De complete gids voor vloeibaar siliconenrubber (LSR) spuitgieten
De complete gids voor vloeibaar siliconenrubber (LSR) spuitgieten
- Wat zijn de belangrijkste kenmerken en eigenschappen van LSR?
- Wat is het kernproces van LSR-spuitgieten?
- Wat zijn de belangrijkste overwegingen bij het spuitgieten van LSR?
- Wat zijn de best practices voor het ontwerpen van LSR-onderdelen?
- Wat zijn veelvoorkomende problemen bij het spuitgieten van LSR en wat zijn de oplossingen?
- Wat zijn de gerelateerde technologieën en concepten?
Wat is spuitgieten van vloeibaar siliconenrubber (LSR)?
Wat zijn de classificaties en typen van LSR?
③ Microspuitgieten met LSR: Een uiterst nauwkeurige versie van het proces dat wordt gebruikt om onderdelen met kenmerken op microschaal of gewichten van minder dan een gram te vervaardigen, vaak gebruikt in medische hulpmiddelen en micro-elektronica.
Wat zijn de typische toepassingsscenario's voor LSR?
De unieke eigenschappen van LSR maken het tot het materiaal bij uitstek in toepassingen waar prestaties en betrouwbaarheid niet onderhandelbaar zijn.
Wat zijn de voordelen van LSR spuitgieten?
3. Automatisering bij hoog volume en snelle cyclustijden: Het proces is sterk geautomatiseerd. Uithardingstijden zijn zeer snel, vaak tussen 20 en 60 seconden, wat efficiënte, grootschalige productie met minimale arbeid mogelijk maakt.
4. Schoon en afvalvrij proces: Het gesloten systeem, van materiaalvaten tot de afgedichte matrijs, minimaliseert de blootstelling aan verontreinigingen. Dit is cruciaal voor medische en voedselveilige toepassingen. Bovendien verminderen precieze “braamloze” spuitgiettechnieken het materiaalafval en de nabewerkingsstappen aanzienlijk.
Wat zijn de nadelen van LSR spuitgieten?
4. Complexiteit van de matrijs: Het ontwerp en de fabricage van LSR-matrijzen zijn complexer dan voor thermoplasten. Ze moeten hoge temperaturen weerstaan terwijl het materiaaltoevoersysteem koel blijft, en ze vereisen een uitzonderlijke afdichting om braamvorming te voorkomen.
Hoe verhoudt LSR spuitgieten zich tot andere processen?
LSR is geen pasklaar materiaal. Het is verkrijgbaar in tal van kwaliteiten en kan worden verwerkt met behulp van verschillende geavanceerde technieken, waardoor een hoge mate van maatwerk mogelijk is.
1. Indeling naar materiaalklasse:
⑤ Geleidende kwaliteit: Door het toevoegen van geleidende vulstoffen zoals carbon black kunnen deze LSR's worden gebruikt voor toepassingen die elektrische geleidbaarheid vereisen, zoals EMI/RFI-afschermingspakkingen, geleidende pads en elektrische connectoren.
⑥ Zelfsmerende kwaliteit: Dit materiaal scheidt na verloop van tijd een kleine hoeveelheid siliconenolie af naar het oppervlak, waardoor de wrijvingscoëfficiënt afneemt. Het is perfect voor het maken van wrijvingsarme afdichtingen, O-ringen en connectorafdichtingen die eenvoudig moeten worden gemonteerd.
⑦ Fluorsilicone (F-LSR): Biedt verbeterde weerstand tegen niet-polaire oplosmiddelen, brandstoffen, oliën en agressieve chemicaliën, waardoor het een voorkeurskeuze is voor afdichtingen in de automobiel- en ruimtevaartsector die worden blootgesteld aan agressieve vloeistoffen.
2. Classificatie door procesvariatie:
1. Hoge precisie en ontwerpvrijheid: De lage viscositeit van vloeibaar silicone laat het gemakkelijk in dunne wanden stromen en complexe, ingewikkelde matrijscaviteiten vullen, wat de productie mogelijk maakt van zeer gedetailleerde onderdelen die met andere elastomeren onmogelijk zouden zijn.
2. Superieure materiaaleigenschappen: LSR biedt een ongeëvenaarde combinatie van kenmerken:
Biocompatibiliteit: Inherent inert en hypoallergeen.
1. Hoge initiële investering: LSR-matrijzen vereisen extreem nauwe toleranties en gespecialiseerde functies (zoals koudkanaalsystemen) om het materiaal met lage viscositeit te beheersen. Zowel de matrijzen als de gespecialiseerde spuitgietmachines vormen een aanzienlijke initiële kapitaaluitgave.
2. Hogere materiaalkosten: Op basis van kosten per kilogram is LSR over het algemeen duurder dan veel gangbare thermoplasten en sommige synthetische rubbers. Dit kan echter worden gecompenseerd door snellere cyclustijden en lagere arbeidskosten bij productie op grote schaal.
3. Thermohardende aard: Als thermohardend materiaal kan LSR niet worden omgesmolten en gerecycled op dezelfde manier als thermoplasten. Hoewel afval kan worden vermalen en in sommige toepassingen als vulstof kan worden gebruikt, is het geen gesloten recyclingproces.
Liquid Silicone Rubber Injection Molding, vaak afgekort als LSR Molding of LIM (Liquid Injection Molding), is een productieproces dat wordt gebruikt om duurzame, flexibele en zeer nauwkeurige onderdelen te maken van vloeibaar siliconenrubber.
In de kern is het een thermohardend proces. Dit onderscheidt het fundamenteel van thermoplastisch spuitgieten. Terwijl thermoplasten verwarmd worden tot ze gesmolten zijn, in een koele mal geïnjecteerd worden om te stollen en opnieuw gesmolten kunnen worden, werken thermoharders omgekeerd. Bij LSR spuitgieten wordt een vloeibaar mengsel uit twee delen gemengd en vervolgens in een verwarmde mal gespoten. De warmte veroorzaakt een onomkeerbare chemische reactie die uitharding of vulkanisatie wordt genoemd en die de vloeistof verandert in een vast, stabiel en elastisch rubber onderdeel.
① Kwaliteit voor algemeen gebruik: Een standaardsamenstelling die een goede balans van fysieke eigenschappen biedt voor een breed scala aan industriële afdichtingen, pakkingen en consumentenproducten.
② Medische kwaliteit: Deze kwaliteiten zijn biocompatibel en voldoen aan strenge normen zoals USP Class VI en ISO 10993. Ze worden gebruikt voor ademhalingsmaskers, chirurgische instrumenten, afdichtingen voor medische hulpmiddelen en kortdurende implantaten.
③ Voedselveilig: Voldoet aan FDA-voorschriften (bijv. 21 CFR 177.2600) voor gebruik in artikelen die in contact komen met voedsel, zoals bakvormen, spenen voor babyflessen en keukengerei.
④ Optische kwaliteit: Gekenmerkt door een hoge transparantie en lichtdoorlaatbaarheid is deze kwaliteit ideaal voor het produceren van lenzen, lichtgeleiders en afdekkingen voor LED's en sensoren waarbij optische helderheid van het grootste belang is.
① Standaard LSR-gieten: Het fundamentele proces van het creëren van een LSR-onderdeel uit één materiaal.
② LSR-overmolding (2K-spuitgieten): Een meerstapsproces waarbij LSR over een voorgevormd substraat wordt gegoten. Dit kan zijn:
• LSR op thermoplast: Een kunststof onderdeel (bijv. PBT, nylon) wordt in een tweede matrijs geplaatst en er wordt LSR omheen gespoten om een geïntegreerd onderdeel te maken met zowel harde als zachte eigenschappen (bijv. een waterdichte behuizing met een ingebouwde afdichting).
• LSR op metaal: LSR wordt over een metalen onderdeel gegoten (bv. roestvrij staal, aluminium) om handgrepen, isolatoren of trillingsdempende onderdelen te maken.
1. Medisch en gezondheidszorg:
Door zijn superieure biocompatibiliteit, steriliseerbaarheid en inertie is LSR alomtegenwoordig in de medische sector.
Voorbeelden: Ademhalingsmaskers, flexibele afdichtingen voor medicijntoedieningsapparaten, spuitstoppers, katheters, klepcomponenten voor vloeistofbeheersystemen en zachte, buigzame componenten voor chirurgische instrumenten.
2. Auto-industrie:
De auto-industrie vraagt om weerstand tegen extreme temperaturen, trillingen en vloeistoffen.
Voorbeelden: Connectorafdichtingen voor kabelbomen, pakkingen voor motor- en transmissiecomponenten, beschermhoezen voor sensoren, trillingsdempers en flexibele membranen voor drukregelsystemen.
3. Consumentengoederen en elektronica:
LSR is waterdicht, duurzaam en voelt zacht aan.
Voorbeelden: Afdichtingen en pakkingen voor smartwatches en robuuste telefoons, soft-touch-knoppen op afstandsbedieningen, flexibele toetsenborden, fopspenen en spenen voor baby's en hoogwaardig keukengerei zoals spatels en bakvormen.
4. Industriële toepassingen:
In veeleisende industriële omgevingen biedt LSR langdurige stabiliteit en afdichtingsprestaties.
Voorbeelden: Pakkingen voor led-verlichtingsarmaturen voor buiten, afdichtingen voor industriële pompen, membranen voor drukkleppen en beschermkappen voor gevoelige apparatuur.
Temperatuurbestendigheid: Stabiel over een breed temperatuurbereik, meestal van -50°C tot +200°C, met speciale kwaliteiten die nog verder gaan.
Chemische en UV-stabiliteit: Bestand tegen water, ozon, UV-straling en een breed scala aan chemicaliën.
Lage compressie set: Onderdelen nemen hun oorspronkelijke vorm weer aan na langdurige compressie, waardoor ze uitstekend geschikt zijn voor afdichtingen en pakkingen.
⑤ Elektrische isolatie: Heeft een hoge diëlektrische sterkte.
versus thermoplastisch spuitgieten:
Het belangrijkste verschil is dat tussen thermoharders en thermoplasten. LSR heeft te maken met een chemische uithardingsreactie in een hete mal, terwijl thermoplasten smelten en stollen in een koele mal. LSR-onderdelen zijn flexibel en temperatuurbestendig, terwijl thermoplasten stijf en sterk zijn.
versus persen (met HCR):
Bij persgieten wordt meestal High Consistency Rubber (HCR) gebruikt, een kleiachtige vaste stof. Het is een langzamer, arbeidsintensiever proces met minder nauwkeurige materiaalcontrole, wat leidt tot meer materiaalverspilling en meer flash. LSR molding is geautomatiseerd, sneller, schoner en beter geschikt voor complexe geometrieën en productie in grote volumes.
Vloeibaar Siliconenrubber (LSR) Spuitgieten
Ontdek onze uitgebreide gids over spuitgieten van vloeibaar siliconenrubber (LSR). Leer meer over het kernproces, de materialen, de voordelen, de belangrijkste toepassingen in de medische sector en de auto-industrie, en de best practices van experts op het gebied van ontwerp.
Wat zijn de belangrijkste kenmerken en eigenschappen van LSR?
Wat is het kernproces van LSR-spuitgieten?
Wat zijn de belangrijkste overwegingen bij het spuitgieten van LSR?
Wat zijn de best practices voor het ontwerpen van LSR-onderdelen?
4. Benut de flexibiliteit van LSR voor ondersnijdingen: Eenvoudige ondersnijdingen kunnen vaak worden gegoten zonder complexe zijschuiven, omdat het flexibele onderdeel uit de matrijs kan worden “gepeld”. Bespreek complexe ondersnijdingsontwerpen met uw spuitgieter om de haalbaarheid te waarborgen.
5. Ontwerp voor goede ontluchting: Houd bij het ontwerpen van het onderdeel rekening met waar de laatste vulpunten zullen zijn. Dit zijn natuurlijke locaties voor ontluchtingen.
6. Voeg trekhoek toe: Hoewel LSR flexibel is, vereenvoudigt een trekhoek van minstens 1 graad het uitwerpen, verkort de cyclustijd en minimaliseert de spanning op het onderdeel tijdens verwijdering.
Wat zijn veelvoorkomende problemen bij het spuitgieten van LSR en wat zijn de oplossingen?
| Probleem | Beschrijving | Veel voorkomende oorzaken | Oplossingen |
|---|---|---|---|
| Braamvorming | Een dunne, ongewenste LSR-film op het onderdeel langs de deellijn. | 1. Slechte matrijsafdichting. 2. Overmatige injectiedruk/-snelheid. 3. Onvoldoende sluitkracht. | 1. Verbeter de precisie van het matrijsgereedschap. 2. Verlaag de injectiedruk. 3. Verhoog de sluittonnage van de machine. |
| Luchtvallen | Luchtbellen of lege zakken in het onderdeel. | 1. Onvoldoende matrijsontluchting. 2. Turbulente materiaalstroom. 3. Ingesloten vocht. | 1. Voeg ontluchtingskanalen toe of vergroot ze op de laatst gevulde punten. 2. Optimaliseer de poortlocatie en de injectiesnelheid. 3. Zorg ervoor dat het materiaal droog is. |
| Kort schot | De matrijsholte is niet volledig gevuld, wat resulteert in een incompleet onderdeel. | 1. Onvoldoende materiaal geïnjecteerd. 2. Voortijdige uitharding. 3. Slechte ontluchting (tegendruk). | 1. Vergroot de doseerhoeveelheid. 2. Verlaag de matrijstemperatuur iets of verhoog de injectiesnelheid. 3. Verbeter de ontluchting. |
| Gootsteentekens | Depressies op het oppervlak, meestal tegenover dikke delen zoals ribben. | 1. Materiaalkrimp in dikke gebieden. 2. Onvoldoende nadruk. | 1. Ontwerp een uniforme wanddikte. 2. Optimaliseer de nadrukfase. 3. Hol dikke secties uit. |
| Falen van verlijming (overspuiten) | De LSR-laag komt los van het plastic of metalen substraat. | 1. Incompatibele materialen. 2. Oppervlakteverontreiniging (oliën, matrijslosmiddel). 3. Onvoldoende substraattemperatuur. | 1. Gebruik primers of oppervlaktebehandelingen (plasma/corona). 2. Zorg ervoor dat het substraat schoon is. 3. Gebruik compatibele materialen (bijv. P |
Wat zijn de gerelateerde technologieën en concepten?
Inzicht in deze eigenschappen is de sleutel tot het kiezen van de juiste LSR-kwaliteit voor jouw toepassing.
| Eigendom | Beschrijving en betekenis | Typisch bereik/waarde |
|---|---|---|
| Hardheid (Durometer) | Meet de weerstand van het materiaal tegen indrukking, wat de zachtheid of stevigheid aangeeft. Shore A is de standaardschaal voor | 5 tot 80 Shore A |
| Treksterkte | De maximale spanning die een materiaal kan weerstaan terwijl het wordt getrokken of uitgerekt voordat het breekt. Gemeten in megapascal (MP | 5 – 11 MPa |
| Rek bij breuk | De procentuele toename in lengte die een materiaal kan bereiken voordat het scheurt. Het geeft de flexibiliteit van het materiaal aan en | 200% – 900% |
| Scheursterkte | Meet de weerstand van het materiaal tegen het voortplanten van een scheur. Cruciaal voor onderdelen die tijdens gebruik ingekerfd of ingesneden kunnen worden. | 20 – 50 kN/m |
| Compressieset | Het percentage permanente vervorming dat overblijft nadat een materiaal gedurende een bepaalde tijd bij een specifieke temperatuur is samengedrukt | 10% – 25% (bij 150°C gedurende 22 uur) |
| Bedrijfstemperatuur | Het temperatuurbereik waarbinnen het materiaal zijn belangrijkste eigenschappen behoudt zonder te degraderen. | -50°C tot 200°C (-60°F tot 390°F) |
| Diëlektrische sterkte | Het vermogen van het materiaal om als elektrische isolator te fungeren, gemeten als de maximale spanning die het kan weerstaan vóór doorslag | ~20 kV/mm |
Het LSR spuitgietproces is een symfonie van precisie en controle. Hier volgt een stapsgewijs overzicht van de workflow:
1. Materiaaltoevoer: Het proces begint met twee afzonderlijke containers, doorgaans emmers van 20 liter of vaten van 200 liter, die deel A en deel B van het vloeibare silicone bevatten.
Succesvol LSR spuitgieten hangt af van zorgvuldige aandacht voor drie belangrijke aspecten: onderdeelontwerp, matrijsontwerp en materiaalselectie.
1. Ontwerpoverwegingen voor onderdelen:
① Wanddikte: Streef naar een uniforme wanddikte om een consistente uitharding te garanderen en inkepingen te vermijden. Overgangen tussen verschillende diktes moeten geleidelijk zijn.
② Scheidingslijn: De plaats waar de twee helften van de matrijs samenkomen. De plaatsing ervan is cruciaal voor de esthetiek, de matrijsfunctie en het voorkomen van flash.
③ Ontluchting: Vanwege de extreem lage viscositeit en de snelle injectiesnelheid van LSR kan lucht gemakkelijk ingesloten raken. Ontluchtingen zijn kleine kanalen (0.005mm – 0.02mm diep) die nauwkeurig in de scheidingslijn moeten worden gefreesd zodat lucht kan ontsnappen, maar de siliconen niet.
④ Trekhoeken: Een lichte taps toelopende hoek (1-2 graden) op verticale wanden wordt aanbevolen om het gemakkelijk uitwerpen van het onderdeel uit de matrijs te vergemakkelijken.
2. Overwegingen bij het vormontwerp:
① Koudkanaalsysteem: In tegenstelling tot heetkanaalsystemen voor thermoplasten maken LSR-matrijzen vaak gebruik van een koudkanaalsysteem. De kanalen die het materiaal naar de holtes leiden, worden koel gehouden om te voorkomen dat de LSR uithardt voordat het het onderdeel bereikt. Dit minimaliseert materiaalverspilling.
Volg deze richtlijnen om onderdelen te maken die geoptimaliseerd zijn voor maakbaarheid en prestaties.
1. Handhaaf een uniforme wanddikte: De ideale wanddikte voor LSR-onderdelen ligt doorgaans tussen 0.5mm en 3mm. Uniformiteit voorkomt ongelijkmatige krimp en interne spanningen.
2. Gebruik ruime radii: Vermijd scherpe interne hoeken. Het toevoegen van een radius (ten minste 0,5x de wanddikte) verbetert de materiaalstroom, vermindert spanningsconcentratie en verhoogt de scheursterkte van het onderdeel.
3. Plaats scheidingslijnen strategisch: Werk samen met uw spuitgieter om de scheidingslijn op een niet-kritisch of verborgen oppervlak te plaatsen om de esthetische impact ervan te minimaliseren.
1. Upstream technologieën:
① Siliconenchemie (additie-uitharding versus peroxide-uitharding): LSR gebruikt een platinum-gekatalyseerd additie-uithardingssysteem. Dit proces is zeer schoon, snel en produceert geen bijproducten. Dit is superieur aan de peroxide-uithardingssystemen die voor sommige HCR's worden gebruikt, die residuen kunnen achterlaten en een grondiger na-uithardingsproces vereisen.
② CAD/CAM: Computer-Aided Design (CAD)-software wordt gebruikt om het 3D-model van het onderdeel te ontwerpen. Computer-Aided Manufacturing (CAM)-software vertaalt dit ontwerp vervolgens naar instructies voor de machines die de mal zullen bouwen.
③ Matrijzenbouw (CNC & EDM): De hoogprecieze stalen matrijzen voor LSR worden vervaardigd met CNC (Computer Numerical Control) verspaning voor de algemene vormgeving en EDM (Electrical Discharge Machining) voor het creëren van fijne details, scherpe hoeken en complexe texturen die moeilijk te frezen zijn.
2. Downstreamprocessen:
① Na-uitharding: Hoewel LSR volledig uithardt in de matrijs, ondergaan sommige onderdelen, vooral voor medische en voedselcontacttoepassingen, een na-uithardingsstap. Hierbij worden de onderdelen enkele uren in een oven verhit om eventuele resterende vluchtige organische stoffen (VOS) te verdrijven en maximale stabiliteit en inertheid te garanderen.
2. Doseren en meten: Een gespecialiseerde doseereenheid op de gietmachine gebruikt pompen om de A- en B-componenten uit hun containers te trekken in een nauwkeurige verhouding van 1:1 op volume. Als er kleur nodig is, wordt een derde stroom kleurpasta nauwkeurig in het systeem gedoseerd.
3. Mengen: De A- en B-componenten (en eventuele kleurstof) worden in een statische menger gestuwd. Dit apparaat bevat een reeks spiraalvormige elementen die de materiaalstromen herhaaldelijk verdelen en opnieuw combineren, wat zorgt voor een perfect homogeen mengsel zonder warmte of lucht te introduceren.
4. Injectie: De gemengde, ongeharde LSR wordt in de injectiecilinder gevoerd, die watergekoeld is om voortijdige uitharding te voorkomen. Een schroef of plunjer injecteert vervolgens een nauwkeurige “shot” van het materiaal via een gekoelde nozzle en aanspuitsysteem in de verwarmde matrijsholtes.
5. Uitharden (vulkanisatie): De matrijs wordt verwarmd tot een temperatuur tussen 150°C en 200°C (300°F – 390°F). Deze intense hitte start de platina-gekatalyseerde vernettingsreactie. De vloeibare siliconen transformeert snel in een vast, elastisch rubberen onderdeel in slechts 20-60 seconden.
6. Ontvormen en uitwerpen: Zodra het uitharden voltooid is, opent de matrijs. Dankzij de flexibiliteit van LSR kunnen onderdelen vaak zelfs met ondersnijdingen worden verwijderd, soms geholpen door uitwerppennen of robotautomatisering. De volgende cyclus begint onmiddellijk.
② Ingang: Het punt waar materiaal de holte binnenkomt. De locatie en grootte van de ingang moeten worden geoptimaliseerd om een soepele, gelijkmatige vulling te garanderen en cosmetische onvolkomenheden op het uiteindelijke onderdeel te vermijden.
③ Malafdichting: De malhelften moeten perfect afdichten om te voorkomen dat de LSR met lage viscositeit ontsnapt, wat flash veroorzaakt. Dit vereist een uitzonderlijk nauwkeurige bewerking van de malcomponenten.
3. Overwegingen bij de materiaalselectie:
① Hardheid: Stem de durometer af op de behoefte van de toepassing aan flexibiliteit of stijfheid.
② Omgeving: Wordt het onderdeel blootgesteld aan chemicaliën, UV-licht of extreme temperaturen? Selecteer dienovereenkomstig een standaard-, fluorsiliconen- of andere speciale kwaliteit.
③ Wettelijke vereisten: Vereist de toepassing conformiteit met medische (USP Class VI) of voedselveilige (FDA) normen?
② Cryogeen ontbramen: Voor toepassingen die perfecte, braamvrije randen vereisen, kunnen onderdelen in vloeibare stikstof worden getuimeld. De extreme kou maakt de dunne braam broos, waardoor deze schoon afbreekt terwijl het hoofdlichaam van het onderdeel flexibel en onbeschadigd blijft.
③ Montage en automatisering: Afgewerkte LSR-onderdelen worden vaak geïntegreerd in grotere assemblages. De consistentie en precisie van spuitgieten maken ze ideaal voor geautomatiseerde montagelijnen.
3. Alternatieve en aanverwante processen:
① Siliconen compressie- en transfergieten: Deze processen gebruiken High Consistency Rubber (HCR) en zijn beter geschikt voor productie met lagere volumes, eenvoudigere geometrieën of zeer grote onderdelen. Ze zijn over het algemeen langzamer en minder nauwkeurig dan LSR-gieten.
② 3D printen met siliconen: Een opkomende technologie die snelle prototyping en de creatie van zeer complexe, op maat gemaakte onderdelen mogelijk maakt zonder dat gereedschap nodig is. Hoewel het momenteel trager en duurder is voor massaproductie, is het een uitstekend hulpmiddel voor ontwerpvalidatie en productie in kleine oplagen.
