درک عملکردهای اصلی نوارهای لاستیکی سیلیکونی

آب‌بندی شکاف‌ها و اتصالات در محیط‌های پویا

نوارهای لاستیکی سیلیکونی برای ایجاد درزهای محکم در برابر نشت هوا و آب در قطعات متحرک، مانند درهای خودرو یا ماشین‌آلات بزرگ کارخانه‌ها، بسیار مناسب هستند. چیزی که عملکرد آن‌ها را عالی می‌کند، توانایی بازگشت به حالت اولیه پس از فشرده شدن است، حتی زمانی که دما بین ۶۰- درجه سانتی‌گراد تا ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد نوسان داشته باشد. این مواد حتی در شرایط ارتعاشات شدید نیز به درستی کار خود را انجام می‌دهند. مطالعه‌ای که سال گذشته منتشر شد، به بررسی مقاومت انواع درزگیرها در طول زمان پرداخته است. نتایج نشان داد که سیلیکون پس از نیم میلیون چرخه فشردگی، حدود ۹۵٪ از توان درزگیری اولیه خود را حفظ می‌کند. این مقدار به‌وضوح از لاستیک EPDM پیشی گرفته است و در آزمایش‌های تسریع‌شده پیر شدن، سیلیکون ۴۰٪ طولانی‌تر از EPDM دوام می‌آورد قبل از اینکه علائم فرسودگی ظاهر شود.

فراهم‌کردن محافظت در برابر ضربه و لبه‌گیری

طرز کار این نوارها بسیار ساده اما مؤثر است. آن‌ها نیروی ضربه را در سراسر عرض خود پخش می‌کنند، به جای اینکه تمام این انرژی به یک نقطه وارد شود. هنگام استفاده در صندوق ماشین‌ها، آزمایش‌ها نشان داده‌اند که براساس تحقیقات آزمایشگاه ایمنی حمل‌ونقل در سال 2022، این نوارها لرزش‌های ناگهانی را حدود 70 درصد کاهش می‌دهند. سیلیکون دارای خاصیتی عالی به نام مقاومت در برابر ضربه (rebound resilience) است که طبق استانداردهای ASTM بین 82 تا 90 درصد متغیر است. از دید عملی، این بدین معناست که حتی پس از دریافت چندین ضربه، ماده شکل اولیه خود را حفظ می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود که این ماده برای محافظت از جعبه‌های تجهیزات پزشکی حساس یا جلوگیری از آسیب به قطعات فلزی تیز در فرآیندهای تولید که در آن برخوردهای تصادفی همواره رخ می‌دهد، بسیار مناسب باشد.

ارائه عایق حرارتی و الکتریکی

لاستیک سیلیکونی دارای خواص عایق‌بندی قابل توجهی است که می‌تواند ولتاژهایی بسیار بالاتر از ۱۸ کیلوولت بر میلی‌متر را تحمل کند و در نتیجه در جلوگیری از قوس الکتریکی خطرناک در تجهیزات الکتریکی عملکرد بسیار خوبی دارد. با توجه به توانایی ضعیف آن در هدایت گرما (حدود ۰٫۲ وات بر متر کلوین) و رعایت استانداردهای سختگیرانه ایمنی حریق UL94 V-0، این ماده به‌عنوان عایق بین قطعات داغ در وسایل خانگی عملکرد مناسبی دارد. هنگامی که به‌صورت خاص فرموله شود، سیلیکون حرکت گرما را از طریق درزگیرها حدود ۸۵٪ کاهش می‌دهد که در مقایسه با مواد نئوپرن سنتی مورد استفاده در درهای اجاق‌های گازی قابل توجه است. چیزی که آن را بیشتر برجسته می‌کند، انعطاف‌پذیری آن در دمای بسیار پایین است که گاهی اوقات به‌طور قابل اعتمادی در دماهای پایین‌تر از ۵۰- درجه سانتی‌گراد کار می‌کند. این ویژگی در خطوط لوله نفت و گاز که در شرایط سخت قطبی کار می‌کنند و در آنجا سایر مواد دچار شکست می‌شوند، بی‌بدیل است.

تنوع‌های طراحی و انواع پروفیل‌ها برای کاربردهای سفارشی

پروفیل‌های رایج: U-Channel، D-Shaped، E-Shaped و درزگیرهای جانبی

نوارهای مخصوص لاستیکی سیلیکونی به شکل های مختلفی بسته به کاری که باید انجام دهند، وجود دارند. نوع کانال U برای پیچیدن گوشه های تیز موجود در مهر ماشین بسیار خوب کار می کند. بعدش شکل D هست که فشار رو هم اندازه میده وقتی که داخل محفظه استفاده میشه برای محافظت بیشتر در برابر آلودگی و آب، تولید کنندگان اغلب با نسخه های E شکل که دارای چندین لایه هستند، انتخاب می کنند. بعضی از قطعات حتی دارای مهر و موم های جانبی نامتقارن هستند که مشکلات عدم تراز در اجزای کششی را مدیریت می کنند. این اشکال مختلف فقط انتخاب تصادفی نیستند بلکه در واقع تفاوت واقعی در چگونگی مهر و موم یا تاثیرات کمر در انواع کاربردهای صنعتی دارند.

تطبیق هندسه پروفایل با الزامات کاربردی

شکل یک نمایه تأثیر واقعی در عملکرد مکانیکی آن دارد. بر اساس برخی تحقیقات مهندسان مواد در سال 2023، تغییرات در نمایه می‌تواند حدود دو سوم ظرفیت باربری و تقریباً تمام خواص بازیابی فشار را تحت تأثیر قرار دهد. برای کاربردهای ایستا که در آن‌ها فشار باید به‌طور یکنواخت روی سطوح پخش شود، نوارهای لبه صاف بهترین عملکرد را دارند. اما هنگامی که با قطعات متحرکی سروکار داریم که حرکت مداومی دارند، نمایه‌های گرد یا برجسته معمولاً عملکرد بهتری ارائه می‌دهند. از نظر مشکلات ارتعاشی، طراحی‌های توخالی در مقایسه با معادل جامد آن‌ها، همان‌گونه که سال گذشته در مجله Industrial Sealing Journal ذکر شد، انتقال تشدید را در ماشین‌هایی که ارتعاشات شدیدی را تجربه می‌کنند، حدود 40 درصد کاهش می‌دهند. دستیابی به تعادل مناسب بین ضخامت برای استحکام ساختاری و انحنای مناسب برای انعطاف‌پذیری، عاملی کلیدی است اگر تولیدکنندگان بخواهند قطعاتی تولید کنند که قبل از نیاز به تعویض، عمر طولانی‌تری داشته باشند.

گزینه‌های سفارشی‌سازی برای تنظیم دقیق و عملکرد بهینه

نوارهای سیلیکونی در سطوح مختلف سختی عرضه می‌شوند که به طور تقریبی از ۲۰ تا ۸۰ روی مقیاس شور A متغیر است و ضخامت دیواره آن‌ها از حدود ۰٫۵ میلی‌متر تا حداکثر ۱۲ میلی‌متر می‌رسد. برخی مدل‌ها حتی ترکیبی از عملکرد آب‌بندی با کانال‌های داخلی عبور سیم را در آنچه که تولیدکنندگان به آن نماهای ترکیبی می‌گویند، فراهم می‌کنند. پس از تولید، این نوارها می‌توانند با افزودن عناصری مانند لایه چسب‌دار در پشت یا شیارهای تهویه خاص، بسته به اینکه قرار است در سیستم‌های HVAC یا تجهیزات پنل پزشکی استفاده شوند، بیشتر سفارشی‌سازی شوند. هنگام کار در شرایط سخت، نسخه‌های کو-اکسترود شده نیز موجود هستند که الیاف رسانای الکتریکی را مستقیماً در خود مواد تلفیق می‌کنند. این الیاف به مسدود کردن تداخل الکترومغناطیسی کمک می‌کنند و در عین حال خواص عملکردی خوبی را در محدوده دمایی از حدود منفی ۶۰ درجه سانتی‌گراد تا حدود ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد بدون کاهش قابل توجه در کیفیت حفظ می‌کنند.

انتخاب مواد: چرا سیلیکون عملکرد بهتری نسبت به EPDM و نئوپرن دارد

دوام مقایسه‌ای: سیلیکون در برابر EPDM در برابر نئوپرن

از نظر مقاومت در برابر فشار، سیلیکون عملکرد به مراتب بهتری نسبت به سایر مواد دارد. مطالعات انجام‌شده توسط پونمون در سال 2023 نشان داده‌اند که سیلیکون می‌تواند حدود 40 درصد فشار بیشتری نسبت به EPDM و 60 درصد فشار بیشتری نسبت به نئوپرن را در شرایط تنش مکرر تحمل کند. EPDM نقاط قوت خود را دارد، به‌ویژه در محیط‌های مرطوب، در حالی‌که نئوپرن حفاظت مناسبی در برابر سایش و فرسودگی ارائه می‌دهد. آنچه سیلیکون را متمایز می‌کند، ساختار مولکولی منحصربه‌فرد آن است که از تغییر دائمی شکل آن با گذشت زمان جلوگیری می‌کند. با بررسی آزمون‌های دوام، محققان کشف کردند که پس از 10,000 چرخه فشرده‌سازی، سیلیکون همچنان حدود 90 درصد از انعطاف‌پذیری اولیه خود را حفظ کرده است. در مقایسه، این مقدار برای EPDM تنها 72 درصد و برای نئوپرن فقط 65 درصد است. این تفاوت‌ها در عمل به صرفه‌جویی واقعی نیز تبدیل می‌شوند؛ شرکت‌ها گزارش داده‌اند که تقریباً 19 درصد کمتر در هر سال هزینه تعمیر و نگهداری دارند، چرا که نیازی به تعویض قطعات به همان میزان قبل ندارند.

عملکرد در دماهای بسیار بالا و بیرون‌ماندن از تابش ماوراء بنفش

سیلیکون در محدوده دمایی وسیعی از حدود ۶۰- درجه سانتیگراد تا حدود ۲۳۰ درجه سانتیگراد عملکرد خوبی دارد. این عملکرد در واقع بهتر از مواد EPDM است که تنها دماهای بین ۵۰- تا ۱۵۰+ را تحمل می‌کنند، و قطعاً نسبت به نئوپرن برتری دارد که زیر دمای ۳۵- درجه با مشکل مواجه می‌شود و حداکثر دمای قابل تحمل آن تنها ۱۲۰ درجه است. هنگامی که محققان آزمایش کردند این مواد پس از قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش به مدت معادل ده سال شرایط واقعی چگونه عمل می‌کنند، مشاهده شد سیلیکون تقریباً تمام استحکام خود را حفظ کرده و تنها ۲٪ از آن را از دست داده است. در همین حال، طبق یافته‌های الستوستار در سال ۲۰۲۳، EPDM حدود یک پنجم استحکام کششی خود را از دست داده و نئوپرن تقریباً یک سوم از استحکامش را از دست داده است. دلیل پایداری بالای سیلیکون چیست؟ ساختار مولکولی آن عملاً غیرآلی است و از همین رو تحت تأثیر مشکلات آزاردهنده‌ای مانند ترک خوردگی اوزونی یا تجزیه شدن در اثر حرارت، بسیار کمتر قرار می‌گیرد. سازندگان خودرو نیز این مزیت را متوجه شده‌اند. امروزه بسیاری از مهندسان خودرو ترجیح می‌دهند از قطعات سیلیکونی در مناطق نزدیک موتور که دماها بسیار بالا می‌رود استفاده کنند. عمر این قطعات تقریباً سه برابر بیشتر است و نسبت به قطعات مشابه ساخته شده از EPDM قبل از نیاز به تعویض، مدت زمان بیشتری دوام می‌آورند.

داده‌های صنعت: 78% از تولیدکنندگان خودرو ترجیح می‌دهند از سیلیکون استفاده کنند

بر اساس یک نظرسنجی اخیر که در سال 2024 از حدود 200 تولیدکننده قطعات خودرو انجام شده است، تقریباً هر پنج شرکت، چهارشان شروع به ترجیح دادن مواد سیلیکونی برای آب‌بندی درها و صندوق‌ها کرده‌اند. دلایل اصلی چیست؟ این مواد در برابر آسیب سوخت مقاوم‌تر بوده و حتی در دماهای پایین تا منفی چهل درجه سانتی‌گراد نیز انعطاف‌پذیر می‌مانند. این امر در عمل چه معنایی دارد؟ مشکلات کمتر در آینده. برخی گزارش‌های صنعتی نشان می‌دهند که تغییر به مواد سیلیکونی می‌تواند هزینه‌های ضمانت را حدود ۱۸ دلار به ازای هر خودروی تولیدی کاهش دهد. و تنها خودروها نیستند. ما شاهد تحولات مشابهی در سایر صنایع نیز هستیم. به عنوان مثال، در قطعات هوافضا و لوازم خانگی. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که لبه‌های نرم بر پایه سیلیکون پس از حدود پنج سال عمر مفید و در معرض ارتعاشات مداوم، تقریباً دو برابر طول عمر بالشتک‌های نئوپرن سنتی دارند.

کاربردهای کلیدی در بخش‌های خودرو، صنعتی و خانگی

کاربردهای خودرویی: درزگیرهای درب، واشرهای صندوق و محافظ تزئینات

نوارهای لاستیکی سیلیکونی اساساً همان چیزی هستند که امروزه باعث می‌شوند خودروها خشک و بی‌صدا بمانند. این نوارها از ورود آب به داخل جلوگیری می‌کنند و همزمان سر و صدای جاده را کاهش می‌دهند که در غیر این صورت در کابین خودرو پژواک می‌کرد. چیزی که این نوارها را خاص می‌کند، توانایی آنها در شکل‌گیری حول اشکال پیچیده مانند لبه سقف باز و انحنای پنل درب است. علاوه بر این، اکثر آنها دارای خاصیت مقاوم در برابر آتش هستند و با تمام استانداردهای سختگیرانه ایمنی خودرویی سازگارند. طبق گزارش‌های اخیر صنعتی، حدود هفت در ده تولیدکننده خودروی الکتریکی شروع به استفاده از واشرهای سیلیکونی در صندوق خودرو کرده‌اند تا بسته باتری‌های حساس را از گردوغبار و رطوبت محافظت کنند. این امر وقتی به فکرش می‌افتیم منطقی به نظر می‌رسد که باتری‌های خودروهای الکتریکی (EV) نسبت به موتورهای سنتی به محافظت بیشتری نیاز دارند.

ماشین‌آلات صنعتی: کاهش ارتعاشات و درزگیری محیطی

در تولید، نوارهای لبه‌ای سیلیکونی ارتعاشات بازوی رباتیک و دستگاه‌های CNC را کاهش می‌دهند و خستگی فلز را تا 40 درصد نسبت به EPDM کم می‌کنند. درجه‌های پایدار در برابر UV، یکپارچگی آب‌بندی را در اطراف ژنراتورهای بیرونی و مخازن شیمیایی برای بیش از ده سال حفظ می‌کنند، حتی در معرض تابش مداوم نور خورشید.

لوازم خانگی: کاهش سر و صدا و پرداخت زیبایی

ماشین‌های ظرفشویی و یخچال‌ها از خاصیت کاهش‌دهنده صدای سیلیکون برای دستیابی به عملکرد بی‌صدا با سطح پایین‌تر از 45 دسی‌بل استفاده می‌کنند. ثبات رنگ آن انسجام زیبایی‌شناختی بلندمدت را با پرداخت‌های فولاد ضدزنگ حفظ می‌کند و از زرد شدنی که در لاستیک‌های درجه پایین‌تر دیده می‌شود جلوگیری می‌کند.

عملکرد بلندمدت و قابلیت اطمینان نوارهای آب‌بند سیلیکونی

تضمین یکپارچگی بلندمدت در کاربردهای آب‌بندی حیاتی

نوارهای لاستیکی سیلیکونی حتی در معرض محیط‌های سخت نیز می‌توانند به‌راحتی بیش از ۱۵ سال دوام بیاورند. این نوارها در برابر تابش ماوراء بنفش، مواد شیمیایی مختلف و تغییرات دمایی شدید از ۶۰- درجه سانتی‌گراد تا ۲۳۰+ درجه سانتی‌گراد مقاوم هستند. بر اساس تحقیقات اخیر منتشر شده در مطالعه دوام مواد در سال ۲۰۲۳، این نوارها در مناطق ساحلی که هوای نمک باعث فرسودگی بیشتر مواد می‌شود، عمری تقریباً دو و نیم برابر طولانی‌تر از مواد اپدم (EPDM) دارند. دلیل این امر چیست؟ ساختار منحصربه‌فرد سلول بسته‌ای که از ایجاد مشکلات ناشی از فشردگی جلوگیری می‌کند و پس از تحمل حدود ۱۰۰ هزار چرخه باز و بسته شدن — که برای درهای خودرو رایج است — حدود ۹۵ درصد از شکل اولیه خود را حفظ می‌کند. به‌دلیل عملکرد برجسته آنها، بسیاری از تولیدکنندگان در بخش‌های مختلف در حال انتقال به راه‌حل‌های لاستیک سیلیکونی هستند. داده‌های میدانی نشان می‌دهند که تیم‌های نگهداری تنها حدود ۳۰ درصد از زمان قبلی نیاز به تعویض قطعات دارند، در مقایسه با جایگزین‌های سنتی نئوپرن.

تعادل بین انعطاف‌پذیری برای کاهش ضربه و سفتی برای آب‌بندی

ویژگی‌های ویسکوالاستیک سیلیکون باعث می‌شود این ماده در محدوده سختی ۴۰ تا ۸۰ شور A بسیار خوب در جذب ضربه عمل کند و همچنین مقاومت بسیار خوبی در برابر پارگی حدود ۳۵ کیلونیوتن بر متر یا بالاتر از خود نشان دهد. برخی از ترکیبات جدیدتر سیلیکون در واقع سطوح مختلفی از سفتی را در ساختار خود دارند. قسمت‌های خارجی معمولاً نرم‌تر هستند و به جذب ضربه کمک می‌کنند، در حالی که هسته داخلی به اندازه کافی سفت باقی می‌ماند تا فشار آب‌بندی مناسب حفظ شود. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این مواد خسارت ناشی از ارتعاشات را حدود ۶۲ درصد نسبت به پلاستیک‌های معمولی کاهش می‌دهند. علاوه بر این، طبق یافته‌های گزارش‌های تعمیر و نگهداری صنعتی در سال ۲۰۲۳، این مواد در فشارهای بالاتر از ۱۵ پوند بر اینچ مربع تغییر شکل نمی‌دهند.

‫سوالات متداول‬

مزایای اصلی نوارهای لاستیکی سیلیکونی چیست؟

نوارهای لاستیکی سیلیکونی به دلیل مقاومت حرارتی و پایداری عالی، در کاربردهای دمای بالا و محیط‌های شدید عملکرد بسیار خوبی دارند. این نوارها خاصیت آب‌بندی عالی، محافظت در برابر ضربه و جذب لرزه را فراهم می‌کنند و همچنان انعطاف‌پذیری خود را حتی در دماهای پایین حفظ می‌کنند.

نوارهای لاستیکی سیلیکونی در مقایسه با EPDM و نئوپرن چگونه هستند؟

لاستیک سیلیکونی از مقاومت بیشتری برخوردار است و می‌تواند دماهای بالاتر و قرار گرفتن در معرض تابش ماوراء بنفش (UV) را بهتر از EPDM و نئوپرن تحمل کند. عمر طولانی‌تری دارد و بدون تخریب، انعطاف‌پذیری و یکپارچگی خود را در محدوده وسیعی از کاربردها حفظ می‌کند.

چه گزینه‌های سفارشی‌سازیی برای نوارهای سیلیکونی وجود دارد؟

نوارهای سیلیکونی را می‌توان از نظر سختی، ضخامت و هندسه نمای مقطع سفارشی‌سازی کرد. گزینه‌هایی مانند پشت چسب‌دار، شیارهای تهویه و انواع کو-اکسترود شده با الیاف رسانا برای نیازهای خاص نیز در دسترس هستند.

نوارهای لاستیکی سیلیکونی معمولاً در کجاها استفاده می‌شوند؟

نوارهای لاستیکی سیلیکونی در بخش‌های مختلفی مانند خودرو، صنعت و لوازم خانگی استفاده می‌شوند. این نوارها به عنوان آب‌بند، واشر، کاهنده ارتعاش و قطعات کاهش‌دهنده صدا عمل می‌کنند.