Nestemäinen silikonigumi (LSR) -ruiskuvalu: prosessi ja suunnitteluopas

Nestemäinen silikonigumi (LSR) -ruiskuvalu — tunnetaan myös nestemäisruiskuvaluna (LIM) — tuottaa termoset-silikonielastomeeriosia, joilla on ominaisuusyhdistelmä, jota mikään termoplastielastomeeri ei voi sovittaa: jatkuva käyttö −50 °C:sta +200 °C:een, biologinen inerttisyys, optinen läpinäkyvyys kirkkaille laaduille ja elastinen palautuminen erittäin alhaisella pysyvällä puristumismuodonmuutoksella. Nordmould prosessoi LSR-osia partneritiloissa, jotka on varustettu omistetulla kaksikomponenttisella LIM-ruiskutuslaitteistolla ja lämpötilasäädetyllä suljetun kierron annostelujärjestelmällä.

Mitkä ovat ruiskuvalun LSR-ominaisuudet?

LSR on platinakatalyyttinen lisäyskuivesilikoni, joka toimitetaan kaksikomponenttisena nesteenä — Osa A sisältää peruspolymeerin ja katalysaattorin; Osa B sisältää silloittajan ja inhibiittorin. Kun se ruiskutetaan lämmitettyyn muottiin (160–220 °C), kaksi osaa reagoivat ja silloittuvat sekunneissa. Muodostuva termoset-verkosto on kemiallisesti stabiili ja sillä on ominaisuudet, jotka ovat suurelta osin riippumattomia prosessointivaihtelusta, kun kuivuminen on valmis.

Ominaisuus	LSR (Shore A 40–60 tyypillinen)	Testaustandardi
Kovuus	Shore A 5–80 (laadusta riippuen)	ISO 868
Vetolujuus	6–12 MPa	ISO 37
Murtovenymä	300–600 %	ISO 37
Repeytymislujuus	15–40 kN/m	ISO 34-1
Puristumismuodonmuutos (22 h / 175 °C)	5–20 %	ISO 815
Jatkuva käyttölämpötila	−50 °C – +200 °C	—
Lyhytaikainen lämpötila	Jopa +250 °C	—
Tiheys	1,10–1,25 g/cm³	ISO 1183
Dielektrinen lujuus	18–25 kV/mm	IEC 60243
Lämmönjohtavuus (standardi)	0,2–0,3 W/m·K	ISO 8302
Syttyvyys	UL 94 V-0 1,5 mm:ssä (useimmat laadut)	UL 94
Muottikutistuma	2,5–4,0 %	ISO 3302
Bioyhteensopivuus (lääketieteelliset laadut)	ISO 10993 / USP-luokka VI	—

Puristumismuodonmuutos — pysyvä muodonmuutos, joka jää jäljelle, kun tiiviste on puristettu ja vapautettu — on ratkaiseva erottava tekijä LSR:n ja TPE:n välillä pitkäaikaisissa tiivistyssovelluksissa. LSR:n silloitettu termoset-verkosto antaa puristumismuodonmuutosarvot 5–20 % (testattu 175 °C/22 h ISO 815:n mukaan) verrattuna monien TPE-laaduilla 30–70 %:iin. LSR-tiiviste, joka on altistettu vuosien lämpötilajaksoille ja jatkuvalle puristukselle, palautuu edelleen ja pitää tiivistysvoiman; TPE-tiiviste samassa käytössä rentoutuu vähitellen.

Missä sovelluksissa LSR-ruiskuvalua käytetään?

LSR:n lämpöalue, bioyhteensopivuus ja tiivistysteho tekevät siitä ensisijaisen elastomeerin vaativimmissa sovellusympäristöissä.

Lääketiede ja terveydenhuolto: Hengitysmaskit ja venttiilimembraanit, vauvojen tutit ja tutti-imut, peristalttipumpun letkut, ihokontakti-EKG- ja glukoosimittarirajapinnat, kateterin pallot ja kärjet sekä kirurgisten instrumenttien kahvat. Lääketieteellinen LSR täyttää ISO 10993 ja USP-luokka VI -standardit; Nordmould hankkii lääketieteelliset materiaalit bioyhteensopivuusdokumentaatiota vaativille laitteille.

Autoala: Kampikotelontuuletuskalvot, öljypohjan kaasukeet, ruiskuttimen tiivisteet, sensorin O-renkaat ja läpivientitiivisteet, sytytystulpan saappaat ja turboahtimen ilmakanavan liittimet — kaikki sovellukset, jotka vaativat tiivistystehokkuutta −40 °C:sta 200 °C:een+ jatkuvassa käytössä.

Sähkö- ja elektroniikka-ala: Näppäimistön näppäinmatot integroiduilla kosketuskupolikikytkimillä, LED-valokapseli (optisesti kirkkaat laadut), vedenpitoiset liitin tiivisteet, kaapelin ylivalumuovaus ulko- ja teollisuuskaapeleille sekä lämpöliitoslevyt.

Kuluttajatuotteet: Puettavan teknologian hihnat ja ihokontaktirajapinnat, vauvan tuttipullon tutit, keittiölaitteiden tiivisteet ja joustavat liitokset sekä työkalujen ja urheiluvälineiden kahvat, joissa vaaditaan sekä ihokompatibiilisuutta että kestävyyttä.

Teollisuustiivisteily: Pumppukalvot, venttiilin istuimet, näkölasien kaasukeet ja kemikaaliresistentit O-renkaat elintarviketuotannossa, lääketeollisuudessa ja kemianteollisuuden sovelluksissa.

Mikä on nestemäisruiskuvalu (LIM) -prosessi?

LSR-ruiskuvalu eroaa termoplastisesta ruiskuvalusta kahdessa perustavanlaatuisessa suhteessa: materiaali ruiskutetaan matala-viskositeettisenä nesteenä eikä sulana, ja se kovettuu kemiallisella silloittumisella kuumassa muotissa eikä jähmetymällä kylmässä. Nämä kaksi eroa ohjaavat kaikkia prosessin eroja.

Annostelu ja sekoitus: Kaksikomponenttinen annosteluyksikkö pumppaa Osan A ja Osan B sinetyistä rummuista tarkasti 1:1-suhteessa staattisen tai dynaamisen sekoittimen kautta suoraan ruiskutussylinteriin. Pigmentti, katalysaattori ja erityisadditiivit ruiskutetaan inline kolmannen virran syöttöinä. Kylmä sylinteri (pidetty alle 20 °C:ssa ennenaikaisen kovettumisen estämiseksi) täyttyy perinpohjaisesti sekoitetulla, kovettumattomalla LSR:llä.

Muotin lämpötila: 160–220 °C. Kuuma muotti silloittaa LSR:n kaviteetissa. Sykliaika 2 mm seinämäosiolle on 15–60 sekuntia muotin lämpötilasta ja LSR-koostumuksesta riippuen; paksummat poikkileikkaukset kovettuvat suhteessa kauemmin ja hallitsevat sykliä monikaviteettityökaluissa.

Ruiskutuspaine: 5–25 MPa — paljon alhaisempi kuin termoplastisessa ruiskuvalussa. LSR on ruiskutuslämpötilassa neste; se virtaa erittäin alhaisella viskositeetilla ja täyttää monimutkaiset kaviteetit, aliläikkaukset ja ohuet osat ilman suurta ruiskutuspainetta.

Kylmäkanava / venttiiliportti: LSR-muotit käyttävät tyypillisesti kylmäkanavia, joita pidetään alle 15 °C:ssa kovettumisen estämiseksi kanavassa. Venttiiliportit avautuvat ja sulkeutuvat hydraulisesti tai pneumaattisesti. Tämä poistaa kanavahukkaa — kaikki puristuspisteen materiaalit kierrätetään seuraavaan laukaisisykliin.

Leimantuminen: LSR:n alhainen viskositeetti ja korkea pintajännitys luovat riskin ohuesta leimantumisesta heikosti sovittuihin muottipintoihin. Tiivis muotin sopivuus (< 5 µm jakosaumaväli) ja hallittu ruiskutuspaine pitävät leimantumisen hyväksyttävissä rajoissa. Koska LSR on termoset, leimantumista ei voi jauhaa uudelleen — se on leikattava pois.

Irrotus: Täysin kovettunut LSR on elastinen eikä halkeile irrotuksen yhteydessä. Aliläikkaukset 20–40 % ovat mahdollisia ilman sivuliikettä osan geometriasta ja Shore-kovuudesta riippuen. Tämä suunnitteluvapaus on merkittävä etu verrattuna jäykkiin termoplasteihin.

Mitä LSR-laadut ja -variantit ovat saatavilla?

LSR-laatu / Variantti	Keskeinen ominaisuus	Tyypillinen sovellus
Standardi-LSR (Shore A 30–70)	Perussuorituskyky, −50 °C – +200 °C	Teollisuustiivisteet, autokaasukeet
Lääketieteellinen LSR	ISO 10993 / USP-luokka VI	Lääkintälaitteet, elintarvikekontakti
Optinen/kirkas LSR	>95 % valontransmissio 1 mm:ssä	LED-kapselointi, valoprofilat
Itsekiinnittyvä LSR	Tarttuu PA:han, PC:hen, PBT:hen ilman pohjustetta	Ylivaletuille termoplasti-silikoniosille
Lämmönjohtava LSR	0,8–5 W/m·K	Lämpöliitoslevyt, tehoelektroniikka
Sähköä johtava LSR	Tilavuusresistiviteetti < 10 Ω·cm	EMC-suojakaasukeet
Korkea repeytymislujuuden LSR	Repeytymislujuus > 40 kN/m	Ohuet kalvot, membraanatiivisteet
Korkean konsistenssin (HCR) silikoni	Puristus/siirtopuristus	Pienivolyyminen puristusmuovaus

Mitä ovat LSR:n edut ja rajoitukset?

Edut:

Laajin jatkuva käyttölämpötila-alue kaikista elastomeeriperheiden materiaaleista: −50 °C – +200 °C, erikoislaadut luokiteltu 230 °C:een
Biologisesti inertti, ihostiturvallinen ja autoklavoitava — platinakatalyyttisellä silikonilla ei ole peroksidikuivattuihin järjestelmiin liittyviä uuttumishuolia
Puristumismuodonmuutos 5–20 % 175 °C:ssa: paljon parempi pitkäaikainen tiivisteen pysyvyys kuin TPE:llä tai EPDM:llä lämpötilajakso-sovelluksissa
Dielektrinen lujuus 18–25 kV/mm tekee siitä luotettavan eristysmateriaalin sähköisessä ja elektronisessa tiivistelyssä
Optisesti kirkkaat laadut (>95 % valontransmissio 1 mm:ssä) mahdollistavat LED-kapseloinnin ja valopiipun ylivalumuovauksen
Kylmäkanava-LIM-järjestelmä kierrättää kaiken kovettumattoman kanavamateriaalin, joten hukka on käytännössä nolla tasaisessa tuotannossa

Rajoitukset:

Muottikustannus on korkeampi kuin vastaavien termoplastien muoteilla — jakosaumapinnan sovituksen on oltava 5 µm:n sisällä leimantumisen hallitsemiseksi matala-viskositeettisissä nesteissä
Termoset: kovettunut leimantuminen ja hukka eivät voi olla uudelleen jauhettuja tai uudelleen käytettyjä; kaikki hukka on pysyvää
Vetolujuus 6–12 MPa — paljon alle teknisten termoplastien; LSR kantaa kuormia tiivisteiden ja kalvojen yli, ei rakenteellisten jäsenten läpi
Standardi-LSR ei tartu itsestään useimpiin substraatteihin; termoplastien ylivalumuovaus vaatii pohjustetta tai itsekiinnittyvää LSR-laadua
Yksikkömateriaalikustannus on korkeampi kuin EPDM:llä, NBR:llä tai standardilla TPE:llä sovelluksissa, jotka eivät tarvitse LSR:n suorituskykyä

Milloin valita LSR TPE:n tai kiinteän kumin sijaan?

LSR vs TPE: LSR on oikea valinta, kun jatkuva käyttö yli 120 °C:ssa, puristumismuodonmuutos alle 20 % usean vuoden käyttöiässä, lääketieteellinen bioyhteensopivuus tai optinen kirkkaus ovat ehdottomia vaatimuksia. TPE on kustannustehokkaampi huoneenlämpöiseen tiivistelyyn ja ylivalumuovaussovelluksiin, jotka eivät tarvitse LSR:n lämpö- tai biologista suorituskykyä.

LSR vs EPDM / NBR kiinteä kumi: LIM antaa tarkemmat mittatolertoinnit ja paljon tasaisemman osa-osan geometrian kuin puristusmuovaus — minkä vuoksi LSR on syrjäyttänyt puristetun EPDM:n tarkoissa automaattisuus- ja lääketieteellisissä sovelluksissa. EPDM ja NBR soveltuvat, kun alhaisin mahdollinen tiivistekohtainen kustannus on kriteeri eikä dimensionaalinen tarkkuus ole kriittinen.

LSR vs kiinteä silikoni (HCR): LSR on oikea suurille volyymeille, jotka vaativat automaatiota, lyhyitä sykliaikoja ja leimantumisvapaita osia. HCR sopii pienivolyymisille, suuripoikkileikkausisille osille tai erityisille yhdistelmäformulaatioille, joilla on vakiintunut hyväksyntähistoria säännellyillä toimialoilla.

Kierrätettävyys ja kestävyys

LSR on termoset — sitä ei voi sulattaa ja uudelleenmuovata kovettumisen jälkeen. Tuotannon leimantuminen, käynnistyksen puhdistus ja hylätyt osat eivät voi mekaanisesti kierrättyä. Kemiallisia kierrätysreittejä silikoniketjujen talteenottamiseksi on olemassa, mutta ne eivät ole laajasti saatavilla teollisuusmittakaavassa. Kylmäkanava-LIM-prosessi minimoi hukkaa lähteessä: vain kaviteetin täyttötilavuus kovettuu; kanavamateriaalinen jää nesteeksi ja palaa seuraavaan laukaisuun.

Käyttöiän osalta LSR-komponentit ylittävät usein niiden kokoonpanojen käyttöiän. Automaattisuus- ja teollisuuskäytön staattiset tiivisteet saavuttavat säännöllisesti 15–20 vuotta ilman vaihtoa, mikä parantaa koko järjestelmän ympäristölaskentaa verrattuna matalamman kestävyyden elastomeereihin, jotka vaativat määräaikaista vaihtoa.

Usein kysytyt kysymykset

Mitä on nestemäinen silikonigumi (LSR) -ruiskuvalu?

LSR-ruiskuvalu — tunnetaan myös nestemäisruiskuvaluna (LIM) — on termoset-prosessi, jossa kaksikomponenttinen platinakatalyyttinen silikoni annostellaan, sekoitetaan ja ruiskutetaan lämmitettyyn terästyökaluun, jossa se silloittuu pysyvästi elastiseksi, lämpöstabiilaksi elastomeeriksi. Nordmould prosessoi LSR-osia erikoistuneissa partneritiloissa, joissa on omistettu LIM-koneistus.

Millä lämpötila-alueella LSR toimii?

Standardilaadut toimivat jatkuvasti −50 °C:sta +200 °C:een, lyhytaikaisesti jopa +250 °C:een. Erikoiskorkean lämpötilan laadut ulottuvat jatkuvaan luokitukseen 230 °C tai yli. Tämä lämpötila-alue tekee LSR:stä vakiomateriaalin tiivisteille, kaasukeille ja joustaville komponenteille moottorin alla, teollisuudessa ja lääketieteellisissä korkean lämpötilan ympäristöissä.

Sopiiko LSR lääkintälaitteisiin?

Kyllä. Lääketieteellinen LSR (ISO 10993 / USP-luokka VI -yhteensopiva) on vakiomateriaali hengitysmaskeille, ihokontaktiosille, katetrikärjille, vauvojen tuttipullon osille ja implantoitaville laitteille. Platinakatalyyttisellä silikonilla ei ole peroksidijäämiin liittyviä uuttumishuolia. Nordmould voi hankkia ja määritellä lääketieteelliset LSR-laadut bioyhteensopivuuden dokumentaatiota vaativille laitteille.

Miten LSR eroaa kiinteän silikonigumipuristuksesta?

LSR on nestemäinen kaksikomponenttijärjestelmä, joka ruiskutetaan paineella suljettuun, lämmitettyyn muottiin — sykliajat ovat 15–60 sekuntia, leimantuminen on minimaalinen ja automaatio on suoraviivainen. Kiinteä silikoni (HCR — korkean konsistenssin kumi) jauhetaan ja puristetaan tai siirtopuristetaan, mikä johtaa hitaampiin sykleihin, enemmän leimantumisen poistoon ja manuaaliseen käsittelyyn. LSR on parempi suuren volyymin, tiukan toleranssin tai automatisoidun kokoonpanon osille.

Voidaan LSR ylivaloida termoplastien päälle?

Kyllä. LSR tarttuu moniin termoplasteihin — PA, PC, PBT, PEEK ja PPS — käyttäen joko tarttuvuuden edistäjiä tai tarkoitukseen muotoiltuja itsekiinnittyviä LSR-laaduja, jotka tarttuvat valujakson aikana ilman pohjustetta. Yivaletuissa LSR-termoplasti-osissa yhdistyvät rakenteellisen substraatin jäykkyys ja silikonin tiivistys-, ote- tai mukavuustoiminto.

Mihin toleransseihin LSR-ruiskuvalu yltää?

LSR:n termoset-silloittuminen valun aikana antaa erittäin tasaiset lopulliset mitat. Tyypilliset kaupalliset toleranssit ovat ±0,1–0,2 mm kriittisille mitoille; tarkemmat toleranssit ovat saavutettavissa tarkalla muotilla ja prosessinhallinnalla. LSR kutistuu 2,5–4,0 % muotista irrotuksen jälkeen — tämä kompensoidaan täysin muotin suunnittelussa. Nordmould suunnittelee LSR-muotit laadukohtaisella kutistumakompensaatiolla.

Mikä on Nordmouldin minimitilausmäärä LSR-valua varten?

Nordmould prosessoi LSR:ää vähintään 100 kappaleen sarjoista vakiosta pienivolyymisestä lähestymistavastaan poikkeamatta. LSR:n muottikustannukset alkavat tyypillisesti 3 000 eurosta yksinkertaisille yksikaviteetti-muoteille. Monikaviteetti-LSR-muotit suuremmille volyymeille tarjotaan pyynnöstä.

Mikä kovuusalue LSR-laaduilla on?

LSR on saatavilla Shore A 5:stä (erittäin pehmeä, geelimäinen) Shore A 80:aan (kiinteä elastomeeri). Eniten käytetty alue on Shore A 30–70. Kovuutta ohjaa silikonikoostumus, ei prosessointiolosuhteet, joten tasainen kovuus on laadunvalinnalle ominainen eikä riipu muotin parametrien hallinnasta.

Lähetä LSR-komponenttisuunnitelmasi ilmaista DFM-tarkistusta varten — laatu, kovuus, muottikonsepti ja kirjallinen tarjous palautetaan yhden arkipäivän kuluessa.