なぜ、同じ硬度のHTVシリコーンが2種類あるのに、加工方法が異なるのか

「Same Shore A」だからといって、同じHTVシリコーンとは限らない

ショアA硬度は、硬化後の材料がどれほど柔らかいか、あるいは硬いかを直感的に把握できる指標となるため、シリコーンゴムにおいて最も広く用いられている規格の一つです。しかし、これは完成したエラストマーの特性の一つに過ぎません。.

2つの化合物は、異なる配合方法によって同じ硬化硬度を達成することができます。一方では、特定の補強用シリカ系と組み合わせた高分子量シリコーンガムを使用し、もう一方では、異なるガム構造、充填剤の含有量、あるいは加工用添加剤の配合を採用する場合があります。.

硬化後は、どちらもショアA硬度60となる場合があります。しかし、硬化前は、粘度、可塑性、タック性、ロール挙動、押出圧力、および金型内流動性が大きく異なる場合があります。.

HTVシリコーンの加工特性にはどのようなものが含まれますか？

加工業者が、あるHTVシリコーンが別のものより「扱いやすい」と言う場合、それはいくつかの異なる特性を指している可能性があります。.

ポリマーの分子量は加工時の感触を変える

HTVシリコーンに使用されるシリコーンゴムは、通常、高分子量のポリマーです。その分子量は、未硬化時のレオロジーに大きな影響を及ぼします。.

高分子量のガムを使用すると、溶融強度と弾性応答を高めることができます。これにより、押出成形されたプロファイルの形状保持が向上する可能性がありますが、一方で加工抵抗が増加し、ミリング特性に影響を与えることもあります。.

有効分子量が低くなったり、分子量分布が異なったりすると、その化合物は変形しやすくなるように感じられるかもしれませんが、ダイスウェル、押出安定性、および機械的特性にも変化が生じる可能性があります。.

したがって、せん断力に対して異なる挙動を示すポリマー系を用いながらも、2つの化合物を同じ最終ショアA硬度に調整することが可能である。.

ビニル含有量は、硬化以外にも影響を及ぼす可能性がある

シリコーンゴムに含まれるビニル基は、架橋反応に関与し、ポリマーと硬化系との相互作用に影響を与える可能性があるため、多くのHTVシリコーン配合において重要な役割を果たしています。.

ポリマーの構造やビニル含有量の違いは、加硫反応、架橋密度、および加硫後の機械的特性に影響を与える可能性があります。.

また、さまざまな充填剤システムや硬化剤パッケージと組み合わせた場合、混合や加工の過程における化合物の挙動にも影響を及ぼす可能性があります。.

つまり、基本的な技術データシート上では類似して見える場合でも、同じ硬度を持つ2つの化合物は、必ずしも同じポリマー構造を持っているとは限らないということです。.

強化用シリカは加工性に大きな影響を与える

補強用シリカは、HTVシリコーンにおいて最も重要な成分の一つです。これは、工業用途に求められる引張強度や引裂強度の多くを担う一方で、未硬化時の加工特性にも大きな影響を与えます。.

シリカのグレードによって、比表面積、粒子構造、表面処理、およびシリコーンポリマーとの相互作用が異なる場合があります。.

あるHTVシリコーンは、ある充填剤システムを用いてショアA硬度60を達成できる一方で、別のHTVシリコーンは、充填剤とポリマーの配合比率を異ならせることで同じ硬度を達成する場合があります。したがって、それらの加工特性は大きく異なる可能性があります。.

充填剤とポリマーの相互作用により、複合材料に「構造化された」感触が生まれる“

シリカは、シリコーンゴム内部では不活性な粉末のような振る舞いをしません。その表面は、シリコーンポリマーやその他の配合成分と強く相互作用する可能性があります。.

時間の経過とともに、こうした相互作用によって、より構造化された化合物が形成されることがあります。加工業者にとっては、これは、剛性の増加、成形性の低下、あるいは保管後の押出挙動の変化として現れる場合があります。.

この相互作用を制御するために、加工助剤や充填剤の表面処理がしばしば用いられますが、配合によってその対処方法は異なります。.

その結果、硬度が同一の2種類のHTVシリコーングレードであっても、保存特性、ミル軟化、および押出圧力が異なる場合があります。.

加工助剤は、製粉および押出成形の工程を劇的に変える可能性がある

HTVシリコーンには、ポリマーと充填剤との相互作用を制御し、製造性を向上させるために、加工助剤が添加されています。.

これらは、ロールからの剥離性、タック性、粘度、押出表面の状態、および最終加工時にコンパウンドが追加成分をどの程度容易に混入できるかに影響を及ぼす可能性があります。.

加工助剤の配合が慎重に調整されたコンパウンドは、たとえ硬化後の硬度が別のグレードと同一であっても、より滑らかで扱いやすい感触になる場合があります。.

配合工程における熱処理が重要である

HTVシリコーンベースコンパウンドは、充填剤とポリマーの相互作用を安定させ、水分や低分子量の揮発性物質を除去するために、製造工程で熱処理が行われることがよくあります。.

具体的な温度、時間、および真空条件は、配合や製造工程によって異なります。.

2つの化合物を異なる熱処理手法を用いて製造した場合、最終的な硬度が同じであっても、その加工安定性は異なることがある。.

適切な熱処理制御を行うことで、保管時の品質安定性を高め、望ましくない組織変化を抑制し、押出成形や成形時の挙動の再現性を向上させることができます。.

未硬化時の可塑性は、ショアA硬度よりも加工の観点からより重要である

多くのHTV/HCRコンパウンドにおいて、未硬化時の可塑性や粘度は、硬化後の硬度よりも、加工挙動に関するより直接的な情報を提供します。.

コンパウンドやサプライヤーによっては、ウィリアムズ可塑性、ムーニー粘度、その他のレオロジー評価などの測定値が用いられる場合があります。.

これらの測定値は、未加硫材料が加硫前にどのように変形に耐えるかを明らかにするのに役立ちます。.

したがって、2つの化合物は同じショアA硬度であっても、未硬化時の可塑性が大きく異なる場合があります。.

なぜ2種類のHTVシリコーングレードが2ロールミル上で異なる挙動を示すのか

2ロールミル加工は、加工業者がHTVシリコーングレード間の違いを最初に実感する工程の一つです。.

ある材料は素早くバンド形成され、きれいに剥がれる一方で、別の材料はより強く付着したり、不均一に破断したり、あるいは安定した加工状態に達するまでに時間がかかったりすることがあります。.

こうした違いは、ポリマーの分子量、シリカの表面化学的性質、加工助剤、温度、保管履歴、およびミル工程で添加される触媒、顔料、または添加剤の量に起因する可能性があります。.

なぜ同じ硬度でも押し出し形状が異なるのか

押出成形では、シリコーンコンパウンドが継続的なせん断力と圧力にさらされます。このような条件下では、レオロジーが硬化後の硬度よりもはるかに重要になります。.

あるHTVシリコーンは、スムーズな供給が可能で、安定した圧力を維持し、滑らかな表面仕上げを実現できる場合があります。一方、別のHTVシリコーンでは、供給が不安定になったり、圧力が高くなったり、表面が粗くなったり、金型の膨れが過度になったりする場合があります。.

こうした違いは、ショアA硬度というよりも、ポリマーの弾性、充填剤との相互作用、およびコンパウンドの粘度によって生じることが多い。.

波の高さは硬度によって予測されない

ダイスウェルとは、押出ダイから出た後にエラストマーが膨張する現象のことです。ポリマー鎖はダイ内部で変形し、圧力が解放されると部分的に元の状態に戻ります。.

弾性回復率が高いほど、より大きな膨張が生じ、その結果、最終的な断面寸法が変化する。.

したがって、2種類の60ショアAのHTVシリコーンコンパウンドでは、同じ形状の完成品を製造するために、異なる金型寸法や押出成形設定が必要になる場合があります。.

これは、寸法管理が極めて重要なチューブ、ケーブル絶縁体、および精密押出成形プロファイルにおいて特に重要です。.

圧縮成形も、その方法によって大きく異なる場合があります

等硬度のHTVシリコーングレードは、加圧成形時に異なる挙動を示すことがあります。これは、未硬化の材料が、加硫が進む前にまず変形して金型キャビティを満たさなければならないためです。.

成形条件下で流動性が低いコンパウンドの場合、プリフォームのサイズ、圧力、または温度を調整する必要があるかもしれません。また、別のコンパウンドは薄い部分を充填しやすい反面、バリが多くなることもあります。.

硬化システムが加工挙動を変える

HTVシリコーンは、さまざまな過酸化物硬化システムを採用することができ、一部の高粘度材料では、プラチナ触媒による付加硬化も利用可能です。.

加硫条件は、温度の上昇に伴い架橋反応がどの程度の速さで始まるかに影響を与えます。これは、スコーチ安全性、モールドフロー、押出加硫、および生産サイクルタイムに影響を及ぼします。.

最終硬度が同じ2つの材料であっても、硬化の化学的メカニズムや触媒濃度が異なる場合があり、それによって加工条件の許容範囲が大きく異なることがあります。.

機能性添加剤は加工性を変えることができる

多くのHTVシリコーングレードには、特定の用途に合わせて設計された機能性添加剤が含まれています。.

電気用コンパウンドには、トラッキングや耐侵食性を高めるための充填剤が含まれている場合があります。難燃性シリコーンには、鉱物系または機能性添加剤が追加されている場合があります。耐熱グレードには、熱安定剤が含まれている場合があります。食品接触用グレードでは、まったく異なる配合戦略が採用される場合があります。.

これらの添加剤は、粘度、密度、充填剤との相互作用、および硬化挙動に変化をもたらす可能性があります。.

つまり、電気用HTVシリコーンと汎用HTVシリコーンは、同じ硬度であっても、加工特性が大きく異なる場合があります。これは、電気用グレードの方がはるかに複雑な充填剤システムを採用しているためです。.

顔料も化合物に影響を与えることがある

色は単に外観上の要素として扱われることもありますが、顔料マスターバッチや着色剤はコンパウンドの配合の一部となります。.

顔料系が異なると、特に高濃度で使用された場合や、担体材料が基材と異なる場合には、粘度、硬化性、および機械的特性に影響を及ぼす可能性があります。.

重要な生産工程においては、顔料に大幅な変更があった場合、加工工程が完全に同じままであると想定するのではなく、ナチュラルカラーで承認されたグレードについて、改めて検証を行う必要があります。.

保管履歴によって、HTVシリコーンの感触が変わる可能性があります

HTVシリコーンは、製造後初日から保存期間の終了まで、常に同じ挙動を示すとは限りません。.

充填剤とポリマーの相互作用は、保管中に進行し続ける可能性があります。また、保管中の温度も、こうした変化がどのくらいの速さで起こるかに影響を及ぼすことがあります。.

化合物によっては、安定した状態にするために、処理前に粉砕や調整が必要な場合があります。.

そのため、2つの材料を比較する加工業者は、単にグレード名や硬度だけを比較するのではなく、製造日、保管期間、保管条件も考慮に入れるべきです。.

バッチ履歴と混合品質が重要

HTVシリコーンコンパウンドの混合方法によって、その最終的な加工特性に影響が出る場合があります。.

充填剤の分散、混合温度、混合エネルギー、熱処理、および均質化は、いずれも材料の均一性に影響を与えます。.

分散が不十分だと、粘度のばらつき、押出成形の仕上げ不良、あるいは機械的特性の不安定さにつながる可能性があります。適切なバッチ管理を行うことで、ロットごとに材料の挙動が均一になるよう確保できます。.

産業用バイヤーにとって、これが、サプライヤーの一貫性が、名目上の技術データシートと同じくらい重要になり得る理由の一つです。.

硬度が同じでも、機械的特性が同じとは限らない

また、硬度は引張強度、伸び、あるいは引裂強度を予測するものでもありません。.

2種類のHTVシリコーングレードは、いずれもショアA硬度60を示しますが、機械的特性のプロファイルは大きく異なります。.

この例は、硬度だけではHTVシリコーンコンパウンドの実際の性能を定義できない理由を示しています。.

押出用グレードと成形用グレードは、同じ硬度を持つことがある

非常に一般的な例として、押出成形用HTVシリコーンと圧縮成形用HTVシリコーンの違いが挙げられます。.

いずれもショアA硬度50、60、70で供給可能です。ただし、押出成形用グレードは、安定した供給、スムーズなダイフロー、および膨潤の制御を重視して設計されているのに対し、成形用グレードは、キャビティの充填、離型性、および短いサイクルタイムを重視して設計されている場合があります。.

電気用HTVシリコーンはその良い例です

電気用HTVシリコーンは、硬さが同じでも加工性が同じとは限らないことをよく示しています。.

複合絶縁体には、トラッキングや侵食に対する耐性を高めるために設計された特殊な充填剤システムが含まれている場合があります。これにより、同じ硬度の汎用シリコーンと比較して、粘度や成形特性が大幅に変化する可能性があります。.

ケーブルグレードは、その代わりに、連続押出、誘電特性、および熱老化に対して最適化されている場合もあります。.

どちらの材料もショアA硬度60である可能性がありますが、それぞれ異なる加工条件や使用条件に合わせて設計されています。.

2つのHTVシリコーングレードを適切に比較する方法

2つの材料が同じショアA硬度であっても、加工特性が異なる場合は、硬度だけでなく、コンパウンドの全体的な特性も考慮して比較を行う必要があります。.

あるグレードの処理パラメータを別のグレードにコピーしないでください

HTVシリコーンのサプライヤーやグレードを変更する際、加工業者は往々にして、ミル設定、押出速度、ダイの設計、硬化温度、成形サイクルを以前とまったく同じにしようとします。.

これにより、不必要な問題が生じる可能性があります。.

たとえ新しい材料が同じ硬度と同等の機械的特性を備えていたとしても、そのレオロジーや硬化挙動については調整が必要になる場合があります。.

新しいコンパウンドでは、押出機の温度、スクリューの回転速度、ダイの寸法、ミルギャップ、成形圧力、あるいは硬化時間のすべてについて、最適化が必要になる場合があります。.

購入者はHTVシリコーンのサプライヤーに何を尋ねるべきか？

加工の一貫性が重要な場合は、見積依頼書にはショアA硬度以外の項目も記載すべきです。.

よくある質問