O Guia Completo para a Modelação por Injeção de Borracha de Silicone Líquida (LSR)
O Guia Completo para a Modelação por Injeção de Borracha de Silicone Líquida (LSR)
- Quais são as principais caraterísticas e propriedades do LSR?
- Qual é o processo principal da moldagem por injeção de LSR?
- Quais são as principais considerações na moldagem de LSR?
- Quais são as melhores práticas para projetar peças de LSR?
- Quais são os problemas comuns na moldagem LSR e as suas soluções?
- Quais são as tecnologias e os conceitos relacionados?
O que é a moldagem por injeção de borracha de silicone líquida (LSR)?
Quais são as classificações e os tipos de LSR?
③ Micromoldagem com LSR: Uma versão extremamente precisa do processo utilizado para fabricar peças com caraterísticas à microescala ou pesos inferiores a um grama, frequentemente utilizada em dispositivos médicos e microeletrónica.
Quais são os cenários de aplicação típicos para LSR?
As propriedades únicas do LSR tornam-no o material de eleição em aplicações onde o desempenho e a fiabilidade são inegociáveis.
Quais são as vantagens da moldagem por injeção de LSR?
3. Automatização de grande volume e tempos de ciclo rápidos: O processo é altamente automatizado. Os tempos de cura são muito rápidos, frequentemente entre 20 a 60 segundos, o que facilita uma produção eficiente e em grande escala com mão de obra mínima.
4. Processo limpo e sem desperdícios: O sistema de circuito fechado, desde os baldes de material até ao molde selado, minimiza a exposição a contaminantes. Isto é crítico para aplicações médicas e de grau alimentar. Além disso, as técnicas de moldagem de precisão “sem rebarbas” reduzem significativamente o desperdício de material e as etapas de pós-processamento.
Quais são as desvantagens da moldagem por injeção de LSR?
4. Complexidade da ferramenta: A conceção e o fabrico de moldes de LSR são mais complexos do que para os termoplásticos. Devem suportar temperaturas elevadas mantendo o sistema de fornecimento de material frio e requerem uma vedação excecional para evitar rebarbas.
Como é que a Moldagem LSR se compara a outros processos?
O LSR não é um material de tamanho único. Está disponível em vários graus e pode ser processado utilizando várias técnicas avançadas, permitindo um elevado grau de personalização.
1. Classificação por grau de material:
⑤ Grau condutor: Ao incorporar cargas condutoras como o negro de fumo, estes LSRs podem ser utilizados em aplicações que exijam condutividade elétrica, tais como juntas de blindagem EMI/RFI, almofadas condutoras e conectores elétricos.
⑥ Grau autolubrificante: este material exsuda uma pequena quantidade de óleo de silicone para a sua superfície ao longo do tempo, reduzindo o coeficiente de atrito. É perfeito para criar vedantes de baixo atrito, O-rings e vedantes de conetores que precisam de ser facilmente montados.
⑦ Fluorosilicone (F-LSR): oferece uma resistência reforçada a solventes não polares, combustíveis, óleos e produtos químicos agressivos, o que o torna uma escolha preferencial para vedantes automóveis e aeroespaciais expostos a fluidos agressivos.
2. Classificação por variação de processo:
1. Elevada precisão e liberdade de conceção: A baixa viscosidade do silicone líquido permite-lhe fluir facilmente para paredes finas e preencher cavidades de molde intrincadas e complexas, possibilitando a produção de peças altamente detalhadas que seriam impossíveis com outros elastómeros.
2. Propriedades superiores do material: O LSR oferece uma combinação inigualável de caraterísticas:
① Biocompatibilidade: Inerentemente inerte e hipoalergénico.
1. Elevado investimento inicial: Os moldes de LSR exigem tolerâncias extremamente apertadas e caraterísticas especializadas (como sistemas de canal frio) para gerir o material de baixa viscosidade. Tanto as ferramentas como as máquinas de moldagem por injeção especializadas representam uma despesa de capital inicial significativa.
2. Custo do material mais elevado: Por quilograma, o LSR é geralmente mais dispendioso do que muitos termoplásticos comuns e algumas borrachas sintéticas. No entanto, isto pode ser compensado por tempos de ciclo mais rápidos e custos de mão de obra mais baixos na produção de grandes volumes.
3. Natureza termoendurecível: Como material termoendurecível, o LSR não pode ser fundido e reciclado da mesma forma que os termoplásticos. Embora os desperdícios possam ser triturados e utilizados como carga em algumas aplicações, não se trata de um processo de reciclagem em circuito fechado.
A Moldagem por Injeção de Borracha de Silicone Líquida, frequentemente abreviada como Moldagem LSR ou LIM (Moldagem por Injeção de Líquido), é um processo de fabrico utilizado para criar peças duráveis, flexíveis e de alta precisão a partir de um material de borracha de silicone líquida.
Na sua essência, é um processo termoendurecível. Este facto distingue-o fundamentalmente da moldagem por injeção de termoplásticos. Enquanto os termoplásticos são aquecidos até à fusão, injectados num molde frio para solidificar e podem ser fundidos novamente, os termoendurecíveis funcionam ao contrário. Na moldagem de LSR, um composto líquido de duas partes é misturado e depois injetado num molde aquecido. O calor desencadeia uma reação química irreversível chamada cura ou vulcanização, que transforma o líquido numa peça de borracha sólida, estável e elástica.
① Grau de uso geral: Uma formulação padrão que oferece um bom equilíbrio de propriedades físicas para uma vasta gama de vedantes industriais, juntas e produtos de consumo.
② Grau médico: Estes graus são biocompatíveis e cumprem normas rigorosas como a USP Classe VI e a ISO 10993. São utilizados em máscaras respiratórias, instrumentos cirúrgicos, vedantes para dispositivos médicos e implantes de curta duração.
③ Grau alimentar: Conforme com os regulamentos da FDA (por exemplo, 21 CFR 177.2600) para utilização em artigos que entram em contacto com alimentos, tais como formas de cozedura, tetinas de biberão e utensílios de cozinha.
④ Grau ótico: Caracterizado por elevada transparência e transmitância de luz, este grau é ideal para produzir lentes, guias de luz e coberturas para LEDs e sensores onde a clareza ótica é fundamental.
① Moldagem padrão de LSR: O processo fundamental de criação de uma peça de LSR de material único.
② Sobremoldagem de LSR (moldagem de 2 injeções): Um processo de várias etapas em que o LSR é moldado sobre um substrato pré-moldado. Isto pode ser:
• LSR em termoplástico: Uma peça de plástico de engenharia (por exemplo, PBT, Nylon) é colocada num segundo molde e o LSR é injetado à sua volta para criar uma peça integrada com caraterísticas rígidas e macias (por exemplo, uma caixa à prova de água com um vedante incorporado).
• LSR sobre metal: O LSR é moldado sobre um componente metálico (por exemplo, aço inoxidável, alumínio) para criar pegas, isoladores ou componentes de amortecimento de vibrações.
1. Medicina e cuidados de saúde:
Devido à sua superior biocompatibilidade, esterilização e inércia, o LSR é omnipresente na área médica.
Exemplos: máscaras respiratórias, vedantes flexíveis para dispositivos de administração de fármacos, êmbolos de seringa, cateteres, componentes de válvulas para sistemas de gestão de fluidos e componentes macios e flexíveis para instrumentos cirúrgicos.
2. Indústria automóvel:
O ambiente automóvel exige resistência a temperaturas extremas, vibrações e fluidos.
Exemplos: Vedantes de conectores para cablagens, juntas para componentes do motor e da transmissão, foles de proteção para sensores, amortecedores de vibração e diafragmas flexíveis para sistemas de regulação de pressão.
3. Bens de consumo e eletrónica:
O LSR proporciona impermeabilidade, durabilidade e um toque suave de primeira qualidade.
Exemplos: vedantes e juntas para smartwatches e telemóveis reforçados, botões soft-touch em comandos, teclados flexíveis, chupetas e tetinas para bebés e utensílios de cozinha topo de gama, como espátulas e formas de forno.
4. Aplicações industriais:
Em ambientes industriais exigentes, o LSR proporciona estabilidade a longo prazo e desempenho de vedação.
Exemplos: Juntas para luminárias LED de exterior, vedantes para bombas industriais, diafragmas para válvulas de pressão e coberturas de proteção para equipamentos sensíveis.
② Resistência à temperatura: Estável numa vasta gama de temperaturas, tipicamente de -50°C a +200°C, com graus especiais que se estendem ainda mais.
③ Estabilidade química e UV: Resistente à água, ao ozono, à radiação UV e a uma vasta gama de produtos químicos.
④ Conjunto de baixa compressão: As peças regressam à sua forma original após uma compressão prolongada, o que as torna excelentes para vedantes e juntas.
⑤ Isolamento elétrico: Possui elevada resistência dieléctrica.
vs. Moldagem por Injeção de Termoplásticos:
A principal diferença é Termofixo vs. Termoplástico. O LSR envolve uma reação de cura química num molde quente, enquanto os termoplásticos fundem e solidificam num molde frio. As peças em LSR são flexíveis e resistentes à temperatura, enquanto os termoplásticos oferecem rigidez e resistência.
vs. Moldagem por compressão (com HCR):
A moldagem por compressão utiliza normalmente borracha de alta consistência (HCR), um sólido semelhante a argila. É um processo mais lento, mais trabalhoso e com um controlo menos preciso do material, o que leva a um maior desperdício de material e a um maior número de flashes. A moldagem LSR é automatizada, mais rápida, mais limpa e mais adequada para geometrias complexas e produção de grandes volumes.
Moldagem por injeção de borracha de silicone líquida (LSR)
Explore o nosso guia detalhado sobre Moldagem por Injeção de Borracha de Silicone Líquida (LSR). Saiba mais sobre o processo principal, os materiais, as vantagens, as principais aplicações na área médica e automóvel e as melhores práticas de design especializadas.
Quais são as principais caraterísticas e propriedades do LSR?
Qual é o processo principal da moldagem por injeção de LSR?
Quais são as principais considerações na moldagem de LSR?
Quais são as melhores práticas para projetar peças de LSR?
4. Tirar partido da flexibilidade do LSR para contra-saídas: As contra-saídas simples podem muitas vezes ser moldadas sem ações laterais complexas, porque a peça flexível pode ser “descolada” do molde. Discuta as conceções de contra-saídas complexas com o seu moldador para garantir a viabilidade.
5. Conceber para uma ventilação adequada: Ao projetar a peça, considere onde ficarão os últimos pontos de enchimento. Estes são locais naturais para os respiradouros.
6. Incorporar ângulo de inclinação: Embora o LSR seja flexível, um ângulo de inclinação de pelo menos 1 grau simplifica a ejeção, reduz o tempo de ciclo e minimiza a tensão na peça durante a remoção.
Quais são os problemas comuns na moldagem LSR e as suas soluções?
| Problema | Descrição | Causas comuns | Soluções |
|---|---|---|---|
| Clarão | Uma película fina e indesejada de LSR na peça ao longo da linha de corte. | 1. Vedação deficiente do molde. 2. Pressão/velocidade de injeção excessiva. 3. Força de fecho insuficiente. | 1. Melhore a precisão da ferramenta do molde. 2. Reduza a pressão de injeção. 3. Aumente a tonelagem de fecho da máquina. |
| Armadilhas de ar (vazios) | Bolhas ou bolsas vazias presas no interior da peça. | 1. Ventilação inadequada do molde. 2. Fluxo turbulento do material. 3. Humidade retida. | 1. Adicione ou amplie os respiradouros nos pontos de enchimento final. 2. Otimize a localização do ponto de injeção e a velocidade de injeção. 3. Certifique-se de que o material está seco. |
| Tiro curto | A cavidade do molde não é completamente preenchida, resultando numa peça incompleta. | 1. Material injetado insuficiente. 2. Cura prematura. 3. Ventilação deficiente (contrapressão). | 1. Aumente o volume de injeção. 2. Baixe ligeiramente a temperatura do molde ou aumente a velocidade de injeção. 3. Melhore a ventilação. |
| Marcas de pia | Depressões na superfície, normalmente opostas a secções espessas como as costelas. | 1. Contração do material nas áreas espessas. 2. Pressão de compactação insuficiente. | 1. Projete uma espessura de parede uniforme. 2. Otimize a fase de compactação. 3. Escave as secções espessas. |
| Falha de ligação (sobremoldagem) | A camada de LSR descola-se do substrato de plástico ou metal. | 1. Materiais incompatíveis. 2. Contaminação da superfície (óleos, agente desmoldante). 3. Temperatura insuficiente do substrato. | 1. Utilize primários ou tratamentos de superfície (plasma/corona). 2. Certifique-se de que o substrato está limpo. 3. Utilize materiais compatíveis (por exemplo, P |
Quais são as tecnologias e os conceitos relacionados?
Compreender estas propriedades é fundamental para selecionar o tipo de LSR adequado para a sua aplicação.
| Imóveis | Descrição e importância | Gama/valor típico |
|---|---|---|
| Dureza (Durómetro) | Mede a resistência do material à indentação, indicando a sua maciez ou firmeza. Shore A é a escala padrão pa | 5 a 80 Shore A |
| Resistência à tração | A tensão máxima que um material consegue suportar ao ser tracionado ou esticado antes de partir. Medida em Megapascais (MP | 5 – 11 MPa |
| Alongamento na rutura | O aumento percentual de comprimento que um material consegue atingir antes de romper. Indica a flexibilidade do material e | 200% – 900% |
| Resistência ao rasgamento | Mede a resistência do material à propagação de um rasgo. Crucial para peças que possam ser entalhadas ou cortadas durante a utilização. | 20 – 50 kN/m |
| Conjunto de compressão | A percentagem de deformação permanente que permanece depois de um material ser comprimido durante um período definido a uma temperatura específica | 10% – 25% (a 150°C durante 22 horas) |
| Temperatura de funcionamento | A gama de temperaturas dentro da qual o material mantém as suas principais propriedades sem se degradar. | -50°C a 200°C (-60°F a 390°F) |
| Resistência dieléctrica | A capacidade do material de atuar como isolante elétrico, medida como a tensão máxima que consegue suportar antes da rutura | ~20 kV/mm |
O processo de moldagem de LSR é uma sinfonia de precisão e controlo. Aqui está uma descrição passo a passo do fluxo de trabalho:
1. Fornecimento de material: O processo começa com dois recipientes separados, normalmente baldes de 20 litros ou bidões de 200 litros, que contêm a Parte A e a Parte B do silicone líquido.
O sucesso da moldagem de LSR depende de uma atenção cuidadosa a três áreas-chave: conceção da peça, conceção do molde e seleção do material.
1. Considerações sobre o projeto da peça:
① Espessura da parede: Procure uma espessura de parede uniforme para garantir uma cura consistente e evitar marcas de contração. As transições entre diferentes espessuras devem ser graduais.
② Linha de partição: O local onde as duas metades do molde se encontram. A sua colocação é crítica para a estética, a função do molde e a prevenção de flash.
③ Ventilação: Devido à viscosidade extremamente baixa do LSR e à elevada velocidade de injeção, o ar pode facilmente ficar aprisionado. Os respiros são canais minúsculos (0.005 mm – 0.02 mm de profundidade) que devem ser maquinados com precisão na linha de separação para permitir a saída do ar mas não do silicone.
④ Ângulos de projeto: Recomenda-se uma ligeira conicidade (1-2 graus) nas paredes verticais para facilitar a ejeção da peça do molde.
2. Considerações sobre o projeto do molde:
① Sistema de canais frios: Ao contrário dos sistemas de canais quentes para termoplásticos, os moldes de LSR utilizam frequentemente um sistema de canais frios. Os canais que fornecem o material às cavidades são mantidos frios para evitar que o LSR cure antes de chegar à peça. Isto minimiza o desperdício de material.
Siga estas diretrizes para criar peças optimizadas em termos de capacidade de fabrico e desempenho.
1. Mantenha uma espessura de parede uniforme: A espessura de parede ideal para peças de LSR situa-se normalmente entre 0.5mm e 3mm. A uniformidade evita a contração irregular e as tensões internas.
2. Utilize raios generosos: Evite cantos internos afiados. Adicionar um raio (pelo menos 0,5x a espessura da parede) melhora o fluxo do material, reduz a concentração de tensões e aumenta a resistência ao rasgamento da peça.
3. Posicionar estrategicamente as linhas de separação: Trabalhe com o seu moldador para colocar a linha de separação numa superfície não crítica ou oculta, de modo a minimizar o seu impacto estético.
1. Tecnologias a montante:
① Química do silicone (cura por adição vs. cura por peróxido): O LSR utiliza um sistema de cura por adição catalisado por platina. Este processo é muito limpo, rápido e não produz subprodutos. Isto é superior aos sistemas de cura por peróxido utilizados para alguns HCR, que podem deixar resíduos e exigir um processo de pós-cura mais minucioso.
② CAD/CAM: O software de conceção assistida por computador (CAD) é utilizado para conceber o modelo 3D da peça. O software de fabrico assistido por computador (CAM) traduz depois esta conceção em instruções para as máquinas que irão construir o molde.
③ Fabrico de moldes (CNC & EDM): Os moldes de aço de alta precisão para LSR são fabricados utilizando Maquinação CNC (Controlo Numérico Computorizado) para a moldagem geral e EDM (Maquinação por Descarga Elétrica) para criar detalhes finos, cantos vivos e texturas complexas difíceis de fresar.
2. Processos a jusante:
① Pós-cura: Embora o LSR cure totalmente no molde, algumas peças, especialmente para aplicações médicas e de contacto alimentar, passam por uma etapa de pós-cura. Isto envolve aquecer as peças num forno durante várias horas para eliminar quaisquer compostos orgânicos voláteis (COV) remanescentes e garantir a máxima estabilidade e inércia.
2. Doseamento e medição: Uma unidade de doseamento especializada na máquina de moldagem utiliza bombas para extrair os componentes A e B dos seus recipientes numa proporção precisa de 1:1 em volume. Se for necessária cor, um terceiro fluxo de pasta de cor é doseado com precisão para o sistema.
3. Mistura: Os componentes A e B (e qualquer corante) são impulsionados para um misturador estático. Este dispositivo contém uma série de elementos helicoidais que dividem e recombinam repetidamente os fluxos de material, garantindo uma mistura perfeitamente homogénea sem introduzir calor ou ar.
4. Injeção: O LSR misturado e não curado é alimentado no barril de injeção, que é arrefecido a água para evitar a cura prematura. Um parafuso ou êmbolo injeta então uma “dose” precisa do material através de um bico e sistema de canais arrefecidos para as cavidades aquecidas do molde.
5. Cura (Vulcanização): O molde é aquecido a uma temperatura entre 150°C e 200°C (300°F – 390°F). Este calor intenso inicia a reação de reticulação catalisada por platina. O silicone líquido transforma-se rapidamente numa peça de borracha sólida e elástica em apenas 20-60 segundos.
6. Desmoldagem e ejeção: Concluída a cura, o molde abre-se. Devido à flexibilidade do LSR, as peças podem muitas vezes ser removidas mesmo com contra-saídas, por vezes com o auxílio de pinos ejetores ou automatização robótica. O ciclo seguinte começa imediatamente.
② Injeção (gating): O ponto onde o material entra na cavidade. A localização e o tamanho da entrada (gate) devem ser otimizados para garantir um enchimento suave e uniforme e evitar defeitos estéticos na peça final.
③ Vedação do molde: As metades do molde devem vedar perfeitamente para impedir a fuga do LSR de baixa viscosidade, que causa rebarba. Isto exige uma maquinação excecionalmente precisa dos componentes do molde.
3. Considerações sobre a seleção de materiais:
① Dureza: Adeque o durómetro à necessidade de flexibilidade ou rigidez da aplicação.
② Ambiente: A peça vai estar exposta a produtos químicos, luz UV ou temperaturas extremas? Selecione uma qualidade standard, de fluorosilicone ou outra qualidade especial em conformidade.
③ Requisitos regulamentares: A aplicação exige conformidade médica (USP Classe VI) ou de grau alimentar (FDA)?
② Rebarbagem criogénica: Para aplicações que exijam arestas perfeitas e sem rebarba, as peças podem ser tamboreadas em azoto líquido. O frio extremo torna a rebarba fina quebradiça, fazendo com que se solte de forma limpa, enquanto o corpo principal da peça permanece flexível e intacto.
③ Montagem e automatização: As peças de LSR acabadas são frequentemente integradas em conjuntos maiores. A consistência e a precisão da moldagem por injeção tornam-nas ideais para linhas de montagem automatizadas.
3. Processos alternativos e conexos:
① Moldagem por compressão e transferência de silicone: Estes processos utilizam borracha de alta consistência (HCR) e são mais adequados para produção de baixo volume, geometrias mais simples ou peças muito grandes. São geralmente mais lentos e menos precisos do que a moldagem de LSR.
② Impressão 3D com silicone: Uma tecnologia emergente que permite a prototipagem rápida e a criação de peças altamente complexas e personalizadas sem necessidade de ferramentas. Embora atualmente mais lenta e mais dispendiosa para a produção em massa, é uma excelente ferramenta para a validação de projetos e o fabrico de baixo volume.
