El moldeo por inyección de caucho de silicona líquida ( LSR ) es un proceso para producir piezas flexibles y duraderas en grandes volúmenes.
El caucho de silicona líquida es una silicona curada con platino de alta pureza con baja deformación por compresión, buena estabilidad y capacidad para resistir temperaturas extremas de calor y frío, ideal para la producción de piezas donde se requiere alta calidad. [1] [ fuente de terceros necesaria ] Debido a la naturaleza termoendurecible del material, el moldeo por inyección de silicona líquida requiere un tratamiento especial, como una mezcla distributiva intensiva, mientras se mantiene el material a baja temperatura antes de empujarlo hacia la cavidad calentada y vulcanizarlo .
Químicamente, el caucho de silicona es una familia de elastómeros termoendurecibles que tienen una estructura principal de átomos de silicio y oxígeno alternados y grupos laterales de metilo o vinilo . Los cauchos de silicona constituyen aproximadamente el 30% de la familia de las siliconas, lo que los convierte en el grupo más grande de esa familia. Los cauchos de silicona mantienen sus propiedades mecánicas en un amplio rango de temperaturas y la presencia de grupos metilo en los cauchos de silicona hace que estos materiales sean extremadamente hidrófobos , lo que los hace adecuados para aislamientos de superficies eléctricas. [2]
Las aplicaciones típicas del caucho de silicona líquida son productos que requieren alta precisión, como sellos, membranas de sellado, conectores eléctricos, conectores multipines, productos infantiles donde se desean superficies lisas, como tetinas de biberones, aplicaciones médicas y artículos de cocina como bandejas para hornear, espátulas, etc. A menudo, el caucho de silicona se sobremoldea sobre otras piezas hechas de diferentes plásticos. Por ejemplo, la cara de un botón de silicona se puede sobremoldear sobre una carcasa de nailon 6,6 .
Para que el proceso de moldeo por inyección de líquido se lleve a cabo por completo, deben estar instalados varios componentes mecánicos. Por lo general, una máquina de moldeo requiere un dispositivo de bombeo dosificado junto con una unidad de inyección (se adjunta un mezclador dinámico o estático). Un sistema integrado puede ayudar a mejorar la precisión y la eficiencia del proceso. Los componentes críticos de una máquina de moldeo por inyección de líquido incluyen: [3]
Inyectores. Un dispositivo de inyección se encarga de presurizar la silicona líquida para facilitar la inyección del material en la sección de bombeo de la máquina. La presión y la velocidad de inyección se pueden ajustar a discreción del operador.
Unidades dosificadoras. Las unidades dosificadoras bombean los dos materiales líquidos primarios, el catalizador y la silicona que forma la base, lo que garantiza que los dos materiales mantengan una proporción constante mientras se liberan simultáneamente.
Tambores de suministro. Los tambores de suministro, también llamados émbolos, sirven como contenedores principales para mezclar materiales. Tanto los tambores de suministro como un contenedor de pigmento se conectan al sistema de bombeo principal.
Mezcladoras. Una mezcladora estática o dinámica combina los materiales después de que salen de las unidades dosificadoras. Una vez combinados, se utiliza presión para introducir la mezcla en un molde designado.
Boquilla. Para facilitar la deposición de la mezcla en el molde, se utiliza una boquilla. A menudo, la boquilla cuenta con una válvula de cierre automático para ayudar a evitar fugas y el llenado excesivo del molde.
Abrazadera de molde. Una abrazadera de molde asegura el molde durante el proceso de moldeo por inyección y abre el molde una vez finalizado.
Biocompatibilidad : tras pruebas exhaustivas, el caucho de silicona líquida ha demostrado una compatibilidad superior con los tejidos y fluidos corporales humanos. En comparación con otros elastómeros, el LSR es resistente al crecimiento de bacterias y no mancha ni corroe otros materiales. El LSR también es insípido e inodoro y se puede formular para cumplir con los estrictos requisitos de la FDA. El material se puede esterilizar mediante una variedad de métodos, incluido el autoclave de vapor, óxido de etileno (ETO), rayos gamma, rayos e y muchas otras técnicas, cumpliendo con todas las aprobaciones requeridas, como BfR XV, FDA 21 CFR 177.2600, USP Clase VI. [4]
Durabilidad : las piezas de LSR pueden soportar temperaturas extremas, lo que las convierte en una opción ideal para los componentes que se encuentran debajo del capó de los automóviles y cerca de los motores. Las piezas fabricadas mediante moldeo por inyección de caucho de silicona líquida son ignífugas y no se derriten.
Resistencia química : El caucho de silicona líquida resiste el agua, la oxidación y algunas soluciones químicas como ácidos y álcalis.
Resistencia a la temperatura : en comparación con otros elastómeros, la silicona puede soportar una amplia gama de temperaturas extremas altas/bajas.
Propiedades mecánicas : LSR tiene buen alargamiento, alta resistencia al desgarro y a la tracción, excelente flexibilidad y un rango de dureza de 5 a 80 Shore A.
Propiedades eléctricas : el LSR tiene excelentes propiedades aislantes, lo que lo convierte en una opción atractiva para una gran variedad de aplicaciones eléctricas. En comparación con los materiales aislantes convencionales, la silicona puede funcionar a temperaturas mucho más altas y más bajas.
Transparencia y pigmentación : el LSR posee una transparencia natural. Esta característica permite producir productos moldeados personalizados y coloridos [5]
Los cauchos de silicona líquida se suministran en barriles. Debido a su baja viscosidad, estos cauchos se pueden bombear a través de tuberías y tubos hasta el equipo de vulcanización . Los dos componentes se bombean a través de un mezclador estático mediante una bomba dosificadora . Uno de los componentes contiene el catalizador , generalmente a base de platino . También se puede agregar una pasta colorante y otros aditivos antes de que el material ingrese a la sección del mezclador estático. En el mezclador estático, los componentes se mezclan bien y se transfieren a la sección de dosificación enfriada de la máquina de moldeo por inyección. El mezclador estático produce un material muy homogéneo que da como resultado productos que no solo son muy consistentes en toda la pieza, sino también de una pieza a otra. Esto contrasta con los materiales de caucho de silicona sólido que se compran premezclados y parcialmente vulcanizados. Por el contrario, los cauchos de silicona duros se procesan mediante moldeo por transferencia y dan como resultado una menor consistencia y control del material, lo que lleva a una mayor variabilidad de la pieza. Además, los materiales de caucho de silicona sólido se procesan a temperaturas más altas y requieren tiempos de vulcanización más prolongados.
La silicona líquida tiene un índice de viscosidad muy bajo y requiere un sellado perfecto de la cavidad del molde para garantizar un producto terminado sin rebabas. Como las inyecciones se realizan a alta temperatura, la dilatación del acero y la contracción natural de los materiales deben tenerse en cuenta en la etapa de diseño de las herramientas de inyección de LSR. [6]
Desde la sección de dosificación de la máquina de moldeo por inyección, el compuesto se empuja a través de sistemas de colada y canal enfriados hacia una cavidad calentada donde tiene lugar la vulcanización . El canal frío y el enfriamiento general dan como resultado que no haya pérdida de material en las líneas de alimentación. El enfriamiento permite la producción de piezas de LSR con un desperdicio de material casi nulo, lo que elimina las operaciones de recorte y produce un ahorro significativo en el costo del material.
Los cauchos de silicona líquida se suministran en una variedad de contenedores, desde tubos hasta tambores de 55 galones. Debido a su naturaleza viscosa, estos líquidos se bombean a altas presiones (500 - 5000 psi) según el durómetro del material. Las materias primas se envían en dos contenedores separados (conocidos en la industria como un kit) identificados como compuestos "A" y "B", con el lado "B" que generalmente contiene el catalizador, pero puede variar según la marca de silicona utilizada. Los dos compuestos (A y B) deben mezclarse en una proporción de 1 a 1, generalmente mediante un mezclador estático, agregando pigmento durante el proceso de mezcla antes de que comience el proceso de curado. [7] Una vez que los dos componentes se unen, el proceso de curado comienza inmediatamente. Un enfriador que suministra agua fría a los accesorios encamisados se usa típicamente para retardar el proceso de curado antes de la introducción de materiales al molde. Se puede agregar un pigmento de color a través de un inyector de color utilizado junto con la bomba de material (sistema de medición de circuito cerrado) antes de que el material ingrese a la sección del mezclador estático.
En un escenario de plataforma fría, el compuesto mezclado 1 a 1 se bombea a través de sistemas de bebedero y canal enfriados hacia una cavidad calentada donde tiene lugar la vulcanización. El canal frío y el enfriamiento general dan como resultado una pérdida mínima de material ya que la inyección se produce directamente en la pieza o cavidad, lo que ahorra costos generales de material y utiliza caucho de alta consistencia. [8] El enfriamiento permite la producción de piezas LSR con un desperdicio de material casi nulo en la compuerta de la válvula, sin embargo, esto no garantiza una pieza terminada "sin rebabas". Los moldes y las herramientas varían en diseño, ejecución y costo. Un buen canal frío es costoso en comparación con las herramientas de canal caliente convencionales y tiene el potencial de proporcionar un alto nivel de rendimiento.
Fuente: [9]