Formowanie wtryskowe płynnej gumy silikonowej

Formowanie wtryskowe ciekłego kauczuku silikonowego ( LSR ) to proces wytwarzania giętkich, trwałych części w dużych ilościach.

Płynna guma silikonowa to silikon utwardzany platyną o wysokiej czystości, o niskim odkształceniu trwałym, dobrej stabilności i odporności na ekstremalne temperatury ciepła i zimna, idealnie nadający się do produkcji części, gdzie wymagana jest wysoka jakość. Ze względu na termoutwardzalny charakter materiału formowanie wtryskowe ciekłego silikonu wymaga specjalnej obróbki, takiej jak intensywne mieszanie rozdzielcze, przy jednoczesnym utrzymywaniu materiału w niskiej temperaturze, zanim zostanie on wepchnięty do nagrzanej wnęki i wulkanizowany .

Z chemicznego punktu widzenia kauczuk silikonowy to rodzina elastomerów termoutwardzalnych , których szkielet składa się z naprzemiennych atomów krzemu i tlenu oraz bocznych grup metylowych lub winylowych . Kauczuki silikonowe stanowią około 30% rodziny silikonów, co czyni je największą grupą tej rodziny. Kauczuki silikonowe zachowują swoje właściwości mechaniczne w szerokim zakresie temperatur, a obecność grup metylowych w kauczukach silikonowych sprawia, że ​​materiały te są wyjątkowo hydrofobowe , dzięki czemu nadają się do izolacji powierzchni elektrycznych.

Typowe zastosowania ciekłego kauczuku silikonowego to produkty wymagające wysokiej precyzji, takie jak uszczelki, membrany uszczelniające, złącza elektryczne, złącza wielostykowe, produkty dla niemowląt, w których pożądana jest gładka powierzchnia, takie jak smoczki do butelek, zastosowania medyczne, a także artykuły kuchenne, takie jak pieczenie patelnie, szpatułki itp. Często guma silikonowa jest nakładana na inne części wykonane z różnych tworzyw sztucznych. Na przykład silikonowa powierzchnia przycisku może być formowana na z nylonu 6,6 .

Sprzęt

Aby proces formowania wtryskowego w płynie mógł w pełni zajść, kilka elementów mechanicznych musi znajdować się na swoim miejscu. Zazwyczaj maszyna do formowania wymaga dozującego urządzenia pompującego w połączeniu z jednostką wtryskową — dołączony jest mieszalnik dynamiczny lub statyczny. Zintegrowany system może pomóc w precyzji i wydajności procesu. Do krytycznych elementów maszyny do formowania wtryskowego cieczy należą:

Wtryskiwacze. Urządzenie do wstrzykiwania jest odpowiedzialne za zwiększanie ciśnienia ciekłego silikonu, aby pomóc we wstrzyknięciu materiału do sekcji pompującej maszyny. Ciśnienie i szybkość wtrysku można regulować według uznania operatora.

Jednostki miary. Jednostki dozujące pompują dwa podstawowe ciekłe materiały, katalizator i silikon tworzący bazę, zapewniając utrzymanie stałego stosunku tych dwóch materiałów podczas jednoczesnego uwalniania.

Bębny dostawcze. Bębny zasilające, zwane również tłokami, służą jako podstawowe pojemniki do mieszania materiałów. Zarówno beczki zasilające, jak i pojemnik z pigmentem są podłączone do głównego układu pompującego.

Miksery. Mieszalnik statyczny lub dynamiczny łączy materiały po opuszczeniu jednostek dozujących. Po połączeniu stosuje się ciśnienie, aby wprowadzić mieszaninę do wyznaczonej formy.

Dysza. Aby ułatwić osadzanie mieszaniny w formie, stosuje się dyszę. Często dysza jest wyposażona w automatyczny zawór odcinający, który pomaga zapobiegać wyciekom i przepełnieniu formy.

Zacisk formy. Zacisk formy zabezpiecza formę podczas procesu formowania wtryskowego i otwiera formę po zakończeniu.

Charakterystyka LSR

Biokompatybilność : W ramach szeroko zakrojonych testów płynny kauczuk silikonowy wykazał doskonałą kompatybilność z tkankami ludzkimi i płynami ustrojowymi. W porównaniu z innymi elastomerami LSR jest odporny na rozwój bakterii i nie plami ani nie koroduje innych materiałów. LSR jest również bez smaku i zapachu i może być formułowany zgodnie z surowymi wymaganiami FDA. Materiał można sterylizować różnymi metodami, w tym autoklawowaniem parowym, tlenkiem etylenu (ETO), gamma, e-beam i wieloma innymi technikami, spełniając wszystkie wymagane aprobaty, takie jak BfR XV, FDA 21 CFR 177.2600, USP Class VI.

Trwałe : części LSR mogą wytrzymać ekstremalne temperatury, co czyni je idealnym wyborem dla komponentów pod maskami samochodów i w pobliżu silników. Części wytwarzane za pomocą formowania wtryskowego płynnego kauczuku silikonowego są ognioodporne i nie topią się.

Odporność chemiczna : płynna guma silikonowa jest odporna na wodę, utlenianie i niektóre roztwory chemiczne, takie jak kwasy i zasady.

Odporność na temperaturę : W porównaniu z innymi elastomerami, silikon może wytrzymać szeroki zakres skrajnych temperatur, zarówno wysokich, jak i niskich.

Właściwości mechaniczne : LSR ma dobre wydłużenie, wysoką wytrzymałość na rozdzieranie i rozciąganie, doskonałą elastyczność i zakres twardości od 5 do 80 Shore A.

Właściwości elektryczne : LSR ma doskonałe właściwości izolacyjne, które stanowią atrakcyjną opcję dla wielu zastosowań elektrycznych. W porównaniu z konwencjonalnymi materiałami izolacyjnymi, silikon może pracować w znacznie wyższych i niższych temperaturach.

Przezroczystość i pigmentacja : LSR posiada naturalną przezroczystość. Ta cecha umożliwia wytwarzanie kolorowych, niestandardowych, formowanych produktów

Proces formowania wtryskowego

Płynne kauczuki silikonowe dostarczane są w beczkach. Ze względu na niską lepkość kauczuki te mogą być pompowane rurociągami i rurami do urządzeń wulkanizacyjnych . Dwa składniki są pompowane przez statyczny mieszalnik za pomocą pompy dozującej . Jeden ze składników zawiera katalizator , zazwyczaj platynę na podstawie. Pastę barwiącą oraz inne dodatki można również dodać przed wprowadzeniem materiału do sekcji mieszalnika statycznego. W mieszalniku statycznym składniki są dobrze wymieszane i przenoszone do chłodzonej sekcji dozującej wtryskarki. Mikser statyczny tworzy bardzo jednorodny materiał, co skutkuje produktami, które są nie tylko bardzo spójne w całej części, ale także w poszczególnych częściach. Kontrastuje to ze stałymi materiałami z kauczuku silikonowego, które są kupowane jako wstępnie zmieszane i częściowo wulkanizowane. Natomiast twarde kauczuki silikonowe są przetwarzane przez formowanie transferowe i skutkują mniejszą spójnością i kontrolą materiału, co prowadzi do większej zmienności części. Ponadto stałe materiały z kauczuku silikonowego są przetwarzane w wyższych temperaturach i wymagają dłuższych czasów wulkanizacji.

Ciekły silikon ma bardzo niski wskaźnik lepkości i wymaga doskonałego uszczelnienia gniazda formy, aby zagwarantować gotowy produkt bez zadziorów. Ponieważ wtryskiwanie odbywa się w wysokiej temperaturze, na etapie projektowania oprzyrządowania wtryskowego LSR należy uwzględnić dylatację stali i naturalny skurcz materiałów.

Z sekcji dozującej wtryskarki mieszanka jest przepychana przez schłodzone układy wlewów i kanałów do ogrzewanej wnęki, w której zachodzi wulkanizacja . Zimny ​​​​kanał i ogólne chłodzenie nie powodują strat materiału w przewodach zasilających. Chłodzenie umożliwia produkcję części LSR przy niemal zerowych stratach materiałowych, eliminując operacje przycinania i uzyskując znaczne oszczędności w kosztach materiałowych.

Płynne kauczuki silikonowe są dostarczane w różnych pojemnikach, od tubek po beczki o pojemności 55 galonów. Ze względu na swoją lepką naturę ciecze te są pompowane pod wysokim ciśnieniem (500 - 5000 psi) w oparciu o twardość materiału. Surowce są wysyłane w dwóch oddzielnych pojemnikach (znanych w branży jako zestaw) określanych jako związki „A” i B”, przy czym strona „B” zwykle zawiera katalizator, ale może się różnić w zależności od marki użytego silikonu. Dwa związki (A i B) należy wymieszać w stosunku 1 do 1, zwykle za pomocą mieszadła statycznego, dodając pigment podczas procesu mieszania przed rozpoczęciem procesu utwardzania.Po połączeniu dwóch składników proces utwardzania rozpoczyna się natychmiast. Chiller dostarczający zimną wodę do złączek z płaszczem jest zwykle używany do opóźnienia procesu utwardzania przed wprowadzeniem materiałów do formy Pigment barwny można dodać za pomocą wtryskiwacza koloru używanego w połączeniu z pompą materiału (system dozowania w pętli zamkniętej) przed materiał wchodzi do sekcji mieszacza statycznego.

W scenariuszu zimnego pokładu mieszanka 1 do 1 jest pompowana przez schłodzone systemy wlewów i kanałów do ogrzewanej wnęki, w której zachodzi wulkanizacja. Zimny ​​kanał i ogólne chłodzenie powodują minimalne straty materiału, ponieważ wtrysk odbywa się bezpośrednio do części lub wnęki, co pozwala zaoszczędzić na całkowitych kosztach materiału i przy użyciu gumy o wysokiej konsystencji. Chłodzenie pozwala na produkcję części LSR przy prawie zerowej ilości odpadów materiałowych zasuwy zaworu, jednak nie gwarantuje to gotowej części „bez wypływek”. Formy i oprzyrządowanie różnią się pod względem projektu, wykonania i kosztów. Dobry kanał zimnokanałowy jest drogi w porównaniu z konwencjonalnymi narzędziami gorącokanałowymi i może zapewnić wysoki poziom wydajności.

Zalety formowania wtryskowego płynnego silikonu

• Stabilność partii (materiał gotowy do użycia)
• Powtarzalność procesu
• Wtrysk bezpośredni (bez odpadów)
• Krótki czas cyklu
• Technologia „bez lampy błyskowej” (bez zadziorów)
• Zautomatyzowany proces
• Zautomatyzowane systemy rozformowywania

Dalsza lektura

•   Osswald, E. Baur; i in. (2006). Międzynarodowy podręcznik tworzyw sztucznych . Wydawcy Hansera. ISBN 1-56990-399-9 .