Základní způsoby výroby silikonových výrobků.

Rychlost, cena a konfigurace dílů (včetně vlastností materiálu a rozměrů) jsou klíčovými kritérii při výběru způsobu výroby silikonového produktu. Ve skutečnosti existuje více výrobních cest pro silikonové díly než například pro termoplasty, což činí proces vývoje silikonových produktů složitější. V současnosti dostupné technologie pro výrobu silikonových produktů zahrnují: vulkanizaci při pokojové teplotě (RTV), silikon, 3D tisk (SLA) a modelování tavené depozice (FDM), vstřikování za použití vysokopevnostních pryžových materiálů (HCR) a tekuté vstřikování (LIM).

Přehled hlavních metod a materiálů

Tvarování podle pokojové teploty (RTV-1/RTV-2)

Zkratka RTV znamená Room Temperature Vulcanizing. Z toho vyplývá, že tento typ materiálu vzniká bez tlaku a vysoké teploty. Na světě existují 2 druhy silikonového kaučuku – RTV/1, RTV/2.

RTV/1 (běžně známý jako silikonový tmel) je jednosložkový silikonový kaučuk, který vytvrzuje při pokojové teplotě. Snadno se používá, aplikuje a nevyžaduje speciální školení. Ihned po aplikaci začne materiál při kontaktu se vzdušnou vlhkostí síťovat. Síťování začíná vytvořením filmu na povrchu kaučuku a postupně se mění ve sloučeninu. Silikony RTV-1 jsou ideální pro aplikace těsnění, lepení a nátěrů prakticky ve všech průmyslových odvětvích.

RTV/2 – Dvousložkové vulkanizační silikony při pokojové teplotě jsou tekuté, roztíratelné nebo hnětací přípravky, které po smíchání vulkanizují. Existují dva různé typy síťovacích reakcí: kondenzací nebo adicí. Kondenzační vytvrzování vyžaduje organocínový katalyzátor a vždy vytváří vedlejší produkty. Aditivní vytvrzování vyžaduje platinový katalyzátor a neprodukuje vedlejší produkty.

Speciální druhy silikonového kaučuku RTV-2 lze bleskově vytvrdit pomocí UV světla. Dobu vytvrzování lze řídit úpravou intenzity UV záření a doby expozice.

Stejně jako silikony RTV-1 jsou formulace RTV-2 ideální pro téměř všechny aplikace těsnění, lepení a nátěrů.

Výroba dílů z výše uvedených materiálů vyžaduje formu, která může být vyrobena z téměř jakéhokoli kovu nebo plastu, stejně jako z tohoto materiálu. Nejčastěji probíhá výroba odlévací formy na 3D tiskárně. I když podle definice, při použití této metody bude materiál vytvrzovat při okolní teplotě několik hodin. Také

výhody:

Nevyžaduje další drahé vybavení a suroviny. Pozitivním aspektem je možnost vlastní výroby formy, po které se výroba dílů stává jednoduchým procesem.

nevýhody:

Vulkanizace je pomalý proces s dobou vytvrzování v rozmezí od 20 minut do několika hodin. Produktivita a náklady na jednotku jsou do značné míry určeny dobou zpracování.

3D tisk (FDM, SLA a SLS)

Silikon pro 3D tisk zní zajímavě, ale ve skutečnosti to tak jednoduché není. Zatímco většina technologií 3D tisku existuje již léta nebo dokonce desetiletí, silikonové 3D tiskárny jsou stále relativně novým a experimentálním oborem kvůli obtížnosti tisku se silikonem. Během několika posledních let několik společností uvedlo na trh silikonové 3D tiskárny, ale všechna tato řešení mají určitá omezení spolu s neúměrnými náklady, což znamená, že nejsou vhodná pro většinu podniků a aplikací.

Jedním z prvních řešení pro přímý silikonový 3D tisk byl proces nanášení kapek na vyžádání vyvinutý německou společností ACEO. Proces drop-on-demand zahrnoval aplikaci malého množství silikonu na konstrukční platformu a použití UV světla k jeho vytvrzení do hotového dílu. Toto řešení však nenašlo své místo na trhu a v roce 2021 bylo ukončeno.

Výroba tekutých aditiv (LAM) je další forma silikonového 3D tisku vyvinutá společností InnovatiQ (dříve známý jako German RepRap), která zahrnuje dávkování tekutého křemíku na stavební platformu pomocí procesu vytlačování podobného 3D tisku taveného nanášení (FDM) a následného vytvrzení materiálu pomocí kombinace UV světla a tepla za účelem vytvoření hotového produktu. U tohoto řešení jsou však omezené možnosti designu a kvalita dílů.

výhody:

3D tisk nevyžaduje zpracování forem a je prováděn bez dozoru. Velmi malé série dílů lze vyrobit během několika hodin.

nevýhody:

Elastomerové varianty materiálu nejsou pravou silikonovou pryží. Mechanické vlastnosti a způsob výroby se neblíží výrobě LSR. Přesnost může být problémem u tenkých dílů a tenkostěnných konstrukcí. Velké série dílů (> 100) nejsou praktické kvůli vysokým jednotkovým nákladům.

Jedním z hlavních důvodů, proč výrobci volí silikony, je elasticita a ohebnost těchto materiálů, která rozšiřuje jejich aplikační možnosti.

Silikonová tvrdost se obvykle pohybuje od 10A do 80A Shore A. Konvenční polymerové 3D tiskové procesy jako FDM, SLA a SLS nabízejí různé materiály v tomto rozsahu tvrdosti, s různým stupněm podobnosti v dalších důležitých vlastnostech silikonového materiálu, jako je trvanlivost, tepelná odolnost, UV odolnost, bezpečnost potravin, biokompatibilita a parametry barvy a průhlednosti.

HCR (Heat Cured Rubber) – teplem tvrdnoucí silikonová pryž.

Tato metoda zahrnuje použití tlaku a vysoké teploty k výrobě dílů HCR. Při lisování se materiál umístí mezi dvě vyhřívané kovové desky v hydraulickém lisu. Ohřáté desky se pod tlakem uzavřou a materiál vyplní veškerý volný prostor. Jedná se o starou, ale neméně významnou technologii, která je stále cenově výhodná pro výrobu lisovaných sériových výrobků. HCR se přirozeně hodí pro vstřikování, protože materiál je mnohem tažnější než LSR.

výhody:

Materiál má vynikající tepelnou odolnost a odolnost proti stárnutí.

nevýhody:

Je vyžadováno speciální vybavení. Drahé vybavení. Výroba produktů se složitými konfiguracemi nemusí být možná. Delší doba cyklu než LSR.

Společnost „Rezinoplast Plus“ se specializuje na sériovou výrobu lisovaných silikonových výrobků. Celý výrobní cyklus, od míchání silikonu až po odstranění záblesků na hotových výrobcích. Více o technologickém postupu v naší společnosti se dozvíte zde.

LSR (Liquid Silicone Rubber) – tekutá silikonová pryž

Nejnovější technologií zpracování při lisování silikonu je tekuté vstřikování (LIM), které využívá materiál LSR. Tekutý silikonový kaučuk (LSR) je dvousložkový systém, ve kterém jsou dlouhé polysiloxanové řetězce vyztuženy speciálně upravenou silikou. Složka A obsahuje platinový katalyzátor a složka B obsahuje methylhydrogensiloxan jako síťovací činidlo a alkoholový inhibitor. Hlavním rozdílem mezi tekutým silikonovým kaučukem (LSR) a vysoce konzistenčním kaučukem (HCR) je „tekutá“ nebo „tekutá“ povaha materiálů LSR. Zatímco HCR může používat proces vytvrzování peroxidem nebo platinou, LSR používá pouze vytvrzování s přídavkem platiny. Vzhledem k termosetové povaze materiálu vyžaduje vstřikování tekutého silikonového kaučuku speciální zpracování, jako je intenzivní distributivní míchání, kdy je materiál udržován na nízké teplotě, než je vytlačen do vyhřívané dutiny a vytvrzen.

výhody:

Vysoká úroveň přesnosti produktu.

nevýhody:

Může vést k vyšším nákladům na díl u malých sérií dílů, protože počáteční náklady na nástroje nelze amortizovat z velkého množství dílů. Vysoké náklady na vybavení a nástroje.

Abychom to shrnuli, můžeme předpokládat, že každá z uvedených metod má své místo v moderní realitě.

První metoda často zahrnuje individuální domácí výrobu různých výrobků pro domácnost. Patří mezi ně jednotlivé pekáče a další.

Druhá metoda je důležitá pro lékařský průmysl. Je to oblíbená metoda výroby silikonových a plastových dílů pro lékařské přístroje, audiologii a další. Například společnost Cosm vyrábí speciální pesary pro pacienty s poruchami pánevního dna. Vytisknou formy na 3D tiskárně SLA a vstříknou do nich biokompatibilní lékařský silikon, aby vytvořili součást. Rychlá výroba nástrojů pomocí 3D tisku jim umožňuje vytvářet zakázkové díly bez vysokých nákladů na tradiční nástroje.

Třetí způsob lisování je v současné době žádaný a relevantní. V současné době neexistuje rychlejší a levnější způsob hromadné výroby silikonových lisovaných výrobků. Naše společnost je významným dodavatelem těchto produktů pro automobilový průmysl, segment domácností a mnoho dalších odvětví.

Čtvrtá metoda produkuje produkty složitých konfigurací v plně automatickém režimu. Mezi takové výrobky patří dětské dudlíky, hubičky na láhve atd.

Silikon je unikátní materiál s úžasnými technickými a provozními vlastnostmi. To umožňuje použití výrobků ze silikonové pryže (RTP) téměř ve všech oblastech hospodářství – od lékařství a stavebnictví až po elektroniku a potravinářský průmysl. Výroba silikonu vyžaduje složité technologie a přísnou kontrolu kvality.

Co je silikon

Silikon je syntetický polymer, který se skládá z atomů křemíku a kyslíku spojených organickými skupinami. Vykazuje jedinečné fyzikální a chemické vlastnosti: tepelnou odolnost, odolnost proti chemickým vlivům, trvanlivost, bezpečnost, působivé dielektrické vlastnosti a další.

Technologie výroby silikonu

Proces výroby silikonu zahrnuje několik klíčových fází, z nichž každá hraje důležitou roli při získávání vysoce kvalitního konečného produktu.

1. Syntéza křemíku. Prvním krokem je získání křemíku, který je hlavní složkou pro výrobu silikonu. Dotyčný chemický prvek se obvykle extrahuje z křemenného písku jeho zahřátím na velmi vysoké teploty v přítomnosti uhlíku, což vede k čistému křemíku, ze kterého byl oddělen oxid křemičitý (oxid křemičitý). Výsledný křemík bude později použit při výrobě silikonové pryže a následně pryže.
2. Získání silikonové pryže. Další krok zahrnuje reakci mezi křemíkem a organickými sloučeninami, jako je methylchlorid nebo jiné organické chloridy. Tato reakce má za následek tvorbu silikonového polymeru. V závislosti na vlastnostech konečného produktu se do kaučukové kompozice přidávají další speciální přísady. Proces výroby silikonu končí vulkanizací surové pryžové směsi.
3. Polymerizace. Po získání silikonového polymeru následují polymerační procesy. V této fázi může silikon podléhat různým reakcím, včetně zesíťování, což mu dává požadované fyzikálně-chemické vlastnosti. Polymerace může probíhat jak v roztoku, tak v plynné fázi, což také ovlivňuje konečné vlastnosti produktu.
4. Formace. Následuje zpracování silikonu pro získání požadované konečné podoby materiálu: tekuté nebo pevné. V této fázi lze použít různé technologie, jako je vytlačování, odlévání nebo lisování. Výběr metody závisí na typu výrobků (dílů), které chcete ze směsi silikonového kaučuku vyrobit.
5. Kontrola kvality. Po lisování se provádí testování a kontrola kvality silikonových výrobků, aby se zajistilo, že jejich fyzikální a chemické vlastnosti splňují požadavky norem.
6. Balení a skladování. Je důležité zajistit ochranu hotových výrobků před vnějšími faktory, protože ty mohou mít negativní dopad na vlastnosti silikonu během skladování. Obaly musí chránit výrobky ze silikonové pryže před vlhkostí a znečištěním.

Tyto stupně technologie výroby silikonu zajišťují vysokou kvalitu a spolehlivost konečného produktu.

Aktuální otázky s odpověďmi k tématu

Otázka č. 1. Jaké jsou způsoby polymerace silikonu?

Existují dva hlavní typy polymerace silikonu:

• kondenzace, během níž se vážou nízkomolekulární sloučeniny, přičemž se uvolňují malé molekuly (například voda);
• průtokový systém, který zahrnuje použití katalyzátorů.

Polymerace ovlivňuje molekulovou hmotnost, mechanofyzikální a tepelné vlastnosti konečného produktu.

Otázka č. 2. Jaké jsou environmentální aspekty výroby silikonu?

Výroba silikonu je poměrně ekologický proces. Je však nutné počítat s emisemi organických látek: silikáty, chloridy. Aby se minimalizoval jejich negativní dopad na životní prostředí, mnoho společností zavádí systémy čištění emisí a také praktikuje recyklaci odpadu.

Otázka č. 3. Jak se silikon používá v různých průmyslových odvětvích?

Silikonové materiály našly uplatnění v:

• lékařský průmysl – pro výrobu implantátů, katétrů a různých nástrojů;
• konstrukce – v tmelech, izolacích a nátěrech;
• automobilový průmysl – pro těsnění, těsnění, žáruvzdorné materiály;
• kosmetický průmysl – při výrobě krémů, olejů a dalších pečujících přípravků.

Silikonové výrobky jsou široce používány i v jiných oblastech hospodářství.

Otázka č. 4. Jak probíhá kontrola kvality při výrobě silikonových výrobků?

Kontrola kvality silikonových produktů zahrnuje:

• předběžná analýza zdrojových materiálů pro kontaminaci;
• monitorování teploty, tlaku a reakční doby během polymeračního procesu;
• testování fyzikálních a chemických vlastností hotového výrobku (viskozita, pevnost, tepelná vodivost a další).

Kromě toho jsou prováděny pravidelné kontroly, aby se zajistilo, že hotové výrobky splňují mezinárodní normy.

Otázka č. 5. Jaké suroviny jsou potřeba k výrobě silikonu?

Hlavní suroviny používané při výrobě silikonu jsou:

• křemík (Si);
• methylchlorid (CH3CI);
• voda (H₂Ó).

Kromě toho lze pro úpravu vlastností konečného produktu použít různé přísady: plniva, barviva, katalyzátory atd.

Závěr

Výroba silikonu je high-tech proces, který kombinuje chemické reakce a pokročilé techniky zpracování. Tento všestranný materiál nachází uplatnění v různých průmyslových odvětvích, od lékařství až po automobilový průmysl. Odolnost vůči teplotním výkyvům a chemikáliím a jeho další skutečně unikátní vlastnosti dělají ze silikonu nepostradatelný polymer v moderní výrobě. S rostoucí poptávkou po materiálech šetrných k životnímu prostředí vypadá budoucnost silikonu velmi slibně a otevírá nové obzory pro inovativní řešení.