Шприцването на силикон не е същото като шприцването на пластмаса. Пластмасата се топи и тече. Силиконът е течност, която е химически втвърдена. Машината смесва и нагрява силиконовите части директно, след което те се втвърдяват. Не е необходимо да разтопявате суровини или да преминавате през цикъл на охлаждане.
Тази статия разглежда етапите на процеса, предимствата на производителността и индустриите, където ключови компоненти зависят от формоването на силиконов каучук. Ще разберете защо правилата за силикона са различни от тези за пластмасата и как да приложите тези знания във фабричните цехове.
Какво представляват шприцваните силиконови части?
Операторът смесва две течности. Машината ги избутва в горещата форма. След това частите във формата могат да се втвърдят и да се избутат навън. Това е шприцване на силикон с едно изречение.
Съществуват две семейства материали. LSR е течен силиконов каучук. Този вид силиконов гел се втвърдява бързо. Той доминира при формоването на силиконов каучук с голям обем. HCR е висококачествен каучук. Текстурата му е по-стабилна от LSR и прилича на тесто. Необходимо е компресионно формоване, а не шприцване. Повечето шприцвани силиконови части използват LSR, защото самият процес протича автоматично.
Характеристиките на силиконовото шприцване ще се отразят в различни приложения: гъвкав, но устойчив на разкъсване, термична стабилност в диапазон от -50°C до 200°C, химическа инерция, без мирис, частите ще се възстановят след компресия, а въздухът и течността могат да бъдат надеждно запечатани.
Ежедневни примери заобикалят потребителя. Като например биберони за бебешки шишета, уплътнения за медицински маски за лице, бутони на кухненски везни, уплътнения за еспресо машини и О-пръстени за водни филтри. Всички те са шприцвани силиконови части, произведени в голям мащаб. Потребителят никога не мисли за производствения метод. Това е добър дизайн.
Процесът на шприцване за силиконови части
Производството на шприцвани силиконови части следва различен ритъм от пластмасовите. Стъпките са същите на хартия. Детайлите са напълно различни. Нека разгледаме всяка фаза.
Фаза 1: Изработване на матрици
LSR матрицата не е пластмасова матрица. LSR матриците изискват перфектно уплътнение. Материалът е тънък, което го прави склонен към течове.
Вентилацията е предизвикателството. Твърде малкото вентилиране и въздухът се задържа. Твърде многото вентилиране и силиконът изтича. Намирането на баланса е умението на инженера по матриците.
CNC обработката изрязва формите на кухините. EDM — електроерозионна обработка — създава фини детайли и остри ъгли, до които режещите инструменти не могат да достигнат. И двата метода са необходими.
Системите със студени канали са стандартни. Материалът остава хладен, докато преминава от шприцващия блок до входа на кухината. След това попада в горещата форма и се втвърдява.
Фаза 2: Подготовка и дозиране на материалите
LSR се предлага в два барабана. Част А съдържа базовия полимер и платинен катализатор. Част Б съдържа омрежващия агент и пълнителя. Машината изпомпва и двете. Статичен миксер ги смесва в прецизно съотношение 1:1. Не влиза въздух. Не се получава замърсяване.
Инжекционният агрегат ще бъде студен, вместо на стайна температура. Ако материалът се нагрее, той ще започне да се втвърдява преждевременно.
Пигменти или добавки се добавят на етапа на смесване. Устройството за инжектиране ще регулира цвета, смазочната способност и антимикробните свойства според предварително зададените стандарти.
Фаза 3: Инжектиране в матрицата
Термопластите се инжектират под високо налягане - хиляди PSI. Формоването на силиконов каучук използва ниско налягане (няколкостотин PSI са достатъчни). Материалът тече лесно. Формата не се нуждае от огромна сила на затягане.
Системата за студено насочва смесения LSR към нагрятите кухини. На входа температурата скача. Втвърдяването започва незабавно.
Вакуумен порт извлича въздух от кухината преди инжектиране. Липсата на въздушни мехурчета означава липса на кухини. Липсата на кухини означава постоянни механични свойства. Тази стъпка отделя качествените части от скрапа.
Фаза 4: Втвърдяване (вулканизация)
Топлината активира реакцията. Температурата на матрицата е между 150°C и 200°C (300°F до 425°F). Платиненият катализатор предизвиква омрежване. Силиконовите вериги се свързват. Течността се превръща в твърд еластомер.
Времената за цикъл са кратки. Десет секунди за тънкостенна част. Деветдесет секунди за дебела, сложна форма. Повечето шприцвани силиконови части се втвърдяват за по-малко от минута.
Фаза 5: Деформиране и довършителни работи
Изхвърлянето е деликатно. Щифтовете биха пробили мекия материал. Въздушните струи повдигат детайла от кухината. Ежекторните плочи натискат равномерно отзад. Няма следи. Няма повреди.
Някои части отиват директно за опаковане. Други се нуждаят от допълнително втвърдяване. Пещ работи при температура от 150°C до 200°C в продължение на два до четири часа. Топлината завършва реакцията на омрежване. Механичните свойства се стабилизират. Деформацията под налягане се подобрява.
Автоматизацията е често срещана. Роботите изваждат части от матрицата, след което ги поставят върху охладителни стелажи. Шприцването на силикон работи с пълна пара в много фабрики. Материалът се държи постоянно. Машината повтаря един и същ цикъл. Хората просто трябва да наблюдават и да презареждат.
Основни предимства от използването на шприцване за силиконови части
Шприцването на силикон не е най-евтиният процес. Не е и най-бързият за настройване. Но предимствата оправдават цената за правилните приложения.
Висока прецизност и сложни геометрии
Толеранси до ±0.01 мм са рутинни. Не са специални. Не са трудни. Тънките стени, функционалните подкоси и сложните повърхностни елементи излизат от матрицата, готови за употреба.
Минимално количество отпадъци и без светкавица
Затворената система за матрици съдържа материала. Изтича малка част от излишното количество. Какво означава „изтичане“? Лесно се откъсва. Повечето шприцвани силиконови части не изискват последваща обработка и подрязване. Системата за пускане остава течна. Тя се използва повторно при следващия изстрел. Отпадъците са почти нулеви.
Бързи времена на цикъла
Петнадесет до шестдесет секунди на изстрел. Това включва шприцване, втвърдяване и изваждане от формата. Дебелите части отнемат повече време. Тънките части се изработват бързо. За производство с голям обем, тази скорост напълно променя икономическата ситуация.
Напълно автоматизиран процес
Машината дозира и смесва двата компонента в затворен цикъл. Съотношението се поддържа точно. Рискът от замърсяване намалява, тъй като никой оператор не борави с отворен материал. Цената на труд за детайл е много ниска. Един човек управлява няколко машини.
Отлични свойства на материала
Температурен диапазон от -50°C до +230°C. Автоклавируем. Биосъвместим с ISO 10993 за медицински контакт. Устойчив на химикали, UV лъчение и озон. Компресионната деформация остава ниска. Детайлът се възстановява след години на натиск.
Минимално свиване
Допълнително вулканизираните части се свиват с по-малко от 0.5%. Това е стабилно. Това е предвидимо. Дизайнерите могат да се доверят на крайните размери без догадки.
Съвместим с чисти помещения
Шприцването на силикон се извършва в чисти помещения по ISO клас 7 или клас 8. Без частици. Без замърсяване. Медицинските импланти, компонентите за доставяне на лекарства и фармацевтичните уплътнения се издават готови за стерилизация.
Възможност за преформоване
Машината може да инжектира LSR директно върху пластмасови или метални вложки. Силиконът се свързва химически по време на втвърдяване. Без лепила. Без грундове. Твърда дръжка с мек захват се получава като едно цяло. Медицински конектор със силиконово уплътнение върху метален щифт се получава напълно сглобен. Това е предимството на леенето с покритие.
Индустрии, които използват шприцвани силиконови части
Силиконови части, изработени чрез шприцване, се появяват навсякъде. Свойствата на материала са по-подходящи за определени задачи от всяка алтернатива. Ето къде отиват.
Медицински и здравни грижи
Дихателните маски се нуждаят от меко лицево уплътнение. Катетрите изискват гладки, биосъвместими повърхности. Уплътненията на спринцовките не трябва да пропускат или да отделят частици. Компонентите на имплантируемите устройства изискват абсолютна чистота и дългосрочна стабилност. Дръжките на хирургическите инструменти добавят комфорт, без да улавят бактерии. Бибероните и залъгалките за бебешки шишета са от силикон, защото нямат вкус и риск от алергени.
Автомобили и електрически превозни средства
Уплътненията и гарнитурите на двигателя са в горещо масло. О-пръстените уплътняват течности и газове. Уплътненията на високоволтовите конектори за електрически превозни средства предпазват електрическите контакти от влага. Амортисьорите за вибрации се монтират между метални скоби. Уплътненията на батерийните батерии предпазват литиево-йонните батерии от вода и прах. Под капака силиконът издържа по-дълго от гумата.
Електроника и потребителски стоки
Водоустойчивите уплътнения за смарт часовници и смартфони предпазват скъпата електроника от влага. Клавиатурите и бутоните се нуждаят от меко и приятно усещане. Меките на допир дръжки правят инструментите и уредите удобни за хващане. Защитните капаци и аксесоарите за управление на кабели използват силикон заради неговата гъвкавост и издръжливост. Частта трябва да издържи на падания. Не трябва да се напуква или разкъсва.
Храни и бебешки продукти
Подложките за печене и шпатулите са изложени на висока температура. Формите за лед се огъват, без да се чупят. Уплътненията на контейнерите за храна създават херметично затваряне. Бибероните за бебешки шишета и гризалките се поставят в устата. Съответствието с FDA е задължително. Без токсични добавки. Без BPA. Без фталати. Силиконовите каучукови форми отговарят на тези правила.
Промишленост и аерокосмическа индустрия
Индустриалните уплътнителни системи се справят с химикали и налягане. Мембраните контролират потока на флуиди. Аерокосмическите уплътнения са изправени пред реактивно гориво и UV лъчение на голяма надморска височина – флуоросиликоновите класове решават този специфичен проблем. Строителните уплътнения се поставят между строителните панели. Компонентите за контрол на флуидите управляват вода, въздух и агресивни среди. Общата нишка е издръжливостта. Тези части се повреждат бавно.
Силиконово шприцване спрямо други методи на производство
Не всяка силиконова част се нуждае от шприцване на силикон. Съществуват и други методи. Всеки от тях си има своето място. Таблицата по-долу показва компромисите.
| фактор | LSR инжекционно формоване | Компресиране | Трансферно формоване |
| цикъл време | 15-60 секунди | 2 – 5 минути | 1 – 3 минути |
| Автоматизация | Напълно автоматичен | Ръчно или полуавтоматично | Полуавтоматични |
| Отпадъци | Много ниско (студено бегач) | Високо (светкавица, препълване) | Умерена |
| Сложност на частта | Високо (подрязвания, тънки стени) | Ниска до умерена | Умерена |
| Толеранси | ±0.01 mm постижими | ±0.1 mm типично | ±0.05 mm типично |
| Разходи за инструментална екипировка | Високо | Ниска до умерена | Умерена |
| Подходящ обем | Висок обем (10 хиляди – милиони) | Нисък до среден обем | Нисък до среден обем |
LSR инжекционно формоване срещу Компресиране
Компресионното формоване е старомодно. Предварително оформен блок от твърд силиконов каучук – HCR – се поставя в отворена матрица. Формата се затваря. Топлината и налягането принуждават материала да запълни кухината. Операторът оформя ръкохватката на ръка.
Формоването на силиконов каучук чрез компресия е евтино за малки обеми. Цените на инструментите са ниски. Простите форми работят добре. Но циклите са дълги. Отпадъците са големи. Автоматизацията е трудна. За сложни геометрии или големи обеми, шприцването на силикон печели винаги. Детайлът излиза чист. Системата за леене под налягане не води до никакви загуби.
LSR шприцване срещу трансферно шприцване
Трансферното формоване е хибриден метод. Материалът се поставя в съд над кухината. Бутало го избутва през леятник и в матрицата. Втвърдява се. Операторът премахва детайла и остатъците от бракуване.
Предимството? Трансферното формоване обработва вложките по-добре от компресията. Материалът се влива в кухината под налягане, а не само чрез притискане. Недостатъкът? Остават отпадъци. Лийникът и бракуваните материали са втвърден материал, който не може да се използва повторно. Времената за цикъл са по-дълги от тези при шприцване. Автоматизацията е ограничена. За средни обеми с вложки, трансферното формоване има смисъл. За големи обеми - не.
LSR шприцване срещу 3D печат на силикон
3D печатът със силикон вече съществува. Технологията е реална. Но е бавна. Изработката на една част отнема часове. Повърхностното покритие е грубо. Механичните свойства са по-лоши от тези на формованите части.
Кога да изберете 3D печат? Прототипи. Единични части. Дизайни, които се променят всяка седмица. Кога да изберете шприцване на силикон? Производство. Всеки обем над няколкостотин броя. Всяка част, изискваща строги допуски или гладка повърхност. Всяко приложение, при което частта трябва да работи надеждно в продължение на години.
Съображения за проектиране на шприцвани силиконови части
Проектирането за шприцване на силикон не е същото като проектирането за пластмаса. Правилата се припокриват. Но разликите са важни.
Минимална дебелина на стената
Тънките стени са достатъчни. Силиконът се разлива лесно. Минимум 0.5 мм е подходящ за малки части. Големите части се нуждаят от повече - от 1.0 мм до 1.5 мм. Ако сте по-тънки от 0.4 мм, материалът може да не запълни кухината, преди да започне втвърдяването. Рискът е късо съединение. Непълни части.
Ъгли на наклон за демонтиране
Силиконът е гъвкав. Разтяга се. Това помага. Но ъглите на наклон все още имат значение. Обикновено един до два градуса са достатъчни. За дълбоки кухини или текстурирани повърхности добавете още. Три градуса. Може би пет. Детайлът трябва да се отдели без разкъсване. Проектантът на матрицата ще ви благодари.
Избягване на остри ъгли
Острите вътрешни ъгли концентрират напрежението. Детайлът се разкъсва там. Разкъсва се по време на демонтиране от формата. Разкъсва се по време на употреба. Добавете радиус. Минимум 0.3 мм. 0.5 мм е по-добре. Производителят на матриците може да изреже радиус по-лесно, отколкото остър ъгъл така или иначе.
Интегриране на подрязвания
Ето къде силиконът се различава от пластмасата. Подкосите не са автоматични проблеми. Детайлът е гъвкав. Той може да се разтегне върху сърцевина или да се изщракне от кухина. Но има ограничения. Подкосът трябва да е достатъчно плитък, за да се освободи без трайна деформация. Добро правило? Дълбочината на подкоса не повече от половината от дебелината на стената. Тествайте го в дизайна. Симулирайте демонтирането. Не гадайте.
Разположение на разделителната линия
Разделителната линия е мястото, където двете половини на матрицата се срещат. Върху силиконова част там се образува тънка линия на разтягане. Обикновено тя може да се отстрани. Но разположението ѝ все още има значение. Дръжте разделителната линия далеч от козметични повърхности. Дръжте я далеч от уплътнителни повърхности. Поставете я на ръб или ъгъл, където разтягането е лесно за отрязване.
Изпускането изисквания
Силиконът задържа въздух. Формата се нуждае от вентилационни отвори – малки каналчета, които позволяват на въздуха да излиза, когато материалът запълва кухината. Без вентилационни отвори се образуват въздушни мехурчета. Детайлът изглежда зле. Може да се повреди по време на експлоатация. Дълбочината на вентилационния отвор е от решаващо значение. Ако е твърде плитък, въздухът не може да излезе. Ако е твърде дълбок, силиконът изтича, създавайки „пламък“. Стандартната дълбочина на вентилационния отвор за шприцвани силиконови части е от 0.01 мм до 0.02 мм. Това е малко. Изисква прецизно изработване на матрицата.
Следвайте тези правила. Формата ще работи. Частите ще се отделят чисто. Процентът на брак ще остане нисък. Ако ги игнорирате, формоването на силиконов каучук ще се превърне в процес на отстраняване на неизправности, вместо в производствен процес.
Защо да изберете NOBLE за вашия шприцван силикон & Обработени с ЦПУ компоненти?
Изборът на производствен партньор не е лесен. Грешният избор струва време и пари. NOBLE предлага шприцване на силикон и CNC обработка под един покрив.
Много фабрики се занимават само с производството. Те вземат чертеж и изпращат части. NOBLE започва по-рано. Консултациите по дизайн се провеждат преди рязане на стомана. DFM прегледите откриват проблемите рано. Сглобяването и опаковането довършват работата.
Нашите основни производствени възможности
Инжекционно формоване
- Инжектиране на течен силиконов каучук (LSR) формоване за медицински, автомобилни, електронни и потребителски стоки
- Термопластично шприцване за твърди компоненти и преформоване приложения
- Многоматериално формоване (LSR, отлят върху пластмасови или метални вложки)
- Вътрешна плесен изработка и поддръжка
CNC обработка
- Прецизност ЦПУ намлява CNC завиване за метални и пластмасови части
- Бързо прототипиране и производство от нисък до висок обем
- Тесни толеранси до ± 0.005 мм
- Способност за производство инструментална екипировка за калъпи по поръчка за шприцване
Услуги с добавена стойност
- Проектиране за производство (DFM)преглед и оптимизация
- Прототипи да се валидиране на дизайни преди масово производство
- Монтаж of готови компоненти в подсглобки или цялостни продукти
- Опаковка и логистика приспособен според вашите изисквания
Сертификати, които имат значение
NOBLE работи по международно признати системи за управление на качеството, осигурявайки последователно, проследимо и съответстващо на изискванията производство.
| сертифициране | Обхват |
| ISO 9001: 2015 | Управление на качеството за всички производствени процеси, включително шприцване и CNC обработка |
| ISO 13485: 2016 | Производство на медицински изделия управление на качеството – от съществено значение за силиконовите части, използвани в здравеопазването, хирургията и диагностиката |
Тези сертификати означават, че можете да се доверите на NOBLE за доставка на части, които отговарят на строгите регулаторни изисквания, независимо дали обслужвате медицинския, автомобилния, електронния или индустриалния сектор.
Често задавани въпроси
За този раздел се препоръчва маркиране на схемата
Може ли всеки силикон да се шприцова?
Не. Само течният силиконов каучук (LSR) с нисък вискозитет е подходящ за шприцване на силикон. Твърдите HCR силикони изискват компресионно или трансферно формоване.
Колко дълго издържат LSR матриците?
Правилно изградената стоманена матрица може да произведе от 500 000 до над 1 000 000 части. Животът на матрицата зависи от сложността на детайла, абразивността на материала и качеството на поддръжка.
Скъпо ли е шприцването на LSR?
Цените на инструментите са високи, но разходите за детайл спадат рязко при голям обем. При големи производствени серии процесът става много икономичен.
Какво е минималното ви количество за поръчка?
Нямаме фиксиран минимум, но малките обеми под 1,000 части рядко оправдават инвестицията в инструменти. Много доставчици предпочитат серии от 5,000 до 10 000 части или повече.
Може ли LSR да се пресова върху пластмаса?
Да. LSR се свързва химически с определени инженерни пластмаси по време на втвърдяване. Не е необходимо лепило, когато материалите са избрани правилно.
LSR безопасен ли е за храни и медицински ли е?
Много видове LSR са съвместими с FDA за контакт с храни и сертифицирани по ISO 10993 за медицинска употреба. Винаги проверявайте специфичния сертификат за вида за целевото приложение.
По какво се различава платиново втвърденият силикон от втвърдения с пероксид?
Платиново втвърденият силикон използва катализатор от благороден метал и не произвежда странични продукти, което го прави по-чист и биосъвместим. Втвърденият с пероксид силикон оставя следи от химични вещества и рядко се използва за медицински или хранителни приложения.
