液状シリコーンゴム成形プロセスと金型の特徴は何ですか？

熱硬化性液状シリコーンゴム（LSR）射出成形金型の構造は、一般的に熱可塑性化合物に使用されるものと類似していますが、いくつかの重要な違いがあります。例えば、液状シリコーンゴムは一般的に低粘度であるため、非常に低い射出圧力でも充填時間が極めて短くなります。空気巻き込みを避けるためには、金型に適切な排気が必要不可欠です。.

 

さらに、LSR化合物は金型内で熱可塑性化合物ほど収縮せず、高温では膨張し、冷却時にはわずかに収縮する傾向があります。その結果、製品は予想通りに金型の凸側に留まらず、表面積が大きいキャビティ側に捕捉されることがあります。.

 

1. 収縮率

LSRは金型内では収縮しませんが、離型・冷却後には2.5%～3%収縮することが多々あります。正確な収縮量は、ある程度化合物の配合に依存します。しかし、金型の観点から見ると、収縮はいくつかの要因によって影響を受けます。これには金型温度、離型時の化合物温度、金型キャビティ内圧力、およびその後の化合物の圧縮が含まれます。.

 

注入点の位置も考慮する価値があります。なぜなら、接着剤の流れ方向の収縮は、通常、流れに垂直な方向の収縮よりも大きいからです。製品の外形寸法も収縮に影響を及ぼし、一般的に厚い製品は薄い製品よりも収縮が少なくなります。二次加硫が必要な場合は、さらに0.5～0.7%の追加収縮が生じる可能性があります。.

2. パーティングライン

パーティングラインの位置を決定することは、シリコーンゴム射出成形金型を設計する際の最初のステップの一つです。排気は主にパーティングライン上に設けられた溝を通じて行われます。この溝は、注入化合物の最終充填箇所に位置し、内部気泡の発生を防ぎ、接着部の強度低下を減らす役割を果たします。.

 

LSR材料の低粘度により、パーティングラインは正確でなければならず、溢れを避ける必要があります。それでも、成形製品にはしばしばパーティングラインが残ります。離型は製品形状とパーティング面の位置に影響されます。部品にわずかな面取りを施すことで、部品が望ましいキャビティ側に一貫して付着するのを助けます。.

3. 排気

LSRを射出する際、金型が閉じられるとキャビティ内に閉じ込められた空気は圧縮され、充填が進むにつれて排気溝を通じて排出されます。もし空気が完全に排出されない場合、それはゴム化合物内に残り（これが製品の白化や部分的な欠陥の原因となることが多い）、排気溝の幅は一般的に1～3mm、深さは0.004～0.005mmです。.

 

金型内部を真空にすることで、最も効果的な排気効果が得られます。これはパーティングラインにガスケットを設け、真空ポンプを使用して金型キャビティ全体から素早く空気を排出することで実現します。真空が規定レベルに達すると、金型は完全に閉じられ、射出が開始されます。. 

 

一部の射出成形機は可変型締力での運転を可能にしており、低圧で金型を閉じることができます。キャビティの90%～95%がLSRで充填されるまで待ち（空気をより排出しやすくするため）、その後、シリコーンゴムの膨張や溢れを防ぐために、より高い型締力に切り替えます。.

4. 注入点

コールドランナーシステムを用いてLSRを成形することは、この化合物の利点を最大限に活かし、生産効率を最大化します。このような方法で製品を加工することで、注入流路の除去が不要となり、作業の労力増加や、時には材料の大量廃棄を避けることができます。多くの場合、ランナーレス構造は作業時間の短縮にもつながります。.

 

化合物射出ノズルは針弁によって制御され、順方向の流量制御を行います。現在、多くのメーカーが空圧式スイッチを標準装備した射出ノズルを提供しており、金型のさまざまな箇所に配置することができます。一部の金型メーカーは、非常に小さなオープンコールドランナーシステムを開発し、非常に限られた金型空間内に複数の注入点（したがってキャビティ全体）を収めることを可能にしました。この技術により、ノズル分離を必要とせずに、高品質のシリコーンゴム製品を大量生産することが可能になります。.

 

コールドランナーシステムを使用する場合、高温のキャビティと低温のランナーの間で効果的な温度分離を作り出すことが重要です。ランナーが高温すぎると、化合物は射出前に硬化を開始する可能性があります。一方、冷却が急激すぎると、ゲート領域から過剰な熱を吸収することになります。 その結果、不完全硬化が生じます。.

 

従来のスプルー（サブマージドスプルーや円錐スプルーなど）で注入される製品では、小径のゲートを用いた給湯が適切です（ゲート径は通常0.2-0.5mm）。熱可塑性樹脂と同様に、低粘度LSRコンパウンドでは、ランナーシステムのバランスを確保し、すべての金型キャビティを均一に充填することが重要です。ランナーシステム設計のシミュレーションソフトウェアを使用すれば、金型の開発プロセスを大幅に簡素化でき、その有効性は金型充填試験によって実証されています。.

5. 離型

加硫済みの液体シリコーンゴムは金属表面に付着しやすく、製品の柔軟性により離型が困難になる傾向があります。LSRの高温引裂き強度により、通常条件下でも大きな製品を損傷することなく離型できます。一般的な離型技術には、ストリッパープレート離型、ストリッパーピン離型、空圧離型があります。その他の一般的な離型技術には、ローラー掻き取り、エクスポートプレート離型、自動金型取出しが含まれます。.

 

離型システムを使用する際には、高精度範囲内に維持することが重要です。頂出ピンとガイドピンシーブのクリアランスが大きすぎる場合、または部品間のギャップが長時間の摩耗により拡大した場合、樹脂漏れを引き起こす可能性があります。逆円錐形またはマッシュルーム形状の頂出ピンは、より大きな接触圧力を加えられ、良好なシールを容易にするため非常に効果的です。.

6. 金型材料

金型プレートは通常、非合金工具鋼（1.1730、DINコードC45W）で作られます。170°C-210°Cの耐高温性が必要な金型プレートでは、耐衝撃性を考慮して予備焼入れ鋼（1.2312、DINコード40CrMn）を使用すべきです。キャビティを有する金型プレートは、窒化または焼戻し熱処理を施した工具鋼で製造し、耐高温性を確保する必要があります。.

 

耐油性LSRのような高充填率の液体シリコーンゴムでは、金型材料としてより高硬度の材料の使用が推奨されます。例えば、光輝クロメート鋼、またはこの目的専用に開発された粉末金属（1.2379、DINコードX155CrVMo121）です。高耐磨耗性材料用の金型設計では、高摩擦を受ける部品は交換可能な設計とし、金型全体を交換する必要がないようにします。.

 

キャビティの内面は製品の仕上げに大きく影響します。最も明らかなのは、成形品がキャビティ表面の形状を正確に再現することです。透明製品用金型は研磨鋼で作られるべきです。表面処理された鉄・ニッケル鋼は極めて耐磨耗性が高く、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）・ニッケルは離型を容易にします。.

7. 温度制御

一般的に、液体シリコーンの成形には電気加熱を使用することが望ましく、通常、バンドヒーター、カートリッジヒーター、または加熱プレートによって加熱されます。LSRの均一な高速硬化を促進するため、温度場が金型全体に均一に分布することが重要です。大型金型では、オイル温度制御による加熱が最もコスト効率の高い方法です。.

 

金型を断熱板で覆うことは、熱損失を低減するのに有効です。加熱金型の任意の部分の不適切な嵌合は、作動間の大きな温度変動をもたらすか、ガス抜きを引き起こす可能性があります。表面温度が低下しすぎると、コンパウンドの硬化速度が遅くなり、製品の離型不良を招き、品質問題を引き起こすことが多々あります。ヒーターとパーティングラインの間には一定の距離を保ち、テンプレートの反り変形を防止し、完成品にバリが発生するのを防ぐ必要があります。.

 

コールドランナーシステムの金型設計では、加熱部と冷却部の完全な分離を確保しなければなりません。熱伝導率が他の鋼材より大幅に低い特殊チタン合金で製作することができます。一体型金型加熱システムでは、断熱材を金型と金型プレートの間に配置し、熱損失を最小限に抑えるべきです。.

 

適切な設計と構想は、金型が重要な役割を果たす液体射出成形を確実にします。上述の金型設計原則は、ゴムコンパウンドによる金型キャビティの充填、硬化時間の短縮、完成品の品質向上、および生産性向上を目的としており、シリコーンゴム加工業者が良好な経済的利益を得られるようにするものです。.

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