طريقة مطاط السيليكون السائل القوالب

عندما نتحدث عن مطاط السيليكون في شكل سائل (LSR)، فهو عبارة عن شبكة تنقسم إلى قسمين. في هذه الشبكة سلاسل طويلة من بولي سيلوكسان مدعومة بالسيليكا. يحتوي الجزء (أ) على محفز بلاتيني والجزء (ب) يحتوي على سيلوكسان هيدروجين الميثيل كرابط متقاطع ومثبط للكحول. مطاط السيليكون عبارة عن بوليمرات مكونة من جزأين، وقد تحتوي على مواد مالئة لترقية الخصائص أو تقليل التكلفة. يعتبر مطاط السيليكون في معظمه غير تفاعلي وثابت ومقاوم للظروف القاسية ودرجات الحرارة من -55 إلى 300 درجة مئوية (-70 إلى 570 درجة فهرنهايت) مع الحفاظ على خصائصه في الوقت نفسه.

التعريف

عندما نعرّف مطاط السيليكون في شكل سائل، فهو عبارة عن بوليمر غير عضوي بطبيعته مؤطر بالسيليكون (Si) والأكسجين (O) والكربون (C) والهيدروجين (H). أما السلسلة الاصطناعية الحيوية التي تسمى العمود الفقري، فهي مؤطرة بالسيليكون والأكسجين، وتسمى السيلوكسان. وهو عبارة عن سيليكون معالج بالبلاتين عالي النعومة. وكثيراً ما يتم حقنه في تجويف شكل السيليكون لتصنيع أجزاء مختلفة بدقة عالية. بشكل عام، يتميز مطاط السيليكون السائل بمجموعة ضغط منخفضة وثبات جيد ومقاومة للحرارة الشديدة ودرجات الحرارة الباردة. تُستخدم هذه المادة بشكل أساسي في صناعة الأختام والأغشية المانعة للتسرب والموصلات الكهربائية والموصلات متعددة المسامير ومنتجات الرضع التي تتطلب أسطحًا ملساء.

إن الطبيعة غير العضوية لـ LSR تجعلها مثالية للتطبيقات الطبية وتطبيقات ملامسة الجلد. تتمتع LSR بالقدرة على الاندماج مع مجموعات كيميائية أخرى مما يسمح لها بتحقيق أداء قوي. تتفوق LSR على العديد من اللدائن المرنة الأخرى وتستخدم في تطبيقات أزرار الضغط أو لوحة المفاتيح، وهي مفضلة لتطبيقات الضخ، خاصةً إذا كانت ملامسة للسوائل الجسدية أو المواد الكيميائية.

حقن السيليكون السائل

قولبة حقن مطاط السيليكون السائل بالحقن

هذه عملية ميكانيكية للغاية. حقن السيليكون السائل يستخدم طريقة خلط ميكانيكية تمزج مركب مادة LSR المعالجة بالبلاتين المكونة من عنصرين معًا والتي تتدفق في قالب. ومع ذلك، وبسبب الطبيعة اللزجة لمادة LSR، فإنها تعالج بسهولة وهي مناسبة تمامًا للإنتاج بكميات كبيرة وجودة القطع المتسقة وتحسين الإنتاجية. يتم وضع أداة حقن مطاط السيليكون السائل LSR في مكبس حقن خاص بمطاط السيليكون السائل، وهو مصمم خصيصًا للتحكم الدقيق في حجم الحقنة ويتيح إنتاج مكونات مطاط السيليكون السائل بشكل متسق. ونظرًا لخصائصه وقابليته للمعالجة، أصبح مطاط السيليكون السائل المادة المثالية لخصائص التصميم المعقدة والتطبيقات الحرجة الصعبة.

عملية حقن القوالب بالحقن LSR

هذه العملية ذات طبيعة حرارية تستخدم لتصنيع أجزاء ومنتجات سيليكون مرنة ومتينة ومقاومة للحرارة. في هذه العملية يتم خلط مركبين يتكونان بشكل عام من السيليكون المكون للقاعدة والمحفز البلاتيني. بعد ذلك يتم حقن الخليط ومعالجته بالحرارة داخل قالب لإنتاج أجزاء سيليكون مرنة. ومع ذلك، فإن هذين المركبين يتطلبان خلطًا توزيعيًا مكثفًا مع إبقائهما في درجة حرارة منخفضة قبل دفعهما في تجويف ساخن. تتم معالجة مطاط السيليكون السائل من خلال الحرارة، مما ينتج أجزاء أو منتجات صلبة.

تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في العديد من الصناعات التي تشمل صناعات السيارات والسلع الطبية والسلع الاستهلاكية والإلكترونيات. تتكون عملية القولبة بالحقن LSR بشكل أساسي من الخطوات الرئيسية التالية.

1- إعداد المواد

مركبات LSR: LSR عبارة عن مركب مكون من جزأين يشار إليه عادةً باسم المادة المكونة للقاعدة والمحفز الذي يعتمد على البلاتين عموماً. ويخلط هذان الجزآن بنسبة 1:1 وقد يشتملان على مكونات إضافية مثل الأصباغ أو المواد المضافة.

التخزين والمناولة: يتم تخزين مكونات LSR في حاويات أو خراطيش. وتحتوي إحدى الحاويات على المادة المكونة للقاعدة وحاوية أخرى تحتوي على المادة الحفازة التي عادةً ما تكون قائمة على البلاتين. المناولة السليمة أمر بالغ الأهمية لمنع التلوث وضمان اتساق خصائص المواد.

2. الخلط والقياس

وحدة الخلط: وحدة خلط متخصصة تجمع بدقة بين كلا المركبين. يمكن لهذه الوحدة أيضًا دمج الأصباغ أو غيرها من المواد المضافة حسب الحاجة.

خلاط ثابت: بعد ذلك تمر مادة LSR المخلوطة عبر خلاط ثابت، مما يضمن التجانس الشامل للمكونات. هذه الخطوة ضرورية لضمان المعالجة المتناسقة وخصائص المنتج النهائي.

القياس: في هذه الخطوة المهمة، يتم قياس مخلفات الصمامات المسطحة المختلطة في وحدة الحقن. يعد القياس الدقيق ضروريًا للحفاظ على أحجام حقن متناسقة وتقليل هدر المواد.

3. ماكينة قولبة بالحقن

• وحدة الحقن: وحدة الحقن مصممة خصيصًا لحقن LSR. تتميز LSR بلزوجة منخفضة وتتطلب تصميمات لولبية خاصة. في هذه الخطوة يتم دفع المادة داخل تجويف القالب.
• وحدة التثبيت: في هذه الخطوة يتم استخدام المشبك لتثبيت القالب وإبقائه قريبًا عند إجراء الحقن. ومع ذلك، تعتمد القوة المطلوبة على حجم الجزء وتعقيده.

4. تصميم القالب

• الاعتبارات المادية: يجب أن تكون القوالب الخاصة بـ LSR مصممة لتحمل درجات الحرارة العالية والتوترات المطبقة أثناء نظام المعالجة. يتم إنتاجها في معظم الأحيان باستخدام الفولاذ أو الألومنيوم عالي الجودة.
• التجويف واللب: يتألف قالب حقن السيليكون من تجاويف عبارة عن أشكال أجزاء سالبة وقوالب عبارة عن أشكال أجزاء موجبة. يجب تشكيلها بدقة لتحقيق جوانب الجزء المثالية والتشطيب السطحي المثالي.
• التنفيس: يتم احتجاز الهواء ويجب إطلاقه لتجنب العيوب مثل فقاعات الهواء أو الفراغات في المنتج النهائي. لذا، من المهم التأكد من وجود تنفيس مناسب.
• نظام القاذف: تتضمن هذه الخطوة إزالة الجزء من القالب الذي تمت معالجته. يجب تصميم نظام الإخراج بعناية للتعامل مع أجزاء LSR المرنة واللزجة.

5. الحقن والمعالجة

• عملية الحقن: يتم إغلاق القالب بإحكام وتثبيته بالقوة المناسبة. ثم يتم حقن LSR في تجاويف القالب بسرعة عالية. بعد ذلك يتم ملء القالب وبعد ذلك يتم إزالة المواد الزائدة.
• عملية المعالجة: يتم الحفاظ على درجة الحرارة مرتفعة (عادةً ما بين 160-200 درجة مئوية) لبدء عملية المعالجة. يعتمد وقت المعالجة على سُمك الجزء وشكله. وكقاعدة عامة تتراوح من بضع ثوانٍ إلى عدة دقائق.

6. إزالة القوالب

• تبريد: عند اكتمال المعالجة، يتم تبريد القالب للعمل على طرد الأجزاء وتجنب التشوه.
• الافتتاح بعد ذلك يتم فتح القالب برفق لمنع تلف أجزاء LSR الحساسة.
• طرد: في هذه الخطوة يتم إخراج الأجزاء من القالب باستخدام نظام القاذف. من الضروري التعامل بحذر مع الأجزاء بلطف، حيث أنها لا تزال دافئة وقد تكون مرنة قليلاً.

7. المعالجة اللاحقة

• الفحص: يتم فحص كل جزء في هذه المرحلة بحثًا عن عيوب مثل الوميض أو فقاعات الهواء أو الملء غير الكامل. يمكن استخدام كل من طرق الفحص الآلي أو اليدوي.
• التشذيب: بعد ذلك يتم قطع المواد الزائدة، المعروفة باسم الوميض، من الأجزاء. ويمكن القيام بذلك يدوياً أو باستخدام معدات آلية.
• العمليات الثانوية: قد يتم إجراء عمليات إضافية مثل الربط أو التجميع أو المعالجة السطحية وفقًا للاستخدام والمتطلبات.

8. ضبط الجودة

• الاختبار: ولضمان استيفاء الأجزاء التي يتم تسليمها للمواصفات اللازمة، فإنها تخضع لاختبارات مختلفة. تتضمن هذه الاختبارات اختبار الخواص الميكانيكية وفحوصات الأبعاد والفحوصات البصرية.
• التوثيق: يتم الاحتفاظ بسجلات مفصلة لعملية التشكيل، ودُفعات المواد، ونتائج مراقبة الجودة بانتظام من أجل التتبع والامتثال لمعايير الصناعة.

9. التعبئة والتغليف والشحن

• التعبئة والتغليف: يتم بعد ذلك تغليف الأجزاء المكتملة بعناية لحمايتها أثناء النقل. تتغير تقنيات التغليف في ضوء حجم الجزء وشكله وحساسيته.
• الشحن: يتم بعد ذلك شحن الأجزاء المعبأة إلى العملاء أو إلى مرافق المعالجة الإضافية، مما يضمن التسليم في الوقت المناسب والحفاظ على سلامة الأجزاء.

فوائد قولبة حقن القوالب بالحقن لـ LSR

تقدم هذه العملية بعض المزايا الرئيسية، وهي التالية:

1- الدقة والاتساق

يوفر القولبة بالحقن LSR قيمًا عالية الاتساق والدقة في إنتاج الأجزاء المعقدة والمعقدة والمفصلة. وتسمح هذه العملية بالتفاوتات الضيقة والتكرار الدقيق للقوالب، مما يضمن الاتساق في جميع الدفعات.

2- مجموعة تطبيقات واسعة النطاق

ويوفر ذلك العديد من التطبيقات حيث إنه مرن ويمكن استخدامه في مختلف الأعمال، بما في ذلك السيارات، والطب السريري، والأجهزة، والمنتجات الاستهلاكية، وغيرها الكثير. إن المرونة التي توفرها LSR تجعلها مناسبة لإنتاج أي شيء بدءًا من الغرسات الطبية إلى أختام السيارات إلى مكونات الإلكترونيات الاستهلاكية.

3- المتانة والقوة

تتميز هذه الأجزاء بصلابتها وقوتها. ويمكنها تحمّل درجات الحرارة القصوى والمركبات الاصطناعية القاسية والتعرض الطويل للأشعة فوق البنفسجية دون أن تتضرر خصائصها المتكاملة لفترة طويلة مما يجعلها مثالية للعديد من التطبيقات.

4- التوافق الحيوي

هذه المواد متوافقة حيوياً وتلبي متطلبات المعايير الطبية. وهذه الجودة تجعلها مناسبة لتطبيقات الخدمات السريرية والطبية مثل الغرسات والأدوات الجراحية والأدوات السريرية القابلة للارتداء. بالإضافة إلى ذلك، فهي غير مسببة للحساسية وآمنة للتلامس مع الجلد لفترات طويلة.

5- المقاومة الكيميائية

تُظهر هذه المواد حماية كبيرة من العديد من المواد التركيبية، بما في ذلك المذيبات والزيوت ومواد التنظيف. هذه الخاصية تجعلها مناسبة للاستخدام في مثل هذه الظروف التي يكون فيها التعرض للمواد الكيميائية أمرًا طبيعيًا، مثل السيارات والأماكن الصناعية الحديثة.

6. المرونة والمرونة

وتتمتع هذه الأجزاء بخاصية المرونة والمرونة الملحوظة، مما يسمح لها بالتشوه واستعادة شكلها الفريد دون تشويه طويل الأمد. هذه القابلية للتكيف تجعلها مثالية للاستخدام في تطبيقات الختم والحشية حيثما يتطلب الأمر إحكام الإغلاق المحكم والصلب.

7. أوقات الدورات السريعة

توفر هذه الطريقة وقت معالجة سريع مقارنةً بطرق قولبة المطاط التقليدية. وهذا يتيح إنتاجًا عاليًا مع أوقات تسليم سريعة وفي نفس الوقت فعالية من حيث التكلفة.

8- تقليل النفايات

يولد قولبة حقن LSR الحد الأدنى من النفايات مقارنة بعمليات التصنيع الأخرى. تقلل القدرة على التحكم الدقيق في تدفق المواد وتحسين تصميمات القوالب من نفايات المواد. وبالتالي، يؤدي ذلك إلى وفورات في التكاليف وفوائد بيئية.

9- حرية التصميم

تمكّن هذه العملية من تطوير أشكال معقدة وأشكال هندسية معقدة قد يصعب تحقيقها بطرق التصنيع الأخرى. وتتيح فرصة حرية التصميم هذه إمكانية وضع تصاميم مبتكرة للعناصر وخيارات التخصيص.

10- تشطيب السطح

تتميز هذه الأجزاء بسطح أملس ونظيف من القالب مباشرةً. وبالتالي، يقلل ذلك من الحاجة إلى أي مهام تشطيب ثانوية مثل التنظيف أو الطلاء. وهذا يوفر الوقت وتكاليف العمالة ويجعل العملية فعالة من حيث التكلفة مع ضمان منتج نهائي عالي الجودة.

ماكينات حقن السيليكون

حدود قولبة مطاط السيليكون السائل السيليكوني

تقدم هذه العملية العديد من الفوائد، ولكن مثلها مثل أي عملية تصنيع، فإن لها بعض القيود التي تتمثل في ما يلي:

1- استثمار أولي مرتفع

هناك حاجة إلى استثمارات أولية كبيرة عند إنشاء عملية قولبة حقن حقن رقائق الليثيوم المسطحة (LSR) خاصة في المعدات المتخصصة والقوالب والبنية التحتية. ومن ثم يمكن أن يكون هذا عائقًا أمام صغار المصنعين أو ذوي رأس المال المحدود.

2- تصميم القالب المعقد

تعتبر قوالب LSR متخصصة ومعقدة ومعقدة بسبب اللزوجة المنخفضة للمادة ودرجة حرارة المعالجة العالية. لذا، فإن تصميم هذه القوالب يتطلب خبرة ودقة، مما قد يزيد من التكاليف والمهل الزمنية.

3- خيارات المواد المحدودة

وفي حين توفر رقاقة مطاط الليثيوم المسطح خصائص ممتازة مثل المرونة ومقاومة الحرارة والتوافق الحيوي، فإن خيارات المواد الخاصة بها محدودة إلى حد ما مقارنة بأنواع المطاط الأخرى. وبالتالي، فإن هذا يمكن أن يحد من نطاق التطبيقات التي يمكن أن تستخدم فيها هذه المادة بفعالية.

4- وقت المعالجة

يمكن أن يكون وقت المعالجة لـ LSR أطول مقارنةً بطرق قولبة المطاط الأخرى. يمكن أن يؤثر ذلك على دورة الإنتاج والإنتاجية الكاملة، خاصةً بالنسبة للتصنيع بكميات كبيرة.

التطبيقات

هذه عملية فريدة من نوعها مع عدد كبير من الاستخدامات في مختلف المشاريع نظرًا لخصائصها وفوائدها الجديدة. وتتمثل التطبيقات الرئيسية فيما يلي:

1- الأجهزة الطبية

يتم استخدامه على نطاق واسع وبشكل عام في الأعمال السريرية لتصنيع أدوات وأجزاء مختلفة مثل القسطرة والأنابيب والأختام والحشيات وحشوات وحجاب الجهاز التنفسي والأدوات القابلة للزرع. خصائص مثل التوافق الحيوي وقابلية التعقيم والمتانة تجعلها معقولة للتطبيقات التي تتطلب الدقة والجودة الثابتة في الظروف السريرية.

2- منتجات العناية بالطفل

نتيجة لسلامتها وقابليتها للتكيف وسهولة تعقيمها تُستخدم عادةً في صناعة أدوات العناية بالأطفال مثل اللهايات وهالات الزجاجات وأواني العناية بالأطفال. تتطلب هذه العناصر في كثير من الأحيان مواد يجب أن تتمتع بخصائص كونها غير ضارة ومضادة للحساسية ومنيعة لدرجات الحرارة المرتفعة، وكلها توفر LSR.

3-الإلكترونيات

ويُستخدم أيضًا في الأجهزة لتغليف وحماية الأجزاء الحساسة من الرطوبة والغبار والمتغيرات البيئية الأخرى. يتم استخدامه في تطبيقات مثل لوحات المفاتيح والأختام والحشيات والموصلات وأغطية الحماية نظرًا لخصائص الحماية الكهربائية المذهلة والثبات الحراري والحماية من المركبات الكيميائية الخطرة.

4- إعدادات السيارات

يُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات السيارات لتوصيل قطع الغيار مثل موانع التسرب والحشيات والموصلات ومخمدات الاهتزاز. كما أن حمايته من درجات الحرارة القصوى والزيوت والمواد الاصطناعية تجعله مثاليًا لتطبيقات المحركات والأجزاء الخارجية حيث تكون المتانة والموثوقية ذات أهمية قصوى.

5- المواد الاستهلاكية

كما يُستخدم هذا المنتج أيضًا في منتجات المشترين المختلفة مثل أواني الطهي وأواني الخبز والأختام والحشيات والمستلزمات الخارجية نتيجة لخصائصه الغذائية وقدرته على التكيف والحماية من درجات الحرارة العالية. كما أن قدرته على تحمل دورات متكررة من التسخين والتبريد تجعله مناسبًا للعناصر التي تتطلب الاستخدام والغسيل المستمر.

6- التطبيقات الصناعية

كما أنه يجد تطبيقاته أيضًا في الإعدادات الحديثة لتصنيع موانع التسرب والحشيات والحلقات على شكل حرف O والأجزاء المختلفة حيث تكون الحماية من درجات الحرارة القصوى والمواد التركيبية والمتغيرات البيئية ضرورة كبيرة. إن متانته وموثوقيته وأدائه طويل الأجل يجعله مثاليًا للتطبيقات الحديثة.

7.Aerospace

في مجال صناعة الطيران، تُستخدم مادة LSR عمومًا في صناعة الأختام والحشيات والموصلات وغيرها من الأجزاء الأساسية التي تتطلب مواد خفيفة الوزن ذات أداء عالي النخبة. إن خصائصه مثل الحماية من درجات الحرارة المرتفعة والإشعاع والمركبات الاصطناعية تجعله مناسبًا لتطبيقات الطيران حيث تكون الجودة والسلامة الثابتة ذات أهمية رئيسية.

8- إضاءة LED

كما أنها تجد تطبيقاتها في مصابيح LED لترقية عرضها وصلابتها وعمرها الافتراضي. إن خصائصه مثل الشفافية والاستقرار الحراري ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية تجعله خيارًا مناسبًا من المواد لحماية أجزاء مصابيح LED من الرطوبة والغبار والعناصر البيئية الأخرى.

9- الجيش والدفاع

يُستخدم هذا في التطبيقات العسكرية لإنتاج موانع التسرب والحشيات والموصلات والأجزاء المختلفة التي تتطلب أداءً مهيمنًا في ظل الظروف القاسية. توفر العناصر التي يتم إنتاجها باستخدامه أداءً استثنائيًا ضد الظروف القاسية مثل درجات الحرارة العالية والرطوبة والانفتاح على المركبات الاصطناعية والوقود.

خاتمة

عملية حقن القالب من مطاط السيليكون في صورة سائلة تبرز كتقنية راقية لتوصيل أجزاء من السيليكون بدقة عالية. وهي عملية تصنيع قوية وقابلة للتكيف وتوفر مزايا مختلفة عن الطرق الأخرى. كما أن مرونة التصميم والدقة العالية والاتساق إلى جانب الخصائص الفطرية للمادة تجعلها مثالية للعديد من التطبيقات في مختلف الأعمال. وبفضل تقدم الابتكار، يستمر هذا الإجراء في التقدم والتحسين أيضًا، مما يوفر بالتالي إمكانات أكثر بروزًا للتقدم وتحسين العناصر في العديد من المجالات.