液态硅胶机械性能全面解析：从硬度、强度到应用选择

引言
液态硅胶（Liquid Silicone Rubber, LSR）不仅以高弹性著称，其综合机械性能更在密封、医疗及高端工业部件中发挥关键作用。本文基于行业常见数据与材料特性，客观梳理LSR的机械性能范围、结构关联及适用场景，为选材与设计提供参考。

一、主要机械性能范围

• 硬度范围：通常为 Shore A 10–80，极少数应用涉及 Shore 00 或 Shore D 级别

• 拉伸强度：约 4–10 MPa，与填料含量和交联密度密切相关

• 断裂伸长率：普遍介于 200%–800%，部分高伸长型号可达 1000%

• 撕裂强度：约 10–54 kN/m（直角或新月试片法）

• 压缩永久变形（100℃×22h，压缩25%）：一般为 5%–30%

• 回弹率：多数在 40% 以上，高回弹型号可超过 75%

• 弯曲疲劳寿命（MIT法，2mm试样）：通常高于 10⁵ 次

二、结构与性能关系
LSR的机械性能与其化学和物理结构密切相关：

• 基体特性：聚二甲基硅氧烷（PDMS）主链赋予其高柔性与高伸长能力；

• 补强影响：纳米二氧化硅等补强填料可显著提高拉伸与撕裂强度，但添加过多会损失弹性；

• 交联密度：更高的交联密度通常带来更高模量与硬度，同时断裂伸长率有所下降；

• 填料取向：片状或纤维填料在特定工艺下可产生取向效果，改善各向异性力学行为。

三、温度对性能的影响

• 低温（-40℃）：模量上升2–3倍，伸长率约降30%，但仍维持弹性，无脆性断裂；

• 高温（150℃）：拉伸强度下降10%–20%，压缩永久变形略有增加，200℃时强度可能衰减40%；

• 热老化性能（150℃×1000h）：拉伸强度保持率 ≥70%，伸长率保持率 ≥60%，硬度变化 ≤±5 Shore A。

四、疲劳与耐久特性
LSR在交联结构下表现出良好的抗蠕变和应力松弛能力：

• 剪切蠕变（0.3 MPa，70°C，24 h）：通常＜5%；

• 应力松弛（压缩25%，23°C，1000 h）：剩余应力 ≥60%；

• 动态疲劳寿命：在应力幅1.5–2 MPa、频率1 Hz条件下，寿命可达10⁶次，高于3 MPa时寿命急剧缩短。

五、与其他弹性体性能比较

六、选型与设计建议

• 高伸长率并不完全代表高耐久，对于长期受拉部件应重点考察疲劳性能；

• 建议避开极端硬度（如＜Shore A 20 易粘膜，＞Shore A 70 则弹性下降）；

• 薄壁（<0.5 mm）与厚壁（>6 mm）区域需借助流动模拟与真空辅助优化充填与排气；

• 二次硫化可进一步改善压缩永久变形，但可能导致拉伸强度略降。

七、局限性与发展方向

• LSR不适用于高机械载荷场景，可通过织物/金属复合增强；

• 抗撕裂性能对缺口敏感，可通过改性填料（如芳纶纤维）提升30–50%，但会增加成本与工艺难度；

• 极低温弹性可通过苯基/氟化改性予以改善。

结语
液态硅胶凭借中低强度、高伸长率、优良回弹和抗疲劳特性，广泛应用于密封、减震及人体接触部件。在实际应用中，应结合力学负载、温度环境与寿命要求综合选材，充分发挥其性能优势。