeit kann zu einer übermäßigen Vernetzung von Silikonmolekülketten führen, was zu spröden Produkten führt; Umgekehrt führt eine unzureichende Vulkanisation zu einer unvollständigen Aushärtung des Gummimaterials und zu leichtem Reißen beim Entformen. Beispielsweise zeigte ein Experiment, dass die Rissrate des Produkts um 40 % anstieg, wenn die Vulkanisationstemperatur von 180 °C auf 200 °C erhöht wurde.
Formdesignfehler: Unangemessene Formstruktur (z. B. abgerundete Ecken und ungleichmäßige Wandstärke) kann zu einer Behinderung des Silikonflusses führen, was zu Spannungskonzentrationen an dünnen Wänden führt. Darüber hinaus können raue oder schmutzige Formoberflächen das Entformen behindern, und gewaltsames Abziehen kann das Produkt leicht belasten.
Unsachgemäße Entformung: Übermäßiger Einsatz von Trennmittel oder grobe Handhabungstechniken (z. B. Hebeln mit scharfen Werkzeugen) können die Oberfläche des Silikons direkt zerkratzen und Mikrorisse bilden, die sich bei längerer Nutzung allmählich ausweiten.
Optimierungsrichtung: Angenommenes segmentiertes Vulkanisationsverfahren, zuerst Niedertemperatur-Vorvulkanisation und dann Hochtemperaturformung; Hartverchromung oder Sprühen einer PTFE-Beschichtung auf die Oberfläche der Form, um den Reibungskoeffizienten zu reduzieren; Verwendung von Druckluftunterstützung oder speziellen Silikon-Entformungswerkzeugen während des Entformens.

3. Designstruktur: der "unsichtbare Killer" der Spannungsverteilung
Die strukturelle Optimierung während der Produktentwicklungsphase ist der Schlüssel zur Verhinderung von Rissen:
Ungleichmäßige Wandstärke: Spannungskonzentrationen treten leicht am Übergang zwischen Dicke und Dünne auf, und es ist notwendig, ein R-Winkel-Design (Eckenradius ≥ 0,5 mm) oder eine allmähliche Wandstärke für einen glatten Übergang zu verwenden. Beispielsweise erhöhte eine bestimmte Marke von Silikon-Küchenutensilien die Wandstärke am Übergang zwischen Topfgriff und Topfkörper allmählich von 2 mm auf 5 mm, was zu einer Verringerung der Reklamationsrate von Rissen um 75 % führte.
Funktionslücke: Die Nuten und Löcher, die für die Installation von Schrauben oder Schnallen vorgesehen sind, schwächen die strukturelle Festigkeit und müssen durch das Hinzufügen von Verstärkungsrippen oder lokaler Verdickung kompensiert werden. Ein bestimmter medizinischer Silikonkatheter verwendet eine wellenförmige Verstärkungsstruktur am Gelenk, die die Belastung beim Einsetzen und Entfernen effektiv verteilt.
Dynamisches Verformungsdesign: Bei Produkten, die wiederholtes Biegen erfordern (z. B. Silikon-Datenkabel), muss der Verformungsprozess durch Finite-Elemente-Analyse simuliert werden, um die Materialverteilung und die Querschnittsform zu optimieren. Ein bestimmtes Experiment zeigte, dass die Änderung des Querschnitts der Datenleitung von kreisförmig zu D-förmig ihre Biegelebensdauer von 10.000 Mal auf 50.000 Mal erhöhte.

Mit der Entwicklung von Silikonmaterialien in Richtung hoher Festigkeit und Zähigkeit (z. B. die Anwendung von Fluorsilikon und Phenylsilikon) werden Rissbildungsprobleme in Zukunft weiter reduziert. Aber egal wie fortschrittlich die Technologie ist, die Einhaltung wissenschaftlicher Prinzipien und Prozessspezifikationen ist immer die Kernregel, um die Qualität von Silikonprodukten zu gewährleisten.