Mediante polimerización, hidrólisis y diferentes métodos de fabricación se obtienen materiales de silicona multifuncionales con las propiedades o grados requeridos por el producto.Los materiales de silicona comerciales comunes son caucho, aceite de silicona, resina, masilla y grasa.El caucho de silicona es un miembro de la familia.La resistencia y estabilidad a temperaturas extremas hacen que este material artificial sea adecuado para una variedad de aplicaciones.
En este artículo, nos centraremos en explorar el proceso de fabricación de diferentes tipos de silicona, desde las materias primas y los compuestos base hasta los productos finales.
Ahora comienza nuestro viaje de descubrimiento.Primero, es necesario comprender la definición de caucho de silicona, los diferentes tipos de caucho de silicona que se usan comúnmente y el proceso de fabricación de los materiales de silicona.
¿Qué es el caucho de silicona?
El caucho de silicona es un elastómero artificial con una consistencia similar al caucho elaborado a partir de resina de silicona que contiene oxígeno, silicio, carbono e hidrógeno.Sus dos propiedades clave son excelente temperatura y resistencia química.Para satisfacer las necesidades de aplicaciones ambientales adversas, a los polímeros de silicona se les pueden agregar otros aditivos para proporcionar propiedades específicas.Está reforzado con silicona y rellenos minerales y proporciona un rendimiento mejorado para una variedad de aplicaciones.Estas propiedades específicas pueden ser una excelente estabilidad térmica, resistencia a la corrosión, resistencia a la tracción, resistencia al desgarro, retardo de llama, aislamiento eléctrico, adhesión, conductividad y todos los colores requeridos.
El polímero de silicona inerte puede soportar cambios extremos de temperatura desde -110°C (-166°F) hasta 300C° (572°F).Hereda algunas de las propiedades beneficiosas de las siliconas en un amplio rango de temperaturas.Su facilidad de formación, fabricación y propiedades inusuales permiten que se utilice en diversas aplicaciones, incluidas alimentación materna e infantil, productos de consumo, construcción, fabricación de moldes, utensilios de cocina, juguetes, electrónica, revestimientos, automoción y aeroespacial.Es importante tener en cuenta que los geles o líquidos altamente adhesivos normalmente se suministran sin curar.Estas materias primas deben convertirse en sólidos mediante vulcanización, curado o catálisis.Suelen pasar por dos etapas de mezclado y moldeado antes de alcanzar su forma final.A esto le sigue una larga etapa de poscurado.El caucho de silicona se puede curar mediante diferentes sistemas.Los más comunes son los sistemas de curado catalizados por platino (adición), los sistemas de curado con peroxígeno, los sistemas de curado por condensación y los sistemas de curado con oxima.Además, proporcionar calor o presión adicional a un sistema de curado catalizado por platino puede acelerar el proceso de solidificación.
¿Silicona o Silicio?¿Cual es la diferencia?
Las principales diferencias entre silicona y silicona son las siguientes:
Método de producción
Aunque silicona y silicio se escriben de manera similar, son materiales completamente diferentes elaborados a partir de diferentes procesos de fabricación.
Estructura química
La silicona es un material elástico compuesto de siloxanos e hidrocarburos de cadena larga.El silicio es un elemento químico que no existe de forma aislada.
Características físicas
La silicona es un material sintético más flexible y suave conocido por su excelente resistencia al calor.El silicio es un sólido cristalino más duro y quebradizo que tiene una apariencia metálica de color gris azulado.
Usos
La silicona es un elastómero versátil.Es resistente al calor, a muchos productos químicos, impermeable y menos reactivo que otros materiales, lo que lo hace ampliamente utilizado en dispositivos médicos, selladores, aisladores de líneas de voltaje y herramientas de cocina.Debido a que el silicio conduce electricidad bajo ciertas condiciones, tiene propiedades semiconductoras.Esta propiedad lo convierte en una materia prima importante para la producción de semiconductores y células solares.Especialmente en aplicaciones de productos electrónicos, sus propiedades eléctricas pueden controlarse con precisión mediante impurezas dopantes.
¿Cómo se producen los materiales de silicona?
El proceso de fabricación de silicona implica una serie de reacciones químicas y métodos de fabricación.El proceso de fabricación proporciona materiales duraderos, escalables y de menor costo para aplicaciones industriales y comerciales.Ahora comencemos a explorar los pasos clave involucrados en el proceso de fabricación de silicona:
Paso uno: Ricas fuentes de materias primas
Dado que la arena de cuarzo y la grava de calidad metalúrgica contienen una alta proporción de sílice, se convierten en las principales materias primas para la fabricación de silicona.El contenido de sílice puede llegar al 99,5%.
Paso 2: Se mezcla una gran cantidad de arena de cuarzo o grava metalúrgica con coque y se separa el silicio de la sílice.
El silicio se produce reduciendo cuarzo con carbono en un horno de arco eléctrico.La temperatura máxima de reacción del proceso es de aproximadamente 1800°C.Los productos de la reacción son silicio y monóxido de carbono.En la reacción, el carbono actúa como agente reductor, eliminando el oxígeno de la sílice.La pureza del silicio obtenido mediante este método es aproximadamente del 98%.El silicio puro también se denomina silicio de grado metalúrgico.Una vez completada la reacción, el silicio enfriado se puede triturar para obtener un polvo fino de silicio.
Paso 3: Cloruro de metilo mezclado con polvo de silicio de grado metalúrgico y luego calentado
El cloruro de metilo y el polvo de silicio se mezclan uniformemente según una proporción precisa para formar dimetildiclorosilano, el componente principal de la silicona.Este proceso requiere calentamiento para activar la reacción entre los componentes.
Etapa 4: Se destila dimetildiclorosilano de la mezcla
Se calientan mezclas de clorosilanos con diferentes puntos de ebullición a temperaturas precisas para separar el dimetildiclorometano (DMDCS) y otros compuestos.El proceso es largo y complicado.Puedes tener dimetildiclorometano listo para la siguiente etapa.
Paso 5: Se añadió agua y se condensó.
En esta etapa, el dimetildiclorosilano se hidrólisis después de mezclarlo con agua y se pueden obtener ácido clorhídrico y disilanol por separado.A continuación, el ácido clorhídrico actúa como catalizador y se condensa con disilanol para producir el polidimetilsilanol más común.Su otro nombre químico es PDMS.
Paso 6: Polimerización para obtener silicona.
En este punto, encontrará que el polidimetilsiloxano contiene enlaces siloxano.Este enlace de mayor energía es la columna vertebral de la silicona.La polimerización de siliconas implica varios métodos diferentes.Por ejemplo, se añaden grupos vinilo, grupos fenilo o grupos flúor a la cadena PDMS durante la síntesis para obtener las propiedades deseadas del producto final y diferentes tipos de siliconas.
¿Cuáles son los diferentes tipos de silicona?
Los diferentes tipos de caucho de silicona tienen propiedades y beneficios únicos, lo que los convierte en el material más popular para una variedad de aplicaciones.En términos generales, el caucho de silicona se puede clasificar según su estructura molecular y los grupos químicos unidos a los átomos de silicio.
Clasificación basada en grupos orgánicos en átomos de silicio.
Los grupos laterales orgánicos del caucho de silicona generalmente incluyen el grupo metilo (CH3), grupo vinilo(CH2=CH), grupo trifluoropropilo(CF3CH2CH) y el grupo fenilo (C6H5).La clasificación es la siguiente:
Metilo (CH3) grupos - A veces se le llama caucho de metil silicona o caucho de metil silicona/elastómero de dimetil silicona y es el caucho de silicona básico desarrollado por primera vez.Su abreviatura es MQ.
Grupos metilo y fenilo. - su nombre químico es PMQ.También se lo conoce a veces como caucho de fenil silicona/caucho/elastómero de metilfenil silicona.Este material de silicona se comporta bien a temperaturas muy bajas.
Grupos metilo y vinilo.- A veces también se lo denomina elastómero/caucho de silicona de metil vinil.Su nombre químico es VMQ.La presencia de grupos metilo y vinilo le da al polímero su flexibilidad y propiedades adhesivas.Los compuestos de silicona que contienen vinilo también ayudan en la vulcanización.
Grupos metilo, vinilo y fenilo. - Es generalmente conocido por mejorar las propiedades del caucho a bajas temperaturas.
Grupos fluoro, vinilo y metilo. - A veces se le llama fluoroelastómero, caucho fluorado o caucho de fluorosilicona.Estos elastómeros ofrecen una excelente resistencia al ataque químico de aceites, combustibles y disolventes.
Clasificación basada en la estructura molecular.
Tipos de caucho de silicona
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Viscosidad
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Métodos de procesamiento comunes |
Sistema de curado |
Principales características y aplicaciones.
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LSR (caucho de silicona líquida)
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Más bajo |
Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida (LSR) |
Sólo aditivo de platino | Es un sistema de dos componentes con las cadenas moleculares más cortas.Sus propiedades únicas incluyen mayor transparencia y resistencia a la intemperie, flexibilidad, biocompatibilidad e inercia química.Estas propiedades incomparables lo hacen ideal para aplicaciones que requieren geometrías complejas, soportan ambientes extremos y exposición a productos químicos agresivos.Particularmente adecuado para dispositivos médicos y aplicaciones en contacto con alimentos. |
HTV (vulcanización a alta temperatura o caucho de silicona sólido)
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más alto
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Moldeo o extrusión de silicona |
Catalizador de platino o peróxido orgánico. | Es un elastómero muy versátil y de alto rendimiento, normalmente con polímeros de cadena larga relativamente largos.Normalmente se suministra en estado bruto y requiere vulcanización.Es conocido por su excelente estabilidad térmica, suavidad, resistencia al envejecimiento y a la intemperie, aislamiento eléctrico y dureza.Estas propiedades clave lo hacen ideal para una variedad de aplicaciones exigentes en diversas industrias.Es particularmente adecuado para aplicaciones aeroespaciales, automotrices y eléctricas.
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RTV (vulcanización a temperatura ambiente)
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Bajo a medio |
moldeado o fundido |
Catalizador de platino | El caucho de silicona RTV puede ser un sistema de un componente (RTV-1) o de dos componentes (RTV-2).A diferencia de otros tipos de caucho de silicona que requieren un curado a alta temperatura, este se cura a temperatura ambiente o con sólo un poco de calor.Proporciona una dureza de muy suave a media cuando está curado.Su excelente durabilidad, flexibilidad, desmoldeo y propiedades impermeables brindan una protección superficial efectiva para piezas o moldes en condiciones extremas que pueden causar que otros materiales pierdan elasticidad o se degraden.Sus aplicaciones incluyen selladores, adhesivos, revestimientos, encapsulados y embalajes.
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¿Cómo se convierten las materias primas de silicona en productos finales de silicona?
Los pasos básicos del proceso de fabricación de productos de silicona incluyen los siguientes:
Mezclado
Mezclar las materias primas de silicona y otros aditivos en un compuesto de materia prima homogéneo.Estos aditivos pueden ser cargas de refuerzo, reticulantes y colores que cumplan con las propiedades específicas requeridas en el producto final.
revuelto
Los compuestos mezclados se amasan mecánicamente a altas temperaturas y presión.El objetivo principal de este proceso es dispersar completamente todos los ingredientes y producir un material sin curar.Estos compuestos base son la materia prima antes de moldear diferentes formas.
Moldura
El compuesto base se inyecta en el molde o se le da forma mediante otros procesos de conformación.Después de la conformación inicial, estas formas se convertirán en productos potencialmente utilizables finales después de la vulcanización.
Vulcanización
El material a moldear se cura o endurece utilizando un agente de curado que genera calor.Este proceso químico generalmente se completa a temperatura ambiente o alta temperatura.El tiempo de curado depende del tamaño y complejidad del producto.Generalmente, el tiempo de curado del producto oscila entre unos minutos y 24 horas.
Opciones de posprocesamiento
Después del proceso de vulcanización, es posible que sea necesario un posprocesamiento que incluya un tratamiento superficial o un tratamiento térmico en las piezas vulcanizadas.En otras palabras, el caucho de silicona puede someterse a ciertos procesos beneficiosos antes de su uso para que tenga un mejor aspecto y sea más duradero.Estos posprocesamientos suelen ser encerados o recubrimientos y se realizan antes del acabado y el corte.
Desarrollo de productos de silicona.
El proceso de fabricación de productos de silicona generalmente implica varias etapas, desde el diseño de piezas, la construcción de prototipos, la fabricación de moldes de precisión y la producción a gran escala.
Fase uno: dibujo 2D/3D
En la etapa inicial, los diseñadores utilizarán CAD u otro software de diseño asistido para diseñar con precisión el producto.Una vez que se completa el dibujo 3D, los ingenieros pueden realizar modificaciones antes de fabricar el molde de producción.Este paso es fundamental para el éxito del desarrollo de nuevos productos de silicona y también ayuda a visualizar el producto final y permite a los diseñadores e ingenieros abordar cualquier defecto de diseño en las primeras etapas del proceso de desarrollo y antes de la producción en volumen.De lo contrario, una vez que haya errores en el diseño, podrán propagarse a etapas posteriores.
Fase 2: crear un prototipo y luego probarlo
La tarea principal de esta fase es crear un prototipo para probar el concepto.Los métodos más utilizados son el mecanizado CNC, los moldes de poliuretano y la impresión 3D.Esto depende de la funcionalidad y complejidad estructural requerida para el prototipo.Este importante paso valida completamente los supuestos de diseño y evalúa las capacidades antes de la producción en masa.Este proceso puede implicar revisiones iterativas del diseño.
La tercera etapa: herramienta de producción manufacturera.
Una vez obtenidos los ajustes y aprobaciones finales, comienza la preparación de la herramienta o molde para la producción.La calidad y precisión del molde determinan el tamaño, la forma y la calidad del producto final con la máxima consistencia.
La cuarta etapa: producción en masa.
Finalmente, estos moldes rigurosamente probados se producen en masa utilizando diferentes métodos de procesamiento.Cada proceso de moldeo tiene sus ventajas y es adecuado para diferentes tipos de caucho de silicona.
Métodos de procesamiento de silicona más utilizados y sus ventajas.
Los métodos de procesamiento de silicona implican muchos tipos de procesos de fabricación.Dependiendo de los muchos tipos de silicona, elegir y utilizar adecuadamente un proceso de fabricación para su proyecto transforma el compuesto base sin curar en un producto final con propiedades y versatilidad únicas.Los más utilizados de estos procesos son el moldeo por compresión, la inyección de caucho de silicona líquida, la extrusión, el moldeo por transferencia y el calandrado.Echemos un vistazo más de cerca a estas tecnologías de procesamiento y las ventajas de cada una.
Moldeo por compresión de silicona
El moldeo por compresión de silicona es una tecnología antigua y versátil.La tecnología de fabricación es muy simple: la silicona preformada se coloca manualmente sobre la superficie de la cavidad calentada y se usa una prensa hidráulica para sellarla y comenzar a aplicar calor y presión, obligando al material fundido a llenar toda la cavidad.Dejar en modo cerrado hasta que la silicona esté completamente curada.Los productos que salen del molde generalmente implican algún procesamiento rápido.
Algunas de sus ventajas:
Menor desperdicio de material de producción
Ciclo de producción corto
Bajo capital inicial y menores costos de herramientas
Rendimiento de bajo a medio
Más adecuado para piezas grandes donde no se puede utilizar la tecnología de extrusión.
Especialmente adecuado para piezas con requisitos de diseño de apariencia curva en aplicaciones automotrices.
Moldeo por transferencia de silicona
El moldeo por transferencia de caucho de silicona implica presionar el material en la cavidad de un molde.Al igual que el moldeo por compresión, el material utilizado es HCR.Mueva la forma preestablecida al área 'maceta'.Bajo la presión ejercida por el émbolo, el material es empujado desde el sistema de compuerta y corredor hacia la cavidad cerrada y se calienta hasta un estado fundido.El material seguirá solidificándose en la cavidad antes de abrir el molde.El refuerzo de los componentes también se puede lograr colocando fibras o matrices antes del calentamiento.
Las ventajas del moldeo por transferencia de caucho de silicona son las siguientes:
Ofreció tolerancias más estrictas en comparación con el moldeo por compresión.
Proporcionó diseños eficientes y flexibles, así como geometrías complejas de alta calidad.
Completamente cerrado y sin perturbaciones por factores externos.
Calandrado de silicona
El calandrado de caucho de silicona es otro método de procesamiento común para el moldeado de silicona.Es un proceso mecánico.El material blando o extruido sin curar se comprime continuamente a través de pares de rodillos cilíndricos calentados hasta obtener una lámina de espesor uniforme.Se pueden aplicar láminas de silicona continuas, de espesor fijo y largas a una variedad de sustratos.Su espesor, calidad y superficie constantes dependen de la presión preestablecida.
Ventajas de esta tecnología de procesamiento:
Producción rápida, de gran volumen y continua de productos de alta calidad.
Aceptable en combinación con tejidos orgánicos o sintéticos.
Las industrias de aplicaciones son muy amplias.
Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida
El moldeo por inyección de caucho de silicona líquida es un proceso de fabricación que permite un alto grado de automatización.Es un sistema de dos componentes.Se utiliza en su forma líquida original.Este material líquido sin calentar se empuja bajo presión y llena una cavidad calentada completamente cerrada.Después del curado adquiere la forma de una cavidad.Los productos expulsados no requieren procesamiento adicional.Cabe señalar que el material se somete a una intensa mezcla mecánica y se mantiene a bajas temperaturas antes de ser bombeado a la cámara.
Ventajas de este proceso de fabricación:
Menores costos laborales
El ciclo de producción más corto y tamaño y precisión altamente consistentes.
Ideal para procesamiento de gran volumen, económico y eficiente
Ideal para piezas con diseños complejos, las tolerancias más estrictas y requisitos de alta precisión
Descubrirá que cada proceso de moldeado tiene características únicas y principios subyacentes.Hay muchas variables a la hora de tomar la decisión correcta.Esto depende de la complejidad del diseño final de su producto, la cantidad de unidades de producción, el presupuesto de costos, el tiempo de comercialización y los requisitos de tolerancia.
Postcurado de productos de silicona.
El proceso de poscurado para productos de silicona implica calentar la pieza moldeada final a una temperatura más alta durante un período prolongado después del curado inicial.Por ejemplo: coloque el producto elaborado en el horno para hornear durante 2-3 horas.El ajuste de temperatura general es 180C°-200C°.
El objetivo principal de este proceso es:
Se eliminó el reticulante restante sin reaccionar.Esto mejora sus propiedades mecánicas, incluida la resistencia a la tracción y el alargamiento.
Ayuda en la liberación oportuna de sustancias volátiles que quedan en la silicona.Pueden ser catalizadores u otros subproductos nocivos.
La mejora del rendimiento de los productos de silicona es crucial para aplicaciones que requieren altas temperaturas o condiciones duras.La estructura reticulada de silicona más estable proporciona una mejor resistencia a la deformación y degradación.
Por supuesto, el uso de diferentes tipos de caucho de silicona puede requerir diferentes condiciones de poscurado.
Control de calidad y pruebas. de silicona
Las pruebas y el control de calidad necesarios de las siliconas son clave para garantizar un proceso de fabricación sin problemas.Incluyen inspección y pruebas de materias primas, pruebas de propiedades físicas del proceso de fabricación y cumplimiento de ciertas regulaciones de la industria.
Pruebas de materia prima
Antes de ingresar al almacén, se prueban estrictamente el tipo y las características del caucho de silicona.Se puede pedir a los proveedores de materias primas que proporcionen informes relevantes cuando sea necesario.
Confirmar especificaciones
Después de recibir la orden de producción, el técnico produce el bloque de prueba.Los inspectores comparan el color y la dureza de las materias primas.Este proceso asegura que las materias primas estén dentro de las tolerancias de las especificaciones.
Control de calidad del proceso de fabricación.
IPQC realizará inspecciones periódicas de los productos en la línea de montaje.Una vez que se descubre una anomalía, notifican de inmediato al personal correspondiente para que la solucione en el sitio.
Método de inspección de calidad para productos de silicona.
Los estándares de prueba de rendimiento de productos de silicona incluyen lo siguiente:
Inspección visual
Prueba de tracción
Prueba de deformación por compresión
Prueba de dureza Shore
La prueba de resistencia a altas temperaturas y a bajas temperaturas.
Prueba de tamaño de apariencia
Otras pruebas adicionales
¿Cuáles son los estándares de exportación para productos de silicona?
LFGB
FDA
ROHS
HAP
ALCANZAR
Prueba de halógeno
Conclusión
Comprender los procesos de fabricación de los diferentes tipos de caucho de silicona puede ayudarle a tomar la decisión correcta para la aplicación de su proyecto.
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