Vstřikování silikonu do formy není totéž co vstřikování plastů do formy. Plast se taví a teče. Silikon je chemicky ztuhlá kapalina. Stroj míchá a zahřívá silikonové díly přímo a ty poté tuhnou. Není nutné tavit suroviny ani procházet chladicím cyklem.
Tento článek se zabývá procesními kroky, výhodami z hlediska výkonu a odvětvími, kde klíčové komponenty závisí na lisování silikonové pryže. Zjistíte, proč se pravidla pro silikon liší od pravidel pro plasty a jak tyto znalosti uplatnit v továrních dílnách.
Co jsou to vstřikované silikonové díly?
Obsluha smíchá dvě kapaliny. Stroj je vtlačí do horké formy. Poté se díly ve formě ztuhnou a vytlačí ven. To je v jedné větě vstřikování silikonu.
Existují dvě skupiny materiálů. LSR je tekutý silikonový kaučuk. Tento druh silikagelu rychle vytvrzuje. Dominuje při velkoobjemovém lisování silikonového kaučuku. HCR je vysoce kvalitní kaučuk. Jeho textura je stabilnější než LSR a vypadá jako těsto. Vyžaduje lisování pod tlakem, nikoli vstřikování. Většina silikonových dílů vyráběných vstřikováním používá LSR, protože samotný proces probíhá automaticky.
Vlastnosti silikonového vstřikování se projeví v různých aplikacích: flexibilní, ale odolný proti roztržení, teplotní stabilita od -50 °C do 200 °C, chemická setrvačnost, bez zápachu, díly se po stlačení zotaví a lze spolehlivě utěsnit vzduch a kapalinu.
Spotřebitele obklopují každodenní příklady. Například dudlíky na kojenecké lahve, těsnění lékařských roušek, tlačítka na kuchyňských vahách, těsnění pro espresso kávovary a O-kroužky pro vodní filtry. Všechny jsou to vstřikované silikonové díly vyráběné ve velkém měřítku. Uživatel nikdy nepřemýšlí o výrobním postupu. To je dobrý design.
Proces vstřikování silikonových dílů
Výroba silikonových dílů vstřikováním se řídí jiným rytmem než výroba plastových dílů. Kroky jsou na papíře stejné. Detaily jsou zcela odlišné. Pojďme si projít každou fázi.
Fáze 1: Výroba forem
Forma z LSR není plastová forma. Formy z LSR vyžadují dokonalé utěsnění. Materiál je tenký, což ho činí náchylným k únikům.
Problém je v odvětrávání. Příliš málo odvětrávání a vzduch se zachytí. Příliš mnoho odvětrávání a silikon uniká. Nalezení rovnováhy je dovedností konstruktéra forem.
CNC obrábění řeže tvary dutin. EDM – elektroerozivní obrábění – vytváří jemné detaily a ostré rohy, kam frézy nemohou dosáhnout. Obě metody jsou nezbytné.
Systémy studeného vtoku jsou standardní. Materiál zůstává chladný, když cestuje ze vstřikovací jednotky ke vstupu do dutiny. Poté se dostane do horké formy a vytvrzuje se.
Fáze 2: Příprava a dávkování materiálu
LSR se dodává ve dvou sudech. Složka A obsahuje základní polymer a platinový katalyzátor. Složka B obsahuje síťovací činidlo a plnivo. Stroj čerpá obojí. Statický míchač je míchá v přesném poměru 1:1. Nedochází k vniknutí vzduchu. Nedochází ke kontaminaci.
Vstřikovací jednotka bude studená místo pokojové teploty. Pokud se materiál zahřeje, začne vytvrzovat dříve.
Pigmenty nebo přísady se přidávají ve fázi míchání. Vstřikovací zařízení upraví barvu, kluzkost a antimikrobiální vlastnosti podle předem stanovených norem.
Fáze 3: Vstřikování do formy
Termoplasty se vstřikují pod vysokým tlakem – tisíce PSI. Lisování silikonového kaučuku vyžaduje nízký tlak (stačí několik stovek PSI). Materiál snadno teče. Forma nevyžaduje masivní upínací sílu.
Systém studeného vtoku vede směs LSR směrem k vyhřívaným dutinám. U vtoku teplota prudce stoupá. Vytvrzování začíná okamžitě.
Před vstřikováním odsává vakuový otvor vzduch z dutiny. Žádné vzduchové bubliny znamenají žádné dutiny. Žádné dutiny znamenají konzistentní mechanické vlastnosti. Tento krok odděluje kvalitní díly od šrotu.
Fáze 4: Vytvrzování (vulkanizace)
Reakci aktivuje teplo. Teplota formy se pohybuje mezi 150 °C a 200 °C (300 °F až 425 °F). Platinový katalyzátor způsobuje zesítění. Silikonové řetězce se spojí. Kapalina se mění v pevný elastomer.
Doby cyklů jsou krátké. Deset sekund pro tenkostěnný díl. Devadesát sekund pro tlustý, složitý tvar. Většina silikonových dílů vyrobených vstřikováním se vytvrdí za méně než minutu.
Fáze 5: Deformace a konečná úprava
Vyhazování je choulostivé. Kolíky by propíchly měkký materiál. Proud vzduchu zvedá součástku z dutiny. Vyhazovací desky tlačí rovnoměrně zezadu. Žádné stopy. Žádné poškození.
Některé díly jdou přímo do balení. Jiné potřebují dodatečné vytvrzování. Pec se zahřívá na 150 °C až 200 °C po dobu dvou až čtyř hodin. Teplo dokončí síťovací reakci. Mechanické vlastnosti se stabilizují. Zlepšuje se deformace v tlaku.
Automatizace je běžná. Roboti vytahují díly z formy a poté je umisťují na chladicí stojany. Vstřikování silikonu v mnoha továrnách běží na plné obrátky. Materiál se chová konzistentně. Stroj opakuje stejný cyklus. Lidé stačí jen monitorovat a doplňovat.
Klíčové výhody použití vstřikování plastů pro silikonové díly
Vstřikování silikonu není nejlevnější proces. Není ani nejrychlejší na nastavení. Výhody však při správných aplikacích odůvodňují náklady.
Vysoká přesnost a složité geometrie
Tolerance až do ±0.01 mm jsou běžné. Nic zvláštního. Nic složitého. Tenké stěny, funkční podříznutí a složité povrchové prvky vycházejí z formy připravené k použití.
Minimální odpad a žádný blesk
Uzavřený systém formy obsahuje materiál. Uniká jen málo přebytečného materiálu. Co znamená únik? Snadno se odtrhává. Většina silikonových dílů vyrobených vstřikováním nevyžaduje žádné následné ořezávání. Systém vstřikování zůstává tekutý. Znovu se použije při dalším záběru. Odpad je téměř nulový.
Rychlé časy cyklů
Patnáct až šedesát sekund na jeden vstřik. To zahrnuje vstřikování, vytvrzování a vyjímání z formy. Silné díly trvají déle. Tenké díly letí. Pro velkoobjemovou výrobu tato rychlost zcela mění ekonomiku.
Plně automatizovaný proces
Stroj dávkuje a míchá obě složky v uzavřené smyčce. Poměr zůstává přesný. Riziko kontaminace klesá, protože žádný operátor nemanipuluje s otevřeným materiálem. Náklady na práci na díl jsou velmi nízké. Jedna osoba obsluhuje více strojů.
Vynikající vlastnosti materiálu
Teplotní rozsah od -50 °C do +230 °C. Autoklávovatelné. Biokompatibilní dle normy ISO 10993 pro lékařský kontakt. Odolné chemikáliím, UV záření a ozonu. Kompresní deformace zůstává nízká. Součást se po letech stlačení vrací do původního stavu.
Minimální smrštění
Dodatečně vytvrzené díly se smršťují o méně než 0.5 %. To je stabilní. To je předvídatelné. Konstruktéři se mohou spolehnout na konečné rozměry bez dohadů.
Kompatibilní s čistými prostory
Vstřikování silikonu probíhá v čistých prostorách třídy ISO 7 nebo 8. Žádné částice. Žádná kontaminace. Lékařské implantáty, komponenty pro podávání léků a farmaceutické uzávěry jsou připraveny ke sterilizaci.
Možnost přestřikování
Stroj dokáže vstřikovat LSR přímo na plastové nebo kovové vložky. Silikon se během vytvrzování chemicky spojí. Žádná lepidla. Žádné primery. Pevná rukojeť s měkkým úchopem se vyrábí jako jeden kus. Lékařský konektor se silikonovým těsněním přes kovový kolík se vyrábí kompletně smontovaný. To je výhoda zalisování.
Odvětví, která používají vstřikované silikonové díly
Vstřikované silikonové díly se objevují všude. Vlastnosti materiálu se hodí pro určité úkoly lépe než jakákoli alternativa. A tady je to, kam patří.
Lékařství a zdravotnictví
Dýchací masky potřebují měkké těsnění obličeje. Katétry vyžadují hladké, biokompatibilní povrchy. Těsnění injekčních stříkaček nesmí propouštět ani uvolňovat částice. Implantabilní součásti zařízení vyžadují absolutní čistotu a dlouhodobou stabilitu. Rukojeti chirurgických nástrojů zvyšují pohodlí, aniž by zachycovaly bakterie. Dudlíky a savičky na dětské lahve jsou ze silikonu, protože nemají žádnou chuť a nehrozí jim riziko alergenů.
Automobily a elektromobily
Těsnění motoru a těsnění jsou vystaveny horkému oleji. O-kroužky utěsňují kapaliny a plyny. Těsnění konektorů vysokonapěťových elektromobilů chrání elektrické kontakty před vlhkostí. Tlumiče vibrací se montují mezi kovové držáky. Těsnění bateriových bloků zabraňují vniknutí vody a prachu do lithium-iontových baterií. Pod kapotou vydrží silikon déle než guma.
Elektronika a spotřební zboží
Voděodolná těsnění pro chytré hodinky a smartphony chrání drahou elektroniku před vlhkostí. Klávesnice a tlačítka potřebují měkký a příjemný pocit. Měkké úchopy zajišťují pohodlné držení nástrojů a spotřebičů. Ochranné kryty a příslušenství pro správu kabelů používají silikon pro svou flexibilitu a odolnost. Součást musí vydržet pády. Nesmí prasknout ani se roztrhnout.
Potraviny a dětské produkty
Podložky na pečení a špachtle jsou vystaveny vysokým teplotám. Formičky na led se ohýbají, aniž by se zlomily. Těsnění nádob na potraviny vytvářejí vzduchotěsné uzávěry. Savičky na dětské lahve a kousátka se vkládají do úst. Je nutné dodržovat předpisy FDA. Žádné toxické přísady. Bez BPA. Žádné ftaláty. Silikonové pryžové výlisky splňují tato pravidla.
Průmysl a letectví
Průmyslové těsnicí systémy zvládají chemikálie a tlak. Membrány regulují tok kapalin. Těsnění v leteckém průmyslu čelí ve vysokých nadmořských výškách tryskovému palivu a UV záření – fluorosilikonové typy řeší tento specifický problém. Těsnění v konstrukcích se nacházejí mezi stavebními panely. Komponenty pro regulaci kapalin zvládají vodu, vzduch a agresivní média. Společným rysem je trvanlivost. Tyto díly selhávají pomalu.
Vstřikování silikonu vs. jiné výrobní metody
Ne každý silikonový díl vyžaduje vstřikování silikonu. Existují i jiné metody. Každá z nich má své místo. Níže uvedená tabulka ukazuje kompromisy.
| Faktor | Vstřikování LSR | Lisování tlakem | Přetlačovací lisování |
| doba cyklu | 15–60 sekund | 2 – 5 minut | 1 – 3 minut |
| Automatizace | Plně automatické | Manuální nebo poloautomatické | Semi-automatic |
| Odpad | Velmi nízký (studený běžec) | Vysoká (blesk, přetečení) | Středně |
| Složitost dílů | Vysoká (podřezání, tenké stěny) | Nízká až střední | Středně |
| Tolerance | ±0.01 mm dosažitelné | ±0.1 mm typicky | ±0.05 mm typicky |
| Náklady na nástroje | Vysoký | Nízká až střední | Středně |
| Vhodnost objemu | Vysoký objem (10 tisíc – miliony) | Nízká až střední hlasitost | Nízká až střední hlasitost |
Vstřikování LSR vs Lisování tlakem
Lisování je stará škola. Předtvarovaný blok pevného silikonového kaučuku – HCR – se vloží do otevřené formy. Forma se uzavře. Teplo a tlak nutí materiál vyplnit dutinu. Obsluha ručně ořezává ohyb.
Tvarování silikonového kaučuku kompresí je pro malé objemy levné. Náklady na nástroje jsou nízké. Jednoduché tvary fungují dobře. Ale cykly jsou dlouhé. Odpad je vysoký. Automatizace je obtížná. Pro složité geometrie nebo velké objemy je vstřikování silikonu vždycky vítězné. Díl vychází čistý. Vstřikovací systém nic neplýtvá.
Vstřikování LSR vs. transferové vstřikování
Transferové vstřikování je hybridní metoda. Materiál je umístěn v nádobě nad dutinou. Píst ho protlačí vtokovým kanálkem do formy. Vytvrzuje se. Obsluha odstraní díl a zbývající výlisky.
Výhoda? Transferové vstřikování zvládá vložky lépe než komprese. Materiál proudí do dutiny pod tlakem, nikoli pouhým stlačením. Nevýhoda? Zůstává odpad. Vtok a výlisky jsou vytvrzený materiál, který nelze znovu použít. Doby cyklu jsou delší než u vstřikování. Automatizace je omezená. Pro střední objemy s vložkami má transferové vstřikování smysl. Pro velké objemy ne.
Vstřikování plastů LSR vs. 3D tisk silikonu
3D tisk silikonu již existuje. Technologie je reálná. Ale je pomalá. Výroba jednoho dílu trvá hodiny. Povrchová úprava je drsná. Mechanické vlastnosti jsou horší než u lisovaných dílů.
Kdy zvolit 3D tisk? Prototypy. Jednorázové díly. Návrhy, které se mění každý týden. Kdy zvolit vstřikování silikonu? Výroba. Jakýkoli objem nad několik stovek kusů. Jakýkoli díl vyžadující přesné tolerance nebo hladký povrch. Jakákoli aplikace, kde musí díl spolehlivě fungovat po celá léta.
Konstrukční aspekty pro vstřikované silikonové díly
Navrhování pro vstřikování silikonu není totéž co navrhování pro plast. Pravidla se překrývají. Rozdíly jsou však důležité.
Minimální tloušťka stěny
Tenké stěny jsou v pořádku. Silikon snadno teče. Pro malé díly stačí minimálně 0.5 mm. Velké díly potřebují více – 1.0 mm až 1.5 mm. Pokud použijí tenčí tloušťku než 0.4 mm, materiál nemusí před zahájením vytvrzování vyplnit dutinu. Riziko je zkrat. Neúplné díly.
Úhly úkosu pro vyjímání z formy
Silikon je pružný. Natahuje se. To pomáhá. Ale úhly úkosu stále záleží. Obvykle stačí jeden až dva stupně. Pro hluboké dutiny nebo texturované povrchy přidejte více. Tři stupně. Možná pět. Díl se musí uvolnit bez roztržení. Konstruktér formy vám poděkuje.
Vyhýbání se ostrým rohům
Ostré vnitřní rohy koncentrují napětí. Díl se tam trhá. Trhá se při vyjímání z formy. Trhá se během používání. Přidejte poloměr. Minimálně 0.3 mm. 0.5 mm je lepší. Výrobce formy stejně dokáže snáze vyřezat poloměr než ostrý roh.
Integrace podřezů
Zde se silikon liší od plastu. Podřezání není automatický problém. Součást je ohebná. Může se natáhnout přes jádro nebo vyklouznout z dutiny. Existují však omezení. Podřezání musí být dostatečně mělké, aby se uvolnilo bez trvalé deformace. Dobré pravidlo? Hloubka podřezání nesmí přesáhnout polovinu tloušťky stěny. Vyzkoušejte to v návrhu. Simulujte vyjímání z formy. Nehádejte.
Umístění dělicí čáry
Dělicí čára je místo, kde se setkávají dvě poloviny formy. Na silikonovém dílu se zde vytvoří tenká ohybová linie. Obvykle je odnímatelná. Na umístění však stále záleží. Udržujte dělicí čáru mimo kosmetické povrchy. Udržujte ji dál od těsnicích povrchů. Umístěte ji na hranu nebo roh, kde se ohyb snadno ořízne.
Požadavky na odvětrání
Silikon zachycuje vzduch. Forma potřebuje větrací otvory – drobné kanálky, kterými může vzduch unikat, když materiál vyplňuje dutinu. Bez větracích otvorů se tvoří vzduchové bubliny. Díl vypadá špatně. Během provozu může selhat. Hloubka větracího otvoru je kritická. Pokud je otvor příliš mělký, vzduch nemůže unikat. Pokud je otvor příliš hluboký, silikon uniká a vytváří záblesk. Standardní hloubka větracího otvoru pro vstřikované silikonové díly je 0.01 mm až 0.02 mm. To je velmi malé množství. Vyžaduje to přesnou výrobu forem.
Dodržujte tato pravidla. Forma bude fungovat. Díly se budou uvolňovat čistě. Míra zmetkovitosti zůstane nízká. Pokud je ignorujete, lisování silikonové pryže se stane spíše procesem odstraňování problémů než výrobním procesem.
Proč si pro vstřikovaný silikon vybrat NOBLE & CNC obráběné součásti?
Výběr výrobního partnera není snadný. Špatná volba stojí čas a peníze. NOBLE provozuje vstřikování silikonu a CNC obrábění pod jednou střechou.
Mnoho továren se zabývá pouze výrobou. Vezmou si výkres a odesílají díly. NOBLE začíná dříve. Konzultace o návrhu probíhají před řezáním oceli. Kontroly DFM odhalují problémy včas. Montáž a balení dokončují práci.
Naše klíčové výrobní kapacity
Vstřikování plastů
- Vstřikování tekutého silikonového kaučuku (LSR) lití for lékařství, automobilový průmysl, elektronika a spotřební zboží
- Vstřikování termoplastů pro tuhé komponenty a přetvarování aplikace
- Vícemateriálové lisování (LSR nanesený na plastové nebo kovové vložky)
- Vlastní forma výroba a údržba
CNC obrábění
- Přesnost CNC frézování a CNC soustružení pro kovové a plastové díly
- Rychlé prototypování a nízkoobjemovou až vysokoobjemovou výrobu
- Přísné tolerance až ± 0.005 mm
- Schopnost vyrábět zakázkové nástroje pro výrobu forem pro vstřikování plastů
Služby s přidanou hodnotou
- Design for Manufacturing (DFM)revize a optimalizace
- Prototyping na ověřit návrhy před hromadnou výrobou
- Montáž of hotových komponentů do podsestav nebo kompletních výrobků
- Balení a logistika na míru podle vašich požadavků
Certifikace, na kterých záleží
Společnost NOBLE pracuje v rámci mezinárodně uznávaných systémů řízení kvality, které zajišťují konzistentní, sledovatelnou a splňující požadavky na výrobu.
| Osvědčení | Rozsah |
| ISO 9001: 2015 | Řízení kvality pro všechny výrobní procesy, včetně vstřikování plastů a CNC obrábění |
| ISO 13485: 2016 | Výroba zdravotnických prostředků řízení kvality – nezbytné pro silikonové díly používané ve zdravotnictví, chirurgii a diagnostice |
Díky těmto certifikacím se můžete spolehnout, že společnost NOBLE dodá díly, které splňují přísné regulační požadavky, ať už působíte v lékařství, automobilovém průmyslu, elektronice nebo průmyslu.
Nejčastější dotazy
Pro tuto sekci se doporučuje schématické značení.
Lze vstřikovat jakýkoli silikon?
Ne. Pro vstřikování silikonu je vhodný pouze tekutý silikonový kaučuk (LSR) s nízkou viskozitou. Pevné silikony HCR vyžadují místo toho kompresi nebo transferové vstřikování.
Jak dlouho vydrží formy z LSR?
Správně vyrobená ocelová forma dokáže vyrobit 500 000 až více než 1 000 000 dílů. Životnost formy závisí na složitosti dílu, abrazivnosti materiálu a kvalitě údržby.
Je vstřikování LSR drahé?
Náklady na nástroje jsou vysoké, ale náklady na díl s rostoucím objemem prudce klesají. Pro velké výrobní série se proces stává velmi ekonomickým.
Jaké je vaše minimální množství objednávky?
Nemáme žádné pevné minimum, ale malé objemy pod 1 000 dílů jen zřídka ospravedlňují investici do nástrojů. Mnoho dodavatelů preferuje série 5 000 až 10 000 dílů nebo více.
Lze LSR nanést na plast?
Ano. LSR se během vytvrzování chemicky váže na určité technické plasty. Při správném výběru materiálů není potřeba žádné lepidlo.
Je LSR bezpečný pro potraviny a lékařskou kvalitu?
Mnoho druhů LSR splňuje normy FDA pro styk s potravinami a je certifikováno dle normy ISO 10993 pro lékařské použití. Vždy si ověřte konkrétní certifikaci druhu pro cílovou aplikaci.
Jak se liší platinou vytvrzený silikon od peroxidem vytvrzeného silikonu?
Platinou vytvrzený silikon využívá katalyzátor na bázi ušlechtilého kovu a neprodukuje žádné vedlejší produkty, takže je čistší a biokompatibilní. Peroxidem vytvrzený silikon zanechává stopové chemické zbytky a zřídka se používá pro lékařské nebo potravinářské aplikace.
