シリコーンゴム押出成形完全ガイド
シリコーンゴム押出成形完全ガイド
- シリコーンゴム押出成形とは？
- シリコーン押出成形の分類と種類
- 代表的なアプリケーション・シナリオと使用例
- シリコーン押出成形の利点は何ですか？
- シリコーン押出成形の欠点と限界は？
- 代替技術との比較
- 押出シリコーンの主な特性と特性
- シリコーン押出成形のコアプロセス
- プロセスにおける主要パラメーターと影響要因
- シリコーン押出材の設計ガイドとベストプラクティス
- シリコーン押出成形における一般的な問題とその解決方法
- 関連技術とコンセプト
シリコーンゴム押出成形とは？
ポリシロキサンの化学：シリコーンゴムは、ほとんどの有機ゴムのような炭素骨格ではなく、ケイ素-酸素（Si-O）骨格をベースにしています。このユニークな化学構造が、高温安定性や化学的不活性などの優れた特性を生み出しています。
シリコーン押出成形の分類と種類
③ シリコーンプロファイルおよび形状：Pストリップ、Dシール、Uチャネル、その他のカスタムガスケットなど、カスタムで複雑な断面。
④ シリコーンストリップ＆シート：長さに合わせて切断したり、連続ロールで供給したりできる、平らな長方形の形材。
代表的なアプリケーション・シナリオと使用例
⑥ 産業機械：幅広い産業機器における耐久性のあるシール、ガスケット、チューブに使用され、高温や化学物質への曝露下でも信頼性の高い性能を発揮します。
シリコーン押出成形の利点は何ですか？
⑥ 電気絶縁：シリコーンは優れた電気絶縁体であり、電線やケーブルの被覆材の主要な選択肢となっています。
⑦ 高度なカスタマイズ性：押出プロセスにより、複雑なカスタムプロファイルと幅広い色を効率的に生産できます。
シリコーン押出成形の欠点と限界は？
完璧なプロセスは存在しません。シリコーン押出の限界を認識しておくことが重要です。
④ 加工上の課題：未硬化シリコーンの「べたつく」性質は、時に取り扱いや加工の困難を招くことがあります。また、ほこりや汚染物質を引き寄せる可能性があるため、清潔な製造環境が必要です。
⑤ 一定断面の制約：押出成形は本質的に、長さ方向に均一な断面を持つ部品の生産に限られます。アンダーカット、変化する肉厚、または一体型コネクターのような特徴は、このプロセス単独では実現できません。
代替技術との比較
| テクノロジー | 主な強み | 最適 | 主な弱点 |
|---|---|---|---|
| シリコーン押出 | 優れた耐熱性／耐環境性、生体適合性、連続生産性。 | シール、ガスケット、チューブ、断面が一定のプロファイル。 | 耐摩耗性が低い、2Dプロファイルに限定される、材料コストが高い。 |
| TPE押出成形 | 低コスト、優れた耐摩耗性、リサイクル可能（熱可塑性プラスチック）。 | 自動車用シール、消費財、そして極端な高熱が要因とならない用途。 | 温度範囲が著しく低く、弾力性が低い（圧縮永久ひずみが大きい）。 |
| シリコーン射出成形 | 複雑な3Dパーツの作成、高精度、オーバーモールドに最適。 | ボタン、キーパッド、複雑なシール、医療機器部品などの3D部品。 | 金型コストが高い、連続プロセスではない、部品サイズに制限がある。 |
シリコーンゴム押出成形は、特別に配合された未加硫のシリコーンコンパウンドを、ダイと呼ばれる成形された鋼製工具を通して押し出す大量生産プロセスです。この動作により、一定の断面を持つ連続したプロファイルが形成され、その後加硫（硬化）されて形状が安定し、最終的な物理特性が付与されます。
シリコーン押出成形は、硬化システム、原料の形状、最終製品の形状など、いくつかの重要な要素に基づいて分類することができる。
1.硬化システムによる分類：
① 過酸化物硬化シリコーン：これは伝統的で費用対効果の高い方法です。過酸化物触媒がシリコーン配合物に混ぜ込まれます。加熱されると、過酸化物はフリーラジカルに分解し、ポリマー鎖の架橋を開始します。この方法は、特に食品グレードや医療用途において、後硬化プロセスを通じて除去する必要のある副生成物（ジクロロ安息香酸など）を生成することがあります。
②白金硬化（付加硬化）シリコーン：このシステムは白金系触媒を使用します。有害な副生成物を生成しないよりクリーンなプロセスであり、医療用インプラント、医薬品用チューブ、食品接触用品などの高純度用途に適した選択肢となります。白金硬化シリコーンは優れた透明性と向上した機械的特性を提供し、経時的な黄変が起こりにくいです。
2.原材料の形態による分類：
① 高稠度ゴム（HCR）押出：HCRは加熱硬化ゴムとも呼ばれ、シリコーン押出で最も一般的な材料です。粘度が非常に高く、濃いペーストや生地のような性質を持ちます。通常、ログまたはストリップの形で供給され、供給ミルから押出機へ送り込まれます。
シリコーンのユニークな特性により、その押出製品は多くの産業で不可欠なものとなっている。
① 医療・ヘルスケア：その生体適合性、滅菌可能性（オートクレーブ、EtO、ガンマ線）、および不活性のため、シリコーンはカテーテル、ドレナージチューブ、ペリスタルティックポンプ用チューブ、および医療機器用シールに欠かせない材料です。
シリコーン押出成形は、材料特性と製造効率の強力な組み合わせを提供します。
① 卓越した耐温度性：シリコーンは、通常-60°Cから+230°C（-75°Fから+450°F）という広い温度範囲で柔軟性と完全性を維持し、特殊グレードではさらに範囲が広がります。
① 低い機械的強度：多くの有機ゴム（EPDMやネオプレンなど）と比較して、標準的なシリコーンは引張強度、引裂強度、耐摩耗性が劣ります。高い摩擦や物理的な酷使を伴う動的用途には適していません。
② 高い材料コスト：シリコーン原料は一般的に汎用ゴムよりも高価であり、重要度の低い用途では費用対効果に影響を及ぼす可能性があります。
③ 特定の流体に対する感受性：シリコーンは特定の炭化水素系燃料、油、溶剤にさらされると膨潤し劣化します。材料の選択は化学環境に慎重に適合させる必要があります。
基本原理：このプロセスは圧力と熱に依存します。押出機のスクリューが圧力を発生させ、柔軟なシリコーン材料をダイに通して押し出します。押し出されたプロファイルは次に加熱チャンバーまたはトンネルを通過し、そこで硬化反応が開始され、柔らかくゴム状の押出物が固く弾力のあるゴムへと変化します。
基本概念：
熱硬化性材料：繰り返し溶かして形を変えることができる熱可塑性プラスチックとは異なり、シリコーンは熱硬化性である。加硫として知られる硬化プロセスは、ポリマー鎖間に不可逆的な架橋を作ります。一度硬化したシリコーン部品は、再び溶かすことはできません。
② 液状シリコーンゴム(LSR)押出：LSRは主に射出成形で使用されますが、専用の押出プロセスも存在します。LSRは粘度がはるかに低く、ポンプで送られ、混合され、そのまま押出機に供給される2液系（A液とB液）です。この方法はあまり一般的ではありませんが、複雑で高精度なプロファイルには有利となり得ます。
3.製品形態による分類：
① シリコーンチューブおよびホース：流体、空気、または電線の移送に使用される中空プロファイル。
②シリコーンソリッドコード：シール用途に使用される中実の丸型プロファイル（Oリングコードストック）です。
② 食品、飲料、乳製品：FDA適合のシリコーンチューブは、食品加工、飲料供給、乳製品用途における液体の移送に広く使用されています。味やにおいを付与せず、高温洗浄サイクル(CIP/SIP)に耐えることができます。
③ 航空宇宙および自動車：押出成形されたシリコーンシール、ガスケット、ホースは、極端な温度下での性能において極めて重要です。これらは、ドアや窓のシール、エンジンルームのガスケット、電線・ケーブルの絶縁、および熱・オゾン・UV劣化に耐える流体移送ホースに使用されます。
④ 電子機器：シリコーンの優れた誘電特性は、高電圧の電線やケーブルの絶縁に理想的です。また、電子機器の筐体を湿気やほこりから保護する（IP規格）保護ガスケットやシールの作成にも使用されます。
⑤ 建設および建築：シリコーンのウェザーストリップ、伸縮継手、およびグレージングシールは、窓、ドア、カーテンウォールシステムに対して、長持ちする耐候性のシールソリューションを提供します。
② 優れた耐環境性：オゾン、紫外線、および一般的な風化に対して優れた耐性を示し、割れや劣化を起こすことなく屋外用途に最適です。
③ 生体適合性と純度：医療用および食品グレードのシリコーンは無毒で低刺激性であり、微生物の増殖を助長しないため、デリケートな用途にも安全です。
④ 化学的不活性：シリコーンは多くの化学薬品、水、油に耐性がありますが、特定の溶剤や強酸に対しては弱点があります。
⑤ 優れた柔軟性と弾力性：圧縮永久ひずみが低く、繰り返し圧縮しても元の形状に戻ることを意味し、効果的なシールに不可欠です。
シリコーンゴム押出成形：総合ガイド
シリコーンゴムの押出成形プロセスをマスターしましょう。私たちの専門家ガイドは、主要な原理、アプリケーション、設計のベストプラクティス、および一般的な問題の解決策をカバーしています。
押出シリコーンの主な特性と特性
⑤ 圧縮永久ひずみ：特定の温度で長時間の圧縮応力を受けた後、材料が元の厚さに戻る能力を測定します。低い圧縮永久ひずみは、信頼性が高く長期的なシールに不可欠です。
⑥ 絶縁耐力：材料が絶縁破壊せずに耐えられる最大の電界であり、Volts per mil（V/mil）で測定されます。
シリコーン押出成形のコアプロセス
プロセスにおける主要パラメーターと影響要因
④ 硬化温度と時間：これらは部品の断面全体にわたって完全な硬化を達成するのに十分でなければなりません。硬化が不十分だと弱くべたつく製品になり、過度の熱は劣化を引き起こす可能性があります。時間はオーブンの長さとラインスピードによって制御されます。
⑤ ラインスピード：コンベヤーベルトの速度は、プロファイルの伸びやたるみ（寸法を歪める原因となる）を防ぐため、押出機の吐出量と同期させる必要があります。
シリコーン押出材の設計ガイドとベストプラクティス
⑥ 材料仕様を明確に定義する：単に「シリコーン」と依頼するだけではいけません。硬度（デュロメーター）、色、コンプライアンス要件（例：FDA 21 CFR 177.2600、USP Class VI）、および圧縮永久ひずみや温度範囲のような重要な性能特性を指定してください。
シリコーン押出成形における一般的な問題とその解決方法
| 問題 | 考えられる原因 | ソリューション |
|---|---|---|
| 金型のうねり / 不正確な寸法 | ダイ設計が材料の膨張を考慮していない。材料バッチが不均一。ライン速度または押出機吐出量が不適切。 | ダイ・オリフィス寸法の修正材料バッチの予備テストと認証ライン速度とスクリュー回転数を同期させる。 |
| 気孔率（部分的な気泡） | 原料中の水分。供給中の空気の巻き込み。硬化温度が高すぎて、揮発成分が沸騰している。 | 使用前にコンパウンドを十分に乾燥させる。適切な供給技術を確保する。硬化オーブンの温度を下げる。 |
| 表面欠陥（ラフネス、ピッティング） | コンパウンド中の汚染。押出機のスコーチ（早期硬化）。ダイ表面の損傷または汚れ。 | コンパウンドにはクリーンルーム環境を使用する。バレルの温度を下げる。金型を定期的に清掃し、研磨する。 |
| 不完全硬化（べたつく表面） | 硬化時間または温度が不十分。ライン速度がオーブンに対して速すぎる。触媒の比率が正しくない。 | ライン速度を下げる。オーブンの温度を上げる。材料の配合記録を確認する。ポストキュアを行う。 |
| 歪みまたは反り | 不均一な冷却。不均一な肉厚ダイを出る際のプロファイルの不適切なサポート。 | 冷却システム（エアジェット、水槽）を最適化する。均一な肉厚となるよう部品を再設計する。コンベアの高さとサポートロールを調整する |
関連技術とコンセプト
押出シリコーン部品を指定する際、エンジニアはこれらの重要な性能指標を参照します：
① 硬度（デュロメーター）：ショアA硬度で測定され、材料の押し込みに対する抵抗を示します。押出成形品の一般的な値はショアA 20（非常に柔らかい）から80（硬い）の範囲です。
原料化合物から最終製品に至るまでには、慎重に管理されたいくつかの段階がある。
第1段階：材料の準備と配合：
工程はまずベースとなるシリコーンポリマー（HCR）から始まる。これを2本ロールミルに乗せ、添加剤を混ぜ合わせる。これには、着色用の顔料、機械的特性を向上させるための充填剤（ヒュームドシリカなど）、硬化用の触媒（過酸化物または白金）などが含まれます。コンパウンドは、均一性を確保するために徹底的に混合され、押出機で連続ストリップまたはログに成形されます。
ステージ2：摂食：
準備されたシリコーンストリップは、押出機のホッパーに供給される。HCRの場合、ローラーが粘着性のある材料を押出機のバレルに押し下げるのを補助することが多い。
第3段階：押出：
加熱されたバレルの中で、回転するスクリューがシリコーンを前進させる。スクリューの機械的な動きとバレルの熱が、材料を軟化させ、圧力を高めます。この圧力により、均質化されたシリコーンコンパウンドがダイの小さな開口部から押し出され、部品の最終的な断面に合わせて精密に加工されます。
第4段階：硬化（加硫）：
プロファイルがダイから出るとき、それはまだ柔らかく、未硬化の状態である。すぐに硬化トンネルやオーブンに入ります。最も一般的な方法は
① 熱風加硫（HAV）トンネル：プロファイルはコンベアベルトに乗って長い炉を通過し、通常200～450°Cの熱風がシリコーンを硬化させます。これは最も広く使用されている方法です。
押出工程の制御は、複数の変数の微妙なバランスである。
① スクリュー速度（RPM）：吐出速度に直接影響します。高速化はスループットを増加させますが、過剰なせん断熱を発生させ、バレル内で早期硬化（スコーチ）を引き起こす可能性もあります。
② バレルとダイの温度：押出機内で硬化反応を開始させることなく、シリコーンが流動できるほど柔軟な状態を保つため、慎重に制御する必要があります。
③ ダイ設計：ダイの形状は極めて重要です。ダイスウェル（ダイから出た後に押出物が膨張する傾向）を補正するように設計する必要があります。これには経験と、多くの場合、複数回の反復が必要です。
これらの設計原則に従うことで、より製造しやすく、費用対効果の高い部品ができる。
① プロファイルの簡素化：断面がシンプルであるほど、寸法の管理が容易になり、金型コストも低くなります。不必要に複雑な特徴は避けてください。
② 均一な肉厚を維持する：肉厚の大幅な変動は、不均一な硬化、変形、および寸法の不安定さにつながる可能性があります。可能な限り均一性を目指してください。
1.上流工程 - シリコーン配合：
これは、ベースとなるシリコーンポリマーに充填剤、添加剤、触媒を混ぜ合わせ、用途に必要な特定のグレードのHCRを作り出す重要な最初の工程です。最終的な押出成形品の品質は、コンパウンド工程の品質と一貫性に大きく左右されます。
2.下流工程 - 製造と組み立て：
押出形材が最終製品になることはほとんどない。下流工程には以下のようなものがある：
① スプライシング：押出成形されたコードを所定の長さに切断し、両端を接着してカスタムОリングを作成します。
②引張強度：材料が破断する前に引き伸ばされる際に耐えられる最大応力で、PSIまたはMPaで測定されます。
③ 破断伸度：材料が破断する前に達成できる長さの増加率。その「伸縮性」の指標です。
④ 引裂強度：裂けの進展に対する材料の抵抗であり、鋭利なコーナーに引き伸ばされる可能性のあるシールにとって重要な特性です。
② 赤外線(IR)トンネル：高強度の赤外線ランプは、迅速かつ効率的な熱伝達を提供し、しばしばより速いライン速度をもたらします。
③ ソルトバス硬化：押出物を溶融塩の浴に通します。これは非常に速く均一な熱伝達を提供しますが、環境および安全上の懸念から今日ではあまり一般的ではありません。
第5段階後硬化（オプションだが推奨）：
一次硬化の後、一部の部品、特に過酸化物系を使用した部品や重要な用途の部品は、後硬化サイクルを受けます。揮発性の副生成物を除去し、材料の物理的特性、特に圧縮永久歪をさらに安定させるために、部品はバッチ式オーブンに数時間（例えば、200℃で4時間）入れられます。
第6段階冷却、切断、仕上げ：
硬化したプロファイルは、多くの場合、空気または水槽によって冷却される。その後、インラインのフライナイフカッターで特定の長さに切断したり、スプールに巻いたり、印刷、接着剤塗布、スプライシングなどの二次加工を施してOリングを形成することができる。
③ 十分なアールを取り入れる：鋭い内側および外側の角を避けます。鋭い角は応力集中点であり、押出中に完全かつ一貫して充填することが困難な場合があります。少なくとも0.5mm（0.020インチ）のアールが推奨されます。
④ 薄肉の中空部を避ける：薄肉の中空部は、完全に硬化する前に崩壊したり変形したりしやすくなります。中空が必要な場合は、壁がそれ自体を支えられるだけの十分な強度を持つようにしてください。
⑤ 公差の理解と指定：シリコーン押出品の標準的な業界公差は、通常、Association for Rubber Products Manufacturers（ARPM）のRubber Handbookで定義されています（精密用はClass 2、商用はClass 3）。コストが増加するため、最も厳しい公差は必要な箇所にのみ指定してください。
② 接着剤の適用：簡単な取り付けを容易にするため、プロファイルの片面に感圧接着剤（PSA）テープを貼り付けます。
③ 印刷およびマーキング：部品番号、ロゴ、または位置合わせマークを表面に追加します。
3.共押出：
より高度なプロセスで、2つ以上の押出機が異なる材料（例えば、異なる色や硬度のシリコーン）を1つのダイに供給し、複数の材料が統合されたプロファイルを作成します。例えば、シールは、取り付け用の硬いベースとシール用の柔らかいバルブを持つかもしれません。
4.シリコーン射出成形：
説明したように、これは複雑な三次元のシリコーン部品を作るために使われる補完的なプロセスである。一定の断面で作ることができない部品に選ばれることが多い。
5.シリコーン圧縮成形：
シリコーンを成形する最も古い方法。あらかじめ計量した材料を加熱した金型のキャビティに入れ、圧力をかけて金型を閉じ、材料をキャビティに充填して硬化させる。ガスケットやパッドのような部品の少量から中量の生産に適している。
