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硅凝膠針入度試驗檢測

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發(fā)布時間：2025-08-03 11:56:29 更新時間：2025-08-02 11:56:29

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

硅凝膠針入度試驗檢測：材料硬度與稠度的關鍵指標

硅凝膠作為一種廣泛應用的高分子材料，在醫(yī)療器械（如乳房假體、疤痕貼）、化妝品、電子封裝、密封劑等領域發(fā)揮著關鍵作用。其物理性能，尤其是硬度與稠度，直接關系到產品的使用效果、安全性和壽命。針入度試驗是評價硅凝膠（特別是未固化或半固態(tài)稠度范圍的產品）以及類似稠密流體、潤滑脂、凡士林等材料軟硬度與稠度的經典且標準化方法。該測試通過測量規(guī)定條件下，一個標準化針/錐體在重力作用下垂直刺入樣品表面的深度（單位通常為0.1mm），來量化材料的抵抗穿透能力。深度值越大，表示材料越軟、稠度越低；反之，深度值越小，則材料越硬、稠度越高。

檢測項目

硅凝膠針入度試驗的核心檢測項目是測定其針入度值。這個數值直接反映了硅凝膠在特定測試條件下的表觀硬度或稠度。通過監(jiān)測不同批次、不同配方或不同老化條件下的針入度值變化，可以實現以下目標：

質量控制：確保生產的一致性，產品硬度符合設計規(guī)格。
配方研發(fā)：評估不同原料、配比或添加劑對硅凝膠稠度的影響。
性能評估：了解硅凝膠在實際應用環(huán)境（如溫度變化）下的稠度穩(wěn)定性。
老化研究：監(jiān)測硅凝膠在長期儲存或使用過程中硬度的變化趨勢。
符合性驗證：檢驗產品是否符合相關行業(yè)標準（如醫(yī)療器械標準）或客戶要求的硬度指標。

檢測儀器

進行硅凝膠針入度試驗需要使用專用的針入度測定儀。該儀器的主要組成部分和功能包括：

剛性支架與平臺：提供一個穩(wěn)固的水平基礎，用于放置樣品容器。
精密導向裝置：確保針/錐體能夠嚴格垂直地自由下落。
標準針/錐體：這是核心部件。根據所采用的標準（如ASTM或ISO），可能使用：
- 標準錐體：最常用的是具有特定尺寸和角度的圓錐體（例如，符合ASTM D217標準的錐體，總質量102.5g±0.05g，錐角30°±0.2°，錐尖為截平的尖端）。
- 標準針：有時也可能規(guī)定使用特定直徑的圓柱形針。
釋放機構：能夠在不施加震動或橫向力的條件下瞬間釋放針/錐體。
深度測量裝置：精確測量針/錐體刺入硅凝膠的深度。通常是指針式百分表（精度至少0.1mm）或數字位移傳感器。
樣品容器：標準尺寸的平底金屬或玻璃容器（如內徑約55mm，深至少35mm），確保樣品有足夠的厚度和支撐。
恒溫裝置：由于硅凝膠的流變性對溫度敏感，測試通常要求在標準溫度（如25°C±0.5°C）下進行，因此可能需要恒溫水浴或恒溫箱來調節(jié)樣品和儀器平臺的溫度。

檢測方法

硅凝膠針入度試驗遵循嚴格的操作步驟以確保結果的可重復性和可比性，主要流程如下：

樣品制備：
- 將硅凝膠樣品小心地裝入潔凈干燥的標準樣品容器中，避免帶入氣泡。
- 用刮刀刮平表面，確保表面平整光滑。
溫度調節(jié)：
- 將裝有樣品的容器以及針入度儀的平臺（或整個儀器）放置在恒溫環(huán)境中（通常是25°C）。
- 樣品需在此溫度下調節(jié)足夠長的時間（如至少1.5-2小時），確保整體溫度均勻。
儀器校準：
- 確保針入度儀水平。
- 檢查并清潔標準錐體/針尖，確認無損傷或粘附物。
- 調整深度指示器（百分表/數顯）至零位。
測試操作：
- 將樣品容器平穩(wěn)放置在儀器平臺上。
- 小心調整儀器，使錐體尖端剛好接觸樣品表面中心（可通過輔助燈光觀察，或利用儀器上的對零裝置）。此時深度指示器應為零。
- 在無震動條件下，瞬間釋放錐體，使其在自身重力作用下自由刺入樣品。
- 精確計時（通常為5.0秒±0.1秒）。
深度讀數：
- 到達規(guī)定時間后，立即讀取并記錄深度指示器顯示的數值（單位通常為0.1mm）。該數值即為此次測試的針入度值。
重復測試：
- 在樣品的不同位置（至少3個點，各點間距及距容器壁距離需符合標準要求，如大于10mm）重復上述步驟。
- 每次測試后需徹底清潔錐體，并確保樣品表面狀態(tài)適合下一次測試（必要時可重新刮平，但需注意擾動可能影響結果）。
結果計算：
- 計算同一批次樣品所有有效讀數（通常3-5個）的算術平均值，作為該硅凝膠樣品的最終針入度值（以0.1mm為單位報告）。
- 報告中應注明測試標準、錐體類型、溫度、時間等條件。

檢測標準

硅凝膠針入度試驗主要依據國際通用的材料測試標準進行，以確保全球范圍內的數據可比性。最核心和廣泛應用的標準是：

ASTM D217 - Standard Test Methods for Cone Penetration of Lubricating Grease：這是潤滑脂錐入度的標準測試方法，但其原理和操作程序被廣泛借鑒用于測定硅凝膠等類似稠度物質的針入度。它詳細規(guī)定了：
- 錐體的規(guī)格、質量和校準要求。
- 樣品容器的尺寸。
- 樣品制備、溫度調節(jié)（25°C）和測試時間（5秒）的嚴格規(guī)定。
- 詳細的測試步驟和重復性要求。
- 精密度數據。
雖然名稱針對潤滑脂，但在硅凝膠（特別是醫(yī)療器械用硅凝膠填充物）行業(yè)，ASTM D217常被指定為針入度測試的權威標準。
ISO 2137 - Petroleum products and lubricants — Determination of cone penetration of lubricating greases and petrolatum：這是國際標準化組織的對應標準，內容與ASTM D217高度相似，同樣適用于硅凝膠。

其他相關或特定領域標準可能參考：

ASTM D1403 - Standard Test Methods for Cone Penetration of Lubricating Grease Using One-Quarter and One-Half Scale Cone Equipment：適用于樣品量較少的情況（小尺寸錐體）。
特定行業(yè)規(guī)范：醫(yī)療器械行業(yè)（如涉及硅凝膠假體）的標準（如FDA指南、ISO 14607）通常會引用ASTM D217或ISO 2137作為測定硅凝膠稠度/硬度的方法。

標準選擇要點：