I metodi di lavorazione della gomma siliconica
I metodi di lavorazione della gomma siliconica sono costituiti da una serie di processi che trasformano le gomme siliconiche per creare prodotti finali con caratteristiche specifiche: forma, durezza o elasticità, colore, grado di trasparenza, resistenza allo strappo, resistenza alle sollecitazioni ambientali o meccaniche, ecc..
La struttura chimica basata su unità alternate di silicio e ossigeno conferisce versatilità di utilizzo alle gomme siliconiche. Le unità possono essere composte da gruppi organici e carbonio, con additivi e riempitivi integrati nella loro struttura molecolare. In base alla combinazione dei gruppi organici e ai metodi di compounding utilizzati, le gomme siliconiche sono disponibili in una vasta gamma di tipologie, che consentono loro di essere adattate a processi di produzione diversi per la realizzazione di un numero quasi infinito di prodotti.
Quali sono i metodi di lavorazione della gomma siliconica più utilizzati?
I metodi di lavorazione della gomma siliconica più utilizzati sono:
- Stampaggio a iniezione per gomma ad alta consistenza e gomma siliconica liquida
- Stampaggio a compressione
- Stampaggio a trasferimento
- Estrusione
- Calandratura
La scelta di utilizzare una di queste tecniche dipende da diversi fattori: la complessità del componente, le sue dimensioni, il numero di unità prodotte, il budget disponibile, la necessità di caratteristiche speciali, la durata, ecc. Pertanto, è essenziale comprendere i materiali e i processi per ottimizzare la qualità, la produzione e la consistenza.
Vediamo più da vicino ciascuna di queste tecniche.
Stampaggio a iniezione di gomma siliconica liquida (LSR)
La gomma siliconica liquida (LSR) è un silicone bicomponente ad alta purezza rinforzato con silice appositamente trattata. È formulata per la produzione di parti tecniche che richiedono forza, resistenza e qualità. E’ poco viscosa e quindi ideale per lo stampaggio ad iniezione.
Rispetto alla gomma siliconica vulcanizzata (HCR) la gomma siliconica LSR è liquida e fluida. La gomma HCR può utilizzare un processo di polimerizzazione con perossido o platino, quella LSR utilizza solo una polimerizzazione additiva con platino. A causa della natura termoindurente del materiale, lo stampaggio a iniezione LSR richiede un trattamento speciale, come la miscelazione distributiva intensiva, mantenendo il materiale a bassa temperatura prima che venga spinto nella cavità riscaldata e vulcanizzato.
Come funziona il processo di stampaggio a iniezione con la gomma siliconica liquida e quali vantaggi offre?
Il processo ad iniezione con la gomma liquida LSR utilizza materiale liquido o viscoso non riscaldato che viene pompato da un ugello nella cavità dello stampo. Il silicone viene colato fino a riempire la cavità riscaldata chiusa usando la pressione. Per la sua semplicità, lo stampaggio a iniezione con silicone liquido LSR è un metodo di produzione molto rapido in cui il silicone viene estratto direttamente dai contenitori utilizzando un’unità di dosaggio. Consente tempi di consegna rapidi ed è ideale per produrre volumi molto elevati di pezzi.
I principali vantaggi dello stampaggio a iniezione includono:
- Cicli di stampaggio brevi e precisi
- Produzione in grandi volumi
- Lavorazione efficiente ed economica
- Versatilità per realizzare un’ampia gamma di prodotti
- Indurimento rapido ed eccellente sformatura
Stampaggio a iniezione di gomma ad alta consistenza (HCR)
Tra i metodi di lavorazione della gomma siliconica troviamo lo stampaggio a iniezione di gomma ad alta consistenza.
La gomma ad alta consistenza (HCR) è chiamata anche gomma polimerizzata a caldo o gomma siliconica HTV (vulcanizzazione ad alta temperatura). Questo materiale è realizzato in silicone reattivo con macromolecole di peso molto elevato.
Diverse materie prime possono aggiungere nuove caratteristiche specifiche all’HCR, come la silice fumata o precipitata con elevata superficie specifica per migliorare le proprietà meccaniche, stabilizzatori di calore, plastificanti o agenti anti-strutturanti.
Gli elastomeri HCR sono superiori agli altri elastomeri. Sono caratterizzati infatti da un’eccezionale resistenza meccanica a temperature comprese tra -50 °C e +300 °C., da una buona resistenza al passare del tempo, sono chimicamente inerti e stabili se esposti alla luce o all’ossigeno. Possono essere colorati facilmente o addirittura resi trasparenti. I siliconi HCR sono ideali per l’uso alimentare e in campo medico. L’aggiunta di additivi al silicone HCR offre possibilità di personalizzazione illimitate per campi di applicazione esistenti e nuovi in una vasta gamma di settori: aerospaziale, automobilistico, sanitario, edilizia, elettronica, nei veicoli elettrici, ecc..
Come funziona il processo di stampaggio a iniezione HCR e quali vantaggi offre? Una quantità di HCR viene iniettata direttamente da un cilindro attraverso un meccanismo a vite (coclea) e con un ugello in uno stampo riscaldato chiuso. Il materiale riempie le cavità dello stampo per formare la parte.
I principali vantaggi dello stampaggio a iniezione HCR includono:
- Cicli di stampaggio brevi e precisi
- Costi inferiori
- Basso spreco di materiale
- Possibilità di stampaggio misto con altri materiali come materie plastiche o metalli
- Produzione costante dei prodotti finiti
- Precisione e riempimento superiori delle parti complesse rispetto allo stampaggio a compressione o a trasferimento.
È probabilmente il metodo di stampaggio più comune e robusto, con una grande possibilità di variazione del prodotto in termini di dimensioni, complessità e applicazione.
Stampaggio per estrusione della gomma
Lo stampaggio con estrusione della gomma viene generalmente utilizzato per realizzare tubi, cavi, profili complessi e parti in sezione trasversale, in genere componenti piuttosto lunghi e spesso multistrato, nonché aste, guarnizioni per forni, cavi elettrici, isolanti.
Il processo utilizza un composto di gomma siliconica HCR con catalizzatori che viene preformato in striscia o pagnotta. La preforma viene quindi viene fatto passare per compressione attraverso una sagoma (“matrice” o “filiera”) che riproduce la forma del pezzo che si vuole ottenere.
L’oggetto viene poi sottoposto ad un processo di raffreddamento-consolidamento.
La sfida principale per i produttori che utilizzano questa tecnica è scegliere il giusto grado di gomma siliconica ed il catalizzatore adatto che funzionerà meglio nei processi di trasformazione meccanici con temperatura e velocità controllata e consentirà ai prodotti finali di soddisfare i requisiti richiesti, i criteri di tolleranza e di rispettare gli standard normativi.
Calandratura della gomma siliconica
La calandratura è un processo meccanico che prevede la compressione e la levigatura continua di un materiale spostando un foglio attraverso coppie di rulli riscaldati. Il set di rulli in acciaio doppi o multipli sono noti come calandre. La pressione è regolata per produrre uno spessore, una finitura superficiale e una consistenza predeterminati e uniformi per la gomma siliconica che può essere lucida, opaca, liscia o goffrata, ecc.
La materia prima, di solito gomma siliconica HCR, che determina le proprietà meccaniche del prodotto finito, viene precedentemente ammorbidita o estrusa termicamente e poi forzata attraverso i rulli cilindrici allineati. Il processo di calandratura pressa la preforma di silicone non polimerizzata in un foglio di silicone continuo. Il silicone può quindi essere pressato su vari substrati come fodere per film di rilascio o combinato con una varietà di tessuti, vetro, plastica, ecc.
I principali vantaggi della lavorazione della calandratura includono:
- Elaborazione continua e ad alto volume di prodotti di qualità
- Fogli autonomi consegnati in fodere protettive o prodotti accoppiati con altri materiali, inclusi tessuti organici o artificiali (poliammide, viscosa, poliesteri, ecc.), vetro, plastica, ecc.
- Applicazioni quasi infinite, da rivestimenti per l’edilizia, prodotti per la casa, abbigliamento, tappezzeria, prodotti per il contatto con gli alimenti, nastri trasportatori industriali, prodotti per applicazioni medicali, ecc..
Metodi di lavorazione della gomma siliconica: lo stampaggio a compressione della gomma siliconica
Per questo processo di stampaggio la gomma siliconica malleabile viene posizionata in uno stampo caldo che viene chiuso ad elevata pressione per forzare il materiale a riempire l’intera cavità. Il calore e la pressione vengono mantenuti fino a quando il silicone non si è indurito.
La compressione e lo stampaggio a iniezione sono simili in quanto riempiono una cavità preformata, nel caso dello stampaggio a pressione lo stampo viene riempito durante la carica, mentre nello stampaggio a iniezione la carica viene iniettata in una cavità già completamente chiusa.
Lo stampaggio a compressione e quello ad iniezione vengono usati per produrre parti diverse. LO stampaggio a iniezione è preferito per realizzare parti più complesse (e anche più piccole), mentre la compressione è molto efficiente per progetti semplici o di base e per parti di grandi dimensioni che non possono essere prodotte utilizzando la tecnica di estrusione.
Lo stampaggio a iniezione ha inoltre un tempo di produzione più breve e quindi è più veloce ed economico per grandi volumi, mentre lo stampaggio a compressione viene utilizzato principalmente per serie di parti di produzione bassa e media.
I principali vantaggi della lavorazione dello stampaggio a compressione includono:
- Costi di attrezzaggio ridotti
- Pochissimo spreco di materiale
- Convenienza, soprattutto per parti di grandi dimensioni, ma a volte richiede una lavorazione di finitura post-stampo a causa della consistenza del prodotto ineguale e di alcune schivature (spazi vuoti dello stampo non completamente riempiti dal materiale di stampaggio)
- Utile per alcune parti molto grandi che non possono essere realizzate con lo stampaggio per estrusione
- Ottimo per parti curve e per la progettazione di parti esteticamente più curate, ampiamente utilizzate nell’industria automobilistica, spesso per sostituire parti metalliche e ridurre così il peso e risparmiare energia
- Utilizzato in diversi settori, tra cui tastiere per computer, utensili da cucina, parti elettriche e per alcuni dispositivi medici e dentali.
Stampaggio a trasferimento di gomma siliconica
Lo stampaggio a trasferimento è simile allo stampaggio a compressione: utilizza gomma siliconica HCR che viene compressa da una camera ausiliaria (nota come vaso di trasferimento) in uno stampo chiuso in pressione che incorpora un contenitore riscaldato in cui la gomma siliconica viene caricata utilizzando un sistema di gate e corridoi alimentato a pistone che può spostare materiali relativamente duri nello stampo prima del riscaldamento.
Il processo di stampaggio a trasferimento di gomma siliconica è ideale per la produzione di parti stampate in silicone ad alta precisione e per il “sovrastampaggio” con altri materiali, consentendo così lo stampaggio di geometrie complesse. La combinazione di gomma HCR con questo processo di stampaggio a trasferimento porta a prodotti di alta qualità che offrono flessibilità di progettazione e cicli di produzione più brevi.
Lo stampaggio a trasferimento differisce dalla compressione in quanto lo stampo è completamente chiuso e non composta da due parti. Differisce anche dallo stampaggio a iniezione in quanto richiede una pressione più elevata per riempire lo stampo. Ciò consente di aggiungere fibre o matrici negli strati esterni e produrre parti rinforzate personalizzate.
I principali vantaggi della lavorazione dello stampaggio a trasferimento includono:
- Costi di attrezzaggio ridotti
- Parti uniformi, accurate e più regolari rispetto allo stampaggio a compressione grazie allo stampo monopezzo e all’elevata tolleranza dimensionale.
- Capacità di accettare fibre di rinforzo pre-posizionate nello stampo come ad esempio vetro, carbonio e aramide, nonché fibre vegetali naturali.
