Tại sao các sản phẩm silicone bị nứt? Các sản phẩm silicone được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y tế, điện tử, đồ dùng nhà bếp, chăm sóc mẹ và bé nhờ vào độ đàn hồi, khả năng chịu nhiệt và độ ổn định hóa học tuyệt vời của chúng. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng thực tế hoặc sản xuất, tình trạng nứt của các sản phẩm silicone thường xuyên xảy ra, không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất sản phẩm mà còn có thể gây ra các mối nguy hiểm về an toàn. Chúng tôi sẽ phân tích sâu về các nguyên nhân cốt lõi gây nứt ở các sản phẩm silicone từ bốn khía cạnh: chất lượng nguyên liệu thô, quy trình sản xuất, môi trường sử dụng và cấu trúc thiết kế, cung cấp các tài liệu tham khảo khoa học cho những người trong ngành và người tiêu dùng.
1. Chất lượng nguyên liệu thô: "Khuyết tật bẩm sinh" của vật liệu cao su kém chất lượng
Hiệu suất của các sản phẩm silicone phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng của nguyên liệu thô. Nếu sử dụng vật liệu tái chế, bột silicon pha tạp hoặc gel silica có độ tinh khiết thấp, sản phẩm sẽ có độ bền xé không đủ và các vết nứt sẽ xuất hiện dưới tác động của một lực bên ngoài nhỏ. Ví dụ, một số nhà sản xuất thêm một lượng lớn bột silicon vào chất kết dính để giảm chi phí, khiến các vật liệu ban đầu không đáp ứng các tiêu chuẩn về độ bền xé dễ bị giòn hơn. Ngoài ra, nếu các bọt khí hoặc tạp chất không được loại bỏ hoàn toàn trong quá trình trộn vật liệu cao su, các điểm tập trung ứng suất cũng sẽ hình thành bên trong sản phẩm, trở thành "cầu chì" gây nứt.
Các chỉ số chính: Độ bền xé của silicone chất lượng cao phải ≥ 30kN/m, độ bền kéo phải ≥ 8MPa và phải vượt qua các chứng nhận cấp thực phẩm như FDA và LFGB. Nếu vật liệu cao su được bảo quản quá lâu hoặc không được niêm phong, nó cũng có thể gây ra sự suy giảm hiệu suất do quá trình oxy hóa, làm tăng thêm nguy cơ nứt.
2. Quy trình sản xuất: Sự cân bằng tinh tế giữa nhiệt độ và thời gian
Việc sản xuất các sản phẩm silicone liên quan đến nhiều quy trình như trộn, lưu hóa và tháo khuôn, và bất kỳ sai lệch nào trong bất kỳ khâu nào cũng có thể gây nứt:
Quy trình lưu hóa không được kiểm soát: Nhiệt độ hoặc thời gian lưu hóa quá mức có thể gây liên kết ngang quá mức của các chuỗi phân tử silicone, dẫn đến các sản phẩm giòn; Ngược lại, lưu hóa không đủ sẽ dẫn đến việc vật liệu cao su không được đóng rắn hoàn toàn và dễ bị rách trong quá trình tháo khuôn. Ví dụ, một thí nghiệm cho thấy khi nhiệt độ lưu hóa tăng từ 180 ℃ lên 200 ℃, tỷ lệ nứt của sản phẩm tăng 40%.
Khiếm khuyết thiết kế khuôn: Cấu trúc khuôn không hợp lý (chẳng hạn như các góc bo tròn và độ dày thành không đều) có thể gây cản trở dòng chảy của silicone, dẫn đến tập trung ứng suất ở các thành mỏng. Ngoài ra, bề mặt khuôn thô ráp hoặc bẩn có thể cản trở việc tháo khuôn và việc bóc tách một cách cưỡng bức có thể dễ dàng làm căng sản phẩm.
Thao tác tháo khuôn không đúng cách: Việc sử dụng quá nhiều chất tháo khuôn hoặc các kỹ thuật xử lý thô ráp (chẳng hạn như cạy bằng các dụng cụ sắc nhọn) có thể trực tiếp làm xước bề mặt của silicone, hình thành các vết nứt nhỏ dần dần lan rộng khi sử dụng lâu dài.
Hướng tối ưu hóa: Áp dụng quy trình lưu hóa phân đoạn, trước tiên là lưu hóa sơ bộ ở nhiệt độ thấp và sau đó là tạo hình ở nhiệt độ cao; Mạ crôm cứng hoặc phun lớp phủ PTFE trên bề mặt khuôn để giảm hệ số ma sát; Sử dụng hỗ trợ bằng khí nén hoặc các dụng cụ tháo khuôn đặc biệt bằng silicone trong quá trình tháo khuôn.
3. Cấu trúc thiết kế: "Kẻ giết người vô hình" của sự phân bố ứng suất
Tối ưu hóa cấu trúc trong giai đoạn thiết kế sản phẩm là chìa khóa để ngăn ngừa nứt:
Độ dày thành không đều: Tập trung ứng suất dễ xảy ra tại vị trí chuyển tiếp giữa dày và mỏng, và cần sử dụng thiết kế góc R (bán kính góc ≥ 0,5mm) hoặc độ dày thành dần để chuyển tiếp trơn tru. Ví dụ, một thương hiệu đồ dùng nhà bếp bằng silicone đã tăng dần độ dày thành tại vị trí kết nối giữa tay cầm nồi và thân nồi từ 2mm lên 5mm, dẫn đến giảm 75% tỷ lệ khiếu nại về nứt.
Khoảng trống chức năng: Các rãnh và lỗ được thiết kế để lắp đặt ốc vít hoặc khóa sẽ làm suy yếu độ bền kết cấu và cần được bù đắp bằng cách thêm các gân gia cường hoặc làm dày cục bộ. Một loại ống thông silicone cấp y tế nhất định áp dụng cấu trúc gia cường dạng sóng tại khớp nối, phân tán hiệu quả ứng suất trong quá trình chèn và tháo.
Thiết kế biến dạng động: Đối với các sản phẩm yêu cầu uốn lặp đi lặp lại (chẳng hạn như cáp dữ liệu silicone), quá trình biến dạng cần được mô phỏng thông qua phân tích phần tử hữu hạn để tối ưu hóa sự phân bố vật liệu và hình dạng mặt cắt ngang. Một thí nghiệm nhất định cho thấy việc thay đổi mặt cắt ngang của đường dây dữ liệu từ hình tròn sang hình chữ D đã tăng tuổi thọ uốn của nó từ 10000 lần lên 50000 lần.
Với sự phát triển của vật liệu silicone hướng tới độ bền và độ dẻo dai cao (chẳng hạn như việc ứng dụng fluorosilicone và phenyl silicone), các vấn đề về nứt sẽ được giảm thiểu hơn nữa trong tương lai. Nhưng bất kể công nghệ tiên tiến đến đâu, việc tuân theo các nguyên tắc khoa học và thông số kỹ thuật quy trình luôn là quy tắc cốt lõi để đảm bảo chất lượng của các sản phẩm silicone.
