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실리콘 고무 압출 성형에 대한 완벽한 가이드
실리콘 고무 압출 성형이란 무엇입니까?
실리콘 고무 압출 성형 는 특수하게 제조된 가황되지 않은 실리콘 화합물을 모양의 강철 도구를 통해 강제로 압출하거나 "압출"하는 대량 제조 공정입니다. die. 이 작업은 일정한 단면을 가진 연속적인 프로파일을 형성한 다음 가황(경화) 처리하여 모양을 안정화하고 최종 물리적 특성을 부여합니다.
핵심 원칙: 이 공정은 압력과 열에 의존합니다. 압출기 스크류는 압력을 발생시켜 유연한 실리콘 소재를 다이를 통해 밀어냅니다. 압출된 프로파일은 경화 반응이 시작되는 가열 챔버 또는 터널을 통과하여 부드러운 젤리형 압출물을 단단하고 탄력 있는 고무로 변형시킵니다.
기본 개념:
열경화성 소재: 반복적으로 녹이고 모양을 바꿀 수 있는 열가소성 플라스틱과 달리 실리콘은 열경화성입니다. 가황으로 알려진 경화 과정은 폴리머 사슬 사이에 비가역적인 가교를 생성합니다. 일단 경화된 실리콘 부분은 다시 녹일 수 없습니다.
폴리실록산 화학: 실리콘 고무는 대부분의 유기 고무처럼 탄소 백본이 아닌 실리콘-산소(Si-O) 백본을 기반으로 합니다. 이 독특한 화학 구조는 고온 안정성 및 화학적 불활성을 포함한 탁월한 특성을 제공합니다.
실리콘 압출의 분류 및 유형
실리콘 압출은 경화 시스템, 원료 형태, 최종 제품 모양 등 몇 가지 주요 요소에 따라 분류할 수 있습니다.
1. 경화 시스템별 분류:
과산화물 경화 실리콘: 이것은 전통적이고 비용 효율적인 방법입니다. 과산화물 촉매가 실리콘 화합물에 혼합됩니다. 가열하면 과산화물이 자유 라디칼로 분해되어 폴리머 사슬의 가교 결합을 시작합니다. 이 방법은 특히 식품 등급 또는 의료용의 경우 경화 후 공정을 통해 제거해야 할 수 있는 부산물(디클로로벤조산 등)을 생성할 수 있습니다.
백금 경화(추가 경화) 실리콘: 이 시스템은 백금 기반 촉매를 사용합니다. 유해한 부산물을 생성하지 않는 깨끗한 공정으로 의료용 임플란트, 제약 튜브, 식품 접촉 품목과 같은 고순도 애플리케이션에 선호되는 방식입니다. 백금 경화 실리콘은 투명도가 우수하고 기계적 특성이 개선되며 시간이 지나도 황변이 덜 발생합니다.
2. 원재료 형태별 분류:
고탄성 고무(HCR) 압출: 열 경화 고무라고도 하는 HCR은 실리콘 압출에 가장 일반적으로 사용되는 소재입니다. 점도가 매우 높아서 두꺼운 페이스트나 반죽과 비슷합니다. 일반적으로 통나무 또는 스트립 형태로 공급되며 공급 공장에서 압출기로 공급됩니다.
액체 실리콘 고무(LSR) 압출: LSR은 주로 사출 성형에 사용되지만, 이를 위한 특수 압출 공정도 존재합니다. LSR은 점도가 훨씬 낮고 두 부분으로 구성된 시스템(A 및 B 구성 요소)을 펌핑하고 혼합한 다음 압출기에 직접 공급하는 방식입니다. 이 방법은 덜 일반적이지만 복잡하고 고정밀도의 프로파일에 유리할 수 있습니다.
3. 제품 형태별 분류:
실리콘 튜브 및 호스: 유체, 공기 또는 전선 이송에 사용되는 중공 프로파일입니다.
실리콘 솔리드 코드: 씰링 애플리케이션에 사용되는 견고한 원형 프로파일(O링 코드 스톡).
실리콘 프로파일 및 모양: P-스트립, D-씰, U-채널 및 기타 맞춤형 개스킷과 같은 복잡한 단면의 맞춤형 개스킷을 제작할 수 있습니다.
실리콘 스트립 및 시트: 길이에 맞게 자르거나 연속 롤로 공급할 수 있는 평평한 직사각형 프로파일입니다.
일반적인 애플리케이션 시나리오 및 사용 사례
실리콘의 고유한 특성 덕분에 압출 제품은 다양한 산업 분야에서 없어서는 안 될 필수 요소입니다.
의료 및 헬스케어: 실리콘은 생체 적합성, 멸균성(오토클레이브, EtO, 감마), 불활성으로 인해 카테터, 배액관, 연동 펌프 튜브, 의료용 장비의 씰에 많이 사용되는 소재입니다.
식음료 및 유제품: FDA 규정을 준수하는 실리콘 튜브는 식품 가공, 음료 디스펜싱 및 유제품 분야에서 액체를 이송하는 데 널리 사용됩니다. 맛이나 냄새가 나지 않으며 고온 세척 사이클(CIP/SIP)을 견딜 수 있습니다.
항공우주 및 자동차: 압출 실리콘 씰, 개스킷 및 호스는 극한의 온도에서 성능을 발휘하는 데 매우 중요합니다. 도어 및 창문 씰, 엔진룸 개스킷, 전선 및 케이블 절연, 열, 오존 및 자외선 열화에 강한 유체 이송 호스 등에 사용됩니다.
전자제품: 실리콘은 유전체 특성이 뛰어나 고전압 전선 및 케이블을 절연하는 데 이상적입니다. 또한 습기와 먼지로부터 전자 인클로저를 보호하기 위한 보호용 개스킷과 씰을 만드는 데도 사용됩니다(IP 등급).
건설 및 건축: 실리콘 웨더스트립, 익스팬션 조인트 및 글레이징 씰은 창문, 도어 및 커튼월 시스템에 오래 지속되는 내후성 씰링 솔루션을 제공합니다.
⑥ 산업 기계: 다양한 산업 장비의 내구성 있는 씰, 개스킷 및 튜브에 사용되며 높은 열과 화학 물질에 노출되어도 안정적인 성능을 제공합니다.
실리콘 압출의 장점은 무엇인가요?
실리콘 압출은 재료 특성과 제조 효율성의 강력한 조합을 제공합니다.
탁월한 내열성: 실리콘은 일반적으로 -60°C ~ +230°C(-75°F ~ +450°F)의 광범위한 온도 범위에서 유연성과 무결성을 유지하며, 특수 등급은 그보다 더 넓은 온도 범위까지 확장할 수 있습니다.
뛰어난 환경 저항성: 오존, 자외선 및 일반적인 풍화에 대한 내성이 뛰어나 균열이나 열화 없이 실외용으로 사용하기에 이상적입니다.
생체 적합성 및 순도: 의료용 및 식품용 실리콘은 무독성, 저자극성이며 미생물 성장을 지원하지 않으므로 민감한 애플리케이션에 안전하게 사용할 수 있습니다.
화학적 불활성: 실리콘은 많은 화학 물질, 물, 기름에 내성이 있지만 특정 용매와 강산에는 약합니다.
뛰어난 유연성과 탄력성: 압축률이 낮기 때문에 반복해서 압축해도 원래 모양으로 돌아갈 수 있어 효과적인 밀봉에 필수적입니다.
⑥ 전기 절연: 실리콘은 환상적인 전기 절연체이므로 전선 및 케이블 피복에 주로 사용됩니다.
높은 수준의 사용자 지정: 압출 공정을 통해 복잡한 사용자 지정 프로파일과 다양한 색상을 효율적으로 제작할 수 있습니다.
실리콘 압출의 단점과 한계는 무엇인가요?
완벽한 공정은 없습니다. 실리콘 압출의 한계를 인식하는 것이 중요합니다.
낮은 기계적 강도: 표준 실리콘은 많은 유기 고무(예: EPDM 또는 네오프렌)에 비해 인장 강도, 인열 강도 및 내마모성이 낮습니다. 높은 마찰이나 물리적 남용이 수반되는 동적 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
높은 재료비: 실리콘 원료는 일반적으로 일반 고무보다 비싸기 때문에 중요하지 않은 애플리케이션의 경우 비용 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다.
특정 유체에 대한 민감성: 실리콘은 특정 탄화수소 기반 연료, 오일, 용제에 노출되면 부풀어 오르고 성능이 저하됩니다. 따라서 소재 선택은 화학적 환경에 맞게 신중하게 이루어져야 합니다.
처리 과제 ④: 미경화 실리콘의 '끈적끈적한' 특성으로 인해 취급 및 가공에 어려움을 겪을 수 있습니다. 또한 먼지와 오염 물질을 끌어들일 수 있으므로 깨끗한 제조 환경이 필요합니다.
상수 단면 제한: 압출은 본질적으로 길이가 균일한 단면을 가진 부품을 생산하는 데 한계가 있습니다. 언더컷, 다양한 벽 두께 또는 통합 커넥터와 같은 특징은 이 공정만으로는 불가능합니다.
대체 기술과의 비교
| 기술 | 주요 강점 | 최상의 대상 | 주요 약점 |
|---|---|---|---|
| 실리콘 압출 | 뛰어난 내열성/내환경성, 생체 적합성, 연속 생산. | 일정한 단면의 씰, 개스킷, 튜브 및 프로파일. | 내마모성이 낮고 2D 프로파일로 제한되며 재료 비용이 높습니다. |
| TPE 압출 | 저렴한 비용, 우수한 내마모성, 재활용 가능(열가소성 플라스틱). | 자동차 씰, 소비재 및 극심한 열이 문제가 되지 않는 애플리케이션. | 온도 범위가 현저히 낮고 복원력이 떨어집니다(높은 압축 설정). |
| 실리콘 사출 성형 | 복잡한 3D 부품을 높은 정밀도로 제작하며 오버몰딩에 탁월합니다. | 버튼, 키패드, 복잡한 씰, 의료 기기 부품과 같은 3D 구성 요소를 제작할 수 있습니다. | 더 높은 툴링 비용, 연속 공정이 아닌 부품 크기 제한. |
실리콘 고무 압출 성형: 종합 가이드
실리콘 고무 압출 성형 공정을 마스터하세요. 전문가 가이드에서는 주요 원칙, 응용 분야, 설계 모범 사례 및 일반적인 문제에 대한 해결책을 다룹니다.
실리콘 고무 압출 성형에 대한 완벽한 가이드
압출 실리콘의 주요 특성 및 특성
엔지니어는 압출 실리콘 부품을 지정할 때 이러한 중요한 성능 지표를 참조합니다:
경도(경도계): 쇼어 A 척도로 측정된 이 값은 압흔에 대한 재료의 저항력을 나타냅니다. 압출의 일반적인 값은 20(매우 부드러움)에서 80(단단함)의 Shore A 범위입니다.
인장 강도: 재료가 파손되기 전에 늘어나는 동안 견딜 수 있는 최대 응력(PSI 또는 MPa 단위로 측정)입니다.
휴식 시 신장: 재료가 파열되기 전에 도달할 수 있는 길이의 증가율입니다. "신축성"의 척도입니다.
인열 강도: 날카로운 모서리에서 늘어날 수 있는 씰에 중요한 특성인 눈물 전파에 대한 재료의 저항력입니다.
압축 세트: 특정 온도에서 장시간 압축 응력을 받은 후 재료가 원래 두께로 되돌아가는 능력을 측정합니다. 낮은 압축 세트는 안정적이고 장기적인 밀봉을 위해 필수적입니다.
유전체 강도: 재료가 분해되지 않고 견딜 수 있는 최대 전기장으로, 밀당 볼트(V/mil) 단위로 측정됩니다.
실리콘 압출 성형의 핵심 공정
원재료에서 완제품이 되기까지의 여정에는 여러 단계의 세심한 관리가 필요합니다.
1단계: 재료 준비 및 배합:
공정은 기본 실리콘 폴리머(HCR)로 시작됩니다. 이것은 첨가제가 혼합되는 투롤 밀에 배치됩니다. 여기에는 색상을 위한 안료, 기계적 특성을 향상시키기 위한 필러(흄드 실리카 등), 경화를 위한 촉매(과산화물 또는 백금)가 포함될 수 있습니다. 화합물은 균일성을 보장하기 위해 철저히 혼합된 다음 압출기에 사용할 수 있는 연속 스트립 또는 통나무로 형성됩니다.
2단계: 먹이기:
준비된 실리콘 스트립은 압출기의 호퍼로 공급됩니다. HCR의 경우 롤러는 종종 점착성 재료를 압출기의 배럴로 밀어 넣는 데 도움을 줍니다.
3단계: 압출:
가열된 배럴 내부에서 회전하는 스크류가 실리콘을 앞으로 전달합니다. 스크류의 기계적 작용과 배럴의 열이 결합하여 재료를 부드럽게 하고 압력을 높입니다. 이 압력은 균질화된 실리콘 화합물을 다이의 작은 구멍을 통해 부품의 원하는 최종 단면으로 정밀하게 가공되는 금형에 밀어 넣습니다.
4단계: 경화(가황):
프로파일이 다이에서 나올 때는 아직 경화되지 않은 부드러운 상태입니다. 즉시 경화 터널이나 오븐으로 들어갑니다. 가장 일반적인 방법은 다음과 같습니다:
뜨거운 공기 가황(HAV) 터널: 프로파일은 일반적으로 200~450°C의 뜨거운 공기가 실리콘을 경화시키는 긴 오븐을 통해 컨베이어 벨트를 타고 이동합니다. 가장 널리 사용되는 방법입니다.
적외선(IR) 터널: 고강도 적외선 램프는 빠르고 효율적인 열 전달을 제공하여 회선 속도가 빨라지는 경우가 많습니다.
소금물 목욕 경화: 압출물은 용융 소금 욕조를 통과합니다. 이는 매우 빠르고 균일한 열 전달을 제공하지만 환경 및 안전 문제로 인해 오늘날에는 덜 일반적입니다.
5단계: 사후 경화(선택 사항이지만 권장):
1차 경화 후 일부 부품, 특히 과산화물 시스템으로 제작되거나 중요한 용도로 사용되는 부품은 후경화 사이클을 거칩니다. 부품을 배치 오븐에 몇 시간(예: 200°C에서 4시간) 동안 넣어 휘발성 부산물을 제거하고 재료의 물리적 특성, 특히 압축 세팅을 더욱 안정화합니다.
6단계: 냉각, 절단 및 마무리
경화된 프로파일은 주로 공기 또는 수조에서 냉각됩니다. 그런 다음 인라인 플라이 나이프 커터를 사용하여 특정 길이로 절단하거나 스풀에 감거나 인쇄, 접착제 도포 또는 접합과 같은 2차 작업을 거쳐 O링을 형성할 수 있습니다.
프로세스의 주요 매개변수 및 영향 요인
압출 프로세스를 제어하는 것은 여러 변수의 섬세한 균형이 필요합니다.
나사 속도(RPM): 출력 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 속도가 빠를수록 처리량이 증가하지만 과도한 전단 열이 발생하여 배럴에 조기 경화(그을림)가 발생할 수 있습니다.
배럴 및 다이 온도: 압출기 내부에서 경화 반응을 시작하지 않고 실리콘이 충분히 유연하게 흐르도록 세심하게 제어해야 합니다.
다이 디자인: 다이의 기하학적 구조가 중요합니다. 다음을 보완하도록 설계되어야 합니다. 다이 스웰-다이에서 나온 후 압출물이 팽창하는 경향. 이를 위해서는 경험이 필요하며 종종 여러 번의 반복이 필요합니다.
경화 온도 및 시간: 부품의 단면 전체가 완전히 경화되기에 충분해야 합니다. 불충분한 경화는 약하고 끈적끈적한 제품을 만들며, 과도한 열은 품질 저하를 유발할 수 있습니다. 시간은 오븐의 길이와 라인 속도에 의해 제어됩니다.
회선 속도: 컨베이어 벨트의 속도는 압출기의 출력과 동기화되어야 프로파일이 늘어나거나 처져 치수가 왜곡되는 것을 방지할 수 있습니다.
실리콘 압출을 위한 설계 가이드 및 모범 사례
이러한 설계 원칙을 따르면 제조 가능하고 비용 효율적인 부품을 더 많이 만들 수 있습니다.
프로필을 단순화합니다: 단면이 단순할수록 치수 제어가 쉬워지고 툴링 비용이 낮아집니다. 불필요하게 복잡한 피처는 피하세요.
균일한 벽 두께를 유지합니다: 벽 두께의 급격한 변화는 고르지 않은 경화, 왜곡 및 치수 불안정성을 초래할 수 있습니다. 가능하면 균일성을 목표로 하세요.
넉넉한 반경을 통합합니다: 날카로운 내부 및 외부 모서리를 피합니다. 날카로운 모서리는 응력이 집중되는 지점이며 압출 시 완전하고 일관되게 채우기가 어려울 수 있습니다. 최소 0.5mm(0.020인치)의 반경을 권장합니다.
벽이 얇은 빈 공간은 피하세요: 벽이 얇은 중공 섹션은 완전히 경화되기 전에 무너지거나 뒤틀리기 쉽습니다. 중공이 필요한 경우 벽이 스스로를 지탱할 수 있을 만큼 견고한지 확인하세요.
허용 오차 이해 및 지정하기: 실리콘 압출에 대한 표준 산업 공차는 일반적으로 고무 제품 제조업체 협회(ARPM)의 고무 핸드북에 정의되어 있습니다(정밀용은 클래스 2, 상업용은 클래스 3). 비용이 증가하므로 필요한 경우에만 가장 엄격한 허용 오차를 지정하세요.
재료 사양을 명확하게 정의합니다: 단순히 "실리콘"만을 요구하지 마세요. 경도(경도계), 색상, 규정 준수 요건(예: FDA 21 CFR 177.2600, USP Class VI), 압축 세트 또는 온도 범위와 같은 중요한 성능 속성을 지정하세요.
실리콘 압출의 일반적인 문제와 해결 방법
| 문제 | 잠재적 원인 | 솔루션 |
|---|---|---|
| 다이 팽창 / 잘못된 치수 | 다이 디자인이 재료 확장을 고려하지 않습니다. 일관되지 않은 재료 배치. 잘못된 라인 속도 또는 압출기 출력. | 다이 오리피스 치수를 수정합니다. 재료 배치를 사전 테스트하고 인증합니다. 라인 속도와 나사 RPM을 동기화합니다. |
| 다공성(일부 기포) | 원료의 수분. 공급 중 공기 혼입. 경화 온도가 너무 높아 휘발성 물질이 끓는 경우. | 사용하기 전에 컴파운드를 완전히 말리십시오. 적절한 공급 기술을 확인하십시오. 경화 오븐 온도를 낮춥니다. |
| 표면 결함(거칠기, 구멍) | 컴파운드 내 오염. 압출기에서 그을림(조기 경화)이 발생했습니다. 다이 표면이 손상되었거나 더럽습니다. | 컴파운딩 시 클린룸 환경을 사용합니다. 배럴 온도를 낮춥니다. 다이를 정기적으로 청소하고 연마합니다. |
| 불완전 경화(끈적끈적한 표면) | 경화 시간 또는 온도가 충분하지 않습니다. 라인 속도가 오븐에 비해 너무 빠릅니다. 촉매 비율이 잘못되었습니다. | 라인 속도를 줄입니다. 오븐 온도를 높입니다. 재료 배합 기록을 확인합니다. 후처리를 수행합니다. |
| 왜곡 또는 뒤틀림 | 고르지 않은 냉각. 벽 두께가 균일하지 않음. 금형에서 빠져나오는 프로파일이 부적절하게 지지됨. | 냉각 시스템 최적화(에어 제트, 수조). 균일한 벽을 위해 부품을 재설계합니다. 컨베이어 높이와 지지 롤러를 조정합니다. |
관련 기술 및 개념
1. 업스트림 프로세스 - 실리콘 컴파운딩:
이 단계는 기본 실리콘 폴리머를 필러, 첨가제 및 촉매와 혼합하여 용도에 필요한 특정 등급의 HCR을 만드는 중요한 첫 번째 단계입니다. 최종 압출 부품의 품질은 컴파운딩 공정의 품질과 일관성에 따라 크게 좌우됩니다.
2. 다운스트림 프로세스 - 제작 및 조립:
압출된 프로파일이 최종 제품이 되는 경우는 거의 없습니다. 다운스트림 프로세스에는 다음이 포함됩니다:
스플라이싱: 압출된 코드를 길이에 맞게 자르고 양쪽 끝을 접착하여 맞춤형 O링을 만듭니다.
접착제 적용: 프로파일의 한쪽에 감압식 접착제(PSA) 테이프를 부착하여 쉽게 설치할 수 있습니다.
인쇄 및 표시: 부품 번호, 로고 또는 정렬 표시를 서페이스에 추가합니다.
3. 공동 압출:
두 개 이상의 압출기가 서로 다른 재료(예: 서로 다른 색상 또는 경도의 실리콘)를 단일 다이에 공급하여 다중 재료의 통합 프로파일을 만드는 고급 공정입니다. 예를 들어, 씰에는 부착을 위한 단단한 베이스와 밀봉을 위한 부드러운 전구가 있을 수 있습니다.
4. 실리콘 사출 성형:
앞서 설명한 것처럼 복잡한 3차원 실리콘 부품을 만드는 데 사용되는 보완적인 공정입니다. 일정한 단면으로 만들 수 없는 부품에 주로 사용됩니다.
5. 실리콘 압축 성형:
실리콘을 성형하는 가장 오래된 방법입니다. 미리 계량된 재료를 가열된 금형 캐비티에 넣고 압력을 가하여 금형을 닫아 재료가 캐비티를 채우고 경화되도록 합니다. 개스킷 및 패드와 같은 부품의 중소량 생산에 적합합니다.
What is Mold Flow Analysis?
Mold flow analysis simulates the injection molding process to predict potential defects and optimize part design, enhancing efficiency and quality in production. Mold flow analysis aids engineers in detecting issues
How to Improve the Precision of Injection Molds?
Achieving high precision in injection molding is key to ensuring product quality. Fine-tuning mold design, material choice, and processing parameters can all enhance mold accuracy. Improving precision in injection molds
What are the Requirements for Standardized Mold Making for Injection Molds?
Standardized mold making in injection molds is vital for ensuring consistency, efficiency, and cost-effectiveness in production processes across various industries. Standardized mold making requires precise engineering, material quality selection, adherence
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