הבנת המשפחות: תרמוסטים מול תרמופלסטיים
לפני שנצלול ליתרונות והחסרונות של כל חומר, חשוב להבין את ההבדל הכימי והתהליכי המהותי ביניהם. עולם החומרים הגמישים מתחלק לשתי קבוצות עיקריות: תרמוסטים (Thermosets) ותרמופלסטיים (Thermoplastics).
סיליקון וגומי טבעי/סינתטי שייכים לרוב למשפחת התרמוסטים. המשמעות היא שכאשר מעצבים אותם בחום, נוצרים קשרים כימיים בלתי הפיכים (תהליך שנקרא גיפור או Vulcanization). אי אפשר להתיך אותם מחדש ולעשות בהם שימוש חוזר. לעומת זאת, TPE (Thermoplastic Elastomer) מתנהג כמו פלסטיק: הוא ניתן להתכה, לעיצוב, לקירור, ושוב להתכה. תכונה זו הופכת אותו לידידותי יותר לייצור המוני ולמיחזור.
סיליקון (Silicone): המלך של עמידות וניקיון
הסיליקון נחשב לרוב לחומר ה"פרימיום" בקטגוריית הגמישים. הוא מורכב משרשרות של סיליקון וחמצן, מה שמעניק לו יציבות יוצאת דופן. כאשר אנו מדברים על חברת פיתוח מוצר שמתכננת מוצרים רפואיים, מוצרי תינוקות או כלי מטבח איכותיים, הסיליקון הוא כמעט תמיד ברירת המחדל.
יתרונות הסיליקון:
- עמידות טרמית קיצונית: סיליקון נשאר יציב בטווח טמפרטורות אדיר, ממינוס 60 ועד פלוס 250 מעלות צלזיוס. הוא לא נמס במגע עם סיר חם ולא נסדק במקפיא.
- היפואלרגני ותואם ביולוגית: זהו החומר המועדף ליישומים הבאים במגע עם הגוף (Skin contact) ומזון, מכיוון שהוא אינרטי (אדיש) מבחינה כימית ולא משחרר רעלים.
- עמידות ל-UV ואוזון: סיליקון לא מתייבש ומתפורר בשמש כמו גומי רגיל, מה שהופך אותו מצוין למוצרי חוץ איכותיים.
- Set Compression נמוך: הכוונה היא שהחומר חוזר לצורתו המקורית גם אחרי שנמעך לאורך זמן רב, תכונה קריטית לאטמים.
חסרונות:
החיסרון העיקרי הוא המחיר. חומר הגלם יקר יותר, ותהליך הייצור (במיוחד ב-LSR, סיליקון נוזלי) דורש ציוד יקר יותר ותבניות מורכבות. בנוסף, לא ניתן למחזר אותו בקלות.
TPE/TPR: המהפכה התרמופלסטית
בשני העשורים האחרונים, ה-TPE (ולעיתים נקרא גם TPR – Thermoplastic Rubber) כבש נתח שוק משמעותי. הוא משלב את תכונות הגומי עם יכולות העיבוד של הפלסטיק. עבור יזמים שמחפשים עיצוב מוצר ארגונומי עם "גריפ" נעים, ה-TPE הוא שחקן מפתח.
למה לבחור ב-TPE?
- עלות ייצור נמוכה: זמני המחזור (Cycle Time) בהזרקת TPE קצרים משמעותית משל סיליקון או גומי, מה שמוזיל דרמטית את עלות החלק בייצור המוני.
- Overmolding (הזרקה כפולה): היתרון הגדול ביותר. TPE מתחבר כימית לפלסטיקים קשיחים כמו PP, ABS או PC ללא צורך בדבקים. זה מאפשר ליצור ידיות של מברשות שיניים, כלי עבודה ומכשירי גילוח במראה אחיד וחזק.
- גיוון אינסופי: ניתן לקבל TPE במגוון עצום של קשיחויות (מג'לי רך ועד פלסטיק קשה למחצה) וצבעים.
עם זאת, ל-TPE יש מגבלות. הוא נחלש משמעותית בטמפרטורות גבוהות (מתרכך סביב 80-100 מעלות) ויש לו נטייה ל-Creep (עיוות תחת עומס מתמשך) גבוהה יותר מאשר לסיליקון.
גומי (Rubber): הסוס העבודה התעשייתי
כשאומרים "גומי", מתכוונים בדרך כלל למשפחה רחבה הכוללת גומי טבעי, NBR, EPDM ועוד. חומרים אלו משמשים בעיקר בתעשייה הכבדה, ברכב ובאיטום תשתיות.
היתרון המובהק של הגומי הוא העמידות המכאנית והכימית הספציפית שלו. למשל, גומי NBR עמיד מצוין לשמנים ודלקים (מה שסיליקון ו-TPE רגיל מתקשים לעשות). גומי EPDM עמיד מצוין לתנאי חוץ ומים. לרוב, הגומי זול יותר כחומר גלם, אך תהליך הייצור שלו (לרוב כבישה או הזרקה עם זמן גיפור ארוך) הופך אותו לפחות אטרקטיבי למוצרי צריכה עדינים.
טבלת השוואה טכנית לקבלת החלטות
כדי לעשות סדר, ריכזנו עבורכם את הפרמטרים המרכזיים בטבלה. נתונים אלו מבוססים על ידע הנדסי וניסיון מצטבר של מהנדסי פיתוח.
| תכונה | סיליקון (LSR/HCR) | TPE/TPR | גומי (NBR/EPDM) |
|---|---|---|---|
| עמידות לחום | מצוינת (עד 250°C) | בינונית (עד 100°C) | טובה (תלוי סוג, עד 120°C) |
| מגע עם מזון (FDA) | מצוין (אינרטי לחלוטין) | טוב (יש דרגות מאושרות) | אפשרי (דורש פורמולציה ספציפית) |
| עלות חומר גלם | גבוהה | בינונית | נמוכה |
| זמן מחזור (ייצור) | ארוך יחסית (גיפור) | קצר מאוד (קירור בלבד) | ארוך (גיפור) |
| תחושת יד (Soft Touch) | משי, יוקרתי, לא דביק | גומי, אחיזה טובה, עלול להיות דביק | תעשייתי, מחוספס יותר |
| עמידות לשמנים | בינונית (יש סוגים מיוחדים) | בינונית | מצוינת (במיוחד NBR) |
תחושת מגע (Soft Touch) וחווית משתמש
בעולם של מוצרי צריכה, ה"הרגשה" של המוצר היא לעיתים הגורם המכריע בקנייה. סיליקון מספק תחושה המכונה "Silky" (משי), היא רכה, יבשה ונעימה מאוד למגע, ולכן נפוצה בכיסויים לטלפונים ובמוצרי קוסמטיקה. TPE יכול לספק מגוון רחב של טקסטורות, אך לעיתים נוטה להיות בעל תחושה מעט "דביקה" (Tacky) או פלסטיקית יותר, תלוי ברמת הקשיות (Shore A).
מדידת הקשיות נעשית בסולם Shore A. סיליקון רך מאוד יכול להיות בדרגה 10-20 Shore A, בעוד צמיג רכב הוא סביב 70 Shore A. הבחירה בדרגת הקשיות הנכונה היא חלק בלתי נפרד מתהליך תכנון מוצר מקצועי, והיא משפיעה ישירות על הארגונומיה.
רגולציה ובטיחות: תקן FDA ומדיקל
כאשר מפתחים מוצר המיועד לבוא במגע עם מזון או גוף האדם, אין מקום לפשרות. ה-FDA (מנהל המזון והתרופות האמריקאי) מגדיר סטנדרטים מחמירים לחומרים אלו (CFR 21.177.2600). סיליקון הוא מטבעו בטוח יותר ומאושר בקלות רבה יותר ליישומים אלו הודות למבנה האנאורגני שלו. הוא אינו מעודד צמיחת בטריות וניתן לעיקור (סטריליזציה) באוטוקלב ללא חשש.
גם TPE ניתן להשגה בדרגות מאושרות FDA (Food Grade), אך חשוב לוודא עם היצרן שהחומר הספציפי עבר את הבדיקות הנדרשות ואינו מכיל פתלטים (Phthalates) או חומרים מסוכנים אחרים המשתחררים בחום. מידע נוסף על רגולציות חומרים ניתן למצוא במקורות רשמיים כמו אתר ה-FDA האמריקאי.
שיקולי ייצור ועלויות
בסופו של דבר, הכדאיות הכלכלית היא שתכריע. אם אתם מתכננים פיתוח מוצר בסין בכמויות גדולות (High Volume), ה-TPE מנצח בזכות זמני מחזור קצרים שחוסכים זמן מכונה יקר. לעומת זאת, אם המוצר הוא מוצר נישה יוקרתי, העלות הנוספת של הסיליקון זניחה לעומת הערך הנתפס ללקוח.
חשוב לזכור כי תבניות להזרקת סיליקון נוזלי (LSR) יקרות משמעותית מתבניות להזרקת פלסטיק/TPE, בשל הצורך בחימום התבנית ודיוקים גבוהים מאוד למניעת "גרדים" (Flash) בחומר הדליל. מחקרים בתחום הנדסת החומרים מראים כי בחירה נכונה של חומר בשלב התכנון יכולה לחסוך עד 30% מעלויות הכשל בשלבים מאוחרים יותר (מקור: ScienceDirect).
