Перейти к содержанию 
Экструзия силиконовой резины: Экспертные решения для формовки
Ознакомьтесь с экспертными услугами по экструзионному формованию силиконовой резины. Добейтесь точности и эффективности с помощью нашей современной технологии и опытной команды.
Полное руководство по экструзионному формованию силиконовой резины
Что такое экструзионное формование силиконовой резины?
Экструзионное формование силиконовой резины Это крупносерийный производственный процесс, в ходе которого специально разработанный невулканизированный силиконовый компаунд продавливается, или "экструдируется", через стальной инструмент, называемый умереть. В результате образуется непрерывный профиль с постоянным поперечным сечением, который затем вулканизируется (отверждается) для стабилизации формы и придания окончательных физических свойств.
Основной принцип: Процесс основан на давлении и тепле. Шнек экструдера создает давление, проталкивая податливый силиконовый материал через фильеру. Затем экструдированный профиль проходит через нагревательную камеру или туннель, где начинается реакция вулканизации, превращающая мягкий, липкий экструдат в твердую, эластичную резину.
Основные понятия:
① Термореактивный материал: В отличие от термопластов, которые можно многократно расплавлять и изменять форму, силикон является термореактивным материалом. Процесс отверждения, известный как вулканизация, создает необратимые сшивки между полимерными цепями. После отверждения силиконовая деталь не может быть расплавлена обратно.
② Химия полисилоксана: В основе силиконового каучука лежит кремний-кислородная (Si-O) основа, а не углеродная, как у большинства органических каучуков. Эта уникальная химическая структура обуславливает его исключительные свойства, включая высокотемпературную стабильность и химическую инертность.
Классификации и типы силиконовых экструдеров
Силиконовая экструзия может быть классифицирована по нескольким ключевым факторам, включая систему полимеризации, форму сырья и форму конечного продукта.
1. Классификация по системе отверждения:
① Силикон, отверждаемый перекисью: Это традиционный и экономически эффективный метод. В силиконовый компаунд добавляется перекисный катализатор. При нагревании пероксид разлагается на свободные радикалы, которые инициируют сшивание полимерных цепей. Иногда этот метод может приводить к образованию побочных продуктов (например, дихлорбензойной кислоты), которые необходимо удалять в процессе полимеризации, особенно при использовании в пищевой или медицинской промышленности.
② Силикон платинового отверждения (Addition-Cure): В этой системе используется катализатор на основе платины. Это более чистый процесс, не дающий вредных побочных продуктов, что делает его предпочтительным выбором для применения в областях с высокой степенью чистоты, таких как медицинские имплантаты, фармацевтические трубки и изделия, контактирующие с пищевыми продуктами. Силиконы платинового отверждения обладают превосходной прозрачностью, улучшенными механическими свойствами и менее склонны к пожелтению со временем.
2. Классификация по форме сырья:
① Экструзия резины высокой консистенции (HCR): HCR, также известная как термоотверждаемая резина, является наиболее распространенным материалом для экструзии силикона. Он имеет очень высокую вязкость, напоминающую густую пасту или тесто. Обычно он поставляется в виде бревен или полос и подается в экструдер с загрузочной мельницы.
② Экструзия жидкой силиконовой резины (LSR): Хотя LSR преимущественно используется в литье под давлением, существуют и специализированные процессы экструзии. LSR имеет гораздо более низкую вязкость и представляет собой двухкомпонентную систему (компоненты А и В), которые закачиваются, смешиваются и затем подаются непосредственно в экструдер. Этот метод менее распространен, но может быть полезен для сложных, высокоточных профилей.
3. Классификация по форме продукта:
① Силиконовые трубки и шланги: Полые профили, используемые для передачи жидкости, воздуха или электрических проводов.
② Силиконовые прочные шнуры: Твердые круглые профили, используемые для уплотнения (запас кольцевого корда).
③ Силиконовые профили и формы: Нестандартные, сложные сечения, такие как P-образные полосы, D-образные уплотнения, U-образные каналы и другие нестандартные прокладки.
④ Силиконовые полоски и листы: Плоские прямоугольные профили, которые можно резать по длине или поставлять в непрерывных рулонах.
Типичные сценарии применения и примеры использования
Уникальные свойства силикона делают его экструдированные продукты незаменимыми во многих отраслях промышленности.
① Медицина и здравоохранение: Благодаря своей биосовместимости, возможности стерилизации (автоклав, EtO, гамма) и инертности силикон является основным материалом для изготовления катетеров, дренажных трубок, трубок перистальтических насосов и уплотнений для медицинского оборудования.
② Продукты питания, напитки и молочные продукты: Силиконовые трубки, соответствующие требованиям FDA, широко используются для передачи жидкостей в пищевой промышленности, при розливе напитков и в молочной отрасли. Она не придает вкуса и запаха и выдерживает высокотемпературные циклы очистки (CIP/SIP).
③ Аэрокосмическая и автомобильная промышленность: Экструдированные силиконовые уплотнители, прокладки и шланги очень важны для работы в условиях экстремальных температур. Они используются для уплотнений дверей и окон, прокладок моторного отсека, изоляции проводов и кабелей, а также шлангов для перекачки жидкостей, устойчивых к воздействию тепла, озона и ультрафиолетового излучения.
④ Электроника: Превосходные диэлектрические свойства силикона делают его идеальным для изоляции высоковольтных проводов и кабелей. Он также используется для создания защитных прокладок и уплотнений для электронных корпусов, защищающих их от влаги и пыли (рейтинг IP).
⑤ Строительство и архитектура: Силиконовые уплотнители, компенсаторы и уплотнители остекления обеспечивают долговечную и устойчивую к атмосферным воздействиям герметизацию окон, дверей и навесных систем.
⑥ Промышленное оборудование: Используется для изготовления прочных уплотнений, прокладок и трубок в широком спектре промышленного оборудования, обеспечивая надежную работу при высоких температурах и химическом воздействии.
Каковы преимущества экструзии силикона?
Экструзия силикона - это мощное сочетание свойств материала и эффективности производства.
① Исключительная термостойкость: Силикон сохраняет свою гибкость и целостность в широком диапазоне температур, обычно от -60°C до +230°C (от -75°F до +450°F), а специальные сорта - и того больше.
② Отличная устойчивость к воздействию окружающей среды: Он обладает превосходной устойчивостью к озону, ультрафиолетовому излучению и общим атмосферным воздействиям, что делает его идеальным для наружного применения без растрескивания и разрушения.
③ Биосовместимость и чистота: Силиконы медицинского и пищевого класса нетоксичны, гипоаллергенны и не поддерживают рост микроорганизмов, что делает их безопасными для чувствительных областей применения.
④ Химическая инертность: Силикон устойчив ко многим химическим веществам, воде и маслам, но имеет слабые стороны по отношению к некоторым растворителям и сильным кислотам.
⑤ Превосходная гибкость и эластичность: Он имеет низкую степень сжатия, что означает, что его можно многократно сжимать и он будет возвращаться к своей первоначальной форме, что очень важно для эффективного уплотнения.
⑥ Электрическая изоляция: Силикон является фантастическим электроизолятором, что делает его основным выбором для оболочки проводов и кабелей.
⑦ Высокий уровень персонализации: Процесс экструзии позволяет эффективно производить сложные нестандартные профили и широкую цветовую гамму.
Каковы недостатки и ограничения силиконовой экструзии?
Ни один процесс не является идеальным. Важно знать об ограничениях силиконовой экструзии.
① Низкая механическая прочность: По сравнению со многими органическими резинами (например, EPDM или неопреном) стандартный силикон обладает меньшей прочностью на растяжение, разрыв и устойчивостью к истиранию. Он не подходит для динамических применений, связанных с высоким трением или физическим воздействием.
② Более высокая стоимость материалов: Силиконовое сырье, как правило, дороже, чем каучуки, что может повлиять на экономическую эффективность для некритичных применений.
③ Восприимчивость к определенным жидкостям: Силикон набухает и разрушается под воздействием некоторых видов топлива, масел и растворителей на основе углеводородов. Выбор материала должен быть тщательно согласован с химической средой.
④ Проблемы обработки: Липкая" природа неотвержденного силикона может иногда приводить к трудностям в обращении и обработке. Кроме того, он требует чистых производственных условий, поскольку может притягивать пыль и загрязнения.
⑤ Постоянное ограничение поперечного сечения: Экструзия по своей природе ограничена производством деталей с одинаковым поперечным сечением по всей длине. Такие особенности, как подрезы, различная толщина стенок или интегрированные соединители, невозможны только с помощью этого процесса.
Сравнение с альтернативными технологиями
| Технология | Основные сильные стороны | Лучшее для | Основные слабые стороны |
|---|---|---|---|
| Экструзия силикона | Отличная термическая/окружающая устойчивость, биосовместимость, непрерывное производство. | Уплотнения, прокладки, трубки и профили постоянного сечения. | Более низкая износостойкость, ограничение на 2D-профили, более высокая стоимость материала. |
| Экструзия полиэтилена | Низкая стоимость, хорошая износостойкость, возможность вторичной переработки (термопластик). | Автомобильные уплотнения, потребительские товары и области применения, где экстремальное тепло не является фактором. | Значительно меньший температурный диапазон, меньшая эластичность (более высокая степень сжатия). |
| Литье силикона под давлением | Создает сложные 3D-детали, обладает высокой точностью, отлично подходит для литья под давлением. | 3D-компоненты, такие как кнопки, клавиатуры, сложные уплотнения и детали медицинского оборудования. | Более высокая стоимость оснастки, не непрерывный процесс, ограничения по размеру деталей. |
Экструзионное формование силиконовой резины: Исчерпывающее руководство
Освойте процесс экструзионного формования силиконовой резины. Наше экспертное руководство охватывает ключевые принципы, области применения, лучшие практики проектирования и решения распространенных проблем.
Полное руководство по экструзионному формованию силиконовой резины
Основные характеристики и свойства экструдированного силикона
При выборе деталей из экструдированного силикона инженеры ориентируются на эти критические показатели эффективности:
① Твердость (Дюрометр): Измеряется по шкале Shore A и указывает на устойчивость материала к вдавливанию. Типичные значения для экструзии варьируются от 20 (очень мягкая) до 80 (твердая) по Шору А.
② Прочность на разрыв: Максимальное напряжение, которое материал может выдержать при растяжении до разрыва, измеряется в PSI или МПа.
③ Удлинение при разрыве: Процентное увеличение длины, которого может достичь материал, прежде чем он порвется. Это показатель его "растяжимости".
④ Прочность на разрыв: Сопротивление материала распространению разрыва, критическое свойство для уплотнений, которые могут растягиваться на острых углах.
⑤ Набор для сжатия: Измеряет способность материала возвращаться к своей первоначальной толщине после длительного воздействия сжимающего напряжения при определенной температуре. Низкий предел сжатия необходим для надежной и долговременной герметизации.
⑥ Диэлектрическая прочность: Максимальное электрическое поле, которое может выдержать материал без разрушения, измеряется в вольтах на мил (В/мил).
Основной процесс экструзионного формования силикона
Путь от сырой смеси до готового продукта включает в себя несколько отдельных, тщательно контролируемых этапов.
Этап 1: Подготовка материалов и составление композиций:
Процесс начинается с получения базового силиконового полимера (HCR). Он помещается на двухвалковую мельницу, где к нему примешиваются добавки. Это могут быть пигменты для придания цвета, наполнители (например, фумированный диоксид кремния) для улучшения механических свойств и катализатор (пероксид или платина) для отверждения. Смесь тщательно перемешивается для обеспечения однородности, а затем формируется в непрерывные полосы или бревна, готовые для экструдера.
Стадия 2: кормление:
Подготовленная силиконовая лента подается в бункер экструдера. В случае HCR ролики часто помогают протолкнуть липкий материал в ствол экструдера.
Стадия 3: Экструзия:
Внутри нагретой бочки вращающийся шнек подает силикон вперед. Механическое воздействие шнека и нагрев бочки приводят к размягчению материала и созданию давления. Под этим давлением гомогенизированный силиконовый компаунд проходит через небольшое отверстие фильеры, которая с высокой точностью обрабатывается до требуемого конечного сечения детали.
Этап 4: отверждение (вулканизация):
Когда профиль выходит из штампа, он еще находится в мягком, неотвержденном состоянии. Он сразу же попадает в туннель или печь для отверждения. Наиболее распространенными методами являются:
① Туннель для вулканизации горячим воздухом (HAV): Профиль проходит по конвейерной ленте через длинную печь, где горячий воздух, обычно при температуре 200-450°C, отверждает силикон. Это наиболее широко используемый метод.
② Инфракрасный (ИК) туннель: Высокоинтенсивные инфракрасные лампы обеспечивают быструю и эффективную передачу тепла, что часто приводит к увеличению скорости линии.
③ Солевая ванна для вяления: Экструдат проходит через ванну с расплавленной солью. Это обеспечивает очень быструю и равномерную теплопередачу, но сегодня применяется реже из-за соображений экологии и безопасности.
Этап 5: После отверждения (необязательно, но рекомендуется):
После первичного отверждения некоторые детали, особенно изготовленные с использованием пероксидных систем или для ответственных применений, проходят цикл последующего отверждения. Детали помещают в печь периодического действия на несколько часов (например, на 4 часа при 200°C) для удаления летучих побочных продуктов и дальнейшей стабилизации физических свойств материала, особенно набора прочности при сжатии.
Этап 6: Охлаждение, резка и отделка:
Отвержденный профиль охлаждается, часто воздухом или водяной баней. Затем он может быть разрезан на отрезки определенной длины с помощью поточных ножей, намотан на катушки или подвергнут вторичным операциям, таким как печать, нанесение клея или сращивание для формирования уплотнительных колец.
Ключевые параметры и факторы, влияющие на процесс
Управление процессом экструзии - это тонкий баланс множества переменных.
① Скорость вращения винта (об/мин): Непосредственно влияет на производительность. Более высокая скорость увеличивает производительность, но при этом может выделять чрезмерное количество тепла при сдвиге, что может привести к преждевременному отверждению (задиру) в стволе.
② Температура ствола и матрицы: Необходимо тщательно контролировать, чтобы силикон оставался достаточно податливым и не запускал реакцию полимеризации в экструдере.
③ Дизайн штампа: Геометрия штампа имеет решающее значение. Она должна быть спроектирована таким образом, чтобы компенсировать погибнуть-склонность экструдата к расширению после выхода из фильеры. Это требует опыта и зачастую нескольких итераций.
④ Температура и время затвердевания: Они должны быть достаточными для достижения полного отверждения по всему сечению детали. Недостаточное отверждение приводит к слабому, липкому продукту, а чрезмерный нагрев может вызвать деструкцию. Время регулируется длиной печи и скоростью линии.
⑤ Скорость линии: Скорость конвейерной ленты должна быть синхронизирована с производительностью экструдера, чтобы предотвратить растяжение или провисание профиля, что приведет к искажению его размеров.
Руководство по проектированию и лучшие практики для силиконовых экструзий
Следование этим принципам проектирования приведет к созданию более производительных и экономически эффективных деталей.
① Упростите профиль: Чем проще поперечное сечение, тем легче контролировать размеры и тем ниже стоимость инструмента. Избегайте излишне сложных элементов.
② Поддерживайте равномерную толщину стенок: Резкие колебания толщины стенок могут привести к неравномерному отверждению, деформации и нестабильности размеров. Стремитесь к однородности везде, где это возможно.
③ Включайте щедрые радиусы: Избегайте острых внутренних и внешних углов. Острые углы являются точками концентрации напряжения, и их трудно заполнить полностью и последовательно во время экструзии. Рекомендуется радиус не менее 0,5 мм (0,020″).
④ Избегайте полых секций с тонкими стенками: Тонкостенные полые секции склонны к разрушению или деформации до полного затвердевания. Если необходимо сделать углубление, убедитесь, что стенки достаточно прочны, чтобы выдержать нагрузку.
⑤ Понимайте и указывайте допуски: Стандартные отраслевые допуски для силиконовых экструзий обычно определяются Ассоциацией производителей резиновых изделий (ARPM) в ее Справочнике по резине (класс 2 для прецизионных изделий, класс 3 для коммерческих). Указывайте самые жесткие допуски только в случае необходимости, так как это увеличивает стоимость.
⑥ Четко определите технические характеристики материала: Не просите просто "силикон". Укажите твердость (дюрометр), цвет, требования к соответствию (например, FDA 21 CFR 177.2600, USP Class VI) и любые критические эксплуатационные свойства, такие как набор компрессии или температурный диапазон.
Распространенные проблемы при экструзии силикона и способы их решения
| Проблема | Потенциальные причины | Решения |
|---|---|---|
| Разбухание штампа / Неправильные размеры | Конструкция штампа не учитывает расширение материала. Несоответствующая партия материала. Неправильная скорость линии или производительность экструдера. | Изменение размеров отверстий пресс-формы. Предварительное тестирование и сертификация партий материала. Синхронизация скорости линии и числа оборотов шнека. |
| Пористость (пузырьки в части) | Влажность в сырье. Захват воздуха при подаче. Слишком высокая температура затвердевания, вызывающая кипение летучих веществ. | Тщательно высушите состав перед использованием. Обеспечьте правильную технику подачи. Уменьшите температуру печи полимеризации. |
| Дефекты поверхности (шероховатость, питтинг) | Загрязнения в компаунде. Скорч (преждевременное отверждение) в экструдере. Поверхность фильеры повреждена или загрязнена. | Используйте чистые помещения для приготовления компаундов. Понизьте температуру бочки. Регулярно очищайте и полируйте матрицу. |
| Неполное отверждение (липкая поверхность) | Недостаточное время или температура затвердевания. Скорость линии слишком высока для печи. Неправильное соотношение катализаторов. | Уменьшите скорость линии. Увеличьте температуру печи. Проверьте записи о рецептуре материала. Выполните пост-отверждение. |
| Искажение или деформация | Неравномерное охлаждение. Неравномерная толщина стенок. Неправильная поддержка профиля при выходе из матрицы. | Оптимизируйте систему охлаждения (воздушные струи, водяная баня). Перепроектируйте деталь для получения равномерных стенок. Отрегулируйте высоту конвейера и опорные ролики. |
Связанные технологии и концепции
1. Процесс переработки - силиконовые компаунды:
Это критически важный первый этап, на котором базовые силиконовые полимеры смешиваются с наполнителями, добавками и катализаторами для создания конкретного сорта HCR, необходимого для конкретного применения. Качество конечной экструдированной детали в значительной степени зависит от качества и последовательности процесса компаундирования.
2. Процесс переработки - изготовление и сборка:
Экструдированные профили редко являются конечным продуктом. К последующим процессам относятся:
① Сплайсинг: Отрежьте экструдированный шнур по длине и скрепите концы вместе, чтобы создать индивидуальное уплотнительное кольцо.
② Нанесение клея: Нанесение чувствительной к давлению клейкой ленты (PSA) на одну сторону профиля для облегчения монтажа.
③ Печать и маркировка: Добавление на поверхность номеров деталей, логотипов или меток выравнивания.
3. Соэкструзия:
Более продвинутый процесс, при котором два или более экструдеров подают различные материалы (например, силикон разных цветов или твердости) в одну фильеру для создания интегрированного профиля из нескольких материалов. Например, уплотнитель может иметь жесткое основание для крепления и мягкую колбу для уплотнения.
4. Литье силикона под давлением:
Как уже говорилось, это дополнительный процесс, используемый для создания сложных трехмерных силиконовых деталей. Его часто выбирают для компонентов, которые невозможно изготовить с постоянным сечением.
5. Силиконовое компрессионное формование:
Самый старый метод формования силикона. Предварительно взвешенная порция материала помещается в нагретую полость формы, и форма закрывается под давлением, заставляя материал заполнить полость и затвердеть. Этот метод подходит для производства небольших и средних объемов деталей, например прокладок и накладок.
Что такое литьевая форма?
Введение: В процессе литья под давлением пластиковая смола является основным материалом для изготовления пластиковых деталей. В процессе производства расплавленный пластик поступает в половинки пресс-формы, заполняя ее
Как оптимизировать допуски при литье под давлением?
Введение: Литье под давлением - самый распространенный способ изготовления пластиковых изделий, состоящих из нескольких частей, которые в конце нужно соединить вместе. Соединять части вместе означает делать
Что такое литье под давлением?
Введение: Литье под давлением - довольно интересный метод производства. Он существует уже давно и позволяет ускорить производство. Скорость и простота производства являются ключевыми факторами в производстве,
Предоставляемые решения по оптимизации Бесплатно
- Предоставление обратной связи по дизайну и оптимизационных решений
- Оптимизация структуры и снижение затрат на пресс-формы
- Общайтесь напрямую с инженерами один на один
RU 
EN 
ES 
FR 
DE 
PT 
AR 
JA 
KO 
IT 
NL 
TR 
PL 