لماذا تتشقق منتجات السيليكون؟ تُستخدم منتجات السيليكون على نطاق واسع في المجالات الطبية والإلكترونية وأدوات المطبخ ورعاية الأم والطفل نظرًا لمرونتها الممتازة ومقاومتها لدرجات الحرارة وثباتها الكيميائي. ومع ذلك، في الاستخدام الفعلي أو عمليات الإنتاج، تحدث تشققات في منتجات السيليكون من وقت لآخر، مما لا يؤثر فقط على أداء المنتج ولكنه قد يشكل أيضًا مخاطر على السلامة. سنقوم بتحليل متعمق للأسباب الرئيسية لتشقق منتجات السيليكون من أربعة أبعاد: جودة المواد الخام، وعملية الإنتاج، وبيئة الاستخدام، والتصميم الهيكلي، مما يوفر مراجع علمية للعاملين في الصناعة والمستهلكين.
1. جودة المواد الخام: "عيوب خلقية" في المواد المطاطية الرديئة
يعتمد أداء منتجات السيليكون بشكل مباشر على جودة المواد الخام. إذا تم استخدام مواد معاد تدويرها أو مسحوق السيليكون المخدر أو هلام السيليكا منخفض النقاء، فسوف يؤدي ذلك إلى قوة تمزق غير كافية للمنتج، وستظهر تشققات تحت قوة خارجية طفيفة. على سبيل المثال، يضيف بعض المصنعين كمية كبيرة من مسحوق السيليكون إلى المادة اللاصقة لخفض التكاليف، مما يجعل المواد التي لم تستوف في الأصل معايير قوة التمزق أكثر عرضة للتقصف. بالإضافة إلى ذلك، إذا لم يتم التخلص من الفقاعات أو الشوائب بالكامل أثناء عملية خلط المادة المطاطية، فسوف تتشكل أيضًا نقاط تركيز الإجهاد داخل المنتج، لتصبح "الفيوز" للتشقق.
المؤشرات الرئيسية: يجب أن تكون قوة تمزق السيليكون عالي الجودة ≥ 30 كيلو نيوتن/متر، ويجب أن تكون قوة الشد ≥ 8 ميجا باسكال، ويجب أن تجتاز شهادات الدرجة الغذائية مثل إدارة الغذاء والدواء و LFGB. إذا تم تخزين المادة المطاطية لفترة طويلة جدًا أو لم يتم إحكام إغلاقها، فقد يتسبب ذلك أيضًا في تدهور الأداء بسبب الأكسدة، مما يزيد من خطر التشقق.
2. عملية الإنتاج: التوازن الدقيق بين درجة الحرارة والوقت
يتضمن إنتاج منتجات السيليكون عمليات متعددة مثل الخلط والفلكنة وإزالة القوالب، وأي انحراف في أي رابط قد يتسبب في التشقق:
عملية الفلكنة غير المنضبطة: يمكن أن تتسبب درجة حرارة أو وقت الفلكنة المفرطين في التشابك المفرط لسلاسل جزيئات السيليكون، مما يؤدي إلى منتجات هشة؛ على العكس من ذلك، ستؤدي الفلكنة غير الكافية إلى عدم المعالجة الكاملة للمادة المطاطية والتمزق السهل أثناء إزالة القوالب. على سبيل المثال، أظهرت تجربة أنه عندما زادت درجة حرارة الفلكنة من 180 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية، زاد معدل تشقق المنتج بنسبة 40٪.
عيوب تصميم القالب: يمكن أن يتسبب الهيكل غير المعقول للقالب (مثل الزوايا المستديرة وسمك الجدار غير المتساوي) في إعاقة تدفق السيليكون، مما يؤدي إلى تركيز الإجهاد عند الجدران الرقيقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تعيق الأسطح الخشنة أو المتسخة للقالب إزالة القوالب، ويمكن أن يؤدي التقشير القسري إلى إجهاد المنتج بسهولة.
عملية إزالة القوالب غير الصحيحة: يمكن أن يؤدي الاستخدام المفرط لعامل إزالة القوالب أو تقنيات المعالجة الخشنة (مثل الرفع بأدوات حادة) إلى خدش سطح السيليكون مباشرة، مما يؤدي إلى تكوين تشققات دقيقة تتوسع تدريجياً مع الاستخدام المطول.
اتجاه التحسين: اعتماد عملية الفلكنة المجزأة، أولاً الفلكنة المسبقة ذات درجة الحرارة المنخفضة ثم التشكيل بدرجة الحرارة العالية؛ طلاء الكروم الصلب أو رش طلاء PTFE على سطح القالب لتقليل معامل الاحتكاك؛ استخدم مساعدة الهواء المضغوط أو أدوات إزالة القوالب الخاصة بالسيليكون أثناء إزالة القوالب.
3. التصميم الهيكلي: "القاتل الخفي" لتوزيع الإجهاد
يعد التحسين الهيكلي خلال مرحلة تصميم المنتج أمرًا أساسيًا لمنع التشقق:
سمك الجدار غير المتساوي: من السهل أن يحدث تركيز الإجهاد عند الانتقال بين السميك والرقيق، ومن الضروري استخدام تصميم زاوية R (نصف قطر الزاوية ≥ 0.5 مم) أو سمك الجدار التدريجي للانتقال السلس. على سبيل المثال، زادت علامة تجارية معينة من أدوات المطبخ المصنوعة من السيليكون تدريجياً سمك الجدار عند الوصلة بين مقبض القدر وجسم القدر من 2 مم إلى 5 مم، مما أدى إلى انخفاض بنسبة 75٪ في معدل شكاوى التشقق.
الفجوة الوظيفية: ستؤدي الأخاديد والثقوب المصممة لتركيب البراغي أو الأبازيم إلى إضعاف القوة الهيكلية وتحتاج إلى تعويضها عن طريق إضافة أضلاع تقوية أو سماكة محلية. يعتمد قسطرة سيليكون من الدرجة الطبية معينة هيكل تقوية متموج عند المفصل، مما يؤدي إلى توزيع الإجهاد بشكل فعال أثناء الإدخال والإزالة.
تصميم التشوه الديناميكي: بالنسبة للمنتجات التي تتطلب ثنيًا متكررًا (مثل كابلات بيانات السيليكون)، يجب محاكاة عملية التشوه من خلال تحليل العناصر المحدودة لتحسين توزيع المواد وشكل المقطع العرضي. أظهرت تجربة معينة أن تغيير المقطع العرضي لخط البيانات من دائري إلى على شكل D زاد من عمر الانحناء من 10000 مرة إلى 50000 مرة.
مع تطور مواد السيليكون نحو القوة والمتانة العالية (مثل تطبيق السيليكون الفلوري والسيليكون الفينيلي)، سيتم تقليل مشاكل التشقق بشكل أكبر في المستقبل. ولكن بغض النظر عن مدى تقدم التكنولوجيا، فإن اتباع المبادئ العلمية ومواصفات العملية هو دائمًا القاعدة الأساسية لضمان جودة منتجات السيليكون.
