液状シリコーンゴムの射出成形

液状シリコーンゴム( LSR )の射出成形は、柔軟で耐久性のある部品を大量生産するプロセスです。

液状シリコーンゴムは、圧縮永久歪みが低く、安定性に優れ、極度の高温や低温に耐える能力を備えた高純度のプラチナ硬化シリコーンであり、高品質が求められる部品の製造に最適です。 ^{[1] [サードパーティソースが必要]}材料の熱硬化性のため、液状シリコーンの射出成形では、材料を加熱されたキャビティに押し込んで加硫させる前に、材料を低温に保ちながら、強力な分配混合などの特別な処理が必要です。

化学的には、シリコーンゴムは、シリコンと酸素原子が交互に並んだ骨格とメチル基またはビニル基を持つ熱硬化性 エラストマーの一種です。シリコーンゴムはシリコーンファミリーの約30%を占め、このファミリーの中で最大のグループです。シリコーンゴムは幅広い温度範囲で機械的特性を維持し、シリコーンゴムにメチル基が存在することで非常に疎水性が高くなり、電気表面絶縁に適しています。^[2]

液状シリコーンゴムの一般的な用途は、シール、シーリング膜、電気コネクタ、マルチピンコネクタ、哺乳瓶の乳首などの滑らかな表面が求められる乳児用製品、医療用途、ベーキングパン、スパチュラなどのキッチン用品など、高精度が求められる製品です。シリコーンゴムは、異なるプラスチックで作られた他の部品にオーバーモールドされることがよくあります。たとえば、シリコーンのボタン面は、ナイロン 6,6ハウジングにオーバーモールドされることがあります。

液体射出成形プロセスを完全に実行するには、いくつかの機械部品を設置する必要があります。通常、成形機には、射出ユニットと連動した計量ポンプ装置が必要です。これには、ダイナミックミキサーまたはスタティックミキサーが取り付けられています。統合システムは、精度とプロセス効率の向上に役立ちます。液体射出成形機の重要なコンポーネントは次のとおりです。^[3]

インジェクター。注入装置は、液体シリコンを加圧して、材料を機械のポンプセクションに注入するのを補助します。圧力と注入速度は、オペレーターの判断で調整できます。

計量ユニット。計量ユニットは、2 つの主要な液体材料、触媒とベース形成シリコンをポンプで送り、2 つの材料が同時に放出される際に一定の比率を維持するようにします。

供給ドラム。 供給ドラムはプランジャーとも呼ばれ、材料を混合するための主な容器として機能します。供給ドラムと顔料の容器は両方ともメインのポンプ システムに接続されます。

ミキサー。 静的ミキサーまたは動的ミキサーは、計量ユニットから出た材料を混合します。混合後、圧力を使用して混合物を指定された型に押し込みます。

ノズル。混合物を金型内に注入しやすくするために、ノズルが使用されます。多くの場合、ノズルには、金型からの漏れや過剰充填を防ぐための自動遮断バルブが備わっています。

金型クランプ。金型クランプは射出成形プロセス中に金型を固定し、完了時に金型を開きます。

生体適合性: 広範囲にわたる試験の結果、液状シリコーンゴムは人間の組織や体液との適合性に優れていることが実証されています。他のエラストマーと比較して、LSR は細菌の増殖に耐性があり、他の材料を汚したり腐食したりしません。また、LSR は無味無臭で、厳格な FDA 要件に準拠するように配合することができます。この材料は、蒸気オートクレーブ、エチレンオキシド (ETO)、ガンマ線、電子ビーム、その他多数の技術を含むさまざまな方法で滅菌することができ、BfR XV、FDA 21 CFR 177.2600、USP クラス VI などの必要な承認をすべて満たしています。^[4]

耐久性: LSR 部品は極端な温度にも耐えられるため、自動車のボンネットの下やエンジン付近の部品に最適です。液状シリコンゴム射出成形で製造された部品は難燃性で溶けません。

耐薬品性: 液状シリコンゴムは、水、酸化、酸やアルカリなどの一部の化学溶液に耐性があります。

耐熱性: 他のエラストマーと比較して、シリコンは広範囲の高温/低温に耐えることができます。

機械的特性: LSR は、伸びが良好で、引き裂き強度と引張強度が高く、柔軟性に優れ、硬度範囲は 5 ～ 80 Shore A です。

電気特性: LSR は優れた絶縁特性を備えており、さまざまな電気用途に魅力的な選択肢を提供します。従来の絶縁材料と比較して、シリコンははるかに高い温度と低い温度で機能します。

透明性と着色：LSRは自然な透明性を持っています。この特性により、色鮮やかなカスタム成形品の製造が可能になります^[5]

液状シリコーンゴムはバレルで供給されます。これらのゴムは粘度が低いため、パイプラインやチューブを通して加硫装置に送ることができます。2 つの成分は、計量ポンプによってスタティック ミキサーに送られます。成分の 1 つには、通常はプラチナベースの触媒が含まれています。材料がスタティック ミキサー セクションに入る前に、着色ペーストやその他の添加剤を追加することもできます。スタティック ミキサーでは、成分がよく混合され、射出成形機の冷却された計量セクションに転送されます。スタティック ミキサーにより、非常に均質な材料が生成され、部品全体だけでなく部品間でも非常に一貫性のある製品が得られます。これは、事前に混合され部分的に加硫された固体シリコーン ゴム材料とは対照的です。対照的に、硬質シリコーン ゴムはトランスファー成形によって処理されるため、材料の一貫性と制御性が低く、部品のばらつきが大きくなります。さらに、固体シリコーン ゴム材料は高温で処理されるため、加硫時間が長くなります。

液体シリコーンは粘度指数が非常に低く、バリのない完成品を保証するために金型キャビティの完全な密閉が必要です。射出は高温で行われるため、LSR射出成形ツールの設計段階では鋼の膨張と材料の自然収縮を考慮する必要があります。^[6]

射出成形機の計量セクションから、化合物は冷却されたスプルーとランナーシステムを通って加熱されたキャビティに押し出され、そこで加硫が行われます。コールド ランナーと一般的な冷却により、供給ラインでの材料の損失は発生しません。冷却により、材料の無駄がほとんどない LSR 部品の製造が可能になり、トリミング操作が不要になり、材料コストを大幅に節約できます。

液体シリコンゴムは、チューブから 55 ガロン ドラムまで、さまざまな容器で供給されます。これらの液体は粘性が高いため、材料のデュロメータに基づいて高圧 (500 - 5000 psi) でポンプで送り込まれます。原材料は、2 つの別々の容器 (業界ではキットとして知られています) で出荷され、「A」および「B」化合物として識別されます。「B」側には通常触媒が含まれていますが、使用するシリコンのブランドによって異なる場合があります。2 つの (A および B) 化合物は、通常、静的ミキサーを使用して 1 対 1 の比率で混合する必要があり、硬化プロセスが始まる前に混合プロセス中に顔料が追加されます。^[7] 2 つのコンポーネントが一緒になるや否や、硬化プロセスが直ちに開始されます。通常、ジャケット付き継手に冷水を供給するチラーは、材料が金型に導入される前に硬化プロセスを遅らせるために使用されます。材料が静的ミキサー セクションに入る前に、材料ポンプ (閉ループ計量システム) と組み合わせて使用​​されるカラー インジェクターを介してカラー顔料を追加できます。

コールドデッキのシナリオでは、1対1の混合化合物が冷却されたスプルーとランナーシステムを通じて加熱されたキャビティに送り込まれ、そこで加硫が行われます。コールドランナーと一般的な冷却により、射出が部品またはキャビティに直接行われるため材料の損失が最小限に抑えられ、全体的な材料コストが節約され、高濃度ゴムが使用されます。^[8]冷却により、材料バルブゲートの無駄がほぼゼロのLSR部品を製造できますが、これは「フラッシュのない」完成部品を保証するものではありません。金型とツールは、設計、実行、コストが異なります。優れたコールドランナーは、従来のホットランナーツールに比べて高価ですが、高いレベルのパフォーマンスを提供できる可能性があります。

出典: ^[9]

• バッチ安定性（すぐに使用できる材料）
• プロセスの再現性
• 直接注入（無駄なし）
• 短いサイクルタイム
• 「フラッシュレス」テクノロジー（バリなし）
• 自動化されたプロセス
• 自動脱型システム

• オズワルド、E. バウア;他。 （2006年）。国際プラスチックハンドブック。ハンザー出版社。ISBN 1-56990-399-9。