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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.
What are the Factors Affecting the Warpage Deformation of Injection Molded Products?
Warpage in injection molded products is influenced by various factors, which affect the final quality and functional performance of the products. Warpage is primarily influenced by mold design, material selection,
How to Reduce the Cost of Injection Molded Products?
Reducing the cost of injection molded products requires strategic material selection, optimized mold design, and efficient production processes to minimize waste and maximize efficiency. To reduce injection molding costs, focus
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