Moldeo por Inyección de Goma de Silicona Liquida (LSR) (LIM)

 

Normalmente la goma de silicona liquida consiste en un sistema de dos componentes del tipo (A +B). Por este motivo, además de la unidad de inyección, se hace necesaria la existencia de equipo de dosificación y de mezcla de los dos componentes A y B y, hay veces que, de algunos aditivos siendo que de los cuales, después de bien dispersos, se alimentan a la unidad de inyección (Figura 51).

 

Figura 51 – Moldeo por inyección de goma de silicona liquida

 

El husillo de la máquina de inyección debe tener una relación L/D inferior a la que se emplea con los materiales termoplásticos (debe ser L/D entre 10 y 15). El curso del husillo debe ser de 1D a 5D. La boquilla de inyección debe tener un sistema de enfriamiento muy eficaz, por forma a mantener, sin grande variación, la temperatura para que sea regulado. La boquilla de inyección también debe estar equipada con un sistema de interrupción de flujo de material (puede ser de tipo aguja, con accionamiento neumático).

 

Condiciones operacionales
El tiempo de vida útil del polímero (A+B)

El tiempo de vida de la mistura (A+B) (pot life), a la temperatura ambiente (25°C) es de alrededor de 72 horas; a 50°C es de alrededor de 5 a 10 horas. Pero dependen del tipo de LSR utilizado. Un planeamiento adecuado de la producción evita la inutilización del polímero.

 

Presión de inyección

Aunque, la presión requerida para la inyección de la goma liquida de silicona sea relativamente baja, puede variar entre 4 y 14 MPa, y dependiendo de la viscosidad del caucho de silicona, del diámetro de la boquilla de inyección y del tipo y dimensiones de los puntos de inyección, la generalidad de las máquinas, utilizadas en este tipo de operación, posibilitan la utilización de presiones de inyección muy superiores (50 a 240 MPa). La utilización de presiones de inyección superiores justificase por la necesidad de reducir los tiempos de ciclo, utilizando en la boquilla de inyección temperaturas vecinas del punto de goteo, en lo cual el polímero deja de ser un líquido más o menos viscoso, y pasa a ser un gel, de viscosidad más elevada, que necesita de presiones de inyección más elevadas para llenar las cavidades del molde en tiempos relativamente cortos.

 

Contrapresión

Normalmente regulada entre valores de 0,5 a 3,0 MPa.

 

Presión de cierre

Las presiones de cierre son también muy variables, pueden variar entre 2 y 50 MPa. La utilización de presiones más elevadas tiene también que ver con las fuerzas desarrolladas por las piezas resultantes de su relativamente alto coeficiente de expansión térmica, lo que ocurre, sobre todo, con los tipos de caucho de menor dureza.

 

Temperaturas en la inyectora

Normalmente todas las zonas de control de la temperatura son mantenidas a la temperatura ambiente. La boquilla de inyección puede operar, en el límite, a una temperatura cercana del punto de goteo, lo que es característico de cada tipo de polímero. Esta práctica es especialmente importante para reducir los tiempos de vulcanización de piezas muy gruesas.

 

Inyección

La velocidad de la inyección depende obviamente del tipo de polímero y de la presión de inyección y varía entre 30 e 400 cm3/segundo. El tiempo de inyección puede variar, por lo general, entre 5 y 10 segundos.

 

Molde

Puntos de inyección más comunes son de los tipos: Al borde; de diafragma; submarino y abanico (ver en esta página). Normalmente la desgasificación de los moldes es asistida con vacío. Para los tipos de LSR abrasivos se recomienda el endurecimiento superficial del molde; los puntos de inyección pueden, inclusive, ser constituidos de aleación dura.

 

Temperatura del molde

La temperatura del molde (temperatura de vulcanización) varía entre 140°C y 230°C. Depende también del tipo de goma de silicona (fundamentalmente, de su sistema de vulcanización – vulcanización con peróxido o vulcanización con sistemas catalizados con platina, estos últimos proporcionan vulcanizaciones mucho más rápidas).

 

Tiempo de vulcanización

El tiempo de vulcanización depende, fundamentalmente, del tipo de goma de silicona, del espesor de la pieza, de la temperatura de la boquilla de inyección (la cual puede ser elevada hasta el límite del punto de goteo, como ya se refirió) y de la temperatura del molde. La diferencia de temperatura entre la boquilla de inyección y el molde debe ser lo más baja posible, sin comprometer el grado de fluidez del polímero líquido y el correcto llenado de las cavidades. Por lo general, el tiempo de vulcanización a 190°C es de 5 a 12 segundos por milímetro de espesor, para los tipos de compuesto vulcanizados con peróxidos y de 3 a 6 segundos por milímetro de espesor para los tipos de compuesto vulcanizados con catalizadores de platina.

 

Contracción

La contracción depende del tipo de silicona, de su composición y del sistema de vulcanización. Los sistemas de vulcanización por adición confieren menores valores de contracción. Varía entre los 2 a 4%, siendo que los valores más elevados son característicos de los compuestos de menor dureza. Pero, la contracción depende de otros factores, en concreto de la temperatura de vulcanización, de la presión de moldeo en la cavidad, de las dimensiones de los artefactos (la contracción en los artefactos más gruesos es menor que en los artefactos más delgados) y de las condiciones y tiempo de post-vulcanización.

En la Figura 52 se presentan los valores de contracción para gomas de silicona liquida, con distintas temperaturas de vulcanización, con y sin post-vulcanización, en la dirección del flujo de material y en la dirección perpendicular. La post-vulcanización añade, por regla general, valores de contracción de 0,5 a 0,8%.

 Figura 52 – Contracción de la goma de silicona liquida

 

Los valores de la contracción resultan de la diferencia de los coeficientes de dilatación térmica de la goma y del acero, y que son:

  • Gomas de silicona: 2,0 a 7,9 . 10-4 °C-1
  • Acero: 11 . 10-6 °C-1

 

Post-vulcanización

Los artefactos de goma de silicona vulcanizados con peróxidos son normalmente sometidos a una post-vulcanización en estufa, para que el proceso de reticulación sea terminado y sean eliminadas las sustancias gaseosas que se forman en el proceso de vulcanización. Con este tratamiento es posible mejorar, al más alto grado, las propiedades tales como deformaciones residuales, resistencia a la reversión, resistencia al calor, resistencia eléctrica, resistencia química y, también, los valores de adhesión a otros sustratos. También se obtiene más estabilidad dimensional. Pero, existen tipos de gomas de silicona que no exigen post-vulcanización.

La post-vulcanización se debe conducir en hornos calentados (calor indirecto) y con una buena ventilación, con una renovación de aire mínima de 125 litros por minuto y por kg de artefactos vulcanizados. Los gases liberados, si no son eliminados de inmediato, pueden causar la creación de condiciones explosivas. Y el peligro es mucho más si el calentamiento se hace por proceso directo (horno de gas o de resistencias eléctricas internas). Algunos fabricantes recomiendan una post-vulcanización de 4 a 6 horas. La subida de temperatura en la post-vulcanización de productos con espesores superiores a 2 mm debe ser gradual, para evitar la formación de burbujas.

Por otro lado, los gases liberados también no se deben respirar, por lo que se deben conducir y eliminar para el exterior del área de trabajo. En el Cuadro 1 se indican algunas de las sustancias gaseosas que se forman durante el proceso de vulcanización y de post-vulcanización.

 

Cuadro 1 – Sustancias gaseosas producidas en la vulcanización/post-vulcanización de gomas de silicona

Productos de descomposición

(cantidades en moles por mole de peróxido)

Tipo de peróxido

Peróxido de tert-butil cumilo

 Peróxido de dicumilo

Peróxido de tert-butil benzoato
Acetofenona (C6H5COCH3)

0,44

 1,08

–
Acetona (CH3COCH3)

0,13

 –

0,09
Anhídrido carbónico (CO2)

–

 –

0,75
Benceno (C6H6)

–

 –

0,73
Butanol (C4H9OH)

0,79

 –

0,79
Fenil Isopropanol (C6H5CCH3CH3OH)

0,53

 0,90

–
Metano (CH4)

0,57

 1,09

0,09

 

De esta nueva operación transcurre un nuevo fenómeno de contracción que varía, como ya lo referimos, entre los 0,5 y 0,8% y que hay que considerar en el proyecto del molde.

 

Ventajas de la utilización de goma de silicona liquida:
  • Ciclos de moldeo más cortos (inyección y vulcanización mucho más rápidas). Tiempos de ciclo pueden ser, por lo general, la mitad de los tiempos de ciclo de los procesos de inyección con los elastómeros convencionales (NBR, EPDM, FPM, etc.);
  • En la vulcanización no hay formación de coproductos;
  • Los moldes pueden ser de tipo sin rebaba (flashless moulds), eliminado así las operaciones de acabado y reduciendo las mermas;
  • Los moldes pueden no tener, también, coladas, reduciendo las mermas de igual manera;
  • Facilidad de pigmentación;
  • Muchos de los tipos disponibles en el mercado no necesitan de post-vulcanización;
  • Las posibilidades de contaminación de la goma de silicona son mucho más reducidas (el contacto con el operador es nulo);
  • El proceso puede ser altamente automatizado, reduciendo el costo de la mano de obra, que es tan solo necesaria para la sustitución de los tambos de los componentes de los polímeros y adictivos y para la monitorización del sistema;
  • Costos de producción más reducidos por la elevada eficiencia del proceso;
  • La cantidad de mermas producidas es muy baja, en particular cuando se utilizan moldes sin rebaba;
  • La goma de silicona liquida es la ideal para la producción de piezas con configuración geométrica altamente complicada y con tolerancias muy apretadas;
  • Los moldes para fabrico de piezas obtenidas con goma de silicona liquida requieren, por lo general, menos material, lo que se traduce en una menor variabilidad de la temperatura y en una mejor estabilidad de las piezas.

 

Desventajas de la utilización de goma de silicona liquida:
  • Inversión inicial más grande (unidades de mezcla y unidades de inyección).