Insights sobre a moldagem por compressão de borracha de silicone
Domine as técnicas de moldagem por compressão de borracha de silicone para criar produtos duradouros e de alta qualidade. Explore as dicas e benefícios do processo. Saiba mais hoje!
O guia completo para a moldagem por compressão de borracha de silicone
O que é a moldagem por compressão de borracha de silicone?
A moldagem por compressão de borracha de silicone é um processo de fabrico termoendurecido utilizado para criar peças tridimensionais a partir de borracha de silicone. O princípio fundamental envolve a colocação de uma pré-forma de borracha de silicone de alta consistência (HCR) não curada, pesada e moldada com precisão, numa cavidade de molde aquecida. De seguida, uma prensa hidráulica fecha o molde, aplicando uma pressão imensa (normalmente 1.000 a 2.000 PSI). Esta pressão força o silicone maleável a fluir e a preencher todos os pormenores da cavidade do molde.
A combinação de calor e pressão sustentados dá início a uma reação química denominada vulcanização ou cura. Este processo irreversível liga as cadeias de polímeros no interior do silicone, transformando-o de um material maleável, semelhante a uma massa, numa peça de borracha sólida, estável e elástica. Após um determinado tempo de cura, a prensa abre-se e a peça acabada é ejectada.
Classificação e tipos de moldagem por compressão
Embora o princípio fundamental permaneça o mesmo, a moldagem por compressão pode ser classificada com base em vários factores, revelando a sua adaptabilidade a diferentes necessidades de produção.
1. Classificação por variação de processo:
Moldagem por compressão padrão: O tipo mais comum, como descrito acima, em que a pré-forma é colocada diretamente na cavidade principal do molde.
Moldagem por transferência: Um processo intimamente relacionado em que a pré-forma é colocada numa câmara separada (o "pote") acima da cavidade do molde. Um êmbolo empurra o material aquecido através de canais ("sprues" e "runners") para a cavidade fechada. Este método é frequentemente utilizado para peças mais complexas ou para inserções de sobremoldagem, uma vez que oferece um melhor controlo do fluxo de material e reduz o fulgor.
Moldagem por injeção e compressão: Um método híbrido que combina caraterísticas da moldagem por compressão e da moldagem por injeção, normalmente utilizado para aplicações específicas de grande volume que exigem precisão.
2. Classificação por forma do material:
O material de silicone em bruto é preparado em diferentes formas antes da moldagem:
Pré-formulários: O método mais comum, em que o composto de silicone não curado é cortado, extrudido ou moldado numa forma e peso específicos (por exemplo, um disco, tira ou folha) para se aproximar do volume da peça final.
Composto a granel: Para algumas aplicações, uma quantidade medida do composto de silicone em bruto, não formado, é colocada diretamente no molde.
3. Classificação por nível de automatização:
Manual/Semi-Automático: Um operador é responsável pelo carregamento da pré-forma, pelo início do ciclo de prensagem e pela remoção manual da peça acabada e de qualquer flash associado. Isto é comum para tiragens de baixo volume e peças grandes.
Totalmente automático: Os sistemas robóticos tratam do carregamento de material, da ejeção de peças e, por vezes, até da remoção do revestimento, tornando-os adequados para a produção de maior volume de componentes mais pequenos.
Cenários de aplicação e casos de utilização típicos
A combinação das propriedades materiais do silicone e a rentabilidade da moldagem por compressão fazem dele um elemento básico em numerosos sectores.
① Indústria automóvel: Essencial para criar vedantes robustos, juntas e O-rings que têm de suportar temperaturas extremas, fluidos do motor e vibrações constantes. Os exemplos incluem juntas da tampa da válvula, botas de vela de ignição e casquilhos de amortecimento de vibrações.
② Medicina e cuidados de saúde: A biocompatibilidade do silicone de qualidade médica é fundamental. A moldagem por compressão é utilizada para tapetes cirúrgicos, máscaras respiratórias reutilizáveis, diafragmas para bombas médicas, rolhas para frascos e vedantes para equipamento de diagnóstico.
③ Bens de consumo: Amplamente utilizado para produtos flexíveis, duráveis e seguros para alimentos. Exemplos comuns incluem assadeiras de silicone, espátulas, tabuleiros para cubos de gelo, braceletes flexíveis para relógios e caixas de proteção para produtos electrónicos.
④ Eletrónica e eletricidade: As excelentes propriedades dieléctricas do silicone tornam-no ideal para isoladores eléctricos, vedantes de conectores e juntas para caixas exteriores que protegem os componentes electrónicos sensíveis da humidade e do pó. Os teclados condutores de silicone são também uma aplicação importante.
⑤ Industrial e aeroespacial: Utilizado para aplicações pesadas que requerem vedantes de alto desempenho, diafragmas de bombas, juntas industriais e suportes de choque que funcionam de forma fiável em condições de funcionamento difíceis.
Comparação das vantagens e desvantagens
Todos os processos de fabrico têm contrapartidas. Aqui está uma análise equilibrada da moldagem por compressão de silicone.
1. Principais vantagens:
① Baixos custos de ferramentas: Os moldes para moldagem por compressão são mais simples em termos de conceção do que os moldes para moldagem por injeção. Não requerem sistemas complexos de canais e portas, reduzindo significativamente o investimento inicial em ferramentas. Isto torna-os muito atractivos para a criação de protótipos e para a produção de volumes baixos a médios.
② Ideal para peças grandes e volumosas: O processo é excelente para produzir peças de grande formato, como juntas ou tapetes de grandes dimensões, que seriam proibitivamente difíceis ou dispendiosas de criar com moldagem por injeção.
③ Excelente versatilidade de materiais: É perfeitamente adequado para a borracha de alta consistência (HCR), que tem uma viscosidade muito elevada (consistência de massa). A colocação direta do material no molde minimiza o stress e a degradação, preservando as propriedades do material.
④ Desperdício mínimo de material (dos corredores): Uma vez que o material é colocado diretamente na cavidade, não existem sprues ou canais, que são uma fonte primária de desperdício na moldagem por injeção. Embora seja criado um flash, o desperdício de material é geralmente menor.
⑤ Económica para volumes baixos a médios: A combinação de custos de ferramentas mais baixos e de uma configuração mais simples faz com que seja a escolha mais económica para séries de produção que não justificam o elevado custo das ferramentas de moldagem por injeção.
2. Principais desvantagens:
① Tempos de ciclo mais longos: O processo de cura é o passo que consome mais tempo e pode demorar vários minutos por ciclo, dependendo da espessura da peça. Isto torna-o significativamente mais lento do que a moldagem por injeção de LSR, que tem tempos de ciclo medidos em segundos.
② Custos laborais mais elevados: O processo é muitas vezes trabalhoso, exigindo o carregamento manual de pré-formas, a desmoldagem de peças e uma operação secundária de desbobinagem. Isto pode aumentar o custo por peça em cenários de grande volume.
③ Complexidade geométrica limitada: Não é adequado para peças com pormenores muito intrincados, paredes finas ou cortes inferiores complexos. O material de alta viscosidade não flui tão facilmente para as micro-peças como a borracha de silicone líquida.
④ Geração Flash: É quase impossível evitar a criação de flash - uma fina película de material em excesso que é espremida para fora na linha de separação do molde. Este flash tem de ser removido numa operação secundária (corte ou remoção criogénica de flash), o que aumenta o tempo e o custo.
⑤ Coerência entre partes: Depende em grande medida da colocação exacta da pré-forma por um operador. As variações na colocação podem levar a ligeiras inconsistências na espessura da parede ou nas dimensões da peça, em comparação com a natureza altamente repetível da moldagem por injeção.
3. Comparação com a moldagem por injeção de borracha de silicone líquida (LSR):
Caraterística | Moldagem por compressão de silicone | Moldagem por injeção de borracha de silicone líquida (LSR) |
---|---|---|
Material utilizado | Borracha de alta consistência (HCR/HTV) | Borracha de silicone líquida (LSR) |
Custo das ferramentas | Baixa | Elevado |
Tempo de ciclo | Longo (minutos) | Rápido (segundos) |
Volume de produção | Ideal para Baixa a média Volume | Ideal para Elevado Volume |
Complexidade da peça | Bom para peças simples a moderadamente complexas | Excelente para peças intrincadas e complexas com detalhes finos |
Custo do trabalho | Elevado (frequentemente manual) | Baixa (altamente automatizado) |
Flash | Significativo, necessita de ser aparado | Mínimo ou nenhum flash com ferramentas de precisão |
Melhor para | Peças grandes, protótipos, ferramentas de baixo custo | Peças pequenas a médias, tolerâncias apertadas, tiragens de grande volume |
Principais caraterísticas e propriedades do silicone moldado por compressão
As peças fabricadas por moldagem por compressão herdam as excelentes propriedades da borracha de silicone de vulcanização a alta temperatura (HTV) utilizada.
① Estabilidade térmica excecional: As qualidades padrão têm um desempenho fiável numa vasta gama de temperaturas, normalmente de -55°C a +230°C (-67°F a +446°F). As qualidades especiais podem alargar ainda mais estes limites.
② Excelente resistência ambiental e química: O silicone é altamente resistente ao ozono, à radiação UV, à humidade e às intempéries, o que o torna ideal para aplicações no exterior. Também resiste a muitos óleos, solventes e produtos químicos, embora a compatibilidade específica deva ser sempre verificada.
③ Biocompatibilidade superior: Os silicones de qualidade médica não são tóxicos, são hipoalergénicos e não favorecem o crescimento microbiano. Podem ser esterilizados através de vários métodos (autoclave, EtO, radiação gama) e estão certificados para contacto com a pele (USP Classe VI) e até mesmo para implantação.
④ Elevado isolamento elétrico: A borracha de silicone possui uma elevada resistência dieléctrica e resistividade volumétrica, o que a torna uma escolha de primeira linha para isoladores e conectores eléctricos.
⑤ Propriedades personalizáveis: O silicone de base pode ser composto com aditivos para obter propriedades específicas, tais como retardamento de chama melhorado (UL 94 V-0), condutividade eléctrica (através da adição de partículas de carbono ou metal) ou uma vasta gama de cores.
⑥ Durabilidade mecânica: O silicone oferece um excelente equilíbrio entre resistência à tração, alongamento e resistência ao rasgamento. É altamente flexível e tem uma excelente resistência à compressão, o que significa que regressa à sua forma original depois de ser comprimido. A dureza pode ser especificada numa vasta gama, normalmente de 20 a 80 durómetros Shore A.
Fluxo de trabalho do processo principal: Uma análise passo a passo
O processo de moldagem por compressão é um fluxo de trabalho sistemático que deve ser controlado com precisão para garantir a qualidade e a repetibilidade.
① Composição e preparação de materiais: O processo começa com goma de silicone HTV em bruto. Esta é misturada com um agente de cura (normalmente um catalisador à base de peróxido), cargas de reforço (como a sílica pirogénica), pigmentos para a cor e quaisquer outros aditivos necessários num moinho de dois rolos ou num misturador interno. O composto final é então transformado numa pré-forma com uma forma específica e um peso preciso.
② Preparação do molde: O molde de aço é cuidadosamente limpo para remover quaisquer resíduos de ciclos anteriores. É frequentemente aplicado um agente de libertação do molde nas superfícies da cavidade para evitar que a peça curada fique colada, facilitando a desmoldagem.
③ Aquecimento de moldes: Ambas as metades do molde são aquecidas a uma temperatura precisa e uniforme, normalmente entre 150°C e 200°C (300°F e 392°F). Esta temperatura é fundamental para iniciar e concluir o processo de vulcanização de forma eficiente.
④ Carregando a pré-forma de silicone: Com a prensa aberta, um operador coloca cuidadosamente a pré-forma de silicone, previamente pesada, na metade inferior da cavidade do molde aquecido. A colocação é estratégica para garantir que, quando o molde fecha, o material flui para preencher todas as áreas e empurra o ar para fora através das aberturas.
⑤ Fecho e compressão do molde: A prensa hidráulica fecha-se, juntando as duas metades do molde. É aplicada uma pressão de aperto elevada, forçando o silicone agora amolecido a fluir e a adaptar-se à forma da cavidade.
⑥ Cura (Vulcanização): A peça é mantida sob calor e pressão durante um tempo de cura pré-determinado. Este tempo pode variar de 1 a mais de 10 minutos, dependendo da espessura da peça, da formulação do silicone e da temperatura do molde. Durante esta fase, ocorre a reação de termoendurecimento, fixando permanentemente a forma da peça.
⑦ Desmoldagem: Quando o ciclo de cura estiver concluído, a prensa abre-se. O operador retira então cuidadosamente a peça acabada do molde. Isto pode ser feito manualmente ou com a ajuda de jactos de ar comprimido ou de pinos ejectores mecânicos incorporados no molde.
⑧ Pós-processamento: A peça raramente é acabada logo a partir do molde.
- Desfazer a intermitência: O excesso de rebarba à volta da linha de separação é cortado manualmente com uma lâmina, através de uma remoção de rebarba criogénica (congelamento das peças para tornar a rebarba quebradiça) ou através de um corte de precisão.
- Pós-cura: Muitas peças de elevado desempenho são submetidas a um processo secundário de pós-cura. São colocadas num forno de circulação de ar quente durante várias horas (por exemplo, 4 horas a 200°C) para remover quaisquer subprodutos residuais da cura com peróxido e para estabilizar e melhorar as propriedades físicas finais do material.
Moldagem por compressão de borracha de silicone: Um guia completo
Explore o processo completo de moldagem por compressão de borracha de silicone no nosso guia detalhado.
O guia completo para a moldagem por compressão de borracha de silicone
Considerações fundamentais na conceção e fabrico
O sucesso da moldagem por compressão depende de uma atenção cuidadosa a vários factores críticos.
① Seleção de materiais: Esta é a primeira e mais importante decisão. A escolha do tipo de silicone deve basear-se nos requisitos da aplicação em termos de dureza (durómetro), gama de temperaturas, resistência química, cor e quaisquer certificações especiais (por exemplo, FDA, USP Classe VI).
② Conceção e controlo da pré-forma: O peso da pré-forma deve ser extremamente exato. Demasiado pouco material resulta num "tiro curto" (uma peça incompleta), enquanto que demasiado material cria um flash excessivo e difícil de remover. A forma e a colocação da pré-forma também são fundamentais para garantir um fluxo de material adequado e evitar a retenção de ar.
③ Controlo dos parâmetros do processo: O "triângulo de ferro" da temperatura, da pressão e do tempo deve ser rigorosamente controlado e optimizado para cada peça específica e combinação de materiais para obter resultados consistentes.
④ Conceção e construção de moldes: Um molde bem concebido é essencial. Os principais elementos de conceção incluem a localização da linha de partição, a inclusão de ângulos de inclinação suficientes para facilitar a remoção da peça, uma ventilação eficaz para permitir a saída do ar retido e a qualidade do aço para ferramentas e do acabamento da superfície.
Melhores práticas de conceção e implementação
Seguir os princípios estabelecidos de design para fabrico (DFM) para moldagem por compressão pode evitar erros dispendiosos e melhorar a qualidade da peça final.
Melhores práticas para a conceção de peças:
① Manter a espessura uniforme da parede: Variações drásticas na espessura da parede podem levar a uma cura desigual, tensões internas e potencial deformação. O objetivo é obter uma espessura tão uniforme quanto possível.
② Incorporar raios e filetes generosos: Os cantos internos afiados são pontos de concentração de tensão e podem impedir o fluxo de material. Utilize cantos arredondados e filetes para melhorar a durabilidade e o enchimento do molde.
③ Utilize ângulos de inclinação adequados: Um ângulo de inclinação é um ligeiro afunilamento aplicado a paredes verticais. Normalmente, recomenda-se uma inclinação de 1 a 3 graus para permitir que a peça seja retirada do molde sem danos.
④ Planear a linha de separação: O local onde as duas metades do molde se encontram (a linha de separação) deixará sempre uma marca de testemunho e é onde se formará o flash. Posicione-a numa superfície não crítica ou menos visível da peça.
⑤ Especificar tolerâncias realistas: A moldagem por compressão é menos precisa do que a moldagem por injeção. Compreenda as suas limitações e especifique as tolerâncias que podem ser alcançadas pelo processo para evitar custos desnecessários.
Problemas e soluções comuns na produção
Mesmo com uma peça bem concebida, podem surgir problemas durante a produção. Aqui estão os problemas mais comuns e os passos para a sua resolução.
Problema | Causas potenciais | Soluções e estratégias de atenuação |
---|---|---|
Curtas-metragens / Não preenchimentos (Parte Incompleta) | - Material insuficiente (pré-forma com peso insuficiente) - Cura prematura (queimadura) - Ar retido que impede o fluxo de material - Pressão de moldagem insuficiente | - Verificar o peso da pré-forma; aumentar se necessário. - Otimizar a colocação da pré-forma para um melhor fluxo. - Baixar ligeiramente a temperatura do molde ou reduzir o tempo antes da aplicação da pressão. - Verificar e limpar os respiradouros de bolor; acrescentar respiradouros, se necessário. |
Flash excessivo | - Demasiado material (excesso de peso na pré-forma) - Força de aperto insuficiente da prensa - As faces da linha de separação do molde estão gastas ou danificadas - A temperatura do molde é demasiado elevada, reduzindo demasiado a viscosidade | - Reduzir o peso da pré-forma para a especificação pretendida. - Aumentar a pressão de aperto da prensa. - Inspecionar o molde quanto ao desgaste e efetuar a manutenção/reparação. - Baixar ligeiramente a temperatura do molde. |
Armadilhas de ar / Vazios / Porosidade | - Colocação incorrecta da pré-forma, aprisionando o ar - Ventiladores de bolor inadequados ou obstruídos - Humidade na massa de silicone - Cura do material antes que o ar possa sair | - Alterar a forma da pré-forma ou a sua posição no molde. - "Bater" a prensa (abrir e fechar rapidamente) no início do ciclo para deixar sair o ar. - Certifique-se de que as aberturas de ventilação estão limpas e corretamente dimensionadas. - Pré-aquecer ou secar o material se houver suspeita de humidade. |
Bolhas ou borbulhas na superfície da peça | - Subpolimerização (os gases ainda estão a evoluir quando a peça é desmoldada) - Subprodutos voláteis retidos | - Aumentar o tempo de cura ou a temperatura de cura. - Assegurar que é efectuado um ciclo de pós-cura adequado. - Melhorar a ventilação do bolor. |
Parte "Aderir ao molde | - Agente de libertação do molde inadequado ou desgastado - Superfície da cavidade do molde rugosa ou danificada - Subpolimerização, deixando a peça "pegajosa" | - Estabelecer um calendário consistente para a limpeza e reaplicação do agente de libertação de moldes. - Polir a cavidade do molde até obter um acabamento liso. - Verificar os parâmetros de cura e aumentar o tempo de cura, se necessário. |
Ajuda à decisão: Compressão vs. Moldagem por Injeção LSR
Utilize este guia rápido para ajudar a decidir qual o processo que melhor se adequa ao seu projeto:
1. Escolha a moldagem por compressão de silicone se:
① Seu volume de produção é baixo a médio (por exemplo, centenas a alguns milhares de peças).
② Sua peça é grande, grossa ou tem uma geometria simples a moderada.
③ O seu orçamento de ferramentas é uma restrição primária.
④ Encontra-se na fase de protótipo ou de lançamento inicial.
⑤ O material necessário é um composto HTV/HCR de elevado grau de dureza ou especializado.
2. Escolha a Moldagem por Injeção LSR se:
① Seu volume de produção é alto (por exemplo, dezenas de milhares a milhões de peças).
② Sua peça é pequena, tem paredes finas ou uma geometria complexa com detalhes intrincados.
③ O tempo de ciclo e o custo por peça em alto volume são os principais fatores.
④ Exige tolerâncias extremamente apertadas e elevada consistência peça a peça.
⑤ O processo precisa ser totalmente automatizado com o mínimo de mão de obra.
Tecnologias e conceitos relacionados
① Moldagem por injeção de borracha de silicone líquida (LSR): Tal como referido, esta é a principal alternativa de grande volume. Utiliza um material líquido de dois componentes que é automaticamente misturado e injetado num molde, oferecendo ciclos muito rápidos e elevada precisão.
② Moldagem por transferência de silicone: Uma ponte entre a moldagem por compressão e a moldagem por injeção. Proporciona um melhor controlo do que a moldagem por compressão normal e é excelente para a sobremoldagem de componentes electrónicos ou inserções metálicas, uma vez que o material flui para o molde de forma mais suave.
③ Extrusão de silicone: Um processo contínuo utilizado para criar perfis lineares, tais como tubos, cordas, tiras e formas complexas de secções transversais. O silicone é empurrado através de uma matriz para formar o perfil e é depois curado em linha.
④ Calandragem de silicone: Um processo para produzir folhas contínuas de borracha de silicone com uma espessura exacta. O composto de silicone é passado através de uma série de rolos aquecidos que o pressionam até formar uma folha fina e uniforme.
⑤ Borracha de elevada consistência (HCR): Também conhecido como silicone HTV (High-Temperature Vulcanizing), é a matéria-prima para a moldagem por compressão. Tem uma viscosidade elevada e uma consistência semelhante a massa de vidraceiro ou massa, exigindo moinhos ou misturadores para o processamento. É diferente do LSR de baixa viscosidade e bombeável.
⑥ Vulcanização: O processo químico fundamental que confere ao silicone as suas propriedades finais de borracha. Pode ser iniciado por diferentes sistemas de catalisadores:
⑦ Cura com peróxido: Um sistema comum e económico utilizado na moldagem por compressão. Pode deixar subprodutos ácidos que são removidos durante uma pós-cura.
⑧ Platinum-Cure (cura por adição): Um sistema mais limpo que não produz subprodutos, frequentemente utilizado para LSR e aplicações médicas de alta pureza. É mais sensível à contaminação.
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