O guia completo para a moldagem por compressão de borracha de silicone
O guia completo para a moldagem por compressão de borracha de silicone
- Considerações fundamentais na conceção e fabrico
- Melhores práticas de conceção e implementação
- Problemas e soluções comuns na produção
- Ajuda à decisão: Compressão vs. Moldagem por Injeção LSR
- Tecnologias e conceitos relacionados
O que é a moldagem por compressão de borracha de silicone?
Classificação e tipos de moldagem por compressão
Cenários de aplicação e casos de utilização típicos
A combinação das propriedades do silicone enquanto material com a relação custo-eficácia da moldagem por compressão torna-o num elemento básico em inúmeros setores.
⑤ Industrial e aeroespacial: Utilizado em aplicações de serviço pesado que exigem vedantes de elevado desempenho, diafragmas de bombas, juntas industriais e apoios antivibração que funcionam de forma fiável em condições de operação adversas.
Comparação das vantagens e desvantagens
Principais caraterísticas e propriedades do silicone moldado por compressão
⑥ Durabilidade mecânica: o silicone oferece um ótimo equilíbrio de resistência à tração, alongamento e resistência ao rasgamento. É altamente flexível e tem uma excelente resistência ao conjunto de compressão, o que significa que regressa à sua forma original após ser comprimido. A dureza pode ser especificada numa ampla gama, normalmente de 20 a 80 Shore A durómetro.
Fluxo de trabalho do processo principal: Uma análise passo a passo
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 Indústria automóvel: Essencial para criar vedantes, juntas e O-rings robustos que têm de resistir a temperaturas extremas, fluidos do motor e vibração constante. Os exemplos incluem juntas da tampa das válvulas, coberturas de velas de ignição e buchas de amortecimento de vibração.
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 têm uma conceção mais simples em comparação com os de moldagem por injeção. Não exigem sistemas complexos de canais e gitos, reduzindo significativamente o investimento inicial em ferramentas. Isto torna-o muito atrativo para a prototipagem e a produção de baixo a médio volume.
② Ideal para peças grandes e volumosas: O processo destaca-se na produção de peças de grande formato, como juntas ou tapetes de grandes dimensões, que seriam proibitivamente difíceis ou caros de criar por moldagem por injeção.
③ Excelente versatilidade de material: É perfeitamente adequado para a Borracha de Alta Consistência (HCR), que tem uma viscosidade muito elevada (consistência semelhante a massa). A colocação direta do material no molde minimiza a tensão e a degradação, preservando as propriedades do material.
④ Desperdício mínimo de material (dos canais de alimentação): Uma vez que o material é colocado diretamente na cavidade, não há gitos nem canais de alimentação, que são uma fonte primária de desperdício na moldagem por injeção. Embora se crie flash, no geral há frequentemente menos desperdício de material.
⑤ Rentável para volumes baixos a médios: A combinação de custos de ferramentas mais baixos e uma configuração mais simples torna-a 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 a etapa mais demorada e pode levar vários minutos por ciclo, consoante a espessura da peça. Isto torna-o significativamente mais lento do que a moldagem por injeção de LSR, cujos tempos de ciclo se medem em segundos.
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 volume baixo a médio | 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 | Alto (muitas vezes manual) | Baixo (altamente automatizado) |
| Clarão | 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 |
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: Os graus padrão têm um desempenho fiável numa vasta gama de temperaturas, normalmente de -55°C a +230°C (-67°F a +446°F). Os graus especiais podem alargar ainda mais estes limites.
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 do material: 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 sílica pirogénica), pigmentos para a cor e quaisquer outros aditivos necessários num misturador de dois rolos ou num misturador interno. O composto final é depois processado numa pré-forma de formato específico e peso preciso.
② Preparação do molde: O molde de aço é limpo cuidadosamente para remover quaisquer resíduos de ciclos anteriores. É frequentemente aplicado um agente desmoldante nas superfícies da cavidade para evitar que a peça curada fique presa, facilitando a desmoldagem.
③ Aquecimento do molde: Ambas as metades do molde são aquecidas até uma temperatura precisa e uniforme, normalmente entre 150°C e 200°C (300°F a 392°F). Esta temperatura é crítica para iniciar e concluir o processo de vulcanização de forma eficiente.
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.
1. Classificação por variação de processo:
Moldagem por compressão padrão: O tipo mais comum, conforme descrito acima, em que a pré-forma é colocada diretamente na cavidade principal do molde.
Moldagem por transferência: um processo estreitamente 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 dentro da cavidade fechada. É frequentemente utilizado em peças mais complexas ou para sobremoldagem de insertos, pois oferece melhor controlo do fluxo de material e reduz a rebarba.
Moldagem por compressão-injeção: Um método híbrido que combina caraterísticas da moldagem por compressão e por injeção, normalmente utilizado em 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-formas: O método mais comum, em que o composto de silicone não curado é cortado, extrudido ou formado numa forma e peso específicos (por exemplo, um disco, tira ou folha) para aproximar o volume da peça final.
Composto em massa: Para algumas aplicações, uma quantidade medida do composto de silicone bruto e não conformado é colocada diretamente no molde.
3. Classificação por nível de automatização:
Manual/Semiautomático: Um operador é responsável por carregar a pré-forma, iniciar o ciclo da prensa e remover manualmente a peça acabada e qualquer rebarba associada. Isto é comum em séries de baixo volume e peças grandes.
Totalmente automático: os sistemas robóticos tratam do carregamento de material, da ejeção das peças e, por vezes, até da remoção de rebarbas, tornando-o adequado para a produção de maior volume de componentes mais pequenos.
② Medicina e saúde: A biocompatibilidade do silicone de grau médico é fundamental. A moldagem por compressão é utilizada para tapetes cirúrgicos, máscaras respiratórias reutilizáveis, diafragmas para bombas médicas, rolhas para frascos e vedantes para equipamentos de diagnóstico.
③ Bens de consumo: Amplamente utilizado em produtos flexíveis, duráveis e seguros para alimentos. Exemplos comuns incluem formas de silicone, espátulas, cuvetes de gelo, braceletes de relógio flexíveis e capas de proteção para dispositivos eletrónicos.
④ Eletrónica e sistemas elétricos: As excelentes propriedades dieléctricas do silicone tornam-no ideal para isoladores elétricos, vedantes de conectores e juntas para caixas de exterior que protegem a eletrónica sensível da humidade e do pó. Os teclados de silicone condutor são também uma aplicação importante.
② Custos de mão de obra mais elevados: O processo é frequentemente intensivo em mão de obra, exigindo o carregamento manual de pré-formas, a desmoldagem das peças e uma operação secundária de rebarbagem. Isto pode aumentar o custo por peça em cenários de grande volume.
③ Complexidade geométrica limitada: Não é adequado para peças com detalhes muito intrincados, paredes finas ou contra-saídas complexas. O material de alta viscosidade não flui tão facilmente para as microcaraterísticas como a borracha de silicone líquida.
④ Geração de rebarba: É quase impossível evitar a formação de rebarba — uma película fina de material em excesso que é expelida na linha de separação do molde. Esta rebarba deve ser removida numa operação secundária (aparagem ou desrebarbagem criogénica), acrescentando tempo e custo.
⑤ Consistência entre peças: Depende fortemente da colocação precisa da pré-forma por um operador. As variações na colocação podem levar a ligeiras inconsistências na espessura das paredes ou nas dimensões das peças, em comparação com a natureza altamente repetível da moldagem por injeção.
② Excelente resistência ambiental e química: O silicone é altamente resistente ao ozono, à radiação UV, à humidade e ao envelhecimento, 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 grau médico são não tóxicos, hipoalergénicos e não favorecem o crescimento microbiano. Podem ser esterilizados por vários métodos (autoclave, EtO, radiação gama) e são certificados para contacto com a pele (USP Classe VI) e mesmo para implantação.
④ Elevado isolamento elétrico: A borracha de silicone possui uma elevada resistência dieléctrica e resistividade volúmica, o que a torna uma escolha de primeira linha para isoladores elétricos e conectores.
⑤ Propriedades personalizáveis: O silicone de base pode ser composto com aditivos para obter propriedades específicas, tais como retardância de chama reforçada (UL 94 V-0), condutividade elétrica (adicionando partículas de carbono ou metal), ou uma vasta gama de cores.
④ Carregamento da 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 expulsa o ar através dos respiradouros.
⑤ Fecho e compressão do molde: A prensa hidráulica fecha-se, juntando as duas metades do molde. É aplicada uma elevada pressão de fecho, 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 predeterminado. 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: assim que o ciclo de cura estiver concluído, a prensa abre. O operador remove então cuidadosamente a peça acabada do molde. Isto pode ser feito manualmente ou com a ajuda de jatos de ar comprimido ou pinos ejetores mecânicos integrados no molde.
⑧ Pós-processamento: a peça raramente está acabada logo à saída do molde.
• Remoção de rebarba: O excesso de rebarba em torno da linha de separação é removido manualmente com uma lâmina, através de remoção criogénica de rebarba (congelando as peças para tornar a rebarba quebradiça) ou por corte de precisão.
• Pós-cura: muitas peças de alto desempenho passam por um processo secundário de pós-cura. São colocadas num forno de ar quente com circulação durante várias horas (por exemplo, 4 horas a 200°C) para remover quaisquer subprodutos residuais da cura por 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.
Considerações fundamentais na conceção e fabrico
④ Conceção e construção do molde: Um molde bem concebido é essencial. Os elementos-chave de conceção incluem a localização da linha de partição, a inclusão de ângulos de inclinação suficientes para facilitar a remoção das peças, 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
Problemas e soluções comuns na produção
Ajuda à decisão: Compressão vs. Moldagem por Injeção LSR
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
O sucesso da moldagem por compressão depende de uma atenção cuidadosa a vários factores críticos.
① Seleção do material: Esta é a primeira e mais crucial decisão. A escolha do grau de silicone deve basear-se nos requisitos da aplicação em termos de dureza (durómetro), faixa de temperatura, resistência química, cor e quaisquer certificações especiais (por exemplo, FDA, USP Class VI).
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 uma espessura de parede uniforme: Variações drásticas na espessura da parede podem provocar uma cura desigual, tensões internas e potencial empeno. Procure obter uma espessura tão uniforme quanto possível.
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 |
|---|---|---|
| Injeções incompletas / Não preenchimentos (Parte Incompleta) | – Material insuficiente (pré-forma com peso abaixo do previsto) – Cura prematura (queima) – Ar aprisionado a impedir o fluxo do material – I | – Verifique o peso da pré-forma; aumente-o se necessário. – Otimize o posicionamento da pré-forma para um melhor fluxo. – Baixe a temperatura do molde |
| Flash excessivo | – Material em excesso (pré-forma com peso acima do previsto) – Força de fecho da prensa insuficiente – Faces da linha de partição do molde desgastadas | – Reduzir o peso da pré-forma para a especificação pretendida. – Aumentar a pressão de fecho da prensa. – Inspecionar o molde quanto a desgaste e |
| Armadilhas de ar / Vazios / Porosidade | – Colocação incorreta da pré-forma que aprisiona ar – Aberturas de ventilação do molde inadequadas ou obstruídas – Humidade no composto de silicone – Mate | – Alterar a forma da pré-forma ou a sua posição no molde. – “Sacudir” a prensa (abrir e fechar rapidamente) no início do ciclo |
| Bolhas ou borbulhas na superfície da peça | – Cura insuficiente (os gases continuam a libertar-se enquanto a peça é desmoldada) – Subprodutos voláteis aprisionados | – Aumentar o tempo de cura ou a temperatura de cura. – Garantir a realização de um ciclo de pós-cura adequado. – Melhorar a ventilação do molde. |
| Parte "Aderir ao molde | – Agente desmoldante inadequado ou desgastado – Superfície da cavidade do molde rugosa ou danificada – Cura insuficiente, deixando a peça “pegajosa | – Estabelecer um calendário consistente para a limpeza e a reaplicação do agente desmoldante. – Polir a cavidade do molde até obter uma superfície lisa |
(Parte Incompleta)
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.
① Moldagem por injeção de borracha de silicone líquida (LSR): Como referido, esta é a principal alternativa de alto volume. Utiliza um material líquido de dois componentes que é misturado automaticamente 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 padrão e é excelente para a sobremoldagem de componentes eletrónicos ou insertos metálicos, 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, como tubos, cordões, tiras e formas de secção transversal complexa. O silicone é empurrado através de uma matriz para formar o perfil e é depois curado em linha.
② Conceção e controlo da pré-forma: O peso da pré-forma deve ser extremamente preciso. Material a menos resulta numa "injeção incompleta" (uma peça incompleta), enquanto material a mais cria flash excessivo e difícil de remover. A forma e a colocação da pré-forma são também críticas para garantir um fluxo de material adequado e evitar o aprisionamento de ar.
③ Controlo dos parâmetros de processo: O "triângulo de ferro" de temperatura, pressão e tempo deve ser rigorosamente controlado e otimizado para cada combinação específica de peça e material, a fim de obter resultados consistentes.
② Incorpore raios e concordâncias generosos: Os cantos internos afiados são pontos de concentração de tensões e podem impedir o fluxo do material. Utilize cantos arredondados e concordâncias para melhorar a durabilidade e o enchimento do molde.
③ Utilize ângulos de inclinação adequados: Um ângulo de inclinação é uma ligeira conicidade aplicada às paredes verticais. Recomenda-se normalmente uma inclinação de 1 a 3 graus para permitir que a peça seja removida do molde sem danos.
④ Planeie a linha de partição: O local onde as duas metades do molde se encontram (a linha de partição) deixará sempre uma marca visível e é onde se formará o flash. Posicione-a numa superfície não crítica ou menos visível da peça.
⑤ Especifique tolerâncias realistas: A moldagem por compressão é menos precisa do que a moldagem por injeção. Compreenda as suas limitações e especifique tolerâncias que sejam alcançáveis para o processo, de modo a evitar custos desnecessários.
④ Calandragem de silicone: Um processo para produzir folhas contínuas de borracha de silicone com espessura precisa. O composto de silicone passa por uma série de rolos aquecidos que o prensam numa folha fina e uniforme.
⑤ Borracha de alta consistência (HCR): Também conhecida como silicone HTV (vulcanização a alta temperatura), é a matéria-prima para a moldagem por compressão. Tem uma viscosidade elevada e uma consistência semelhante a massa de vidraceiro ou massa de pão, exigindo moinhos ou misturadores para o seu processamento. É distinta do LSR bombeável de baixa viscosidade.
⑥ Vulcanização: o processo químico fundamental que confere ao silicone as suas propriedades finais de borracha. Pode ser iniciada por diferentes sistemas de catalisadores:
⑦ Cura por peróxido: um sistema comum e rentável utilizado na moldagem por compressão. Pode deixar subprodutos ácidos que são removidos durante uma pós-cura.
⑧ Cura por platina (cura por adição): um sistema mais limpo que não produz subprodutos, frequentemente utilizado para LSR e aplicações médicas de elevada pureza. É mais sensível à contaminação.
