液状シリコーンゴムの射出成形
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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、圧縮永久歪みが少なく、安定性に優れ、極端な熱や寒さ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 ]材料の熱硬化性のため、液状シリコーンの射出成形では、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、ケイ素原子と酸素原子が交互に配列した骨格と、メチル基またはビニル基を有する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、同ファミリーの中で最大のグループとなっています。シリコーンゴムは広い温度範囲で機械的特性を維持し、メチル基を含むため極めて疎水性が高く、電気表面絶縁材として適しています。[ 2 ]
液状シリコーンゴムの代表的な用途は、シール、シーリングメンブレン、電気コネクタ、多ピンコネクタ、哺乳瓶の乳首など滑らかな表面が求められる乳幼児向け製品、医療用途、ベーキングパンや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製の部品にオーバーモールドされることがよくあります。例えば、シリコーン製のボタン面をナイロン6.6製のハウジングにオーバーモールドすることがあります。
装置
液体射出成形プロセスを完全に実行するには、複数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（ダイナミックミキサーまたはスタティックミキサー）と連動した定量ポンプ装置が必要です。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部品には、以下のものがあります。[ 3 ]
インジェクター。注入装置は、液状シリコーンに圧力をかけ、機械のポンプ部への材料の注入を補助する役割を果たします。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、すなわち触媒とベース形成シリコーンをポンプで送り、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ことを保証します。
供給ドラム。 供給ドラム（プランジャーとも呼ばれる）は、材料を混合するための主要な容器として機能します。供給ドラムと顔料の容器はどちらもメインのポンプシステムに接続されています。
ミキサー。 スタティックミキサーまたはダイナミックミキサーは、計量ユニットから排出された材料を混合します。混合後、圧力を用いて混合物を所定の金型に押し込みます。
ノズル。混合物を金型に充填しやすくするために、ノズルが使用されます。多くの場合、ノズルには自動遮断弁が付いており、漏れや金型への過充填を防ぎます。
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。
LSRの特徴
生体適合性：液状シリコーンゴムは、広範囲にわたる試験において、人体組織および体液との優れた適合性を示しました。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、他の材料を汚染したり腐食させたりしません。また、LSRは無味無臭で、FDAの厳格な要件を満たすように処方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、電子線など、様々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取得しています。[ 4 ]
耐久性：LSR部品は極度の温度にも耐えられるため、自動車のボンネット下やエンジン付近の部品に最適です。液状シリコーンゴム射出成形で製造された部品は難燃性で、溶融しません。
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、優れた伸び、高い引裂強度と引張強度、優れた柔軟性、および 5 ～ 80 Shore A の硬度範囲を備えています。
電気特性：LSRは優れた絶縁特性を有し、様々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、シリコーンははるかに高い温度範囲と低い温度範囲で性能を発揮します。
透明性と着色性：LSRは自然な透明性を有しています。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 ]
射出成形プロセス
液状シリコーンゴムはバレルで供給されます。粘度が低いため、これらのゴムはパイプラインやチューブを通して加硫装置に送り込むことができます。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り込まれます。成分の1つには、通常は白金系触媒が含まれています。着色ペーストやその他の添加剤も、材料がスタティックミキサーセクションに入る前に添加できます。スタティックミキサー内で成分は十分に混合され、射出成形機の冷却された計量セクションに送られます。スタティックミキサーは非常に均質な材料に加工されるため、部品全体だけでなく、部品ごとに非常に均一な製品が得られます。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。一方、硬質シリコーンゴムはトランスファー成形で加工されるため、材料の均一性と制御性が低く、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加工されるため、加硫時間が長くなります。
液状シリコーンは粘度指数が非常に低いため、バリのない最終製品を保証するためには、金型キャビティの完全なシールが求められます。射出成形は高温で行われるため、LSR射出成形金型の設計段階では、鋼材の膨張と材料の自然収縮を考慮する必要があります。[ 6 ]
射出成形機の計量部から、コンパウンド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へと押し出され、そこで加硫が行われます。コールドランナーと全体的な冷却により、供給ラインにおける材料のロスは発生しません。この冷却により、LSR部品の生産において材料ロスがほぼゼロとなり、トリミング工程が不要になり、材料コストを大幅に削減できます。
液状シリコーンゴムは、チューブから55ガロンドラムまで、様々な容器で供給されます。粘性が高いため、材料のデュロメータ硬度に応じて高圧（500～5000psi）でポンプ輸送されます。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）に入れて出荷されます。これらは「A」化合物と「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、使用するシリコーンのブランドによって異なる場合があります。2つの化合物（AとB）は、通常スタティック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ます。混合プロセス中に顔料が添加され、硬化プロセスが開始されます。[ 7 ] 2つの成分が混合されると、硬化プロセスは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。材料がスタティック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）と併用されるカラーインジェクターを介して着色顔料を添加することができます。
コールドデッキ方式では、1対1の混合コンパウンドが冷却されたスプルーとランナーシステムを通して加熱されたキャビティに注入され、そこで加硫が行われます。コールドランナーと全体的な冷却により、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削減され、高粘度ゴムを使用することができます。[ 8 ]この冷却により、バルブゲートの材料廃棄物をほぼゼロにしたLSR部品の製造が可能になりますが、これは「バリのない」完成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、コストが多岐にわたります。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と比較して高価ですが、高いレベルの性能を提供できる可能性があります。
液状シリコーン射出成形の利点
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
参考文献
- ^ 「LSR射出成形とHCR射出成形の比較」 。 2019年6月28日閲覧。
- ^ 「中高電圧電気用途におけるシリコン」 AZoM.com 2012年9月7日2018年1月23日閲覧。
- ^液体射出成形
- ^ LSR固有のプロパティ。「LSR固有のプロパティ」 。2016年3月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「液状シリコーンゴム（LSR）部品の射出成形 | SIMTEC」。
- ^ 「LSR Mold technology」 . 2016年5月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年3月14日閲覧。
- ^ 「液状シリコーンゴム - 射出成形ガイド」（PDF） . Bluestar Silicones .
- ^ 「液体射出成形」エラストマーテクノロジーズ2018年1月23日閲覧。
- ^ 「液状シリコーン射出成形の利点」 。2016年4月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。
さらに読む
- 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。
