Selección de dureza para teclados de silicona: deformación permanente, retorno y sellado

La selección de dureza para teclados de silicona debe partir de la curva fuerza-desplazamiento requerida, el margen de retorno, la carga de sellado, el intervalo de temperatura y el tiempo bajo compresión; no de un valor Shore A universal. Esta guía explica cómo cribar compuestos y geometrías y dónde termina esa selección: el teclado moldeado solo se libera cuando los datos de ASTM D395 o ISO 815 se han interpretado junto con ensayos del conjunto representativo de producción.

En los teclados de silicona, la dureza es una entrada de material controlada, no una especificación completa de la respuesta táctil. Una placa de 50 Shore A, una membrana moldeada fina, un sello perimetral comprimido y una tecla acabada dentro de un marco frontal atornillado responden a preguntas distintas. El proceso de selección debe mantenerlas separadas hasta que el prototipo aporte una relación comprobable entre ellas.

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1. Elegir un teclado de silicona solo por la dureza sale caro

Elegir un teclado únicamente por la dureza puede dar lugar a una pieza que supera la inspección de entrada y, aun así, se queda pegada, genera una doble actuación, pierde precarga de sellado o ofrece un tacto incorrecto una vez montada. Shore A describe la resistencia a una indentación normalizada. El usuario, en cambio, acciona un mecanismo tridimensional cuya respuesta también depende del perfil de la membrana, la altura de la tecla, el tope de recorrido, la ventilación, la arquitectura de contacto, el apoyo de la PCB, la holgura del marco y la compresión de montaje.

La cadena de fallo habitual puede resumirse así:

temperatura + carga sostenida de montaje + tiempo de permanencia
                              ↓
respuesta del compuesto + geometría de membrana/base/sello
                              ↓
deformación permanente y/o pérdida de contrafuerza
                              ↓
menor retorno, menor separación de contacto o menor margen de sellado
                              ↓
entrada intermitente, tecla lenta o pegada, o fuga en el límite del conjunto

Esa cadena contiene al menos cuatro mediciones. Tratarlas como si fueran equivalentes oculta el mecanismo de fallo.

ASTM D395-18(2025) define el límite aplicable al servicio de compresión estática. Sus métodos de deformación permanente se aplican principalmente a servicio estático; la deformación repetida se representa mejor mediante ensayos de flexión en compresión o de histéresis. La base de un teclado atrapada bajo el marco puede presentar un problema de deformación estática. La membrana móvil plantea un problema cíclico de fuerza-desplazamiento. Un labio de sellado puede reunir ambos y, además, perder fuerza retenida.

El coste práctico aparece tarde. Cambiar el compuesto después de fabricar el molde puede modificar el llenado, la contracción, el desmoldeo, la respuesta del pigmento y la fuerza. Retocar la membrana después de aprobar el aspecto puede exigir mecanizar de nuevo el acero y repetir muestras. Resulta más económico definir cada salida por separado, cribar variantes controladas y aprobar el sistema instalado que pedir “un caucho más duro” después de una primera muestra deficiente.

El síntoma observado debe decidir la siguiente medición; no conviene cambiar de durómetro por reflejo.

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2. Dureza Shore, deformación permanente y retorno: definiciones de ingeniería

Los tres conceptos de material más importantes están relacionados, pero ninguno sustituye a los demás. Una selección defendible del material registra el método y las condiciones junto a cada resultado y valida después el mecanismo terminado por separado.

La dureza Shore A del caucho de silicona es un resultado de indentación

ASTM D2240-15(2021) define la dureza de durómetro como una medición empírica de penetración. El resultado depende del módulo elástico, el comportamiento viscoelástico, la geometría del penetrador y la fuerza aplicada; no guarda una relación simple con una propiedad fundamental del material. Por eso, “60 Shore A” está incompleto si el plano o el plan de inspección no controla también método, escala, probeta o cupón aprobado, acondicionamiento, posición de medida y protocolo de lectura.

ISO 48-4:2018 asigna la escala A al caucho dentro del intervalo normal de dureza. La escala AM se destina a piezas finas de dureza normal, AO a cauchos blandos o celulares y D a cauchos de alta dureza. No deben convertirse ni compararse de manera informal. Para un teclado fino, curvo, texturizado o con varios niveles, las partes deben acordar si la verificación se hace sobre una probeta normalizada, un cupón testigo cocurado u otra zona controlada permitida por el procedimiento aplicable.

La deformación permanente por compresión mide una recuperación condicionada

Este valor indica qué parte de la deformación impuesta permanece después de liberar la muestra y esperar un intervalo de recuperación definido. La expresión habitual a deformación constante es:

Deformación permanente (%) = (t0 − tr) / (t0 − ts) × 100

• t0 es el espesor original.
• ts es el espesor del separador o espesor comprimido.
• tr es el espesor recuperado después del intervalo especificado.

El Parker O-Ring Handbook ilustra la misma ecuación: 0 % significa recuperación dimensional completa y 100 % significa que la probeta no recuperó más allá del espesor comprimido. Esta explicación no establece por sí sola un límite de aceptación para un teclado.

ISO 815-1:2019 exige mantener las condiciones de ensayo unidas al resultado. La deformación permanente cambia con el tiempo y la temperatura de compresión, así como con el tiempo, la temperatura y las condiciones de recuperación. La deformación constante normal es del 25 %, con valores inferiores para caucho de IRHD alto. IRHD no es Shore A. La norma también distingue ensayos breves a temperatura elevada, normalmente de 24 horas para clasificar o evaluar el estado de curado, de ensayos más largos, normalmente de 1.000 horas, que incorporan más envejecimiento. Una frase aislada como “deformación permanente: 20 %” no aporta evidencia comparable.

La relajación de tensiones mide la contrafuerza retenida

Una brida de sellado puede conservar aproximadamente la misma altura comprimida mientras disminuye su fuerza de reacción. La deformación permanente no describe por completo esa pérdida. ISO 3384-1:2024 mide la disminución de contrafuerza con el caucho a deformación y temperatura constantes. ISO 3384-2:2019 amplía la evaluación de contrafuerza a ciclos de temperatura.

Ningún método sustituye la curva fuerza-desplazamiento de la tecla terminada. La guía de Shin-Etsu Polymer sobre esta curva atribuye la fuerza máxima y la fuerza de contacto al material de silicona y a la forma del domo de manera conjunta; el recorrido también depende de la geometría y de la posición del contacto. Para aprobar el teclado deben registrarse la bajada y el retorno con velocidad, útil, posición de tecla, temperatura y estado de acondicionamiento definidos.

Los datos primarios demuestran que la dureza no ordena la deformación permanente

Los ejemplos siguientes son útiles porque identifican grados y condiciones. Son datos típicos de proveedor, no especificaciones, resultados de JASPER ni límites universales para teclados. No deben ordenarse entre sí las filas con métodos, curados, temperaturas o geometrías diferentes.

Fuentes: guía de selección de LSR de Dow de 2023, datos de la familia KE-54x1 de Shin-Etsu y guía de procesamiento de WACKER de 2025. WACKER también identifica grados formulados para obtener una deformación permanente baja sin poscurado; por tanto, “toda silicona debe poscurarse” no es una regla válida. El curado y el poscurado pertenecen a la liberación exacta de material y proceso.

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3. Marco de 10 puntos para la selección de dureza para teclados de silicona

Una selección sólida avanza desde las condiciones de servicio hasta salidas medibles y solo entonces llega al compuesto y a la geometría. No asigna una etiqueta de aplicación —“médica”, “industrial” o “exterior”— a una banda genérica de Shore A.

3.1 Definir el entorno de servicio antes de fijar una dureza

Registre las temperaturas mínima, nominal y máxima de la pieza; las excursiones de almacenamiento; el estado de calentamiento; la frecuencia de pulsación; el tiempo máximo de mantenimiento; los agentes de limpieza; y cualquier carga continua de apriete o sellado. Sobrevivir a una temperatura no equivale a conservar la respuesta táctil. El compuesto puede seguir siendo elastomérico mientras la fuerza o la recuperación del conjunto salen de sus límites.

Buena señal: la hoja de requisitos separa exposiciones continuas, intermitentes y excepcionales.
Señal de alarma: “temperatura ambiente” es la única condición para un control exterior, de vehículo, calentado o sometido a lavado.

3.2 Especificar cuatro salidas, no un único adjetivo táctil

Defina la dureza de entrada, la curva completa de bajada y retorno de la tecla, la deformación permanente estática cuando sea pertinente y la contrafuerza retenida cuando exista precarga. Añada separación de contacto, compresión del sello o tiempo de liberación si esas funciones tienen margen. “Nítida”, “suave” y “retorno rápido” pueden conservarse como objetivos del usuario, pero cada uno necesita una traducción medible.

Buena señal: el plano y el plan de validación identifican cada salida y su responsable.
Señal de alarma: se espera que una sola tolerancia Shore A controle todas las funciones táctiles y de sellado.

3.3 Controlar el compuesto exacto y su estado de curado

“Silicona VMQ, 50A” no identifica un material. Registre proveedor, grado, paquete de color y aditivos, sistema de curado, curado principal, poscurado cuando corresponda y ruta aprobada de cambios. El poscurado, la elección del agente de curado y el espesor de sección pueden modificar la deformación permanente.

Buena señal: el material aprobado y el estado de proceso están bajo control de revisión.
Señal de alarma: el proveedor puede sustituir el compuesto por cualquiera de igual dureza sin revalidación.

3.4 Fijar el método de dureza Shore A

Indique ASTM D2240 o ISO 48-4, escala seleccionada, probeta o cupón testigo, acondicionamiento, posiciones de medida, protocolo de lectura y plan de muestreo. Durante la ejecución debe utilizarse la versión controlada de la norma; los resúmenes públicos no sustituyen los detalles de un procedimiento con licencia.

Buena señal: proveedor e inspección de entrada usan el mismo método controlado o una correlación acordada.
Señal de alarma: se acepta una lectura manual sobre cualquier superficie curva de la tecla como equivalente a una probeta controlada.

3.5 Diseñar en conjunto la dureza, la membrana y el recorrido

La dureza no corrige una tecla inestable, una membrana sobreforzada, una ventilación bloqueada ni un tope sin control. Altura de tecla, ángulo y espesor de la membrana, radios de transición, recorrido, tope, posición de contacto y apoyo determinan dónde flexa el caucho y cómo se desarrolla la curva de fuerza. La curva completa debe confirmar esa combinación.

Buena señal: las variantes de compuesto y geometría cambian un factor controlado cada vez.
Señal de alarma: la geometría del molde queda congelada antes de disponer de una muestra táctil con material de producción.

3.6 Separar la compresión sostenida del sello y el accionamiento de la tecla

La base perimetral o el cordón de sellado pueden permanecer comprimidos durante meses, mientras cada membrana solo se mueve al pulsar. Use ASTM D395 o ISO 815 para la recuperación estática pertinente y ensayos cíclicos y de fuerza-desplazamiento en la tecla terminada para el mecanismo móvil. Si el sellado depende de una precarga retenida, incluya relajación de tensiones en lugar de basarse solo en la altura recuperada.

Buena señal: el análisis de tolerancias calcula la compresión continua mínima y máxima.
Señal de alarma: la fuerza de accionamiento se usa como prueba de que el sello perimetral conservará la carga.

3.7 Comparar la deformación permanente solo con condiciones equivalentes

Haga coincidir norma y método, geometría de probeta, deflexión o deformación, medio, temperatura, duración, recuperación, estado de curado y condición del dato. Un valor “típico” no es un “máximo de especificación”. Un porcentaje menor bajo condiciones distintas no demuestra que el compuesto sea mejor.

Buena señal: cada valor conserva la cadena completa de condiciones y la revisión de la fuente.
Señal de alarma: compras ordena porcentajes copiados de fichas distintas después de eliminar sus condiciones.

3.8 Medir el retorno después de la permanencia, no solo la fuerza inicial

Para una tecla móvil, repita la curva del conjunto después de los mantenimientos, acondicionamientos térmicos e intervalos de recuperación definidos. Para una base o sello comprimidos de forma continua, ISO 3384-1 o ISO 3384-2 pueden evaluar la pérdida de contrafuerza a deformación constante. Las salidas deben seguir separadas.

Buena señal: las curvas inicial y acondicionada comparten útil, velocidad, alineación y temperatura.
Señal de alarma: la fuerza máxima de una pieza nueva se trata como prueba del retorno envejecido.

3.9 Envejecer las propiedades que sostienen el margen de diseño

El envejecimiento térmico acelerado solo resulta útil si se identifican la propiedad antes y después y su límite. ASTM D573-04(2025) e ISO 188:2023 respaldan exposiciones controladas, pero la correlación exacta con el servicio puede no existir. Use ISO 815-2:2019 cuando la recuperación a baja temperatura sea un riesgo específico.

Buena señal: el envejecimiento comprueba dureza, dimensiones, fuerza-desplazamiento, retorno y deformación según el diseño.
Señal de alarma: “resistente al calor” aparece como criterio sin exposición ni salida medida.

3.10 Aprobar el conjunto representativo de producción

La posición de la PCB, la rigidez del soporte, la compresión de la junta, la carga de los tornillos, el recubrimiento y la holgura del marco pueden cambiar la respuesta. Apruebe el teclado dentro del apilamiento liberado, no solo como pieza moldeada suelta. La guía de integración HMI con teclado de silicona de JASPER establece el mismo límite, mientras que su página de planificación de ensayos y validación trata métodos, condiciones, muestras y responsables de aceptación como datos específicos del proyecto.

Buena señal: el útil reproduce el apoyo y el apriete de producción.
Señal de alarma: se supone que aprobar una lámina suelta cubre todas las revisiones de carcasa.

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4. Proceso de seis pasos para seleccionar y aprobar el material del teclado

El proceso reduce la incertidumbre en un orden fijo. Comienza con las condiciones de servicio y termina con una combinación controlada de material, proceso, geometría y conjunto.

Paso 1 — Convertir el uso en requisitos medibles

Facilite el intervalo de temperatura de la pieza, excursiones de almacenamiento, tiempo máximo de pulsación o mantenimiento, permanencia en reposo, usuario o guante, comportamiento objetivo de bajada y retorno, carga continua de apriete o sellado, exposición a agentes de limpieza y tiempo de recuperación admisible. Añada la arquitectura de contacto y la consecuencia de un retorno lento o incompleto.

Paso 2 — Congelar el apilamiento que genera fuerza y precarga

El plano debe mostrar el mecanismo, no solo la cara visible:

dedo o actuador externo
        ↓
[ tecla / émbolo ]
[ membrana o domo ]        ← geometría elástica móvil
[ base + cordón de sello ] ← puede recibir compresión sostenida del marco
[ pastilla de carbono / actuador / domo metálico ]
[ PCB, FPC o circuito de membrana ]
[ soporte + carcasa + tornillos ]

Controle las referencias geométricas, la sección y los radios de la membrana, la altura de tecla, el recorrido, el tope rígido, la ventilación, el espesor de base, el elemento de sellado, la posición de contacto, el apoyo de PCB, la holgura del marco y el estado de los tornillos.

Paso 3 — Cribar variantes controladas

Mantenga primero la geometría constante y compare compuestos exactos y trazables. Después mantenga el compuesto seleccionado y ajuste la geometría. Dos o tres variantes que encuadren el objetivo aportan más información que un único punto medio estimado. Cuando no exista un objetivo del cliente, use 60 Shore A como centro de la primera matriz controlada. WACKER publica ELASTOSIL LR 3005/60 A/B a 60 +/- 3 Shore A, por lo que constituye un grado de comparación trazable. La dureza final solo se libera cuando el conjunto moldeado cumple los límites de fuerza-desplazamiento, retorno, permanencia, sellado y envejecimiento.

Paso 4 — Moldear muestras representativas de producción

Los modelos de aspecto y los sucedáneos colados no validan curado, contracción, respuesta de la membrana ni deformación permanente del proceso final. Use proceso de moldeo, material, pigmento y aditivos, curado, poscurado y secciones críticas previstos. La página de prototipado y aprobación de muestras de JASPER también distingue evidencia de ajuste, aspecto, función y producción.

Paso 5 — Acondicionar, mantener, envejecer y volver a medir

Registre dureza inicial y curva fuerza-desplazamiento instalada. Aplique la compresión estática, temperatura, duración, recuperación, ciclo térmico, baja temperatura y exposición a medios pertinentes. Repita después las mismas mediciones. La comparación solo es significativa si se controlan útiles, velocidad, alineación, apoyo y temperatura de medida.

Paso 6 — Liberar la combinación completa y controlada

Apruebe conjuntamente grado del compuesto, estado de curado, revisión geométrica, apilamiento, método, condiciones, fase de muestra, responsable de aceptación y muestra de referencia conservada. Vincule inspecciones y desviaciones a esa revisión mediante un plan de inspección y trazabilidad. Cualquier cambio de material, curado, membrana, apoyo de PCB, marco, junta o carga de tornillos requiere una decisión de revalidación definida.

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5. Matriz de validación y lista de aprobación de muestras

Una matriz útil asigna un método a una pregunta de ingeniería. La versión vigente de la norma y el plan del proyecto —no este resumen— controlan el procedimiento de laboratorio.

Antes de aprobar la muestra, confirme que el paquete contiene:

• Proveedor y grado exactos del compuesto; pigmentos y aditivos; estado de curado y poscurado.
• Revisiones controladas de teclado, PCB, marco, soporte, junta y tornillos.
• Datos de fuerza-desplazamiento iniciales y posteriores al acondicionamiento, incluida la rama de retorno.
• Condiciones de compresión estática y recuperación donde la base o el sello permanezcan apretados.
• Límites de aceptación, fase y cantidad de muestras, propietario de los datos y autoridad de desviación.
• Muestra aprobada conservada y desencadenantes de revalidación para material, proceso, molde o apilamiento.

Las comprobaciones del componente no certifican el equipo terminado. La protección frente a la entrada de agua y polvo, la seguridad eléctrica, la compatibilidad electromagnética (EMC), la compatibilidad con los agentes de limpieza y la aprobación reglamentaria corresponden a la configuración final evaluada y a su fabricante responsable.

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6. Cuándo un teclado moldeado de silicona no es la construcción adecuada

Un teclado moldeado de silicona no es siempre la mejor interfaz. Un interruptor de membrana plano puede encajar mejor cuando dominan el perfil bajo, los gráficos integrados y el recorrido mínimo. Una superficie táctil capacitiva puede convenir para gestos continuos si el proyecto acepta sus compromisos con guantes, humedad y realimentación. Un híbrido con domo metálico puede ser preferible cuando la silicona debe actuar solo como émbolo sellado sobre un elemento de clic definido por separado.

Elija otra arquitectura si el recorrido disponible no admite una membrana estable, la carcasa no controla la precarga, ningún compuesto verificado cubre la exposición química o térmica, o el sellado depende únicamente de una lámina sin validar. La decisión debe tomarse a nivel de apilamiento; esta comparación entre teclado de membrana y teclado de silicona resume las diferencias principales de recorrido, tacto, perfil, gráficos, iluminación y montaje.

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7. Señales de alarma que descartan un material o una propuesta

Estas señales pesan más que una muestra atractiva o un porcentaje inicial bajo:

• Un valor Shore A sin método ni probeta — el control de entrada no puede reproducirse.
• Un porcentaje de deformación permanente sin cadena de condiciones — el valor no puede compararse.
• Una sustitución “equivalente” basada solo en dureza — quedan sin control formulación y comportamiento dependiente del curado.
• Datos de placa presentados como comportamiento de la tecla terminada — faltan geometría y efectos de montaje.
• Solo se informa la fuerza máxima de bajada — se desconocen fuerza de contacto, retorno e histéresis.
• La deformación estática se usa para prometer vida a ciclos — ASTM D395 limita expresamente esa inferencia.
• El teclado se aprueba fuera del marco y la PCB — faltan precarga y topes de producción.
• Lenguaje universal sobre IP, uso médico, sustancias químicas o temperatura — se confunden datos de componente con validación de la configuración final.

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9. Qué hacer a continuación

Prepare un paquete con la envolvente térmica, la carga sostenida y el tiempo de permanencia, el requisito de retorno y separación de contacto, la función de sellado, el plano del apilamiento, la arquitectura de contacto y la curva fuerza-desplazamiento objetivo. Pida a los moldeadores candidatos compuestos exactos y una matriz de prototipos controlada en lugar de una dureza genérica.

Envíe el paquete mediante la ruta de contacto del proyecto para revisar material, geometría y validación de muestras.

Referencias técnicas

• ASTM D2240-15(2021), Durometer Hardness.
• ASTM D395-18(2025), Compression Set.
• ASTM D575-91(2024), Rubber Properties in Compression.
• ASTM D573-04(2025), Rubber Deterioration in an Air Oven.
• ISO 48-4:2018, dureza mediante durómetro Shore.
• ISO 815-1:2019 e ISO 815-2:2019, deformación permanente por compresión a temperaturas elevadas y bajas.
• ISO 3384-1:2024 e ISO 3384-2:2019, relajación de tensiones en compresión.
• ISO 188:2023, ensayos de envejecimiento acelerado y resistencia al calor.
• WACKER, Solid and Liquid Silicone Rubber: Material and Processing Guidelines, 2025.
• Dow, Liquid Silicone Rubber Product Selection Guide, 2023.
• Shin-Etsu, datos de la familia KE-54x1 de alta resistencia.
• Shin-Etsu Polymer, guía de características fuerza-desplazamiento.
• Parker Hannifin, Parker O-Ring Handbook.
• WACKER ELASTOSIL LR 3005/60 A/B, datos de dureza publicados.

Preguntas frecuentes

¿Qué dureza Shore A es la mejor para un teclado de silicona?

No existe una dureza Shore A universalmente mejor. Seleccione un compuesto exacto y una geometría de membrana frente a los objetivos de fuerza-desplazamiento, retorno, carga de sellado, temperatura, permanencia y montaje. Use la dureza para controlar el material aprobado, no para sustituir los ensayos táctiles y de recuperación representativos de producción.

¿Una dureza Shore A más alta implica menor deformación permanente por compresión?

No. Dow publica dos grados LSR de 50 Shore A con valores típicos distintos bajo la misma condición principal de 22 h a 175 °C, mientras que los datos acondicionados de cuatro durezas de Shin-Etsu no son monótonos. Formulación, curado, temperatura, tiempo, recuperación y geometría influyen en el resultado.

¿Qué porcentaje de deformación permanente es aceptable para un teclado?

El porcentaje aceptable depende del proyecto y carece de sentido sin método, deformación o deflexión, probeta, medio, temperatura, duración, recuperación y estado de curado. Fije el límite desde el margen dimensional o de sellado y confirme por separado retorno y contrafuerza cuando esas salidas sean relevantes.

¿Pueden dos teclados de 50 y 60 Shore A tener la misma fuerza de accionamiento?

Sí. Distintas geometrías de membrana, domo, recorrido, tope y apoyo pueden producir fuerzas de accionamiento solapadas. Eso no hace equivalentes los diseños: fuerza de retorno, distribución de deformación, histéresis, precarga de sellado y respuesta envejecida pueden seguir siendo distintas. Compare curvas completas de bajada y retorno.

¿Cuál es la diferencia entre ASTM D395 e ISO 815-1?

Ambas abordan la deformación permanente por compresión del caucho, pero deben respetarse el método, la terminología, las probetas y los detalles de informe de la norma controlada. ASTM D395 incluye métodos a fuerza constante y deflexión constante; ISO 815-1 cubre deformación constante a temperatura ambiente o elevada. No mezcle resultados sin justificar la equivalencia.

¿Cómo debe validarse el retorno de una tecla de silicona después del envejecimiento?

Registre una curva fuerza-desplazamiento inicial en el conjunto previsto, aplique la temperatura, permanencia, compresión estática, ciclos o exposición a medios definidos, permita la recuperación especificada y repita la misma curva. Use ISO 3384 cuando el requisito real sea conservar contrafuerza bajo deformación constante.

¿Todos los teclados de silicona necesitan poscurado?

No. La necesidad depende de formulación, química de curado, espesor, requisitos de volátiles y propiedades objetivo. WACKER documenta tanto un grado cuya deformación permanente mejora con poscurado como grados formulados para valores bajos sin él. Libere el proceso aprobado por el proveedor y verifique la pieza moldeada.

¿Qué datos del proyecto deben compartirse antes de seleccionar el material?

Comparta temperaturas mínima, nominal y máxima; almacenamiento y limpieza; tamaño y geometría de teclas; curvas objetivo de bajada y retorno; tiempo máximo de mantenimiento; carga continua del sello o apriete; tipo de contacto; apilamiento de PCB y marco; estado de tornillos; consecuencia del fallo; y plan de aprobación.