Skystojo silikoninio kaučiuko (LSR) liejimas: procesas ir projektavimo vadovas
Skystojo silikoninio kaučiuko (LSR) liejimas — taip pat vadinamas skystojo injekcinio liejimo (LIM) metodu — gamina termoreaktyviųjų medžiagų silikoninio elastomero detales su savybių deriniu, kurio joks termoplastinis elastomeras negali pasiekti: nuolatinis veikimas nuo −50°C iki +200°C, biologinis inertumas, optinis skaidrumas skaidriose klasėse ir elastinis atsikūrimas su labai mažu nuolatiniu deformacijos likutis. Nordmould perdirba LSR detales per partnerių patalpose, aprūpintomis specialiomis dviejų komponentų LIM injekcijos įranga ir temperatūros kontroliuojamomis uždarojo ciklo dozavimo sistemomis.
Kokios yra injekcinio liejimo LSR savybės?
LSR yra platinos katalizatoriaus pridėjimo kietinimo silikono, tiekiamo dviejų dalių skystu pavidalu — A dalis turi bazinį polimeą ir katalizatorių; B dalis turi kryžminio jungiklio ir inhibitoriaus. Kartą įpurkštas į kaitintą formą (160–220°C), abi dalys reaguoja ir susijungia per sekundes. Susijungusio termoreaktyviojo tinklo rezultatas yra chemiškai stabilus ir turi savybes, kurios iš esmės nepriklauso nuo perdirbimo variacijų, kai kietinimas yra baigtas.
| Savybė | LSR (Shore A 40–60 tipinis) | Bandymo standartas |
|---|---|---|
| Kietumas | Shore A 5–80 (priklausomai nuo klasės) | ISO 868 |
| Tempimo stiprumas | 6–12 MPa | ISO 37 |
| Pailgėjimas iki lūžio | 300–600% | ISO 37 |
| Plyšimo atsparumas | 15–40 kN/m | ISO 34-1 |
| Suspaudimo likutis (22 val. / 175°C) | 5–20% | ISO 815 |
| Nuolatinio veikimo temperatūra | −50°C iki +200°C | — |
| Trumpalaikė temperatūra | Iki +250°C | — |
| Tankis | 1,10–1,25 g/cm³ | ISO 1183 |
| Dielektrinė stipruma | 18–25 kV/mm | IEC 60243 |
| Šilumos laidumas (standartinis) | 0,2–0,3 W/m·K | ISO 8302 |
| Degumas | UL 94 V-0 esant 1,5 mm (dauguma klasių) | UL 94 |
| Formos susitraukimas | 2,5–4,0% | ISO 3302 |
| Biosuderinimas (medicinos klasės) | ISO 10993 / USP Class VI | — |
Suspaudimo likutis — nuolatinė deformacija, likusi po sandariklio suspaudimo ir paleidimo — yra lemiamasis diferenciacinis veiksnys tarp LSR ir TPE ilgalaikio sandarinimo taikymams. LSR kryžmiškai susijungęs termoreaktyviųjų medžiagų tinklas suteikia suspaudimo likutis reikšmes 5–20% (bandyta 175°C/22 val. pagal ISO 815), lyginant su 30–70% daugeliui TPE klasių. LSR sandariklis, veikiamas metų temperatūros ciklų ir nuolatinio suspaudimo, toliau atsinaujins ir išlaikys sandarinimo jėgą; TPE sandariklis tomis pačiomis sąlygomis palaipsniui atsipalaiduos.
Kur naudojamas LSR injekcinis liejimas?
LSR terminis diapazonas, biosuderinimas ir sandarinimo veikimas lemia jį pirmenybiniam elastomerui reikliausios aplinkos taikymams.
Medicina ir sveikatos priežiūra: Kvėpavimo kaukės ir vožtuvų membranos, kūdikių speneliai ir čiulptuvai, peristaltinių siurblių vamzdeliai, dėvimosios EKG ir gliukozės stebėjimo odos sąsajos, kateterių balionai ir galiukai ir chirurginių instrumentų rankenos. Medicinos klasės LSR atitinka ISO 10993 ir USP Class VI; Nordmould tiekia medicinos klasės medžiagas prietaisams, kuriems reikalinga biosuderinimo dokumentacija.
Automobiliai: Karterio ventiliacijos membranos, alyvos vonelės tarpikliai, purkštuko sandarikliai, jutiklių O-žiedai ir tarpikliai, uždegimo žvakių antgaliai ir turbokompresoriaus oro įsiurbimo jungtys — visi taikymai reikalaujantys sandarinimo veikimo nuo −40°C iki 200°C+ nuolatinėje terpėje.
Elektrotechnika ir elektronika: Klaviatūrų klavišai su integruotais taktiliniais kupolo jungikliais, LED hermetizuojančios medžiagos (optiškai skaidrios klasės), vandeniui atsparūs jungčių sandarikliai, kabelių suliejimas lauko ir pramoninių kabelių ir šiluminės sąsajos plokštelės.
Vartotojų prekės: Dėvimojo įrenginio diržai ir odos kontakto sąsajos, kūdikių buteliukų čiulptukai, virtuvės prietaisų sandarikliai ir lanksčios jungtys ir įrankių bei sporto įrangos rankenos, kur reikalingas tiek odos suderinamumas, tiek ilgaamžiškumas.
Pramoniniai sandarikliai: Siurblių membranos, vožtuvų sėdynės, matymo stiklo tarpikliai ir chemiškai atsparūs O-žiedai maisto perdirbimo, farmacijos ir chemijos gamyklų taikymams.
Koks yra skystojo injekcinio liejimo (LIM) procesas?
LSR liejimas skiriasi nuo termoplastinio injekcinio liejimo dviem pagrindiniais aspektais: medžiaga įpurškiama kaip mažo klampos skystis, o ne lydalas, ir ji kietėja cheminio kryžminio susijungimo metu karštoje formoje, o ne sukietėja aušdama šaltoje. Šie du skirtumai lemia visus tolimesnius proceso skirtumus.
Dozavimas ir maišymas: Dviejų komponentų dozavimo įrenginys pumpa A ir B dalis iš uždarų būgnų tiksliu 1:1 santykiu per statiką ar dinaminę maišyklę tiesiogiai į injekcijos vamzdį. Pigmentas, katalizatorius ir specialūs priedai įpurškiami tiesiai kaip trečiojo srauto įvestys. Šaltas vamzdis (palaikomas žemiau 20°C, siekiant išvengti per ankstyvą kietinimą) pildomas kruopščiai sumaišytu, nekietintu LSR.
Formos temperatūra: 160–220°C. Karšta forma kryžmiškai sujungia LSR kavernoje. Ciklo laikas 2 mm sienelės pjūviui trunka 15–60 sekundžių priklausomai nuo formos temperatūros ir LSR formulės; storesnės skerspjūvio kavernos proporcingai ilgiau kietina ir dominuoja daugelio kavernų įrankių cikle.
Injekcijos slėgis: 5–25 MPa — daug mažesnis nei termoplastinis liejimas. LSR yra skystis injekcijos temperatūroje; jis teka labai mažu klampu ir užpildo sudėtingas kavernus, išpjovas ir plonasenes pjūvius be didelio injekcijos slėgio.
Šaltas lietiklis / vožtuvo vartas: LSR formoms paprastai naudojamos šaltojo lietiklio sistemos, palaikomas žemiau 15°C, siekiant išvengti kietinimo lietiklyje. Vožtuvo vartai atidaromi ir uždaromi hidrauliškai ar pneumatiškai. Tai pašalina lietiklio atliekas — visas medžiagos kiekis lietiklio sistemoje grąžinamas į kitą šūvio ciklą.
Atpjovos: LSR mažas klampa ir didelė paviršiaus įtampa sukuria riziką plonų atpjovų blogai sutampančiuose įrankių paviršiuose. Griežtas įrankių tinkamumas (< 5 µm padalinimo linijos tarpas) ir kontroliuojamas injekcijos slėgis išlaiko atpjovas priimtinose ribose. Kadangi LSR yra termoreaktyvusis, atpjovos negali būti permalamos — jos turi būti apipjaustomos.
Formos atidarymas: Visiškai sukietintas LSR yra elastingas ir nesprinkinėja išimant. Išpjovos 20–40% yra pasiekiamos be šoninių veiksmų, priklausomai nuo detalės geometrijos ir Shore kietumo. Šis projektavimo lankstumas yra reikšmingas privalumas lyginant su kietais termoplastais.
Kokios LSR klasės ir variantai yra prieinami?
| LSR klasė / variantas | Pagrindinė savybė | Tipinis taikymas |
|---|---|---|
| Standartinis LSR (Shore A 30–70) | Pradinis veikimas, −50°C iki +200°C | Pramoniniai sandarikliai, automobilių tarpikliai |
| Medicinos klasės LSR | ISO 10993 / USP Class VI | Medicinos prietaisai, maisto kontaktas |
| Optiškai skaidrus LSR | >95% šviesos perdavimas esant 1 mm | LED hermetizuojančios medžiagos, šviesos vamzdžiai |
| Savaiminio sukibimo LSR | Jungiasi su PA, PC, PBT be gruntumo | Sulietos termoplastinės-silikoninės detalės |
| Šilumiškai laidus LSR | 0,8–5 W/m·K | Šiluminės sąsajos plokštelės, galios elektronika |
| Elektriškai laidus LSR | Tūrio varža < 10 Ω·cm | EMC ekranavimo tarpikliai |
| Didelio plyšimo atsparumo LSR | Plyšimas > 40 kN/m | Plonos membranos, membraniniai sandarikliai |
| Didelio konsistencijos (HCR) silikono kaučiukas | Presas/perkėlimo liejimas | Ilgalaikio kompresijos liediniai |
Kokios yra LSR privalumai ir trūkumai?
Privalumai:
- Plačiausias nuolatinio veikimo temperatūros diapazonas iš bet kurios elastomero šeimos: −50°C iki +200°C, o specialiosios klasės įvertintos iki 230°C
- Biologiškai inertus, odos saugumo ir autoklave sterilizuojamas — platinos katalizatoriaus silikone nėra ekstrahuojamų medžiagų rūpesčių, susijusių su peroksido kietinimo sistemomis
- Suspaudimo likutis 5–20% 175°C temperatūroje: daug geresnis ilgalaikis sandarinimo išlaikymas nei TPE ar EPDM temperatūros ciklo taikymams
- Dielektrinė stipruma 18–25 kV/mm leidžia jam būti patikimu izoliacinio materialo elektrinėse ir elektroninėse sandarinimo reikmėse
- Optiškai skaidrios klasės (>95% šviesos perdavimas esant 1 mm) leidžia LED hermetizavimą ir šviesos vamzdžio suliejimą
- Šaltojo lietiklio LIM sistema perdirba visą nekietintą lietiklio medžiagą, todėl atliekos iš esmės yra nulinis lygio gamyboje
Trūkumai:
- Įrankių kaina yra didesnė nei atitinkamiems termoplastiniams formų — padalinimo paviršiaus tinkamumas turi būti 5 µm ar mažiau atpjovų kontrolei mažo klampos skystyje
- Termoreaktyvusis: sukietintos atpjovos ir laužas negali būti permalami ar pakartotinai naudojami; visos atliekos yra nuolatinės
- Tempimo stiprumas 6–12 MPa — daug žemesnis nei inžineriniai termoplastai; LSR neša apkrovas per sandariklius ir membranas, o ne struktūrinius narius
- Standartinis LSR nesusijungia su dauguma substratų; suliejimas ant termoplastų reikalauja gruntumo ar savaiminio sukibimo LSR klasių
- Medžiagos kaina didesnė nei EPDM, NBR ar standartinis TPE taikymams, kuriems nereikia LSR veikimo spektro
Kada rinktis LSR vietoj TPE ar kieto gumos?
LSR prieš TPE: LSR yra tinkamas pasirinkimas, kai nuolatinis veikimas virš 120°C, suspaudimo likutis žemiau 20% daugelį metų, medicinos biosuderinimas ar optinis skaidrumas yra griežti reikalavimai. TPE yra ekonomiškesnis aplinkos temperatūros sandarinimo ir suliejimo taikymams, kuriems nereikia LSR terminio ar biologinio veikimo.
LSR prieš EPDM / NBR kietą gumoją: LIM suteikia griežtesnes matmenines tolerancijas ir daug pastovesnę detalė po detalės geometriją nei kompresinis liejimas — todėl LSR pakeitė kompresinio liejimo EPDM tiksliuose automobilių ir medicinos taikymams. EPDM ir NBR tinkami, kai mažiausia galima kaina už sandariklį yra kriterijus ir matmenų pastovumas nėra kritinis.
LSR prieš kietą silikoną (HCR): LSR tinkamas didelėms apimtims, reikalaujančioms automatizavimo, trumpų ciklo laikų ir be atpjovų detalių. HCR tinkamas mažų apimčių, didelių skerspjūvio detalėms ar specialiems junginio formulėms su nustatytais kvalifikavimo istorijais reglamentuotose pramonės šakose.
Perdirbamumas ir tvarumas
LSR yra termoreaktyvusis — jis negali būti išlydintas ir perlietas po kietinimo. Gamybos atpjovos, pradinio paleidimo plovimas ir neatitinkančios specifikacijų detalės negali būti mechaniškai perdirbtos. Cheminiai perdirbimo keliai silikonų grandinėms atkurti egzistuoja, tačiau pramoniniame mastate nėra plačiai prieinami. Šaltojo lietiklio LIM procesas sumažina atliekas prie šaltinio: tik kavernos užpildymo tūris yra kietinamas; lietiklio medžiaga lieka skysta ir patenka į kitą šūvio ciklą.
Eksploatavimo laikotarpiu LSR komponentai dažnai ilgiau tarnauja nei surinkimo mazgai, kuriuose jie sumontuoti. Statiniai automobilių ir pramoniniai sandarikliai reguliariai pasiekia 15–20 metų be pakeitimo, kas pagerina visos sistemos aplinkosauginę apskaitą lyginant su žemesnio ilgaamžiškumo elastomerais, kuriems reikia periodinio pakeitimo.
Dažnai užduodami klausimai
Kas yra skystojo silikoninio kaučiuko (LSR) liejimas?
LSR liejimas — taip pat vadinamas skystojo injekcinio liejimo (LIM) metodu — yra termoreaktyviųjų medžiagų procesas, kurio metu dviejų dalių platinos katalizatoriaus silikonu matuojamas, sumaišomas ir įpurškiamas į kaitintą plieninę formą, kur jis kryžmiškai susijungia į nuolat elastingą, šilumai stabilų elastomerą. Nordmould perdirba LSR per specializuotas partneres patalpose, aprūpintomis specialia LIM įranga.
Kokį veikimo temperatūros diapazoną dengia LSR?
Standartinės LSR klasės veikia nuo −50°C iki +200°C nuolat, su trumpalaikiais piko iki 250°C. Specialiosios aukštos temperatūros klasės praplečia nuolatinį įvertinimą iki 230°C ar daugiau. Šis terminis diapazonas leidžia LSR tapti numatytąja medžiaga sandarikliams, tarpikliams ir lankstiems komponentams automobiliuose po dangčiu, pramoniniuose ir medicinos aukštos temperatūros aplinkose.
Ar LSR tinkamas medicinos prietaisams?
Taip. Medicinos klasės LSR (ISO 10993 / USP Class VI atitinkantis) yra standartinė medžiaga kvėpavimo kaukėms, dėvimosios odos kontakto komponentams, kateterių galiukams, kūdikių maitinimo reikmenims ir implantuojamiems prietaisams. Platinos katalizatoriaus silikone nėra ekstrahuojamų medžiagų rūpesčių iš peroksido liekanų. Nordmould gali tiekti ir nurodyti medicinos klasės LSR prietaisams, reikalaujančiems biosuderinimo.
Kuo LSR skiriasi nuo kieto silikoninio kaučiuko liejimo?
LSR yra skystoji dviejų dalių sistema, įpurškiama slėgiu į uždarą kaitintą formą — ciklo laikas 15–60 sekundžių, atpjovos yra minimalios ir automatizavimas yra paprastas. Kietas silikono kaučiukas (HCR — didelio konsistencijos kaučiukas) yra malamas ir presas arba perkėlimu liejamas, sukeldamas lėtesnius ciklus, daugiau atpjovų apipjaustymo ir rankų darbą. LSR pirmenybinis didelės apimties, griežtų tolerancijų ar automatizuoto surinkimo detalėms.
Ar LSR gali būti sulietas su termoplastais?
Taip. LSR jungiasi prie daugelio termoplastų — PA, PC, PBT, PEEK ir PPS — naudojant arba sukibimo skatiklius, arba specialiai suformuluotas savaiminio sukibimo LSR klases, kurios jungiasi liejimo ciklo metu be gruntumo. Sulietos LSR-termoplasto detalės derina struktūrinio substrato standumą su silikono sandarinimo, sukibimo ar komforto funkcija.
Kokias tolerancijas gali išlaikyti LSR liejimas?
LSR termoreaktyviųjų medžiagų kryžminis susijungimas liejimo metu suteikia labai pastovius galutinius matmenis. Tipiška komercinė tolerancija yra ±0,1–0,2 mm kritiniams matmenims; griežtesnės tolerancijos pasiekiamos su tiksliais įrankiais ir proceso valdymu. LSR susitrauksta 2,5–4,0% aušdamas iš formos — tai visiškai kompensuojama įrankio projektavime. Nordmould projektuoja LSR įrankius su klasei specifine susitraukimo kompensacija.
Koks minimalus užsakymo kiekis LSR liejimui Nordmould?
Nordmould perdirba LSR nuo mažiausiai 100 vienetų, atitinkančių jo standartinį mažo kiekio metodą. Įrankiai LSR paprastai prasideda nuo €3 000 paprastoms vienos kavernos formoms. Daugelio kavernų LSR įrankiai didesnei apimčiai kainoduodami pagal užklausą.
Koks kietumas yra prieinamas LSR klasėse?
LSR prieinamas nuo Shore A 5 (itin minkštas, gelio tipo) iki Shore A 80 (tvirtas elastomeras). Plačiausiai naudojamas diapazonas yra Shore A 30–70. Kietumas kontroliuojamas silikono formule, o ne perdirbimo sąlygomis, todėl pastovus kietumas yra įgimtas klasės pasirinkimui, o ne priklausomas nuo liejimo parametrų valdymo.
Nusiųskite savo LSR komponento projektą nemokamam DFM peržiūrai — klasė, kietumas, įrankių koncepcija ir rašytinis pasiūlymas grąžinami per vieną darbo dieną.