Sản xuất sản phẩm silicon: HCR rắn so với LSR lỏng so với khuôn đúc chất lỏng rắn kết hợp
I. Tổng quan về nguyên liệu và quy trình cơ bản
1. Cao su silicon đặc (HCR – Cao su lưu hóa nóng, Đúc nén, Quy trình truyền thống)
Mẫu nguyên liệu thô
Khối/tấm cao su rắn ở nhiệt độ phòng. Các nhà sản xuất cần trộn nội bộ cao su gốc với chất đóng rắn, hạt màu và bột gia cố để tùy chỉnh độ cứng, màu sắc, khả năng chống mài mòn, khả năng chống cháy và các công thức khác.
Quy trình sản xuất đầy đủ
Trộn: Trộn cao su thô, chất đóng rắn, bột màu và phụ gia thông qua máy trộn bên trong, sau đó ép đùn thành tấm.
Cắt & Cân: Cắt phôi cao su thủ công theo trọng lượng sản phẩm.
Nạp vào khuôn : Mở khuôn và đặt các phôi cao su vào bên trong các hốc.
Đóng và bảo dưỡng khuôn: Làm nóng đến 150–200°C dưới áp suất 5–10 MPa; chữa bệnh trong 2–10 phút.
Mở và đẩy khuôn, nhấp nháy cắt tỉa (các gờ thừa sẽ nặng).
Tùy chọn xử lý sau xử lý thứ cấp trong lò (loại bỏ các phân tử nhỏ và mùi hôi).
Tính năng quy trình cốt lõi
Đổ đầy khuôn mở: Nạp nguyên liệu thô sau khi mở khuôn, sau đó đóng và nén để cao su chảy ra và lấp đầy các lỗ rỗng.
Liên kết ngang: Chủ yếu là xử lý bằng peroxide, dễ để lại các phân tử nhỏ còn sót lại và gây mùi nồng; silicone rắn được xử lý bằng bạch kim có sẵn cho các loại cao cấp.
Thiết bị: Máy ép nén thủy lực tiêu chuẩn với mức đầu tư ban đầu thấp (3.000–8.000 USD mỗi chiếc); khuôn đơn giản, chi phí thấp với khả năng quay vòng dụng cụ nhanh.
Phụ thuộc nhiều vào lao động: Cắt, bốc và cắt tỉa đều yêu cầu công việc thủ công; một người vận hành chỉ có thể giám sát 1–2 máy.
Ưu điểm
Chi phí trả trước thấp, tiết kiệm chi phí cho các lô nhỏ và lấy mẫu nguyên mẫu.
Thích hợp cho các bộ phận có thành cực lớn và dày (thảm silicon, miếng đệm kín lớn, dụng cụ nhà bếp bằng silicon dày).
Sửa đổi công thức có độ linh hoạt cao để có độ bền kéo cao, chống mài mòn, chống cháy, độ dẫn điện và các đặc tính đặc biệt khác.
Chi phí sửa đổi khuôn thấp và thay đổi thiết kế thường xuyên.
Nhược điểm
Thời gian chu kỳ dài; chi phí lao động tăng cao cho sản xuất hàng loạt.
Độ chính xác kích thước thấp với dung sai ±0,1~0,3 mm, đường chia tay dày và khối lượng công việc sau cắt tỉa nặng.
Môi trường sản xuất mở dễ bị nhiễm bụi, khó đáp ứng tiêu chuẩn sạch cho các ứng dụng thực phẩm/y tế.
Các bộ phận được xử lý bằng peroxide có mùi và độ trong suốt thấp; các cấu trúc phức tạp có thành mỏng dễ dàng bị lấp đầy không đầy đủ và có bọt khí.
Ứng dụng điển hình
Bàn phím silicon thông thường, vòng đệm lớn công nghiệp, thảm chống trượt silicon, dụng cụ nấu nướng silicon dày, các bộ phận silicon thông thường của ô tô, sản phẩm tùy chỉnh lô nhỏ, linh kiện silicon đặc biệt dẫn điện/chống cháy.
2. Cao su silicon lỏng (LSR – Cao su silicon lỏng, Đúc phun chất lỏng LIM, Quy trình tự động có độ chính xác cao)
Mẫu nguyên liệu thô
Hệ thống chất lỏng hai thành phần (Phần A : Phần B = 1:1 trộn sẵn với chất xúc tác bạch kim). Không cần trộn trong nhà; sẵn sàng tải trực tiếp lên máy sản xuất. Cấp thực phẩm/y tế có nguyên liệu thô siêu tinh khiết không chứa tạp chất.
Quy trình sản xuất đầy đủ
Thùng nguyên liệu kín kết nối với máy phun LSR; thiết bị tự động đo, trộn Phần A và Phần B thông qua máy trộn tĩnh.
Phun khuôn kín: Trước tiên hãy đóng hoàn toàn khuôn, sau đó bơm silicone lỏng dưới áp suất cao qua đường dẫn lạnh vào các khoang đã được gia nhiệt.
Bảo dưỡng nhanh ở nhiệt độ cao: 160–190°C, thời gian lưu hóa chỉ 10–60 giây.
Tự động mở và đẩy khuôn với độ nhấp nháy tối thiểu; chỉ cắt tỉa nhẹ, xử lý thứ cấp không cần thiết trong hầu hết các trường hợp.
Tính năng quy trình cốt lõi
Hệ thống phun kín: Đường ống và khoang kín hoàn toàn không tiếp xúc với không khí, hỗ trợ sản xuất phòng sạch cho các sản phẩm y tế.
Liên kết ngang: Xử lý bổ sung bạch kim không có phân tử nhỏ dễ bay hơi, không mùi, độ trong suốt cao và hiệu suất chống ố vàng.
Thiết bị: Máy ép phun LSR chuyên dụng (7.500–15.000 USD/chiếc); khuôn chạy nóng có giá gấp 2–3 lần khuôn nén silicon rắn.
Tự động hóa cao: Tự động trộn, phun và đẩy; một người vận hành có thể quản lý đồng thời 8–10 máy.
Ưu điểm
Chu kỳ đúc cực nhanh, chi phí đơn vị thấp hơn khi sản xuất số lượng lớn.
Độ chính xác cực cao với dung sai ± 0,01 ~ 0,05 mm; dễ dàng lấp đầy các cấu trúc phức tạp có thành mỏng, kích thước siêu nhỏ, có kết cấu và rãnh sâu.
Các đường gờ tối thiểu, bề mặt nhẵn, trong suốt cao với cảm giác mềm mại thân thiện với da, lý tưởng cho các mặt hàng tiêu dùng y tế, trẻ sơ sinh và thiết bị đeo.
Khả năng ép xung: Bơm trực tiếp silicone lên các miếng chèn bằng nhựa hoặc kim loại có độ bám dính chắc chắn và không bị tách lớp, đạt được khả năng chống thấm nước IP67/IP68.
Sản xuất khép kín tránh ô nhiễm; dễ dàng vượt qua các chứng nhận tương thích sinh học của FDA, LFGB và ISO 10993.
Nhược điểm
Đầu tư ban đầu rất lớn vào thiết bị và khuôn mẫu; lấy mẫu đắt tiền và sản xuất hàng loạt nhỏ.
Khả năng tản nhiệt kém đối với các bộ phận có thành dày, dễ bị sủi bọt bên trong; không nên dùng cho các sản phẩm quá dày và quá khổ.
Đơn giá nguyên liệu cao hơn; ít công thức đặc biệt được sửa đổi hơn (dẫn điện, siêu bền) so với silicone rắn.
Ứng dụng điển hình
Núm vú trẻ em, dụng cụ thực phẩm bằng silicon, ống thông & vòng đệm y tế, miếng đệm chống nước cho đồng hồ thông minh/tai nghe, bàn phím chính xác, màng bảo vệ siêu mỏng, các bộ phận đúc tích hợp bằng nhựa/kim loại, các thành phần silicon trong suốt quang học.
II. Đúc silicone rắn và lỏng kết hợp (Đúc composite quy trình kép)
Ba giải pháp tổng hợp chủ đạo:
Giải pháp 1: Chất nền silicon rắn + Đúc LSR thứ cấp (Được sử dụng rộng rãi nhất)
Quá trình:
Chế tạo đế kết cấu dày thông qua đúc nén rắn (để hỗ trợ kết cấu và kiểm soát chi phí cho các bộ phận có khối lượng lớn).
Đặt các bộ phận bán thành phẩm bằng silicon rắn đã đúc sẵn vào khuôn phun LSR, kích hoạt độ bám dính bề mặt thông qua xử lý sơn lót.
Tiêm một lớp silicone lỏng mỏng làm lớp da bên ngoài.
Thuận lợi:
Lớp nền vững chắc giúp cắt giảm tổng chi phí cho các bộ phận lớn, trong khi lớp ngoài dạng lỏng mang lại bề mặt mịn màng, thân thiện với da, không mùi và có độ trong suốt cao.
Cân bằng độ cứng của cấu trúc và vẻ ngoài xúc giác cao cấp; được sử dụng rộng rãi cho tay cầm silicon, kẹp thiết bị làm đẹp, lớp đệm bên ngoài của miếng đệm thùng chứa nước lớn.
Giải pháp 2: Lõi nhựa cứng + Lớp lót silicon đặc + Lớp đệm silicon lỏng
Chủ yếu dành cho các linh kiện điện tử chống thấm nước: silicone rắn cung cấp khả năng hỗ trợ đệm dày, trong khi silicone lỏng tạo thành các lớp bịt kín chống nước chính xác với hiệu suất bịt kín vượt trội hơn nhiều so với các bộ phận silicon rắn đơn lẻ.
Giải pháp 3: Khuôn composite hai màu (Một khuôn cho khuôn rắn và lỏng tuần tự)
Một khuôn được trang bị các khoang kép: khuôn nén silicone rắn trước, sau đó chuyển sang trạm phun silicone lỏng, tạo thành các bộ phận tích hợp không có khoảng trống lắp ráp, thích hợp cho các bộ phận có bề ngoài tổng hợp có khối lượng trung bình.
Sản phẩm phù hợp cho khuôn đúc chất lỏng rắn kết hợp
Các bộ phận quá khổ cần kiểm soát chi phí, với các bề mặt tiếp xúc yêu cầu hiệu suất không mùi hoặc thân thiện với da.
Các bộ phận cần cả kết cấu đỡ dày và lớp bịt kín chống thấm nước chính xác.
Cấu trúc hai lớp: silicon đặc bên trong giúp chống mài mòn, silicon lỏng bên ngoài cho độ mềm và trong suốt cao.
Hạn chế
Việc kết hợp hai quy trình sẽ làm tăng độ phức tạp của khuôn và dây chuyền sản xuất; đơn giá tăng mạnh đối với những lô rất nhỏ. Chỉ tiết kiệm cho các sản phẩm có kết cấu composite khối lượng từ trung bình đến cao.
