همه‌چیز درباره فرآیند تزریق LSR (تزریق سیلیکون مایع)

تزریق سیلیکون مایع یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های تولید قطعات پلیمری است که در آن از ماده‌ای به نام سیلیکون مایع یا LSR استفاده می‌شود؛ ماده‌ای منعطف، بادوام و مقاوم که حتی در شرایط محیطی و دمایی سخت نیز عملکردی بی‌نقص دارد. فرآیند تزریق LSR (تزریق سیلیکون مایع) با ترکیب دقیق دو جزء مایع و پخت سریع در قالب‌های گرم انجام می‌شود و قطعاتی با دقت بالا، خواص مکانیکی پایدار و حداقل ضایعات تولید می‌کند. این روش که به‌ویژه برای تولید انبوه قطعات پیچیده کاربرد دارد، به دلیل مزایایی مانند قابلیت اتوماسیون، کیفیت یکنواخت، ایمنی بالا و سازگاری با محیط زیست، در صنایع پزشکی، خودروسازی، الکترونیک و حتی تولید محصولات مصرفی جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. تمام اطلاعات این مقاله بر اساس به روزترین مقالات سایت‌هایی مانند leadrp و yizumi جمع‌آوری شده است.

سیلیکون مایع چیست؟

سیلیکون مایع (Liquid Silicone Rubber – LSR) LSR یک الاستومر گرمازا و دوجزئی است که عملکرد عالی در شرایط سخت دارد. این ماده همه‌کاره و سازگار با محیط زیست، از دو جزء مایع تشکیل شده است: پایه و کاتالیزور.
این دو جزء درست پیش از فرایند تولید، با نسبت دقیق ۱:۱ با هم ترکیب می‌شوند. پس از ترکیب، واکنش شیمیایی‌ای آغاز می‌شود که باعث پیوند عرضی و پخت ماده می‌گردد، به‌ویژه در معرض گرما. در نتیجه، ترکیب مایع به ماده‌ای جامد و آماده برای استفاده‌های پیشرفته تبدیل می‌شود.
برخلاف ترموپلاست‌ها که از طریق تغییرات فیزیکی (دمـا و فشار) ذوب و جامد می‌شوند، LSR در طی فرایند پخت، یک تغییر شیمیایی دائمی را تجربه می‌کند که منجر به ایجاد پیوندهای مولکولی قوی و پایدار می‌شود. حاصل آن، ماده‌ای لاستیکی‌شکل با انعطاف‌پذیری و مقاومت بالا حتی در شرایط شدید است.

ترکیب LSR شامل موارد زیر است:

• جزء A:حاوی کاتالیزور پلاتینی
• جزء B: شامل پیونددهنده (معمولاً متیل هیدروژن سیلوکسان) و بازدارنده الکلی
• پلیمر پایه از زنجیره‌های بلند پلی‌سیلوکسان تشکیل شده که می‌توان آن را با سیلیس تقویت‌شده پایدارتر کرد.

برای حفظ پایداری، سیلیکون مایع باید در دمای پایین نگهداری و ترکیب شود. پس از آماده‌سازی، این ماده به درون حفره‌های قالب گرم تزریق می‌شود، جایی که به‌سرعت طی فرایند ولکانیزاسیون (گوگردگذاری) پخت شده و شکل نهایی خود را پیدا می‌کند.

ویژگی‌های سیلیکون مایع

مهم‌ترین ویژگی‌های سیلیکون مایع عبارت است از:

• بدون بو و مزه: به همین دلیل برای محصولات مرتبط با غذا، نوشیدنی و نوزادان مناسب است.
• خواص مکانیکی مناسب: دارای کشسانی بالا، مقاومت در برابر پارگی و انعطاف‌پذیری مطلوب است.
• پایداری بالا: مقاوم در برابر دماهای شدید و مناسب برای استفاده در فضای باز می‌باشد.
• مقاومت شیمیایی: مقاوم در برابر آب، اکسید شدن، برخی اسیدها و بازها داشته و همچنین قابلیت استریل‌ شدن دارد.
• تحمل دمایی بالا: حفظ خواص فیزیکی در بازه دمایی بین منفی ۶۰ تا مثبت ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های سیلیکون مایع است.
• سازگاری با زیست انسان و محیط: با بدن انسان سازگار است، حساسیت‌زا نیست و از رشد باکتری جلوگیری می‌کند.
• عایق الکتریکی: خاصیت عایق الکتریکی خوب، با توان عملکرد در دماهای بسیار بالا یا پایین را دارد.
• شفافیت و رنگ‌پذیری: به‌صورت طبیعی نیمه‌شفاف و سفید است و به‌راحتی با رنگ‌های مختلف ترکیب می‌شود.

قالب‌گیری تزریقی لاستیک سیلیکون مایع چیست؟

قالب‌گیری تزریق سیلیکون مایع (Liquid Silicone Rubber Injection Molding) یا به اختصار LIM، یک فرآیند شکل‌دهی مواد پلیمری از نوع سیلیکونی است که با استفاده از دستگاه تزریق، قطعاتی با دقت بالا، انعطاف‌پذیری مناسب و دوام بالا تولید می‌کند. این روش عمدتاً برای تولید انبوه قطعات با اشکال پیچیده به کار می‌رود.
در فرآیند تزریق LSR (تزریق سیلیکون مایع)، دو جزء اصلی شامل سیلیکون پایه و کاتالیزور (معمولاً بر پایه پلاتین) با نسبت مساوی مخلوط می‌شوند. این ترکیب تحت شرایط کنترل‌شده و در دمای پایین، به درون قالب گرم‌شده تزریق شده و در آن‌جا به‌سرعت پخت می‌شود تا قطعه نهایی شکل گیرد.
از آن‌جا که سیلیکون مایع در دمای اتاق مایع باقی می‌ماند، اختلاط دقیق این دو ماده و انتقال آن به قالب داغ نیازمند کنترل دقیق دما و فشار است. فرآیند پخت در داخل قالب موجب تبدیل ماده اولیه مایع به یک قطعه پلیمری با خواص مکانیکی پایدار می‌شود.

فرآیند تزریق LSR (تزریق سیلیکون مایع) چگونه انجام می‌شود؟

قالب‌گیری تزریقی سیلیکون مایع با تزریق ماده‌ای با ویسکوزیته پایین (LSR) به درون حفره قالب و پخت سریع آن در اثر حرارت انجام می‌شود. در ادامه، مراحل اصلی این فرآیند به‌صورت گام‌به‌گام شرح داده می‌شود:

مرحله ۱: ساخت قالب اختصاصی برای سیلیکون مایع

در ابتدا، قالب مخصوص این فرآیند با استفاده از ماشین‌کاری CNC تولید می‌شود. به‌منظور تحمل دمای بالای فرایند قالب‌گیری، جنس قالب باید از موادی مقاوم در برابر حرارت ساخته شده باشد. سطح داخلی قالب می‌تواند براساس نیاز پرداخت و صیقل داده شود تا کیفیت نهایی قطعه تنظیم گردد. پس از آماده‌سازی، قالب در داخل دستگاه تزریق LSR نصب می‌شود.

مرحله ۲: آماده‌سازی مواد اولیه

مواد اولیه سیلیکون مایع در دو مخزن جداگانه نگهداری می‌شوند: یکی حاوی سیلیکون پایه و دیگری شامل کاتالیزور (معمولاً حاوی ترکیبات پلاتین). این دو ماده توسط یک پمپ اندازه‌گیری (مترینگ) با نسبت دقیق ۱:۱ به داخل یک میکسر منتقل می‌شوند. در این مرحله، در صورت نیاز، رنگ یا افزودنی‌های دیگر نیز به ترکیب اضافه می‌گردد. فرآیند اختلاط باید کاملاً یکنواخت و بدون ورود هوا انجام شود.

مرحله ۳: تزریق ماده به داخل قالب

مخلوط آماده‌شده، از طریق نازل و تحت فشار بالا به داخل حفره‌های قالب تزریق می‌شود. طراحی قالب نقش تعیین‌کننده‌ای در شکل، ویژگی‌ها و دقت قطعه نهایی دارد. تزریق تحت فشار موجب می‌شود که ماده سیلیکونی به‌طور کامل به تمام جزئیات و نواحی قالب نفوذ کند.

مرحله ۴: فرآیند پخت (Curing)

پس از پر شدن حفره قالب، حرارت اعمال‌شده موجب فعال‌سازی واکنش شیمیایی پخت می‌شود. این واکنش باعث می‌شود که سیلیکون مایع به ماده‌ای جامد با خواص مکانیکی مشخص تبدیل شود. زمان پخت بسته به ابعاد، پیچیدگی قطعه و دمای قالب متغیر است.

مرحله ۵: خنک‌سازی و خروج قطعه

پس از اتمام پخت، قطعه باید تا دمای ایمن خنک شود و سپس از قالب جدا گردد. در خطوط تولید صنعتی، این مرحله معمولاً به‌صورت خودکار انجام می‌شود. در مواردی که تولید به‌صورت دستی انجام شود، اپراتور مسئول جداسازی قطعه خواهد بود. با توجه به خواص ذاتی سیلیکون مایع، احتمال تشکیل زائده (Flash) در این فرآیند بسیار کم است.

مرحله ۶: عملیات ثانویه پس از قالب‌گیری

در برخی موارد، عملیات تکمیلی پس از خروج قطعه از قالب لازم است. این عملیات می‌تواند شامل برش، چاپ، مارک‌گذاری، مونتاژ، پخت ثانویه و سایر فرآیندهای صنعتی باشد که بسته به نوع کاربرد قطعه انجام می‌گیرند.

پیشنهادی برای مطالعه بیشتر و کاربردی: فرایند تولید تزریق پلاستیک

مزایای قالب‌گیری تزریقی سیلیکون مایع

این فناوری مزایای زیادی دارد که آن را به انتخابی مناسب برای کاربردهای صنعتی و تخصصی تبدیل کرده است، از جمله:

1. دوام و ماندگاری بالا

قطعات تولیدشده مقاومت بالایی در برابر اشعه فرابنفش، ازن، و عوامل محیطی دارند. همچنین خاصیت عایق الکتریکی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند.

2. دقت بالا در تولید

ویسکوزیته پایین سیلیکون مایع باعث می‌شود ماده به راحتی در حفره‌های پیچیده قالب جریان یابد و جزئیات ظریف به‌دقت بازتولید شوند.

3. کاهش ضایعات

فرآیند قالب‌گیری LSR به‌گونه‌ای طراحی شده است که کمترین میزان زائده و ضایعات تولید می‌شود. در بسیاری از موارد، نیاز به عملیات پرداخت و برش پس از قالب‌گیری وجود ندارد.

4. امکان اتوماسیون کامل

از آن‌جا که مواد اولیه مایع هستند و قابلیت کنترل دقیقی دارند، کل فرآیند می‌تواند بدون دخالت نیروی انسانی و به‌صورت خودکار انجام شود.

5. کیفیت یکنواخت قطعات

پخش یکنواخت ماده در قالب و کنترل دقیق شرایط فرآیند موجب تولید قطعاتی با کیفیت ثابت و حداقل انحراف در ابعاد می‌شود.

6. امکان تولید انبوه با هزینه مناسب

با استفاده از مواد اولیه بهینه و فرآیند کنترل‌شده، تولید در مقیاس بالا با هزینه تمام‌شده مناسب امکان‌پذیر است.

7. سازگاری با محیط زیست

سیلیکون در فرآیند قالب‌گیری ضایعات کمی تولید می‌کند و می‌توان آن را بازیافت نمود، در حالی‌که بسیاری از فلزات و پلاستیک‌ها قابل بازیافت نیستند.

8. ایمنی بالای فرایند

به دلیل امکان استفاده از ربات‌ها، نقاله‌ها و سیستم‌های اتوماتیک برای تخلیه قطعات، نیازی به حضور مستقیم اپراتور در ناحیه قالب‌گیری نیست؛ در نتیجه، خطر سوختگی یا آسیب کاهش می‌یابد.

تجهیزات مورد نیاز برای تزریق سیلیکون مایع

یک خط تولید قالب‌گیری تزریقی سیلیکون مایع از چند بخش اصلی تشکیل می‌شود:

• واحد تزریق: وظیفه ایجاد فشار لازم برای انتقال مواد به سیستم پمپاژ را بر عهده دارد.
• واحد اندازه‌گیری (Metering Unit): وظیفه ترکیب دقیق دو ماده پایه و کاتالیزور با نسبت مشخص را به عهده دارد.
• مخازن مواد اولیه: نگهدارنده ترکیبات پایه و کاتالیزور؛ به همراه مخزن رنگ است.
• میکسر (Mixer): ترکیب یکنواخت مواد در یک جریان پیوسته را به عهده دارد.
• نازل (Nozzle): هدایت مخلوط به درون قالب از وظایف این بخش است. همچنین این بخش دارای سیستم جلوگیری از نشتی است.
• گیره قالب (Clamp): نگه‌داشتن قالب در زمان تزریق و آزادسازی آن پس از پایان فرآیند از تسک‌های این بخش است.

کاربردهای قالب‌گیری تزریقی سیلیکون مایع

فرآیند تزریق LSR (تزریق سیلیکون مایع) در صنایع مختلف، جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است:

تجهیزات پزشکی و بهداشتی

به دلیل سازگاری زیستی بالا، LSR در تولید ماسک‌های تنفسی، درزگیرها، لوازم جراحی، کاتترها، پوشش‌های دستگاه‌های پزشکی و سایر محصولات مرتبط با تماس با بدن انسان استفاده می‌شود.

صنعت خودروسازی

به دلیل تحمل دمای بالا، از LSR در تولید واشرها، درزگیرها، اتصالات، پوشش‌های الکترونیکی و حتی تیغه برف‌پاک‌کن استفاده می‌شود. این ماده در برابر تابش نور خورشید پایدار است و عمر طولانی‌تری نسبت به لاستیک‌های سنتی دارد.

صنایع صنعتی

برای ساخت گسکت‌ها، گلندها، مهارکننده‌های تنش و سایر قطعاتی که در برابر عوامل محیطی باید مقاوم باشند، از قالب‌گیری LSR استفاده می‌شود.

الکترونیک و تجهیزات برقی

به دلیل خاصیت عایق الکتریکی بالا، در تولید کلیدها، درزگیرها، پدهای لمسی، عایق‌های کابل، دکمه‌ها و رابط‌های مقاوم به آب کاربرد دارد.

محصولات مصرفی

از LSR در تولید لوازم آشپزخانه، ساعت‌های مچی، گجت‌های پوشیدنی، پستانک، بطری نوزاد، اسباب‌بازی‌ها و وسایل مراقبتی استفاده می‌شود.

نکات طراحی و تولید در قالب‌گیری سیلیکون مایع

برای دستیابی به بهترین نتیجه، رعایت نکات زیر در طراحی و تولید ضروری است:

• به دلیل انعطاف‌پذیری سیلیکون، قطعه به‌راحتی از قالب جدا می‌شود و معمولاً نیازی به پین پران نیست.
• زاویه خروج (Draft Angle) می‌تواند حداقلی باشد؛ برای قطعات کم‌عمق، حتی صفر درجه نیز قابل قبول است.
• ویسکوزیته پایین سیلیکون باعث جریان‌پذیری بالای آن می‌شود؛ بنابراین نیازی به یکنواختی کامل ضخامت دیواره‌ها نیست.
• برای جلوگیری از نشتی در محل جدایش قالب، درزبندی دقیق ضروری است.
• خطوط جدایش کوتاه‌تر، احتمال ایجاد زائده را کاهش می‌دهند.
• جایگاه ورود ماده (Gate) بهتر است در نقاطی تعبیه شود که در ظاهر قطعه دیده نشوند.
• به دلیل ماهیت مایع مواد اولیه، استفاده از سیستم خنک‌کننده برای جلوگیری از پخت زودهنگام در مسیر انتقال ماده توصیه می‌شود.

پیشنهادی برای مطالعه بیشتر و کاربردی: فرآیند تزریق با کمک گاز

تفاوت قالب‌گیری تزریقی LSR و قالب‌گیری فشاری سیلیکون

سیلیکون مایع؛ جادوی سیلیکون مایع در قالب‌های صنعتی!

فرآیند تزریق LSR (تزریق سیلیکون مایع)، روشی پیشرفته و پرکاربرد در تولید قطعات پلیمری است که از نظر دقت، سرعت، کیفیت و امکان تولید انبوه، بر بسیاری از روش‌های سنتی برتری دارد. این فناوری با فراهم‌کردن انعطاف در طراحی و تولید، در طیف گسترده‌ای از صنایع از جمله پزشکی، خودروسازی، الکترونیک و کالاهای مصرفی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شرکت فاران ماشین با ارائه دستگاه‌های تزریق پلاستیک استاندارد و خدمات تخصصی، گزینه‌ای مطمئن برای تولیدکنندگانی است که قصد ورود به حوزه تزریق LSR را دارند.

سوالات متداول