Технологии производства силиконовых изделий
Скорость, стоимость и конфигурация детали (включая свойства и размеры материала) являются ключевыми критериями при выборе способа изготовления силиконового изделия. Путей в изготовлении силиконовых деталей на самом деле больше, чем для термопластов например, что делает процесс разработки силиконовых изделий более сложным. На данный момент доступные технологии для изготовления силиконовых изделий включают в себя: (RTV) силикон для вулканизации при комнатной температуре, 3D — печать (SLA) и моделирование методом наплавки (FDM), литьевое формование с использованием высокопрочных резиновых материалов HCR (резина высокой консистенции) и литье под давлением (LIM). Обсуждая эти варианты, имейте в виду, что большинство новых силиконовых продуктов изготавливаются из LSR (жидкий силиконовый каучук ), отлитый под давлением в диапазоне твердомера 30-70 по Шору А.
Формование при комнатной температуре — Промышленные силиконовые материалы для данной технологии широко доступны — некоторые даже можно найти в магазине бытовой техники. Изготовление деталей из этих материалов требует пресс-формы, которая может быть изготовлена практически из любого металла или пластика. Чаще всего изготовление формы для отливки происходит на 3D – принтере. Хотя по определению при использовании данного метода материал будет отверждаться при температуре окружающей среды на протяжении нескольких часов. Часто для ускорения отверждения материала часто используются печи.
Плюсы: использование привлекательно из-за низких требований к капитальному оборудованию и доступности сырья. По свойствам очень приближен к родственникам LSR. Как правило, более-менее укомплектованные предприятия имеют возможность изготавливать инструменты из пластика и / или мягких металлических материалов собственными силами. После изготовления формы изготовление деталей становится простым процессом заполнения и ожидания. Опытный техник может сделать первую часть в течение дня.
Минусы: формование — это медленный процесс, время отверждения которого составляет от 20 минут до нескольких часов. Производительность и стоимость за единицу продукции в значительной степени определяются временем обработки.
3D-печать — 3D-печать в силиконе теперь является опцией для изделий благодаря новым эластомерным материалам, разработанным специально для 3D-печати. Поскольку технологии аддитивного производства продолжают развиваться с невероятной скоростью, скорость изготовления деталей и их возможности продолжают улучшаться, а капитальные затраты на оборудование быстро снижаются.
Плюсы: 3D-печать не требует обработки формы и выполняется без присмотра. Очень маленькие партии деталей могут быть изготовлены за несколько часов.
Минусы: варианты эластомерного материала не являются настоящей силиконовой резиной. Механические свойства и способ изготовления не приближаются к производству LSR. Точность может стать проблемой для тонких деталей и тонкостенных конструкций. Большие партии деталей (> 100) нецелесообразны из-за высокой удельной стоимости.
HCR – компрессионное формование используется для изготовления деталей из HCR (резины высокой консистенции). При компрессионном формовании материал помещается между двумя пластинами. Нагретые пластины сжимаются, и материал под давлением просачивается вдоль линии разделения. Это более старая технология, но она все еще может быть экономически эффективным методом для деталей малого объема. HCR является естественной формой для литьевого формования, поскольку материал гораздо более вязкий, чем LSR.
Плюсы: простые инструменты.
Минусы: сложная конфигурация по геометрии может быть невозможной для производства. Более длительное время цикла, чем у LSR.
LSR (жидкий силиконовый каучук) — Самая последняя технология обработки в силиконовом формовании — это литье под давлением (LIM), в котором используется материал LSR. В рамках LIM-формования существует множество подкатегорий и связанных с ними технологий, включая формование, двухстороннее формование и микроформование.
Плюсы: Высокий уровень точности изделий.
Минусы: может привести к более высокой стоимости одной детали для небольших серий деталей, поскольку первоначальная стоимость инструмента не может быть амортизирована для большого количества деталей.
Компания Резинопласт является производителем и поставщиком различных силиконовых изделий произведенных двумя различными типами формования: LIM (жидкое силиконовое литье) и компрессионное формование. Обладая обширными знаниями в области литья под давлением, компрессионного формования и оснастки, мы производим такие изделия, как силиконовые прокладки и уплотнения, силиконовые уплотнительные кольца, изделия из медицинского силикона и многие другие виды изделий из силиконовой резины.
Для получения более подробной информации о методах производства и разнице между компрессионным формованием и литьем силиконовых изделий под давлением описана в статье: Производство изделий из силикона.
Мы работаем со многими различными типами силикона, такими как электроизоляционные, экранирующие от электромагнитных помех, огнестойкие и устойчивые к изгибу. Другим материалом, с которым мы обычно работаем, является резина, эластомер, который стабилен, выдерживает неплохие температуры эксплуатации и обеспечивает устойчивость к химическим веществам, растворителям и маслам. Как опытные формовщики, наши процессы качественны, стабильны, повторяемы.
Производство нестандартных силиконовых прокладок и уплотнительных колец является одной из наших сильных сторон. Мы производим эти изделия любых форм и размеров с вставками или с металлическими элементами. Некоторые примеры включают компрессионные, металлические и запорные прокладки, а также диафрагму, вал насоса и магнитные уплотнения. Благодаря нашим способностям формования, мы можем производить эти типы изделий практически в любой конфигурации, а клиенты могут использовать опыт нашего инженерного персонала для оказания помощи в проектировании.
Мы можем создавать прототипы и небольшие образцы, а затем переходить к массовому производству. В рамках наших услуг мы можем собирать готовую продукцию и поставлять ее в готовой упаковке для конечного пользователя. Благодаря нашей универсальности, гибкости и техническим знаниям мы предлагаем ценное решение для изготовления изделий из силиконовых изделий на заказ.
Для получения более подробной информации о наших возможностях или для размещения заказа, свяжитесь с нами напрямую.
Источник
Производство силикона
Производство силикона
Что такое силикон?
Изначально силиконами называли высокомолекулярные кремнийорганические соединения с формулой [R2SiO] n, где «R» органическая группа.
Сейчас в «силиконы» объединяю различные составы от масел и каучуков до мономеров в виде силанов 1 .
1 Силаны — это соединения кремния с водородом.
Все эти разновидности объединяет один компонент – кремний (Si), 14 элемент периодической системы химических элементов.
Кремний занимает второе место, после кислорода, по распространённости в земной коре (от 27 до 29 % по массе). В природе он представлен в виде соединения диоксида кремния (IV) SiO2. К этим соединениям относиться песок, кварц, кремень, полевые шпаты и другие горные породы и минералы.
Также, кремний составляет основу силикатов и алюмосиликатов, к которым относится асбест, тальк, слюда, каолин, глинистые минералы, слюды и т.д.
Производят силикон в несколько этапов, но для начала нужно добыть первичное сырьё из земной породы.
Технология производства силикона
Технология производства силикона состоит из:
- добычи сырья;
- переработки сырья/очистки;
- переработки в силиконовые основы.
Один из способов получения свободного кремния, это прокаливание мелкого белого песка (кварц, он же диоксид кремния) с магнием. Полученный кремний, имеет вид бурого порошка.
В зависимости от залежей, кварцевый песок добывают тремя способами:
- Очисткой и прокаливанием первичного кварцевого песка
Применяют к пескам получившимися естественным образом из разрушенной горной породы, в которой присутствуют зёрна кварца вперемежку с белой глиной.
Очисткой и просушкой фракций вторичного кварцевого песка
Применяют к тому же песку, что и в первом случае, только данный песок перенесён водой или ветром с места изначального залегания. Такие залежи чище и в основном расположены в руслах высохших рек.
Добычей в подземных кварцевых жилах 
Монолитные скопления кварца находятся глубоко под землёй. Для их добычи строят шахты. Добывая в шахтах каменные породы их направляют на вибросита для дробления, где выделяют мелкие зёрна кварца.
Так как кварц широко применятся для стекольной промышленности, то его месторождения широко распространены в развитых странах.
Получение кремния из сырья
В промышленных масштабах кремний получают, путём восстанавливая расплав кварца коксом при температуре 1800°C. Этот процесс даёт сырьё чистотой 99,9% (основные примеси — углерод и металлы) и это технический кремний.
В зависимости от дальнейшего применения, кремний могут подвергнуть дополнительной обработке, при которой содержание примесей составляет до 0,0000001 % от массы.
В России технический кремний производится в:
- г. Каменск-Уральский
- г. Шелехов (Иркутская область)
Очистку кремния производит группа «Nitol Solar» на заводе в г. Усолье-Сибирское.
Получение силикона из кремния
Если кратко, то силикон можно получить за счёт соединения диоксида кремния (кварцевого песка) и метанола, тем самым они попадают в класс синтетических кремнийорганических соединений.
Сам кварцевый песок имеет примеси, его нужно переработать и выделить из него кремний.
Метанол взрывоопасен. С воздухом в объёмных концентрациях от 7% образует взрывоопасные смеси.
Его производство требует сложной аппаратуры и надёжного оборудования, так как получают его путём синтеза оксида углерода (угарный или углекислый газ) и водорода на медь-цинковом оксидном катализаторе. Получение происходит под давлением в 69 атм и температуре 250°C.
Соединяя диоксид кремния (кварцевого песка) и метанол образуется готовое силиконовое изделие со своими физико-механическими свойствами. Этот процесс сложен.
Более того, силикон бывает разных видов и состояния, от однокомпонентных твёрдых веществ до двухкомпонентных жидких. В данной статье рассмотрим получения монолитного силикона горячего отвержения. Такое сырьё применяют для серийного и массового выпуска изделий.
Силиконовый термоотверждаемый каучук (силикон горячего отвержения) применяют для упрощения выпуска изделий. Такое сырьё представляет из себя пластичную массу (эластомер 2 ), которому можно придать форму и зафиксировать её в процессе вулканизации. Для вулканизации смесь смешивают с органическим пероксидом или платиновым катализатором.
2 Эластомеры — это полимеры, обладающие высокоэластичными свойствами и вязкостью.
Производит такое сырьё в основном: в Англии, в Германии, в Японии, в США и в Китае. Ещё его называют HCR силиконом (Heat Cured Rubber. Переводиться как Термо вулканизированная резина).
Состав материала состоит из прямых цепей с высокой молекулярной массой. Частично в состав добавляют перфторированные или фенилированные органические соединения.
Производственный процесс таких материалов у каждого производителя свой, поэтому выделить единый процесс синтеза HCR силикона нельзя.
Производство силиконов в России
HCR силиконы в России не производят. В основном это связано с инфраструктурой, рынком сбыта и стоимостью создания и ввода комплекса для получения силиконовой смеси.
Поэтому весь рынок HCR силиконов в России импортный.
В основном производство изделий из силикона в России представлено рядом предприятий, которые перерабатывают закупаемый HCR силикон в готовую продукцию. Спрос на продукцию с каждым годом растёт и объём закупок импортного сырья тоже.
Почему в России нет своего завода по выпуску HCR-силиконов?
Ранее была попытка организовать в г. Казань завод по производству силиконового каучука и герметиков (предприятие полного цикла), однако оно так и не было введено полностью в эксплуатацию и получила статус банкрота так и не начав выпуск продукции.
Инвестиции в строительство комплекса составили до 8 млрд. рублей. В 2009 году «заложили первый камень», а в 2017 году приписали статус «банкротство».
Некоторые считают, что термин «силикон» было получено от составляющего его вещества кремния «Silicium», но это не так.
Ввёл этот термин английский химик Фредерик Киппинг в 1901 году. Строение силикона показалось ему схожей с известным тогда «катеоном» и он стал называть его «silicoketone». Впоследствии название упростили в «силикон».
Из-за иностранного происхождения слов, silicon (кремний) стали путать silicone (силикон), за счёт чего появился топоним «Силиконовая долина».
Источник
Силиконовые резины
Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители — дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины — высокая эластичность, т. е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале температур.
Что такое силиконовая резина и смеси
Силиконовая резина – это эластичный материал, получаемый на базе высокомолекулярных кремнийорганических соединений и по внешнему виду напоминающий синтетическую или обычную натуральную резину. Однако вследствие своей особой химической структуры она отличается целым рядом свойств, которые позволяют ей занять особое место среди резиновых эластичных материалов.
Смеси состоят из силиконового каучука, активного наполнителя на базе кремниевой кислоты, полу- и неактивных наполнителей, как, например, инфузорная земля и вспомогательные материалы на силиконовой основе, служащие для упрощения процесса обработки. При добавлении соответствующих вулканизаторов при температурах более +100°C из них можно изготовить эластичные резиновые детали.
Одно из важных свойств силиконовой резины — устойчивость к экстремальным температурам. Благодаря этому силиконовую резину можно с успехом использовать при более высоких и более низких температурах. К таким свойствам относятся, например, сохранение формы, эластичность, упругость, прочность, жёсткость и предельное удлинение.
Переработка силиконовой резины
Технология получения длинномерных профильных изделий из силиконовой резины заключается в использовании метода экструзии и вулканизации изделий.
Производственная линия для резиновых профилей состоит из смесительных вальцев, пластикатора, экструдера (шнековой машины)) с калибровочным инструментом, нагревательного и вулканизационного участка, канала теплого воздуха и охладительного участка с подключенными намоточными приспособлениями или приемными столами.
Лента холодной или подогретой резиновой смеси подается непосредственно в загрузочное окно. Далее резиновая смесь попадает в винтовой канал вращающегося шнека, при транспортировке шнеком в зоне загрузки материал частично уплотняется и, попадая в зону пластикации, материал прогревается и пластицируется. При длительном хранении смеси силиконовых каучуков становятся хрупкими, поэтому перед обработкой их необходимо пластифицировать для того, чтобы изготовляемые из них изделия имели качественную поверхность.Пластификация проводится на смесительных вальцах стандартной конструкции.
Прогрев материала осуществляется за счет тепла, выделяющегося при собственном интенсивном деформировании от вращения шнека. Объем, занимаемый материалом, при этом уменьшается, поэтому во избежание такого нежелательного явления, как образование пустот в потоке материала, движущегося по винтовому каналу, нарезку шнека в зоне загрузки делают с несколькими заходами и с монотонно уменьшающейся по ходу продвижения материала глубиной. Для выведения образующихся газов при нагреве экструдер должен быть оборудован камерой дегазации.
Подготовленная таким образом пластицированная резиновая смесь продавливается шнеком через формующий инструмент (экструзионная головка).
Одним из важных факторов обеспечения стабильной производительности экструдера является надежная подача материала в канал шнека и равномерность захвата. Поэтому шнековые машины оснащают специальными загрузочными устройствами предназначенными для принудительного питания. Так, например, при питании экструдера резиновой смесью в виде ленты загрузочное устройство представляет собой тянущий валик.
Все конструкции экструдеров для переработки резин силиконовых включают систему термостатирования шнека и цилиндра. Обогрев цилиндра и шнека используется в период пуска. При продавливании пластиката через формующий инструмент вследствие большого гидравлического сопротивления головки и высокой вязкости материала на входе в головку развивается давление до 50Мпа. Так как существует замкнутая силовая цепь деталей шнековой машины, то все детали шнековой машины должны быть расчитаны на это усилие
Плотно прилегающий к корпусу шнек подает невулканизованную резиновую смесь, предварительно нагретую на вальцах, через корпус к головке, в которую вставляется сменный формующий инструмент, определяющий форму получаемого изделия. Выходящее из головки изделие обычно охлаждается струей воды. Многие изделия, например уплотнительные прокладки и небольшие трубки, выходят из экструдера в окончательной форме, а потом вулканизуются
Вулканизация силикона
Вулканизация — химическая реакция каучука с вулканизующим агентом в присутствии ускорителей при t=280 ºС.
Вулканизация силикона проводится в больших горизонтальных вулканизаторах с паровой рубашкой. Резиновые смеси, вулканизуемые сухим теплом, обычно содержат меньшую добавку серы, чтобы исключить выход части серы на поверхность изделия. Для уменьшения времени вулканизации, которое, как правило, больше, чем при вулканизации открытым паром или под прессом, используются вещества-ускорители.
Некоторые резиновые изделия вулканизуются погружением в горячую воду под давлением. Листовой каучук наматывается между слоями муслина на барабан и вулканизуется в горячей воде под давлением. Резиновые груши, шланги, изоляция для проводов вулканизуются в открытом паре. Вулканизаторы обычно представляют собой горизонтальные цилиндры с плотно подогнанными крышками.
Для вулканизации силиконовых резиновых смесей традиционно применяются органические пероксиды, т.к. они легко разлагаются при определённых температурах, обеспечивая высокую скорость вулканизации. После введения перекиси смесь необходимо основательно охладить во избежание её девулканизации.
Существуют и другой способ вулканизации силиконовых резиновых смесей – аддиционный с применением платинового катализатора. В резинах, полученных данным способом, содержатся только низкомолекулярные полисилоксаны, не оказывающие токсического действия.
Вулканизация происходит непрерывно под действием горячего воздуха. Для ускорения вулканизации необходимо поддерживать температуру в пределах от +250 до +400°C. Температура внутри вулканизационного канала устанавливается на +250-350°C. При +350°С процесс продолжается лишь несколько секунд. Достаточно, чтобы деталь приобрела стабильную форму, так как за вулканизацией следует поствулканизация (отжиг).
Процесс отжига может быть либо прерывистым и проходить в печи с циркуляцией воздуха, либо непрерывным в специальном нагревательном канале. В последнем варианте необходимо обеспечить достаточную подачу воздуха. Затем идет охлаждение.
Источник
