فرآیند تزریق LSR (تزریق سیلیکون مایع) چیست؟

مقاله دریافتی از صنعت لاستیک سیلیکون مایع یا به اختصار LSR در دهه ۱۹۷۰ میلادی کشف گردید و به سرعت بعنوان یکی از گزینه‌های ساخت قطعات و محصولات لاستیکی انتخاب گردید. وجه تمایز تزریق LSR باعث شده است تا جایگزین مناسب و بهتری برای سیلیکون‌های با دوام و حتی سایر ترموپلاست‌های تزریقی شود.

روش تزریق LSR گستره وسیعی از قطعات در حوزه‌های گوناگون همانند صنایع پزشکی، خودروسازی، نگهداری نوزاد، صنایع عمومی، هوافضا، الکترونیک و بسیاری دیگر از صنایع خاص را در بر می‌گیرد. از آنجایی که تزریق به روش LSR مناسب برای قطعات با عمر بالا و کم می‌باشد، امکان استفاده از آن حتی در مراحل آخر نمونه‌سازی نیز میسر خواهد بود. همچنین این روش امکان ارزیابی دقیق‌تر مشخصات ماده برای تایید و تولید نهایی محصول را فرآهم می‌سازد.

 

• مشخصات LSR

در طول ۴۰ سال گذشته شرکت های بسیاری در صنایع مختلف به تولید قطعات لاستیکی خود با تزریق LSR روی آورده‌اند. تزریق قطعات LSR فرآیند تولید را ساده‌تر کرده و حجم تولید را نیز ضمن بهبود کیفیت تولید افزایش می‌دهد. امروزه LSR بواسطه ویژگی‌های منحصر به فرد خود، بعنوان یک ماده ایده‌آل برای نیازهای متعدد شناخته می‌شود. این ویژگی‌ها عبارتند از:

• سازگار با محیط زیست: بواسطه آزمایشات فراوان صورت گرفته، LSR سازگاری بسیار خوبی با محیط زیست و بافت انسانی دارد. در مقایسه با سایر مواد الاستومر، LSR در مقابل رشد باکتری‌ها مقاوم بوده و موجب تغییر رنگ و خوردگی سایر مواد نیز نمی‌شود. همچنین LSR بدون بو و مزه بوده که می‌تواند استانداردهای سازمان غذا و داروی آمریکا FDA را نیز اخذ نماید. این ماده می‌تواند توسط روش‌های متعددی همانند بخار، اتوکلاو، اکسید اتیلن، اشعه گاما و بسیاری از روش‌های دیگر استرلیزه شود.
• قابلیت اعتماد: ویژگی بسیار خوب LSR در تحمل دماهای زیاد باعث شده است تا این ماده برای تولید قطعات مورد استفاده در درب موتور خودرو و سایر قطعاتی که نزدیک به موتور هستند گزینه ایده‌آلی باشد. همچنین قطعات ساخته شده با پوشش لایه‌ای از LSR مقاومت بسیار بالایی در برابر آتش داشته و ذوب نمی‌شوند، امری که یک مشکل جدی و اساسی در سایر قطعات پلاستیکی بشمار می‌رود.
• مقاوم دربرابر مواد شیمیایی: ماده LSR در برابر آب، اکسیداسیون و برخی حلال‌های شیمیایی همانند اسیدها و بازها مقاومت بالایی دارد.
• مقاومت حرارتی: در مقایسه با سایر الاستومترها، سیلیکون توانایی تحمل دماهای بسیار بالا و پایین را دارد. برای مثال، Silastic LSR می‌تواند بطور پیوسته در بازه دمایی -60°C تا +180°C را پایدار باشد.
• خواص مکانیکی: ماده LSR خواص کشسانی خوبی داشته و از مقاومت برشی و کششی بالایی نیز برخوردار می‌باشد. ضمنا سختی آن نیز از ۵ تا ۸۰ Shore A می‌باشد.
• خواص الکتریکی: خاصیت عایق الکتریکی بسیار خوب LSR، این ماده را بعنوان گزینه جذابی برای نگهداری قطعات الکترونیکی تبدیل کرده است. در مقایسه با سایر عایق‌های مرسوم، سیلیکون می‌تواند در بازه دمایی بسیار بالا و پایین عمل نماید.
• شفافیت و رنگ: LSR دارای یک شفافیت ذاتی است، این امر امکان تولید قطعات شفاف، رنگی و دلخواه را فرآهم می‌سازد.

 

• طراحی قطعه و انتخاب مواد

با توجه به اصول و قوائد طراحی قطعات LSR که مشابه سایر قطعات تزریقی می‌باشد، تولید کنندگان می‌توانند محصولات مقاوم‌تر تولید کرده که فرآیند ساخت و مونتاژ را نیز آسان‌تر می‌کند. تزریق ماده LSR شامل شرایط پیچیده‌ای است که اصول و پارامترهای ساختاری خاصی را در بر می‌گیرد که طراحی باید به آنها اشاره کند:

• کاربرد قطعه مورد استفاده
• نحوه مونتاژ قطعه در مجموعه کلی
• میزان بار وارده به قطعه در هنگام استفاده

مشخصات و ویژگی‌های قطعه به نحوه ورود ماده LSR به قالب، پر شدن قالب و خنک شدن آن بستگی دارد. در نظر گرفتن تلرانس ابعادی مناسب و اضافه کردن برخی افزودنی‌های مجاز، امکان کاهش تنش و پلیسه کردن را میسر می‌سازد. توانایی LSR در پر کردن جداره‌های نازک با کمترین چالش و تطبیق خوب این ماده با جداره‌های در نظر گرفته شده، موجب آب‌بندی خوب قطعه نیز می‌شود.

مشابه مواد ترموپلاست، LSR نیز در رده‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شود. با توجه به کاربرد آن، تولید کنندگان می‌تواند ماده LSR با خاصیت لاستیکی بیشتر یا از رده‌هایی با سختی بالاتر را انتخاب نمایند.

در اصل LSR درصد کمی از سیلیس را شامل می‌شود لذا همین امر LSR را گزینه مناسبی برای قطعاتی که خواص فیزیکی کمی نیاز دارند قرار داده است. اضافه کردن برخی افزودنی‌ها می‌تواند LSR را برای کاربرد در دمای بالا و برخی محیط‌های مایع آماده سازد. اختراع LSR خود چسبنده، امکان استفاده از این ماده در صنایع قالبگیری را میسر کرده است.

 

• قالب LSR

تولید یک قطعه ساخته از LSR دقیق و عالی، از قالب آن آغاز می‌شود. ساخت قالب مستلزم ترکیبی از ماشینکاری‌های CNC و فرآیند EDM می‌باشد. ساخت قالب از جنس آلومینیوم دما بالا که بتواند فرآیند تزریق LSR را تحمل کرده و امکان‌پذیر نماید، نیازمند صرف زمان و بکارگیری دقت بسیار بالایی می‌باشد که این موضوع به بزرگترین دستاورد در فرآیند تزریق LSR تبدیل شده است. ناگفته نماند که توانایی به جریان درآوردن LSR به بخش‌های جدار نازک، گوشه‌های نیز و بخش‌های ضخیم/نازک قطعه می‌تواند موجب ساده‌تر شدن طراحی قالب LSR گردد.

بعلاوه، کیفیت سطح قالب نیازمند پرداخت بسیار بالایی نبوده و حتی زوایای خروج مرسوم در قالب‌ها نیز برای خروج قطعه LSR ضروری نمی‌باشد. به محض اینکه فرآیند جامد شدن قطعه به مرحله پایانی برسد، قطعه تولید شده می‌تواند بدون نگرانی از تغییر شکل یا آسیب از داخل قالب پران شود.

 

• تولید قطعه با ماده LSR

فرآیند تولید تزریق مایع یا LIM می‌تواند سیلیکون لاستیکی را به انواع مختلفی از قطعات و محصولات تبدیل نماید. بر خلاف روش مرسوم تزریق که بر پایه ایجاد فشار بر روی مواد بوده، روش تزریق مایع شامل روش ترکیب مکانیکی ترکیب دو-جزئی ماده در قالب می‌باشد

مهمترین تفاوت تزریق LIM و روش استاندارد تزریق، به زمان تحویل قطعه بستگی دارد. قالب بر روی یک دستگاه پیشرفته تزریق LSR که بطور خاص برای کنترل دقیق حجم تزریق طراحی شده است، نصب شده و ساخت قطعات LSR را میسر می‌سازد.

در ادامه به مراحل اصلی تولید قطعات به روش تزریق LSR اشاره خواهد شد:

1.  سیلیکون مایع پخت نشده شامل از دو جزء تشکیل می‌شود، جزء A و جزء B که هر دو به سیستم پمپاژ متصل می‌باشند. سیلندر A حاوی ماده اصلی شکل‌دهنده بوده و سیلندر B حاوی کاتالیست آن می‌باشد. واحد اندازه‌گیری بصورت کاملا خودکار درصد یکسان و یک-به-یکی از هر دو جزء را فرآهم می‌سازد.
2. قالبساز می‌تواند برنامه‌ریزی و بهینه‌سازی سیستم اتوماسیون تزریق را نیز انجام داده و تنظیمات تزریق برای رسیدن به حجم تزریق مناسب در هر مدل را داشته باشد. صفحات و جک‌ها که قالب را بطور دقیق می‌بندند، پارامترهای دما، فشار، نرخ تزریق و زمان سیکل  تنظیم شده را بر اساس درخواست مشتری دارند.
3. پس از اتمام مراحل نصب قالب، دستگاه قالب را تا دمای مناسب گرم کرده و نیروی قفل مورد نیاز را نیز وارد می‌نماید. قالب با در نظر گرفتن مشخصات بخش تزریق، پمپ و … دستگاه بسته می‌شود. سپس بخش تزریق، مواد را به درون قالب و حفره‌های آن تزریق می‌کند.
4. ترکیب حرارت و فشار وارده بصورت همزمان روی LSR موجب پخت و جامد شدن ماده می‌شود. بمحض زمان پایان سیکل، گیره باز شده و قطعه تولیدی خارج خواهد شد. سپس گیره بسته شده و سیکل بعدی مجددا آغاز می‌گردد.
5. پس از خروج قطعه از قالب، امکان اضافه شدن سایر فرآیندهای پس از تولید همانند جدا کردن پلیسه، پخت ثانویه، بازرسی کیفی و بسته‌بندی وجود داشته باشد.

ساخت قطعات LSR نیازمند رفع کلیه مشکلاتی است که بطور مرتب بوجود می‌آیند. تولید کننده باید تجربه و توانایی مواجه شدن با این مشکلات فنی را داشته باشد تا بتواند در لحظات بحرانی زمان و پول را ذخیره نماید.

 

• مزایای تولید قطعه LSR

تولید قطعه با روش تزریق ماده LSR دارای مزایای فراوانی است که در زیر به برخی از آنها اشاره می‌شود:

• حجم تولید بالا: مواد پیشرفته LSR بواسطه قیمت معقول، حجم تولید بالای قطعات سیلیکونی پیچیده، فرصت مناسبی را برای تولیدکننگان فرآهم می‌کند.
• احتمال آلودگی بسیار پایین: ساخت قطعه با ماده LSR در یک سیستم حلقه بسته صورت می‌گیرد از اینرو احتمال آلوده شدن قطعه توسط اپراتور بواسطه دست زدن به مواد یا سایر شرایط محیطی کاهش می‌یابد.
• اتوماسیون سطح بالا: از آنجایی که فرآیند تولید LSR بسیار کارآمد می‌باشد، امکان اتوماسیون کردن فرآیند تزریق، قالب و پران وجود دارد که این امر موجب کاهش چشمگیر هزینه پایش سیستم و تغییرات می‌شود.
• زمان سیکل تولید کم: سرعت و زمان سیکل تولید قطعه LSR به شرایط مختلفی بستگی دارد:

• حذف پلیسه و ضایعات: قطعه تولید شده LSR قراضه ندارد زیرا توانایی ساخت قالب بدون پلیسه در آن وجود دارد.
• دمای قالب و قطعات اینسرتی
• دمای ماده تزریق شده در لحظه ورود به قالب
• هندسه قطعه تولید شده
• ترکیب شیمیایی ماده پخت شده

ماده Silastic LSR توانایی پخت و تولید سریع‌تر را دارد زیرا می‌توان دمای سیلندر تزریق و راه‌گاه سرد آن را از 40°C تا 80°C تعیین کرد.

• ضریب ایمنی بالا: سیستم اتوماسیون موجب حذف اپراتور برای رفتن به میان قالب را غیر ضروری می‌کند. قطعات تولیدی براحتی توسط دستگاه و خط ربات و کانوایر به بیرون انتقال می‌یابند.

تزریق به روش LSR تولیدی پایدار، پر بازده، کم هزینه برای گسترده‌ای از محصولات متنوع را فرآهم می‌آورد.

 

• صنایع و کاربردها

بدون در نظر گرفتن صنعت، فرآیند تزریق مایع اجازه تولید قطعات لاستیکی یا قطعاتی که باید در شرایط سخت کار کنند را می‌دهد و محصول نهایی را موثرتر می‌نماید. صنایع و کاربردهای این روش عبارتند از:

• تجهیزات پزشکی: تزریق سیلیکون مایع بطور چمشمگیری در صنعت پزشکی نفوذ کرده است زیرا دارای خواص فیزیکی فوق‌العاده و مقاومت حرارتی و شیمیایی بالایی دارد. همچنین، LSR مزایای دیگری نیز همانند زیست سازگاری، استرلیزه کردن آسان و شفافیت دارد. قطعات نیز مطابق با استانداردهای سازمان FDA می‌باشند.
• خودروسازی: LSR دارای قابلیت اطمینان، مقاومت کششی، پایداری حرارتی بالا، مقاومت خستگی بالا و سایر خواص فیزیکی دیگر بوده که آن را گزینه بسیار مناسبی برای قطعات خودرویی نظیر قطعات درب موتور قرار می‌دهد. اکثر قطعه‌سازان مطرح دنیا تمایل به تولید قطعه با روش تزریق LSR دارند تا بتوانند قطعاتی همانند O-Ring، دکمه‌ها، واشرها و قطعات سیم‌کشی برق را تولید نمایند. همچنین LSR امکان تزریق مستقیم بر روی قطعات پلاستیکی و فلزی را دارد.
• قطعات مصرفی: خواص متعددی که در سیلیکون مایع وجود دارد امکان تولید یک مجموعه گسترده از مواد خام را میسر می‌سازد. این قطعات می‌توانند شامل ظروف آشپزخانه، دوش‌های پلاستیکی، قطعات الکتریکی و … باشد.
• کاربردهای خاص: انواع و رده‌های مختلف LSR موجب تولید قطعات  مختلف می‌شود:

• شیر‌ها و گیج‌ها
• قطعات آب‌بندی
• قطعات آبیاری و فیلتراسیون
• انواع شیرهای تحت فشار
• صفحه کلید‌ با قابلیت روشن شدن

• ریخته‌گری LSR: این روش تولید مناسب قطعاتی است که دارای پیچیدگی مونتاژ بوده و می‌بایست دارای واشر یا نوعی از قطعات آب‌بندی داشته باشند. همچنین این روش تولید سیلیکون مایع قطعات مورد نیاز برای محصولاتی بدون خطا را نیز فرآهم می‌کند. در کنار بازده قطعات تولید شده، ریخته‌گری LSR هزینه مونتاژ را نیز کاهش می‌دهد. توانایی مونتاژ و ایجاد پیوند LSR بصورت شیمیایی و مکانیکی به سایر ترموپلاست بدون افزودنی خاصی، این روش را به راه حلی بسیار مشهور در صنعت تبدیل کرده است. این روش مناسب تولید قطعاتی که می‌بایست با یک فلز پیوند داشته باشند و این پیوند از قابلیت اعتماد بالایی نیز برخوردار باشد.

 

• استانداردهای کیفی قطعات LSR

جدا از طراحی قطعه، قالب، نمونه‌سازی اولیه یا ساخت محصولی جدید، سازنده قطعه سیلیکون مایع باید توانایی برآورده کردن نیازهای قطعه بر اساس مشخصات درخواستی را داشته باشد. دقیق‌ترین استاندارد ضامن کیفیت قطعه تولید شده LSR باید دارای شرایط زیر باشد:

• دستورالعمل‌های بازرسی محکم: تمامی قطعات تولید شده باید برای بررسی عیوب، آسیب‌ها یا هر گونه نقص دیگری بطور یکسان و ثابت تحت کنترل قرار گیرند.
• شماره کنترلی بانک اطلاعاتی: شماره کنترلی داده برای اختصاص و ثبت کلیه قطعات تولید شده بکار می‌رود.
• تاریخچه بسته‌بندی محصول: این امر موجب ردیابی هر محصول از تاریخ ساخت، فرآیندهای تولید آن و مواد بکار رفته می‌باشد.

تهیه شده در: واحد فني و مهندسي NBM &YIZUMI (هر دوشنبه در گروه رسانه ای بسپار/ ایران پلیمر منتشر می شود)
www.nbmmachinery.com