Šķidrā silikona kaučuka (LSR) liešana: process un projektēšanas rokasgrāmata
Šķidrā silikona kaučuka (LSR) liešana — saukta arī par šķidrās injekcijas liešanu (LIM) — ražo termoreaģējoša silikona elastomēra detaļas ar īpašību kombināciju, ko nevar sasniegt neviens termoplastiskais elastomērs: nepārtraukta ekspluatācija no −50°C līdz +200°C, bioloģiskā inertsitāte, optiskā caurspīdīgums caurspīdīgās pakāpēs un elastiskā atjaunošanās ar ļoti zemu pastāvīgo saspiešanas sarukumu. Nordmould apstrādā LSR detaļas caur partneru iestādēm, kas aprīkotas ar speciālām divu komponentu LIM injekcijas iekārtām un temperatūras kontrolētām slēgtas cilpas dozēšanas sistēmām.
Kādas ir injekcijas liestas LSR īpašības?
LSR ir platīna katalizēts pievienošanas rūdīšanās silikons, kas tiek piegādāts kā divu daļu šķidrums — A daļa satur bāzes polimēru un katalizatoru; B daļa satur savienojošo vielu un inhibitoru. Injicēts uzkarsētā veidnē (160–220°C), abas daļas reaģē un savienojas ar ķīmiskajiem saitēm sekunžu laikā. Iegūtais termoreaģējošais tīkls ir ķīmiski stabils un tam ir īpašības, kas lielā mērā neatkarīgas no apstrādes mainības, tiklīdz rūdīšana ir pabeigta.
| Īpašība | LSR (Shore A 40–60 tipiskais) | Testa standarts |
|---|---|---|
| Cietība | Shore A 5–80 (atkarīga no pakāpes) | ISO 868 |
| Stiepes stiprība | 6–12 MPa | ISO 37 |
| Pagarinājums pie plīšanas | 300–600% | ISO 37 |
| Saplēšanas stiprība | 15–40 kN/m | ISO 34-1 |
| Saspiešanas sarukums (22 h / 175°C) | 5–20% | ISO 815 |
| Nepārtrauktas ekspluatācijas temperatūra | −50°C līdz +200°C | — |
| Īslaicīgā temperatūra | Līdz +250°C | — |
| Blīvums | 1,10–1,25 g/cm³ | ISO 1183 |
| Dielektriskā izturība | 18–25 kV/mm | IEC 60243 |
| Siltumvadāmība (standarta) | 0,2–0,3 W/m·K | ISO 8302 |
| Uzliesmojamība | UL 94 V-0 pie 1,5 mm (lielākā daļa pakāpju) | UL 94 |
| Veidnes sarukums | 2,5–4,0% | ISO 3302 |
| Biokompatibilitāte (medicīnas pakāpes) | ISO 10993 / USP VI klase | — |
Saspiešanas sarukums — pastāvīgā deformācija, kas paliek pēc blīves saspiešanas un atlaišanas — ir izšķirošais diferenciators starp LSR un TPE ilgtermiņa blīvēšanas pielietojumiem. LSR savienotais termoreaģējošais tīkls nodrošina saspiešanas sarukuma vērtības 5–20% (testēts 175°C/22 h saskaņā ar ISO 815), salīdzinot ar 30–70% daudzām TPE pakāpēm. LSR blīve, ko pakļauj gadiem ilgai temperatūras ciklēšanai un ilgstošai saspiešanai, turpinās atjaunoties un uzturēt blīvēšanas spēku; TPE blīve tādā pašā darbā pamazām atslābinās.
Kur tiek izmantota LSR injekcijas liešana?
LSR termiskais diapazons, biokompatibilitāte un blīvēšanas veiktspēja padara to par ieteicamo elastomēru vispieprasītākajiem lietojuma vidēm.
Medicīnas un veselības aprūpe: Elpošanas maskas un vārstu membrānas, zīdaiņu knupīši un manāmiekšanas ierīces, peristaltisko sūkņu šļūtenes, nēsājamo EKG un glikozes monitoru ādas saskarnes, katetru baloni un gali, un ķirurģisko instrumentu rokturi. Medicīnas klases LSR atbilst ISO 10993 un USP VI klasei; Nordmould iegādājas medicīnas klases materiālus ierīcēm, kurām nepieciešama biokompatibilitātes dokumentācija.
Automobiļi: Kloķa vārpstu ventilācijas membrānas, eļļas vanna starplikas, iesmidzinātāju blīves, sensoru O-gredzeni un cauruļvada starpliktāji, sveces vāciņi un turbokompresora gaisa ieplūdes savienotāji — visi pielietojumi, kas prasa blīvēšanas veiktspēju no −40°C līdz 200°C+ nepārtrauktā ekspluatācijā.
Elektriskais un elektroniskais: Klaviatūru taustiņi ar integrētiem taktilajiem kupola slēdžiem, LED iegarumekļi (optiski caurspīdīgas pakāpes), ūdensizturīgu savienotāju blīves, kabeļu pārliesana āra un rūpnieciskiem kabeļiem, un termiskie saskarnes spilventiņi.
Patēriņa preces: Nēsājamo ierīču siksnas un ādas kontakta saskarnes, zīdaiņu pudeļu sprauslas, virtuves tehnikas blīves un elastīgie savienojumi, un instrumentu un sporta inventāra rokturi, kur nepieciešama gan ādas saderība, gan ilgmūžība.
Rūpnieciskā blīvēšana: Sūkņu membrānas, vārstu sēdvietas, redzes stikla starplikas un ķīmiski izturīgi O-gredzeni pārtikas pārstrādes, farmācijas un ķīmisko rūpnīcu pielietojumiem.
Kas ir šķidrās injekcijas liešanas (LIM) process?
LSR liešana atšķiras no termoplastiskās injekcijas liešanas divos fundamentālos aspektos: materiāls tiek injicēts kā zema viskozitātes šķidrums, nevis kausējums, un tas cietē ķīmiskās savienošanās ceļā karstā veidnē, nevis sacietē atdziestot aukstā veidnē. Šīs divas atšķirības nosaka visas turpmākās procesa atšķirības.
Dozēšana un sajaukšana: Divu komponentu dozēšanas vienība sūknē A daļu un B daļu no noslēgtiem traukiem precīzā 1:1 proporcijā caur statisko vai dinamisko maisītāju tieši injekcijas cilindra. Pigments, katalizators un speciālas piedevas tiek injicētas tiešraidē kā trešās plūsmas ievades. Aukstais cilindrs (uzturēts zem 20°C, lai novērstu priekšlaicīgu rūdīšanu) tiek piepildīts ar rūpīgi sajauktu, nerūdītu LSR.
Veidnes temperatūra: 160–220°C. Karstā veidne savien LSR ar ķīmiskajām saitēm dobumā. Cikla laiks 2 mm sieniņas sekcijai darbojas 15–60 sekundes atkarībā no veidnes temperatūras un LSR formulējuma; biezākas šķērssekcijas cietē proporcionāli ilgāk un dominē ciklā daudzdobumu rīkiem.
Injekcijas spiediens: 5–25 MPa — daudz zemāks nekā termoplastiskā liešana. LSR ir šķidrums injekcijas temperatūrā; tas plūst ar ļoti zemu viskozitāti un piepilda sarežģītus dobumus, apakšgriežņus un plānas sekcijas bez augsta injekcijas spiediena.
Aukstais piltteks / vārstu vārti: LSR veidnes parasti izmanto auksto piltteku sistēmas, ko uztur zem 15°C, lai novērstu rūdīšanu piltteku sistēmā. Vārstu vārti atveras un aizveras hidrauliski vai pneimatiski. Tas novērš piltteku atkritumus — viss materiāls piltteku sistēmā tiek pārstrādāts nākamajā injicējuma ciklā.
Zibšņa veidošanās: LSR zemā viskozitāte un augstā virsmas spraiguma rada plāna zibšņa risku nepietiekami savienojamās rīku virsmās. Cieša rīku savienojamība (< 5 µm atdalošās līnijas spraugas) un kontrolēts injekcijas spiediens uztur zibšņa veidošanos pieļaujamos līmeņos. Tā kā LSR ir termoreaģējošs, zibšņu materiālu nevar sasmalcināt un atkārtoti izmantot — tas jāapgriež.
Izformēšana: Pilnīgi rūdīts LSR ir elastīgs un neplaisā izstumšanas laikā. Apakšgriežņi 20–40% apmērā ir sasniedzami bez sānu darbiem atkarībā no detaļas ģeometrijas un Shore cietības. Šī dizaina brīvība ir ievērojama priekšrocība salīdzinājumā ar cietiem termoplastiskiem materiāliem.
Kādas LSR pakāpes un varianti ir pieejami?
| LSR pakāpe / variants | Galvenā īpašība | Tipiskais pielietojums |
|---|---|---|
| Standarta LSR (Shore A 30–70) | Pamata veiktspēja, −50°C līdz +200°C | Rūpnieciskās blīves, automobiļu starplikas |
| Medicīnas klases LSR | ISO 10993 / USP VI klase | Medicīnas ierīces, pārtikas kontakts |
| Optiskais/caurspīdīgais LSR | >95% gaismas caurlaidība pie 1 mm | LED iegarumekļi, gaismas cauruļvadi |
| Pašadhezīvais LSR | Saistās ar PA, PC, PBT bez grunts | Pārlietas termoplastikas-silikona detaļas |
| Termiski vadošais LSR | 0,8–5 W/m·K | Termiskie saskarnes spilventiņi, jaudas elektronika |
| Elektriski vadošais LSR | Tilpuma pretestība < 10 Ω·cm | EMC ekranēšanas starplikas |
| Augsta saplēšanas stipruma LSR | Saplēšana > 40 kN/m | Plānas membrānas, membrānas blīves |
| Augstās konsistences (HCR) silikons | Preses/pārnešanas liešana | Liela apjoma kompresijas liesto detaļas |
Kādas ir LSR priekšrocības un ierobežojumi?
Priekšrocības:
- Platākais nepārtrauktas ekspluatācijas temperatūras diapazons no jebkuras elastomēru saimes: −50°C līdz +200°C, ar speciālajām pakāpēm, kas klasificētas līdz 230°C
- Bioloģiski inertu, dermatosaderīgs un autoklāvējams — platīna katalizētam silikonam nav ekstrakcijas raizju, kas saistītas ar peroksīda sistēmām
- Saspiešanas sarukums 5–20% pie 175°C: daudz labāka ilgtermiņa blīves saglabāšana nekā TPE vai EPDM temperatūras ciklēšanas pielietojumos
- Dielektriskā izturība 18–25 kV/mm padara to par uzticamu izolācijas materiālu elektriskajā un elektroniskajā blīvēšanā
- Optiski caurspīdīgās pakāpes (>95% gaismas caurlaidība pie 1 mm) nodrošina LED iegarumekļus un gaismas cauruļvada pārliesanu
- Aukstā piltteka LIM sistēma pārstrādā visu nerūdītu piltteku materiālu, tāpēc atkritumi patstāvīgajā ražošanā būtībā ir nulle
Ierobežojumi:
- Rīku izmaksas ir augstākas nekā ekvivalentiem termoplastiskiem veidnēm — atdalošās virsmas savienojamībai jābūt 5 µm robežās, lai kontrolētu zibšņus zema viskozitātes šķidrumā
- Termoreaģējošs: rūdīts zibšņu un brāķu materiāls nevar tikt sasmalcināts vai atkārtoti izmantots; visi atkritumi ir pastāvīgi
- Stiepes stiprība 6–12 MPa — daudz zemāka nekā inženiertehniskās termoplastikas; LSR nes slodzes pa blīvēm un membrānām, nevis strukturālajiem elementiem
- Standarta LSR neadhezē lielākajai daļai substrātu; pārliesana uz termoplastiskiem materiāliem prasa grunti vai pašadhezīvas LSR pakāpes
- Vienības materiāla izmaksas ir augstākas nekā EPDM, NBR vai standarta TPE pielietojumiem, kas neprasa LSR veiktspējas aploksni
Kad izvēlēties LSR pār TPE vai cieto gumiju?
LSR pret TPE: LSR ir pareizā izvēle, ja nepārtraukta ekspluatācija virs 120°C, saspiešanas sarukums zem 20% daudzgadu kalpošanas laikā, medicīnas biokompatibilitāte vai optiskā caurspīdīgums ir stingras prasības. TPE ir izmaksu ziņā efektīvāks vides temperatūras blīvēšanai un pārliesanai, kas neprasa LSR termisko vai bioloģisko veiktspēju.
LSR pret EPDM / NBR cieto gumiju: LIM nodrošina stingrākas dimensionālās tolerances un daudz konsekventāku detaļu ģeometriju nekā kompresijas liešana — tāpēc LSR ir aizstājis kompresijas lieto EPDM precīzajos automobiļu un medicīnas pielietojumos. EPDM un NBR ir piemēroti, ja zemākā iespējamā cena par blīvi ir kritērijs un dimensionālā konsistence nav kritiska.
LSR pret cieto silikonu (HCR): LSR ir pareizs lielam apjomam, kas prasa automatizāciju, īsus cikla laikus un bez zibšņu detaļas. HCR ir jēga mazajam apjomam, lielā šķērssekcijas detaļas vai speciālu kompozītu formulējumiem ar izveidotām kvalifikācijas vēsturēm regulētās nozarēs.
Pārstrādājamība un ilgtspēja
LSR ir termoreaģējošs — to nevar kausēt un atkārtoti liet pēc rūdīšanas. Ražošanas zibšņi, atsāknēšanas attīrīšana un ārpus specifikācijām esošas detaļas nevar tikt mehāniski pārstrādātas. Ķīmiskās pārstrādes ceļi silikona ķēžu atgūšanai pastāv, taču nav plaši pieejami rūpnieciskā mērogā. Aukstā piltteka LIM process minimizē atkritumus avotā: tikai dobuma pildīšanas tilpums tiek rūdīts; piltteku materiāls paliek šķidrs un atkārtoti nonāk nākamajā injicējumā.
Par kalpošanas laiku, LSR komponenti bieži pārdzīvo montāžas, kurās tie ir uzstādīti. Statiskie automobiļu un rūpnieciskās ekspluatācijas blīves regulāri sasniedz 15–20 gadu kalpošanas laiku bez aizstāšanas, kas uzlabo visas sistēmas vides rādītājus salīdzinājumā ar zemākas izturīguma elastomēriem, kas prasa periodisku nomaiņu.
Biežāk uzdotie jautājumi
Kas ir šķidrā silikona kaučuka (LSR) liešana?
LSR liešana — saukta arī par šķidrās injekcijas liešanu (LIM) — ir termoreaģējoša procesa, kurā divu daļu platīna katalizēts silikons tiek dozēts, sajaukts un injicēts uzkarsētā tērauda veidnē, kur tas savienojas ar ķīmiskajām saitēm pastāvīgi elastiskā, siltumstabilā elastomērā. Nordmould apstrādā LSR caur speciālistu partneru iestādēm, kas aprīkotas ar speciālām LIM mašīnām.
Kādu temperatūras diapazonu aptver LSR?
Standarta LSR pakāpes darbojas no −50°C līdz +200°C nepārtraukti, ar īslaicīgiem pārsniegumos līdz 250°C. Speciālās augstas temperatūras pakāpes paplašina nepārtraukto klasi līdz 230°C vai augstāk. Šis termiskais diapazons padara LSR par noklusējuma materiālu blīvēm, starpliktājiem un elastīgajiem komponentiem zem pārsega automobiļu, rūpnieciskajās un medicīnas augstu temperatūru vidēs.
Vai LSR ir piemērots medicīnas ierīcēm?
Jā. Medicīnas klases LSR (ISO 10993 / USP VI klases saderīgs) ir standarta materiāls elpošanas maskām, nēsājamo ādas kontakta komponentiem, katetru galiem, zīdaiņu barošanas piederumiem un implantējamām ierīcēm. Platīna katalizēts silikons nav raizes par ekstraktoriem no peroksīda atliekām. Nordmould var iegādāties un norādīt medicīnas klases LSR ierīcēm, kurām nepieciešama biokompatibilitātes dokumentācija.
Kā LSR atšķiras no cietā silikona kaučuka liešanas?
LSR ir šķidra divu daļu sistēma, ko injicē zem spiediena slēgtā, uzkarsētā veidnē — cikla laiki ir 15–60 sekundes, zibšņa veidošanās ir minimāla un automatizācija ir vienkārša. Cietais silikons (HCR — augstās konsistences kaučuks) tiek frēzēts un kompresijas vai pārnešanas ceļā liests, kā rezultātā ir lēnāki cikli, vairāk zibšņa apgriešanas un manuāla apstrāde. LSR ir ieteicams liela apjoma, ciešu toleranču vai automatizētas montāžas detaļām.
Vai LSR var pārliet uz termoplastiskiem materiāliem?
Jā. LSR saistās ar daudziem termoplastiskiem materiāliem — PA, PC, PBT, PEEK un PPS — izmantojot adhēzijas veicinātājus vai speciāli formulētas pašadhezīvas LSR pakāpes, kas saistās liešanas cikla laikā bez grunts. Pārlietas LSR-termoplastikas detaļas apvieno strukturālā substrāta stingrību ar silikona blīvēšanas, satvēriena vai komforta funkciju.
Kādas tolerances var noturēt LSR liešana?
LSR termoreaģējošā savienošanās ar ķīmiskajām saitēm liešanas laikā nodrošina ļoti konsekventas galīgās dimensijas. Tipiskās komerciālās tolerances ir ±0,1–0,2 mm kritiskiem izmēriem; stingrākas tolerances ir sasniedzamas ar precīziem rīkiem un procesa kontroli. LSR sarūk par 2,5–4,0% atdziestot no veidnes — tas ir pilnībā kompensēts rīku dizainā. Nordmould projektē LSR rīkus ar pakāpei specifiskas sarukuma kompensāciju.
Kāds ir minimālais pasūtījuma daudzums LSR liešanai Nordmould?
Nordmould apstrādā LSR no minimālā 100 vienībām, kas atbilst tā standarta mazapjoma pieejai. LSR rīki parasti sākas no €3 000 vienkāršām viena dobuma veidnēm. Daudzdobumu LSR rīki lielākiem apjomiem tiek piedāvāti pēc pieprasījuma.
Kāds cietības diapazons ir pieejams LSR pakāpēs?
LSR ir pieejams no Shore A 5 (ļoti mīksts, gēlveidīgs) līdz Shore A 80 (ciets elastomērs). Visplašāk izmantotais diapazons ir Shore A 30–70. Cietību kontrolē silikona formulējums, nevis apstrādes apstākļi, tāpēc konsekventa cietība ir raksturīga pakāpes izvēlei, nevis atkarīga no liešanas parametru kontroles.
Nosūtiet savu LSR komponenta dizainu bezmaksas DFM pārbaudei — pakāpe, cietība, rīku koncepcija un rakstisks piedāvājums tiek atgriezts vienas darba dienas laikā.