O guia completo para a moldagem por extrusão de borracha de silicone
O guia completo para a moldagem por extrusão de borracha de silicone
- O que é a moldagem por extrusão de borracha de silicone?
- Classificações e tipos de extrusão de silicone
- Cenários de aplicação e casos de utilização típicos
- Quais são as vantagens da extrusão de silicone?
- Quais são as desvantagens e limitações da extrusão de silicone?
- Comparação com tecnologias alternativas
- Principais caraterísticas e propriedades do silicone extrudido
- O processo principal da moldagem por extrusão de silicone
- Parâmetros-chave e factores de influência no processo
- Guia de Conceção e Melhores Práticas para Extrusões de Silicone
- Problemas comuns na extrusão de silicone e como resolvê-los
- Tecnologias e conceitos relacionados
O que é a moldagem por extrusão de borracha de silicone?
② Química do polissiloxano: A borracha de silicone baseia-se numa estrutura de silício-oxigénio (Si-O) e não numa estrutura de carbono como a maioria das borrachas orgânicas. Esta estrutura química única é responsável pelas suas propriedades excepcionais, incluindo a estabilidade a altas temperaturas e a inércia química.
Classificações e tipos de extrusão de silicone
③ Perfis e formas de silicone: Secções transversais personalizadas e complexas, como tiras em P, vedantes em D, canais em U e outras juntas personalizadas.
④ Tiras e folhas de silicone: Perfis planos e retangulares que podem ser cortados à medida ou fornecidos em rolos contínuos.
Cenários de aplicação e casos de utilização típicos
⑥ Maquinaria industrial: utilizado em vedantes, juntas e tubagens duráveis numa vasta gama de equipamentos industriais, oferecendo um desempenho fiável sob elevado calor e exposição química.
Quais são as vantagens da extrusão de silicone?
⑥ Isolamento elétrico: o silicone é um isolante elétrico fantástico, o que o torna uma escolha primária para o revestimento de fios e cabos.
⑦ Elevado nível de personalização: o processo de extrusão permite produzir de forma eficiente perfis personalizados complexos e uma vasta gama de cores.
Quais são as desvantagens e limitações da extrusão de silicone?
Nenhum processo é perfeito. É importante estar ciente das limitações da extrusão de silicone.
④ Desafios de processamento: A natureza "pegajosa" do silicone não curado pode por vezes causar dificuldades de manuseamento e processamento. Também exige um ambiente de fabrico limpo, pois pode atrair pó e contaminantes.
⑤ Limitação de secção transversal constante: A extrusão está inerentemente limitada à produção de peças com uma secção transversal uniforme ao longo do seu comprimento. Caraterísticas como reentrâncias, espessuras de parede variáveis ou conectores integrados não são possíveis apenas com este processo.
Comparação com tecnologias alternativas
| Tecnologia | Principais pontos fortes | Melhor para | Principais pontos fracos |
|---|---|---|---|
| Extrusão de silicone | Excelente resistência térmica/ambiental, biocompatibilidade, produção contínua. | Vedantes, juntas, tubos e perfis com secções transversais constantes. | Menor resistência à abrasão, limitada a perfis 2D, custo de material mais elevado. |
| Extrusão de TPE | Custo mais baixo, boa resistência à abrasão, reciclável (termoplástico). | Vedantes automóveis, bens de consumo e aplicações onde o calor extremo não é um fator. | Gama de temperaturas significativamente mais baixa, menos resistente (maior compressão). |
| Moldagem por injeção de silicone | Cria peças 3D complexas, de alta precisão, excelentes para sobremoldagem. | Componentes 3D como botões, teclados, vedantes complexos e peças para dispositivos médicos. | Custo de ferramentas mais elevado, não é um processo contínuo, limitações de tamanho das peças. |
A moldagem por extrusão de borracha de silicone é um processo de fabrico de grande volume em que um composto de silicone não vulcanizado, especialmente formulado, é forçado, ou "extrudido", através de uma ferramenta de aço com forma chamada matriz. Esta ação forma um perfil contínuo com uma secção transversal constante, que é depois vulcanizado (curado) para estabilizar a sua forma e conferir as suas propriedades físicas finais.
A extrusão de silicone pode ser classificada com base em vários factores-chave, incluindo o sistema de cura, a forma da matéria-prima e a forma do produto final.
1. Classificação por sistema de cura:
① Silicone curado por peróxido: Este é um método tradicional e económico. Um catalisador de peróxido é misturado no composto de silicone. Quando aquecido, o peróxido decompõe-se em radicais livres, que iniciam a reticulação das cadeias poliméricas. Este método pode por vezes produzir subprodutos (como o ácido diclorobenzoico) que podem ter de ser removidos através de um processo de pós-cura, especialmente em aplicações de grau alimentar ou médico.
② Silicone curado com platina (cura por adição): Este sistema utiliza um catalisador à base de platina. É um processo mais limpo que não produz subprodutos nocivos, tornando-o a escolha preferida para aplicações de alta pureza, como implantes médicos, tubagens farmacêuticas e artigos em contacto com alimentos. Os silicones curados com platina oferecem uma clareza superior, propriedades mecânicas melhoradas e são menos propensos a amarelecer ao longo do tempo.
2. Classificação por forma de matéria-prima:
① Extrusão de borracha de alta consistência (HCR): A HCR, também conhecida como borracha vulcanizada a quente, é o material mais comum para a extrusão de silicone. Tem uma viscosidade muito elevada, semelhante a uma pasta ou massa espessa. É normalmente fornecida em cilindros ou tiras e alimentada na extrusora a partir de um moinho de alimentação.
As propriedades únicas do silicone tornam os seus produtos extrudidos indispensáveis em numerosas indústrias.
① Medicina e cuidados de saúde: Devido à sua biocompatibilidade, esterilizabilidade (autoclave, EtO, gama) e inércia, o silicone é um material de referência para cateteres, tubos de drenagem, tubagem para bombas peristálticas e vedantes para equipamento médico.
A extrusão de silicone oferece uma poderosa combinação de propriedades do material e eficiência de fabrico.
① Resistência excecional à temperatura: O silicone mantém a sua flexibilidade e integridade numa vasta gama de temperaturas, normalmente de -60°C a +230°C (-75°F a +450°F), com graus especiais a alargar ainda mais esses limites.
① Menor resistência mecânica: Em comparação com muitas borrachas orgânicas (como o EPDM ou o Neoprene), o silicone convencional tem menor resistência à tração, resistência ao rasgamento e resistência à abrasão. Não é adequado para aplicações dinâmicas que envolvam elevado atrito ou solicitações físicas intensas.
② Custo do material mais elevado: A matéria-prima de silicone é geralmente mais cara do que as borrachas comuns, o que pode afetar a relação custo-eficácia em aplicações não críticas.
③ Suscetibilidade a certos fluidos: O silicone incha e degrada-se quando exposto a certos combustíveis, óleos e solventes à base de hidrocarbonetos. A seleção do material deve ser cuidadosamente adaptada ao ambiente químico.
Princípio fundamental: O processo baseia-se na pressão e no calor. Um fuso extrusor gera pressão para empurrar o material de silicone maleável através da matriz. O perfil extrudido passa depois por uma câmara ou túnel de aquecimento onde a reação de cura é iniciada, transformando o extrudido macio e gelatinoso numa borracha sólida e elástica.
Conceitos básicos:
① Material termoendurecível: Ao contrário dos termoplásticos que podem ser repetidamente fundidos e remodelados, o silicone é um termoendurecível. O processo de cura, conhecido como vulcanização, cria ligações cruzadas irreversíveis entre as cadeias de polímeros. Uma vez curada, a peça de silicone não pode ser fundida novamente.
② Extrusão de borracha de silicone líquido (LSR): Embora o LSR seja utilizado predominantemente na moldagem por injeção, existem processos de extrusão especializados para o mesmo. O LSR tem uma viscosidade muito mais baixa e é um sistema de duas partes (componentes A e B) que são bombeados, misturados e depois alimentados diretamente na extrusora. Este método é menos comum, mas pode ser vantajoso para perfis complexos de alta precisão.
3. Classificação por forma do produto:
① Tubos e mangueiras de silicone: Perfis ocos utilizados para a transferência de fluidos, ar ou fios eléctricos.
② Cordões maciços de silicone: Perfis maciços e redondos utilizados em aplicações de vedação (cordão para O-rings).
② Alimentos, bebidas e laticínios: A tubagem de silicone em conformidade com a FDA é amplamente utilizada para transferir líquidos no processamento de alimentos, na distribuição de bebidas e em aplicações de laticínios. Não transmite sabor nem odor e suporta ciclos de limpeza a alta temperatura (CIP/SIP).
③ Aeroespacial e automóvel: Os vedantes, juntas e mangueiras de silicone extrudido são fundamentais para o desempenho em temperaturas extremas. São utilizados em vedantes de portas e janelas, juntas do compartimento do motor, isolamento de fios e cabos, e mangueiras de transferência de fluidos que resistem à degradação por calor, ozono e UV.
④ Eletrónica: As excelentes propriedades dieléctricas do silicone tornam-no ideal para isolar fios e cabos de alta tensão. É também utilizado na criação de juntas e vedantes de proteção para caixas eletrónicas, protegendo-as da humidade e do pó (classificações IP).
⑤ Construção e arquitetura: As vedações de silicone para intempéries, as juntas de dilatação e os vedantes de envidraçamento proporcionam soluções de vedação duradouras e resistentes às intempéries para janelas, portas e sistemas de fachadas-cortina.
② Excelente resistência ambiental: Apresenta uma resistência superior ao ozono, à radiação UV e ao envelhecimento em geral, o que o torna ideal para aplicações no exterior sem fissurar ou deteriorar-se.
③ Biocompatibilidade e pureza: Os silicones de grau médico e alimentar são não tóxicos, hipoalergénicos e não favorecem o crescimento microbiano, tornando-os seguros para aplicações sensíveis.
④ Inércia química: O silicone é resistente a muitos produtos químicos, à água e aos óleos, embora tenha fragilidades face a certos solventes e ácidos fortes.
⑤ Excelente flexibilidade e elasticidade: possui um baixo conjunto de compressão, o que significa que pode ser comprimido repetidamente e regressa à sua forma original, o que é vital para uma vedação eficaz.
Moldagem por extrusão de borracha de silicone: Um guia completo
Domine o processo de moldagem por extrusão de borracha de silicone. O nosso guia especializado abrange princípios fundamentais, aplicações, melhores práticas de conceção e soluções para problemas comuns.
Principais caraterísticas e propriedades do silicone extrudido
⑤ Conjunto de compressão: Mede a capacidade do material de regressar à sua espessura original após ser submetido a uma tensão de compressão prolongada a uma temperatura específica. Um conjunto de compressão baixo é essencial para uma vedação fiável e de longa duração.
⑥ Resistência dieléctrica: o campo elétrico máximo que um material consegue suportar sem se degradar, medido em Volts por mil (V/mil).
O processo principal da moldagem por extrusão de silicone
Parâmetros-chave e factores de influência no processo
④ Temperatura e tempo de cura: Estes devem ser suficientes para obter uma cura completa em toda a secção transversal da peça. Uma cura insuficiente resulta num produto fraco e pegajoso, enquanto o calor excessivo pode causar degradação. O tempo é controlado pelo comprimento do forno e pela velocidade da linha.
⑤ Velocidade da linha: A velocidade do tapete transportador deve estar sincronizada com o débito da extrusora para evitar o estiramento ou o abatimento do perfil, o que distorceria as suas dimensões.
Guia de Conceção e Melhores Práticas para Extrusões de Silicone
⑥ Defina claramente as especificações do material: não peça apenas “silicone”. Especifique a dureza (durómetro), a cor, os requisitos de conformidade (por exemplo, FDA 21 CFR 177.2600, USP Class VI) e quaisquer propriedades de desempenho críticas, como o conjunto de compressão ou o intervalo de temperatura.
Problemas comuns na extrusão de silicone e como resolvê-los
| Problema | Causas potenciais | Soluções |
|---|---|---|
| Inchaço da matriz / Dimensões incorrectas | A conceção da matriz não tem em conta a expansão do material. Lote de material inconsistente. Velocidade de linha ou débito da extrusora incorretos. | Modificar as dimensões do orifício da matriz. Pré-teste e certificação de lotes de materiais. Sincronizar a velocidade da linha e as RPM do parafuso. |
| Porosidade (bolhas na peça) | Humidade na matéria-prima. Aprisionamento de ar durante a alimentação. A temperatura de cura é demasiado elevada, provocando a ebulição dos voláteis. | Secar bem o composto antes de o utilizar. Assegurar uma técnica de alimentação correta. Reduzir a temperatura do forno de cura. |
| Defeitos de superfície (rugosidade, corrosão) | Contaminação no composto. Queimadura (cura prematura) na extrusora. A superfície da matriz está danificada ou suja. | Utilizar um ambiente de sala limpa para a composição. Reduzir a temperatura do cilindro. Limpar e polir o molde regularmente. |
| Cura incompleta (superfície pegajosa) | Tempo ou temperatura de cura insuficientes. A velocidade da linha é demasiado rápida para o forno. Rácio de catalisador incorreto. | Diminuir a velocidade da linha. Aumentar a temperatura do forno. Verificar os registos de composição do material. Efetuar a pós-cura. |
| Distorção ou deformação | Arrefecimento irregular. Espessura de parede não uniforme. Apoio incorreto do perfil à saída da matriz. | Otimizar o sistema de arrefecimento (jatos de ar, banho de água). Redesenhar a peça para paredes uniformes. Ajustar a altura do transportador e os rolos de suporte |
Tecnologias e conceitos relacionados
Ao especificar uma peça de silicone extrudido, os engenheiros referem-se a estes indicadores críticos de desempenho:
① Dureza (durómetro): Medida na escala Shore A, indica a resistência do material à indentação. Os valores típicos para extrusões variam de 20 (muito macio) a 80 (firme) Shore A.
O percurso desde o composto bruto até ao produto acabado envolve várias fases distintas e cuidadosamente controladas.
Fase 1: Preparação e composição do material:
O processo começa com o polímero de silicone de base (HCR). Este é colocado num moinho de dois rolos onde são misturados os aditivos. Estes podem incluir pigmentos para dar cor, cargas (como a sílica pirogénica) para melhorar as propriedades mecânicas e o catalisador (peróxido ou platina) para a cura. O composto é cuidadosamente misturado para garantir a uniformidade e, em seguida, formado em tiras contínuas ou toros prontos para a extrusora.
Fase 2: Alimentação:
A tira de silicone preparada é introduzida na tremonha da extrusora. No caso do HCR, os rolos ajudam frequentemente a empurrar o material pegajoso para dentro do cilindro da extrusora.
Fase 3: Extrusão:
No interior do cilindro aquecido, um parafuso rotativo transporta o silicone para a frente. A ação mecânica do parafuso e o calor do cilindro trabalham para amolecer o material e aumentar a pressão. Esta pressão força o composto de silicone homogeneizado através da pequena abertura da matriz, que é maquinada com precisão para obter a secção transversal final desejada da peça.
Fase 4: Cura (Vulcanização):
Quando o perfil sai da matriz, ainda está num estado macio e não curado. Entra imediatamente num túnel ou forno de cura. Os métodos mais comuns são:
① Túnel de vulcanização por ar quente (HAV): O perfil desloca-se numa correia transportadora através de um forno longo onde o ar quente, normalmente a 200-450°C, cura o silicone. Este é o método mais utilizado.
O controlo do processo de extrusão é um equilíbrio delicado de múltiplas variáveis.
① Velocidade do parafuso (RPM): Influencia diretamente a taxa de produção. Velocidades mais elevadas aumentam a produção, mas também podem gerar calor de cisalhamento excessivo, podendo causar cura prematura (queima) no barril.
② Temperatura do barril e da matriz: Deve ser cuidadosamente controlada para manter o silicone suficientemente maleável para fluir sem iniciar a reação de cura dentro da extrusora.
③ Conceção da matriz: A geometria da matriz é crítica. Deve ser concebida para compensar o inchamento da matriz — a tendência do extrudado para expandir após sair da matriz. Isto requer experiência e, frequentemente, várias iterações.
Seguir estes princípios de conceção conduzirá a peças mais fáceis de fabricar e mais económicas.
① Simplifique o perfil: Quanto mais simples for a secção transversal, mais fácil é controlar as dimensões e menor é o custo das ferramentas. Evite caraterísticas desnecessariamente complexas.
② Mantenha uma espessura de parede uniforme: Variações drásticas na espessura da parede podem levar a uma cura irregular, distorção e instabilidade dimensional. Procure a uniformidade sempre que possível.
1. Processo a montante - Composição de silicone:
Este é o primeiro passo crítico em que os polímeros de silicone de base são misturados com cargas, aditivos e catalisadores para criar o grau específico de HCR necessário para uma aplicação. A qualidade da peça extrudida final depende muito da qualidade e da consistência do processo de composição.
2. Processo a jusante - Fabrico e montagem:
Os perfis extrudidos raramente são o produto final. Os processos a jusante incluem:
① União: Corte de um cordão extrudido à medida e colagem das extremidades para criar um O-ring personalizado.
② Resistência à tração: A tensão máxima que o material pode suportar enquanto é esticado antes de partir, medida em PSI ou MPa.
③ Alongamento na rutura: O aumento percentual de comprimento que o material consegue atingir antes de romper. É uma medida da sua “capacidade de esticar.”
④ Resistência ao rasgamento: A resistência do material à propagação de um rasgo, uma propriedade crítica para vedantes que possam ser esticados sobre cantos afiados.
② Túnel de infravermelhos (IR): As lâmpadas de infravermelhos de alta intensidade proporcionam uma transferência de calor rápida e eficiente, resultando frequentemente em velocidades de linha mais elevadas.
③ Cura em banho de sal: O extrudado passa por um banho de sal fundido. Isto proporciona uma transferência de calor muito rápida e uniforme, mas é menos comum atualmente devido a preocupações ambientais e de segurança.
Etapa 5: Pós-cura (opcional mas recomendada):
Após a cura primária, algumas peças, especialmente as fabricadas com sistemas de peróxido ou para aplicações críticas, são submetidas a um ciclo de pós-cura. As peças são colocadas num forno de lote durante várias horas (por exemplo, 4 horas a 200°C) para remover quaisquer subprodutos voláteis e estabilizar ainda mais as propriedades físicas do material, especialmente a compressão.
Etapa 6: Arrefecimento, corte e acabamento:
O perfil curado é arrefecido, frequentemente por ar ou por um banho de água. Pode então ser cortado em comprimentos específicos utilizando cortadores de faca em linha, enrolado em bobinas ou sujeito a operações secundárias como impressão, aplicação de adesivo ou união para formar O-rings.
③ Incorpore raios generosos: Evite cantos internos e externos vivos. Os cantos vivos são pontos de concentração de tensões e podem ser difíceis de preencher de forma completa e consistente durante a extrusão. Recomenda-se um raio de pelo menos 0,5 mm (0,020″).
④ Evite secções ocas com paredes finas: As secções ocas de paredes finas são propensas a colapsar ou deformar-se antes de estarem totalmente curadas. Se for necessária uma cavidade oca, assegure-se de que as paredes são suficientemente robustas para se sustentarem a si próprias.
⑤ Compreender e especificar as tolerâncias: as tolerâncias industriais padrão para extrusões de silicone são normalmente definidas pela Association for Rubber Products Manufacturers (ARPM) no seu Rubber Handbook (Classe 2 para precisão, Classe 3 para comercial). Especifique as tolerâncias mais apertadas apenas onde for necessário, uma vez que isto aumenta o custo.
② Aplicação de adesivo: Aplicação de fita adesiva sensível à pressão (PSA) num dos lados de um perfil para facilitar a instalação.
③ Impressão e marcação: Adição de números de peça, logótipos ou marcas de alinhamento à superfície.
3. Co-extrusão:
Um processo mais avançado em que duas ou mais extrusoras alimentam diferentes materiais (por exemplo, diferentes cores ou durezas de silicone) num único molde para criar um perfil integrado e multimaterial. Por exemplo, um vedante pode ter uma base rígida para fixação e um bolbo macio para vedação.
4. Moldagem por injeção de silicone:
Tal como referido, este é um processo complementar utilizado para criar peças de silicone complexas e tridimensionais. É frequentemente escolhido para componentes que não podem ser fabricados com uma secção transversal constante.
5. Moldagem por compressão de silicone:
O método mais antigo de moldagem de silicone. Uma carga pré-pesada de material é colocada numa cavidade de molde aquecida e o molde é fechado sob pressão, forçando o material a preencher a cavidade e a curar. É adequado para a produção de baixo a médio volume de peças como juntas e almofadas.
