O silicone de baixa viscosidade, ou LSR, é fabricado com silicone de alta qualidade e é curado com platina. Possui alta estabilidade térmica, de -65 °C a 250 °C, é resistente a todos os produtos químicos e atua como um excelente isolante elétrico. Os produtos de LSR têm diversas aplicações nas áreas industrial, médica, comercial e de consumo. Ao contrário de outros tipos de silicone, como o HCR ou o silicone RTV, o LSR é curado com o uso de um catalisador de platina e permanece líquido até que a cura seja concluída. Isso permite ciclos de produção consistentes, repetíveis e mais rápidos para produtos fabricados com LSR, devido às características do agente de cura transparente em comparação com outros tipos de silicone.
Processo de moldagem por injeção de LSR
A fabricação de LSR por moldagem por injeção é o processo padrão e avançado para a produção de materiais ligados. Esse processo envolve a mistura de dois endurecedores líquidos (partes A e B) em tanques separados até o momento da utilização, sendo então misturados em um misturador estático. Uma vez misturada, a quantidade exata da mistura é então injetada por meio de uma seringa de pistão em uma cavidade semelhante a um forno para vulcanização (cura), criando um elastômero ligado sólido. Além disso, a tecnologia atual desenvolveu operações modernas e totalmente automatizadas para a moldagem por injeção de LSR; essencialmente, muitas vezes são utilizados controles computadorizados para dosar as partes do endurecedor, bem como para dosar e remover o material da cavidade do molde criada. Para resultados ideais, são necessárias pressões específicas medidas (geralmente entre 100 e 1.000 bar, ou aproximadamente entre 1.500 e 2.000 psi), temperaturas de fundo mais baixas na faixa de aproximadamente 170 a 200 graus Celsius (ou aproximadamente 340 a 390 graus F) e o tempo de cura (geralmente entre 30 e 180 segundos) são levados em consideração. Cada um desses parâmetros indicados deve ser monitorado ou controlado para que seja possível fabricar peças de excelente qualidade de forma consistente.
Equipamentos e ferramentas
A moldagem por injeção de LSR requer equipamentos especializados. A máquina de moldagem possui tanques ou tambores separados para os dois componentes do LSR, que são mantidos resfriados para evitar a cura prematura. Uma unidade de dosagem bombeia os componentes na proporção exata para um misturador estático, onde um catalisador de platina inicia a reticulação. O LSR misturado é então injetado por meio de um bico em um molde fixado. Os moldes de LSR são normalmente aquecidos (geralmente por meio de aquecedores a óleo ou elétricos) para facilitar a cura rápida e são projetados para alta precisão, já que o material líquido pode preencher detalhes muito finos. As ferramentas podem variar de moldes simples de cavidade única para protótipos a moldes complexos de múltiplas cavidades com sistemas de canal quente para produção em grande volume. Devido à baixa viscosidade do LSR e à sua tendência a formar rebarbas, os moldes frequentemente incluem características como arestas vivas, ventilação a vácuo e alinhamento preciso para controlar o fluxo do material e minimizar as rebarbas.
Etapas do processo
No processo de moldagem por injeção de LSR, aplicam-se os seguintes princípios básicos:
- Preparação do material: Os dois componentes do LSR são armazenados em recipientes separados a baixas temperaturas para mantê-los em estado líquido e estável até que sejam misturados.
- Dosagem e mistura: Bombas dosadoras de precisão dosam a Parte A e a Parte B na proporção correta em um misturador estático, onde os dois componentes são misturados e o catalisador de platina é distribuído uniformemente, fazendo com que a cura comece assim que os dois componentes se encontram. - Injeção: A mistura de LSR é injetada sob alta pressão na cavidade do molde. A alta pressão (que geralmente varia entre 1.500 e 2.000 psi) permite que toda a cavidade, incluindo seções finas e detalhes complexos, seja completamente preenchida antes que ocorra a cura.
- Cura (vulcanização): Uma vez colocado na cavidade do molde, o LSR é aquecido (pela temperatura do molde) para acelerar a reticulação catalisada por platina. O LSR passa do estado líquido para o de elastômero sólido em questão de segundos a minutos, dependendo da espessura da peça e da temperatura do molde. - Resfriamento e ejeção: Assim que o LSR estiver curado, a peça pode ser resfriada brevemente para que se solidifique completamente. O molde será aberto e a peça será removida do molde. Devido às características de desmoldagem dos LSRs, geralmente é fácil ejetar as peças do molde sem o uso de ângulos de desmoldagem ou agentes desmoldantes; na verdade, muitos fabricantes utilizam garras robóticas ou jatos de ar para ajudar a remover a peça sem danificá-la.
- Pós-processamento (se necessário): As peças de LSR geralmente saem do molde prontas para uso, exigindo um acabamento mínimo. Qualquer excesso de rebarba (material excedente fino) é normalmente removido, seja manualmente ou por meio de métodos automatizados (como a remoção criogênica de rebarbas). Processos adicionais de pós-fabricação (como impressão, colagem ou montagem) podem ser realizados conforme necessário.
Vantagens e considerações
A moldagem por injeção de LSR oferece inúmeras vantagens que a tornam o método preferido para muitas aplicações:
- Alta precisão e consistência: O material líquido preenche o molde completamente, produzindo peças com tolerâncias estreitas (de até ±0,05 mm) e qualidade consistente em cada injeção. O aprisionamento de ar e as injeções incompletas são raros, ao contrário do que ocorre na moldagem por compressão.
- Geometrias complexas: A baixa viscosidade do LSR permite que ele penetre em detalhes muito finos, paredes delgadas e recuos que são difíceis de obter com outros materiais ou processos. Isso possibilita que peças com designs complexos (como microdetalhes ou vedações intricadas) sejam moldadas em uma única peça.
- Tempos de ciclo rápidos: O LSR endurece muito rapidamente em temperaturas elevadas do molde, de modo que os tempos de ciclo são curtos (normalmente de 30 a 180 segundos). Isso torna a moldagem por injeção de LSR altamente eficiente para a produção de volumes médios a altos, especialmente com moldes de múltiplas cavidades.
- Versatilidade do material: Está disponível uma ampla gama de formulações de LSR, incluindo tipos de uso geral, de grau médico, de grau alimentício, eletricamente condutivos, autoadesivos e opticamente transparentes. Isso permite a seleção de um material com as propriedades exatas necessárias para uma determinada aplicação (por exemplo, biocompatibilidade para dispositivos médicos ou alta resistência ao rasgo para vedações industriais).
- Automação e limpeza: O processo é totalmente automatizado e compatível com salas limpas. O LSR não produz emissões nem COVs durante a cura, o que o torna adequado para ambientes sensíveis, como a fabricação de dispositivos médicos.
- Redução das operações secundárias: As peças de LSR geralmente exigem pouco ou nenhum pós-processamento. O excelente acabamento superficial e a precisão dimensional eliminam a necessidade de cortes, limpeza ou acabamento extensivos, economizando tempo e custos.
Por mais vantajosa que a moldagem por injeção de LSR possa ser, ela apresenta algumas desvantagens. Em primeiro lugar, o custo das matrizes para a moldagem por injeção de LSR é elevado, pois exige ferramentas extremamente precisas. Em segundo lugar, devido à natureza do material, é necessário manter um controle preciso dos parâmetros do processo, como temperatura e pressão. Por fim, o LSR apresenta uma alta taxa de retração e pode facilmente apresentar rebarbas se não for devidamente vedado durante a injeção, exigindo um monitoramento cuidadoso do projeto e da configuração do molde. Como o LSR é um material termoendurecível, ele não possui as mesmas capacidades de fusão, reciclagem e reutilização que os termoplásticos; portanto, qualquer material excedente produzido fora das especificações deve ser descartado ou incinerado. No entanto, de modo geral, quando fabricadas em grandes quantidades, as peças produzidas por meio da moldagem por injeção de LSR são a opção mais econômica disponível e apresentam desempenho de qualidade superior ao de qualquer outro método de moldagem de silicone.
Moldagem por compressão de LSR
A moldagem por compressão é um dos métodos mais antigos de moldagem de borracha e silicone, menos utilizado do que o que antes era conhecido como moldagem a frio. Atualmente, ela é realizada com borracha de silicone líquida moldada por compressão. Quantidades pré-medidas de material, conhecidas como "biscuit", são colocadas na cavidade do molde sem a necessidade de ferramentas. Para moldar e curar a borracha até se tornar um produto acabado, uma prensa hidráulica aplica calor e pressão ao “biscuit” enquanto ele está na prensa. O processo de moldagem por compressão é geralmente utilizado para a fabricação de volumes baixos e intermediários, peças grandes e volumosas e/ou formas simples. A compressão também é um processo autônomo (um conjunto completo de peças é produzido a cada ciclo), enquanto a moldagem por injeção é um processo automatizado e autônomo que produz peças utilizando ferramentas móveis.
Equipamentos e ferramentas
O equipamento de moldagem por compressão é uma máquina relativamente simples, composta por uma prensa hidráulica aquecida e um molde de duas partes (cavidade e núcleo) capaz de se abrir e fechar. O molde é aquecido (geralmente por meio de um aquecedor a óleo ou elétrico) para atingir a temperatura de cura do silicone (para LSR, essa temperatura varia normalmente entre cerca de 150° e 200°C ou aproximadamente 300° e 390°F). Diferentemente da moldagem por injeção, não há nenhum tipo de parafuso ou injetor associado ao processo; no entanto, há uma quantidade medida de material, que pode ser colocada no lugar manualmente ou por meio de um robô. A prensa hidráulica, então, fecha o molde, aplicando a pressão necessária para comprimir o material e preencher o formato da cavidade. Após o tempo de cura, a prensa hidráulica abre o molde para que as peças possam ser removidas.
Etapas do processo
O ciclo de moldagem por compressão geralmente envolve as seguintes etapas:
- Preparação do material: O material de silicone é preparado. No caso do LSR, isso pode significar a pré-mistura dos dois componentes (caso não se utilize um lote pré-misturado) e a formação de uma pré-forma do tamanho adequado. No caso do HCR (borracha de alta consistência) ou do silicone RTV, uma folha ou pré-forma é cortada no tamanho adequado.
- Carregamento do molde: O molde é aberto e a pré-forma é colocada na cavidade. Em alguns casos, podem ser colocadas várias pré-formas, caso o molde tenha várias cavidades.
- Fechamento e compressão do molde: A prensa fecha o molde, aplicando pressão para distribuir o material uniformemente e preencher a cavidade. A pressão também expulsa o ar preso. No caso do LSR, a pressão costuma ser muito menor do que na moldagem por injeção (geralmente algumas centenas de psi), já que o material já é um líquido viscoso e flui facilmente.
- Cura: Enquanto o molde está fechado e sob pressão, o material é aquecido (pelo molde) para iniciar a vulcanização. O tempo de cura pode variar de segundos a vários minutos, dependendo do material e da espessura da peça. Na moldagem por compressão de LSR, os tempos de cura são normalmente mais longos do que na moldagem por injeção (da ordem de 1 a 15 minutos por ciclo), pois o material começa frio e precisa ser aquecido por condução.
- Expulsão: Após a cura, o molde é aberto e as peças são ejetadas. Muitas vezes, as peças ficam grudadas no núcleo ou na cavidade e podem exigir remoção manual ou o uso de pinos ejetores.
- Pós-processamento: Pode ser necessário remover as rebarbas das peças (excesso de material que se acumulou ao redor das bordas da peça). Peças moldadas por compressão podem apresentar linhas de rebarba mais pronunciadas devido à colocação manual e à menor precisão; por isso, etapas de remoção de rebarbas ou aparagem são comuns. Operações adicionais, como usinagem ou acabamento de superfície, podem ser realizadas, se necessário.
Vantagens e considerações
A moldagem por compressão oferece algumas vantagens distintas, especialmente em certos cenários:
- Baixo custo de ferramentas: Os moldes de compressão são, em geral, mais simples e mais baratos de fabricar do que os moldes de injeção. Eles não exigem canais de distribuição, portas ou canais de aquecimento/resfriamento complexos da mesma forma, o que os torna uma opção econômica para pequenas séries de produção ou protótipos.
- Versatilidade do material: A moldagem por compressão é capaz de processar uma ampla variedade de materiais de silicone, incluindo tanto LSR quanto HCR. É particularmente útil para borrachas de consistência muito alta ou com alto teor de enchimento, que são difíceis de injetar. Também é compatível com aditivos, como fibras ou partículas, que poderiam ser danificados no parafuso de injeção.
- Peças grandes e formas simples: É ideal para a produção de peças grandes (como juntas, vedantes ou componentes em folha) ou peças com geometrias muito simples que não exigem alta precisão. A moldagem por compressão pode produzir peças que são “tão resistentes, se não mais resistentes” do que as peças moldadas por injeção em termos de resistência ao rasgo e resistência química, especialmente quando se utilizam compostos de silicone de alto desempenho.
- Flexibilidade: O processo é flexível – é possível alterar facilmente os materiais ou as formulações entre os lotes sem a necessidade de uma reconfiguração extensa. Isso o torna útil para P&D ou para a produção personalizada em pequenos volumes.
No entanto, a moldagem por compressão apresenta limitações notáveis em comparação com a moldagem por injeção:
- Tempos de ciclo mais longos: Cada ciclo na moldagem por compressão leva mais tempo (normalmente de 2 a 5 minutos por ciclo, às vezes mais para peças muito espessas), pois o material precisa aquecer e curar no local. Isso resulta em velocidades de produção mais lentas e em um custo unitário mais alto para grandes volumes.
- Menor precisão e consistência: É mais difícil alcançar tolerâncias rigorosas e dimensões consistentes com a moldagem por compressão. A colocação manual do material e a dependência da pressão para preencher o molde podem levar a variações na espessura da peça e à formação de rebarbas. A uniformidade entre as peças é, em geral, menor do que na moldagem por injeção.
- Maiores exigências em termos de mão de obra: A moldagem por compressão geralmente exige que um operador carregue o material e, às vezes, retire as peças. Embora seja possível recorrer à automação, esse processo é, por natureza, menos automatizado do que a moldagem por injeção, o que pode aumentar os custos de mão de obra e introduzir variabilidade.
- Restrições de projeto: Geometrias complexas com detalhes finos ou recuos são difíceis de produzir por moldagem por compressão. O material pode não fluir tão facilmente para áreas estreitas, e a ejeção pode ser um desafio sem ângulos de desmoldagem ou sistemas de ejetores.
Em resumo, a moldagem por compressão é um método viável para LSR quando o projeto da peça é relativamente simples, os volumes de produção são baixos ou o material não é facilmente injetável. Ela pode produzir peças de alta qualidade (especialmente em termos de propriedades mecânicas) com um custo de ferramentas mais baixo, mas sacrifica a velocidade e a precisão da moldagem por injeção. Para peças de alto volume, complexas ou com tolerâncias rigorosas, a moldagem por injeção costuma ser a opção preferida.
Moldagem por transferência de borracha de silicone
A moldagem por transferência é um processo híbrido que combina elementos da moldagem por compressão e da moldagem por injeção. É frequentemente utilizada para peças de borracha de silicone que exigem mais precisão do que a moldagem por compressão, mas para as quais talvez não se justifique o uso de ferramentas completas de moldagem por injeção. Na moldagem por transferência, o material (geralmente uma quantidade pré-medida de composto de silicone, que pode ser LSR pré-misturado ou um composto de borracha de alta consistência) é colocado em um panela ou câmara acima do molde. Em seguida, um êmbolo comprime o material e o transfere, por meio de canais de alimentação e canais de distribuição, para as cavidades do molde. O material flui sob pressão para dentro das cavidades e se solidifica no molde aquecido. A moldagem por transferência é particularmente útil para moldes com múltiplas cavidades, pois permite preencher várias cavidades com uma única carga de material, e para peças que apresentam complexidade moderada ou exigem densidade consistente.
Equipamentos e ferramentas
Uma prensa de moldagem por transferência é semelhante a uma prensa de compressão, mas conta com a adição de um sistema de transferência. Esse sistema geralmente consiste em um recipiente (onde a matéria-prima é carregada) e um êmbolo que empurra o material para dentro do molde. O próprio molde é aquecido e pode ter várias cavidades. Ao contrário da moldagem por compressão, o material não é colocado diretamente nas cavidades; em vez disso, é injetado por meio de canais de injeção. O equipamento de moldagem por transferência requer controle preciso de pressão e temperatura, assim como a moldagem por injeção, mas as pressões são geralmente mais baixas (da ordem de 1.500–2.500 psi) do que na moldagem por injeção, e o material é injetado a partir de um recipiente, em vez de um parafuso. As ferramentas para a moldagem por transferência podem ser menos complexas do que as dos moldes de injeção (não há necessidade de um sistema completo de canais com portas e canais de alimentação da mesma forma), mas são mais complexas do que as dos moldes de compressão. O sistema de recipiente e êmbolo deve ser projetado para distribuir adequadamente o material por todas as cavidades de maneira uniforme.
Etapas do processo
O processo de moldagem por transferência geralmente segue estas etapas:
- Preparação do material: O composto de silicone é preparado. Se for utilizado LSR, as duas partes são misturadas (ou utiliza-se um lote pré-misturado) e moldadas em uma pré-forma do tamanho adequado para caber no recipiente. Se for utilizado HCR, uma folha ou bloco é cortado no tamanho adequado. O material geralmente está à temperatura ambiente no momento em que é colocado no recipiente.
- Enchendo o bule: O molde está aberto, e o recipiente (localizado acima das cavidades do molde) é preenchido com o material. O recipiente pode ser preenchido manualmente ou por meio de um alimentador automático.
- Transferência e injeção: A prensa se fecha, e um êmbolo (ou parafuso) empurra o material do recipiente para baixo, passando pelos canais de alimentação e entrando nas cavidades do molde. A pressão força o material a fluir e preencher cada cavidade. Essa etapa é semelhante à moldagem por injeção, pois o material é injetado na cavidade, mas ocorre de maneira mais direta, por compressão.
- Cura: Depois que as cavidades são preenchidas, o molde permanece fechado enquanto o material cura. O calor do molde (geralmente entre 150 e 200 °C) acelera a vulcanização do silicone. O tempo de cura pode variar (geralmente de 30 segundos a alguns minutos), dependendo do material e da espessura da peça.
- Expulsão: Após a cura, a prensa abre o molde e as peças são ejetadas. Assim como na moldagem por compressão, as peças podem exigir a remoção manual ou o uso de sistemas ejetores, especialmente se tiverem formas complexas.
- Pós-processamento: Pode ser necessário aparar as peças para remover quaisquer rebarbas ou canais de alimentação que tenham ficado presos. Como o material é transferido por meio de canais de alimentação, pode haver pequenos resíduos desses canais que precisam ser removidos. Etapas adicionais de acabamento podem ser realizadas conforme necessário.
Vantagens e considerações
A moldagem por transferência oferece algumas vantagens que a tornam um bom meio-termo entre a moldagem por compressão e a moldagem por injeção:
- Maior precisão do que compressão: Como o material é injetado na cavidade sob pressão, ele preenche a cavidade de forma mais completa e uniforme do que na moldagem por compressão. Isso resulta em tolerâncias mais restritas e menos rebarbas. A moldagem por transferência permite produzir peças com densidade mais consistente e menos vazios do que a moldagem por compressão.
- Custo moderado de ferramentas: Os moldes de transferência são, em geral, mais simples e mais baratos do que os moldes de injeção, pois não exigem um sistema completo de injeção por parafuso nem redes complexas de canais quentes. No entanto, são mais complexos do que os moldes de compressão devido ao sistema de câmara e canais. Isso torna a moldagem por transferência uma opção econômica para volumes médios ou para peças que não justificam o uso de ferramentas completas de injeção.
- Capacidade para múltiplas cavidades: A moldagem por transferência permite preencher com eficiência várias cavidades a partir de uma única carga de material, o que é útil para a produção em volumes médios a altos. É frequentemente utilizada para peças como vedações, anéis O-ring e juntas, nas quais são necessárias muitas peças idênticas.
- Redução do desperdício de material: Como o material é transferido de um recipiente para as cavidades, há menos excesso de material em comparação com a moldagem por compressão (na qual toda a pré-forma é comprimida). Isso pode reduzir o desperdício de material e a necessidade de cortes extensos.
A moldagem por transferência apresenta algumas limitações em comparação com a moldagem por injeção:
- Tempos de ciclo mais longos: Embora sejam mais rápidos do que os da moldagem por compressão, os ciclos da moldagem por transferência costumam ser mais longos do que os da moldagem por injeção. O material ainda precisa aquecer a partir da temperatura de transferência e curar na cavidade; por isso, são comuns tempos de ciclo de 30 a 60 segundos ou mais, o que é mais lento do que os ciclos de 30 a 180 segundos da moldagem por injeção.
- Menor precisão do que a injeção: Embora seja mais preciso do que a moldagem por compressão, a moldagem por transferência pode não atingir as tolerâncias extremas nem a reprodução de detalhes da moldagem por injeção. O processo de preenchimento é menos controlado (sem parafuso), e podem ocorrer algumas variações entre as cavidades se a distribuição do material não for perfeitamente uniforme.
- Complexidade do projeto: A moldagem por transferência é mais indicada para peças de complexidade moderada. Ela permite o uso de moldes com múltiplas cavidades e alguns detalhes, mas geometrias muito complexas, com paredes finas ou microdetalhes, podem ainda exigir a moldagem por injeção para garantir um preenchimento confiável.
- Restrições de material: Materiais altamente viscosos ou com alto teor de enchimento podem ser difíceis de transferir de maneira eficaz. A moldagem por transferência é mais comumente utilizada com silicones de consistência média; borrachas de consistência muito alta podem não fluir bem, e o LSR de viscosidade muito baixa pode ser mais adequado para a moldagem por injeção, a fim de se obter um controle ideal.
Na prática, a moldagem por transferência costuma ser escolhida para peças que são complexas demais para a moldagem por compressão, mas que são produzidas em volumes que não justificam o custo das matrizes de moldagem por injeção. Ela oferece um equilíbrio entre precisão razoável, menor custo de matrizes e flexibilidade para séries de produção médias.
Processo de extrusão de silicone
A extrusão de silicone é um processo contínuo utilizado para criar perfis ou formas longas e uniformes a partir da borracha de silicone. Normalmente, ela não é utilizada para LSR da mesma forma que a moldagem, mas sim para borracha de silicone de alta consistência (HCR) ou compostos de silicone que podem ser bombeados. Na extrusão, um composto de silicone (geralmente pré-misturado com um agente de cura e eventuais aditivos) é alimentado em uma extrusora – um cilindro aquecido com um parafuso em seu interior. O parafuso transporta o material para frente, derretendo-o e pressurizando-o, e forçando-o a passar por uma matriz. A matriz confere uma forma transversal específica ao silicone à medida que ele sai. O perfil extrudado passa então por um forno de cura (ou uma série de rolos aquecidos), onde é vulcanizado, e, por fim, é resfriado e cortado no comprimento desejado. A extrusão é ideal para produtos como mangueiras, tubos, cabos, vedações e juntas que apresentam uma seção transversal constante ao longo de seu comprimento.
Equipamentos e ferramentas
O equipamento principal na extrusão de silicone é o extrusora, que consiste em um cilindro, um parafuso e uma matriz. O cilindro é aquecido para derreter ou amolecer o silicone (o perfil de temperatura é cuidadosamente controlado ao longo do comprimento do cilindro). O parafuso gira para transportar o material e gerar pressão. Na extremidade do cilindro, o material passa por uma matriz – uma placa metálica com uma abertura usinada que define a forma do perfil. Por exemplo, uma matriz com uma abertura circular extrudará um tubo ou uma haste, enquanto uma forma mais complexa pode produzir um perfil de vedação. A matriz pode ser resfriada a água para fixar rapidamente a forma. Após a matriz, o extrudado passa por uma seção de cura – que pode ser um forno longo (para cura em lote) ou, mais comumente, um forno com esteira contínua ou uma série de rolos aquecidos. A temperatura e o tempo de cura são definidos com base na formulação do silicone (geralmente entre 150 e 200 °C por vários minutos). Por fim, o perfil curado é resfriado (geralmente em banho-maria ou com ar) e, em seguida, cortado por uma faca voadora ou serra no comprimento desejado.
Etapas do processo
O processo de extrusão de silicone geralmente envolve as seguintes etapas:
- Preparação do material: O composto de silicone é preparado pela mistura do polímero base com agentes de cura, pigmentos e quaisquer aditivos. Isso geralmente é feito em um misturador separado (como um misturador Banbury) para garantir a uniformidade. O composto é moldado em tiras ou pellets que podem ser alimentados na extrusora.
- Alimentação da extrusora: O composto é introduzido na tremonha da extrusora. Pode-se utilizar um alimentador gravimétrico ou volumétrico para controlar a taxa de alimentação. Em seguida, o material entra no cilindro.
- Fusão e transporte: Dentro do cilindro, o parafuso gira e empurra o material para frente. As zonas de aquecimento do cilindro aquecem gradualmente o silicone, derretendo-o e permitindo que ele flua. O projeto do parafuso (pás, taxa de compressão, etc.) garante que o material seja bem misturado e pressurizado.
- Extrusão através da matriz: O silicone fundido é forçado a passar pela matriz, assumindo a forma da abertura da matriz. A pressão na matriz é alta o suficiente para empurrar o material de forma contínua. O extrudado sai na forma de um perfil contínuo com a seção transversal desejada.
- Cura (vulcanização): O perfil extrudado entra imediatamente em uma zona de cura. Em muitos casos, o perfil passa por um forno em túnel, onde é aquecido por um tempo determinado (por exemplo, 5 a 10 minutos a 200 °C) para curar. Como alternativa, ele pode passar entre rolos aquecidos ou por um banho de sal. O método exato de cura depende do equipamento e do sistema de cura do silicone.
- Resfriamento e corte: Após a cura, o perfil é resfriado para solidificá-lo. O resfriamento pode ser feito com ar ou por meio de um banho de água. Em seguida, o perfil resfriado é cortado no comprimento desejado. Uma faca voadora ou uma serra corta o perfil continuamente enquanto ele se move, permitindo comprimentos precisos. As peças cortadas são coletadas ou enroladas em bobinas (se forem flexíveis).
- Pós-processamento (se necessário): As peças extrudadas podem exigir operações adicionais, como impressão, perfuração ou acabamento final. Por exemplo, mangueiras podem precisar da instalação de conexões, ou perfis podem ser perfurados. Também são realizadas inspeções de qualidade (verificações dimensionais, inspeção visual para detecção de defeitos).
Vantagens e considerações
A extrusão de silicone oferece várias vantagens para a produção de peças longas e contínuas de silicone:
- Produção contínua: Ao contrário da moldagem, que é feita em lotes, a extrusão pode ocorrer de forma contínua por horas ou dias. Isso é ideal para a fabricação de peças muito longas ou para a produção em grande volume de perfis de diferentes comprimentos.
- Perfis complexos: A extrusão permite criar formas complexas de seção transversal (como vedações com bordas ou múltiplas câmaras) que seriam difíceis de moldar em uma única peça. A matriz pode ser usinada para produzir praticamente qualquer forma bidimensional.
- Versatilidade do material: É possível extrudar uma ampla variedade de compostos de silicone, incluindo aqueles com cargas reforçadoras, pigmentos ou aditivos. Isso permite a produção de peças com propriedades específicas (por exemplo, alta resistência ao rasgo, condutividade etc.) de forma contínua.
- Custo-efetividade: Para grandes séries com o mesmo perfil, a extrusão é muito econômica. Uma vez fabricada a matriz, o custo variável por comprimento é baixo, e o processo pode ser altamente automatizado.
- Qualidade: A extrusão permite produzir peças muito uniformes, com dimensões consistentes ao longo de todo o comprimento. As extrusoras modernas possuem controles precisos de velocidade e temperatura, o que resulta em um controle rigoroso das propriedades do produto final.
No entanto, a extrusão apresenta algumas limitações e aspectos a serem considerados:
- Geometria da peça: A extrusão se limita a perfis com seção transversal constante. Ela não permite a produção de formas tridimensionais nem de peças com seções transversais variáveis ou recortes complexos. Para essas peças, é necessário recorrer à moldagem.
- Restrições de material: O material deve ser bombeável e apresentar a reologia adequada para a extrusão. Borrachas de consistência muito alta ou com alto teor de enchimento podem ser difíceis de extrudar, pois podem não fluir suavemente ou causar desgaste excessivo no parafuso e na matriz. O LSR geralmente não é utilizado na extrusão por ter viscosidade muito baixa e ser projetado para injeção; em vez disso, utilizam-se HCR ou compostos de extrusão especialmente formulados.
- Cura: O extrudado deve ser totalmente curado em uma operação secundária. A cura no molde (como na moldagem por injeção) não é possível na extrusão; portanto, é necessário um forno ou sistema de cura separado. Isso aumenta o espaço ocupado pelo equipamento e pode limitar a velocidade (a velocidade da linha de produção costuma ser limitada pela rapidez com que o perfil pode ser curado).
- Desperdício e eficiência: Pode haver algum desperdício durante a inicialização e o desligamento (transições entre compostos), mas, em operação em estado estacionário, a extrusão é muito eficiente em termos de material, já que praticamente todo o material é incorporado ao produto. No entanto, qualquer projeto de matriz que gere refugo (por exemplo, se um perfil for cortado de uma chapa) seria menos eficiente.
Em resumo, a extrusão de silicone é um excelente método de processamento para a produção de produtos de silicone longos e contínuos com seções transversais complexas. Ela complementa os métodos de moldagem, permitindo a fabricação de itens como tubos, vedações e juntas de forma econômica e com alto rendimento. Quando o projeto da peça exige um perfil constante ao longo de seu comprimento, a extrusão costuma ser a escolha ideal.
Calandragem de borracha de silicone
A calandragem é um processo mecânico utilizado para produzir folhas finas e planas de borracha de silicone. Nesse processo, um composto de silicone (geralmente uma borracha de alta consistência, HCR, ou uma pasta de silicone) é passado por uma série de rolos aquecidos (rolos de calandra) para formar uma folha contínua de espessura uniforme. A calandragem é comumente utilizada para fabricar folhas, filmes e tecidos de silicone (como tecidos revestidos com silicone ou laminados). Trata-se de uma técnica mais antiga, mas ainda valiosa para a produção de itens como folhas de silicone para aplicações industriais, filmes de grau médico ou materiais de silicone reforçados.
Equipamentos e ferramentas
O principal equipamento utilizado no processo de calandragem é o calendário, que normalmente consiste em dois ou mais rolos grandes e paralelos. Os rolos podem ser lisos ou texturizados e são aquecidos para manter o silicone em um estado maleável. Uma configuração comum é uma calandra de dois rolos (simplesmente dois rolos) ou uma calandra de quatro rolos (dois pares de rolos), o que permite melhorar o controle sobre a espessura da folha e o acabamento da superfície. O composto de silicone é introduzido no espaço entre os rolos, e estes o comprimem e achatam. A distância entre os rolos determina a espessura da folha – ela pode ser ajustada para produzir folhas que variam de filmes finos (menos de 1 mm) a folhas mais espessas (vários milímetros). Os rolos são frequentemente aquecidos a cerca de 150–200 °C para manter o silicone acima de seu ponto de fusão e garantir uma folha lisa e uniforme. Após passar pelos rolos, a folha pode ser enrolada em um rolo ou passar por um forno de cura, caso precise ser vulcanizada. Em alguns casos, a folha é utilizada diretamente (se for um composto curado) ou pode ser laminada a outro material (como tecido ou outro polímero) em uma etapa subsequente.
Etapas do processo
O processo de calandragem geralmente segue estas etapas:
- Preparação do material: O composto de silicone é preparado pela mistura do polímero base com agentes de cura, pigmentos e quaisquer aditivos. Isso geralmente é feito em um misturador. Em seguida, o composto é moldado em uma folha ou placa que pode ser alimentada na calandra. Se for necessária uma folha reforçada (por exemplo, uma folha de silicone reforçada com tecido), o tecido pode ser alimentado junto com o composto.
- Alimentação do calendário: O composto é colocado no rolo de alimentação da calandra. Em uma calandra de quatro rolos, o composto pode ser alimentado entre os dois primeiros rolos e, em seguida, encaminhado para o segundo conjunto. Os rolos giram, puxando o material através da linha de contato.
- Formação da chapa: À medida que o material passa pelos rolos, ele é comprimido e achatado, formando uma folha. A distância entre os rolos e a velocidade são controladas com precisão para obter a espessura e a qualidade de superfície desejadas. A folha sai da calandra na forma de uma banda plana contínua.
- Cura (se necessário): Se o composto de silicone ainda não estiver curado (ou seja, se for um composto bruto), pode ser necessário vulcanizar a folha. Isso pode ser feito em um forno contínuo (como na extrusão) ou passando a folha por rolos aquecidos ou por uma prensa a quente. Em alguns casos, utiliza-se um processo em duas etapas: a folha é calandrada até atingir a espessura desejada e, posteriormente, curada em um forno de lote.
- Resfriamento e enrolamento: Após a cura (ou se a folha já estiver curada), a folha de silicone é resfriada até a temperatura ambiente. Em seguida, é enrolada em um rolo para armazenamento ou processamento posterior. O enrolamento deve ser feito com cuidado para evitar rugas ou distensão da folha.
- Pós-processamento: A folha pode passar por operações adicionais, como corte sob medida, impressão, revestimento de superfície ou laminação. Por exemplo, uma folha de silicone pode ser laminada a um tecido para produzir um material reforçado para juntas, ou pode ser cortada em fitas mais estreitas.
Vantagens e considerações
O processo de calandragem oferece várias vantagens para a produção de chapas e filmes de silicone:
- Espessura uniforme: O processo de calandragem permite produzir folhas muito uniformes, com um controle rigoroso da espessura. Isso é importante para aplicações como juntas ou filmes, nas quais a espessura consistente é fundamental.
- Produção em grande escala: Ela é capaz de produzir folhas largas (com até vários metros de largura em algumas calandras industriais) de forma contínua, o que é ideal para aplicações em grandes áreas (como revestimentos para lagoas ou folhas industriais) ou para alimentação em outros processos (como a laminação).
- Resistência do material: As chapas de silicone calandradas podem apresentar excelentes propriedades mecânicas. O processo alinha as cadeias poliméricas até certo ponto e pode resultar em chapas resistentes e duráveis. Quando reforçadas (por exemplo, com fibra de vidro ou tecido), a resistência à tração e ao rasgo pode ser muito alta.
- Versatilidade: O processo de calandragem é capaz de processar uma variedade de compostos. Ele pode processar borrachas de alta consistência, compostos de silicone com cargas e até mesmo misturas de silicone. Ao alterar a superfície dos rolos (por exemplo, rolos de gofragem ou texturização), também é possível produzir folhas com padrões.
No entanto, a calandragem apresenta algumas limitações e aspectos a serem considerados:
- Formato da peça: O processo de calandragem se limita a chapas planas ou filmes. Ele não permite a produção de formas tridimensionais nem de peças com variações de espessura. Quaisquer características complexas devem ser adicionadas posteriormente (por exemplo, por meio de estampagem ou conformação da chapa).
- Limitações de materiais e equipamentos: O processo exige que o material tenha a reologia adequada — ele deve ser deformável sob pressão, mas não muito fluido. Compostos com alto teor de enchimento ou muito rígidos podem ser difíceis de calandrar. Além disso, os equipamentos de calandragem podem ser grandes e caros, especialmente as calandras largas destinadas à produção industrial.
- Requisitos de cura: Se o composto não for pré-vulcanizado, é necessária uma etapa adicional de vulcanização, o que aumenta a complexidade. Em alguns casos, a calandragem é realizada com uma massa de silicone pré-vulcanizada para evitar isso, mas, nesse caso, o material não pode sofrer reticulação adicional.
- Qualidade da superfície: Conseguir uma superfície perfeitamente lisa pode ser um desafio. Quaisquer imperfeições nos rolos podem se transferir para a folha. Além disso, o acúmulo de ar ou a contaminação durante a calandragem podem causar defeitos na folha.
Em resumo, a calandragem é um método de processamento valioso para a produção de produtos planos de silicone. É comumente utilizada na indústria da borracha (incluindo o silicone) para fabricar materiais em folha que podem ser usados diretamente ou transformados em produtos finais. Para aplicações que exigem uma folha plana e uniforme — seja uma película de silicone de grau médico, uma folha de junta industrial ou um tecido revestido com silicone —, a calandragem oferece uma maneira eficiente de fabricar grandes quantidades de material com propriedades consistentes.
Escolhendo o método de processamento adequado
A escolha do método de processamento da borracha de silicone a ser utilizado depende de diversos fatores, incluindo a geometria da peça, a precisão exigida, o volume de produção, as propriedades do material e as restrições de custo. Moldagem por injeção é o método ideal para peças complexas, produzidas em grande volume e com tolerâncias rigorosas, oferecendo tempos de ciclo rápidos e excelente consistência. Moldagem por compressão é a opção preferida para formas mais simples, peças grandes ou volumes baixos a médios, nos casos em que o custo das ferramentas é uma preocupação. Moldagem por transferência ocupa um meio-termo, sendo útil para volumes médios e peças que são complexas demais para a moldagem por compressão, mas que não exigem o investimento total da moldagem por injeção. Extrusão é ideal para perfis longos e contínuos, e calandragem é mais adequado para chapas planas ou filmes. Engenheiros e projetistas de produtos devem levar esses fatores em consideração — por exemplo, se um projeto exigir uma peça muito fina e complexa com alta precisão, a moldagem por injeção provavelmente será a melhor opção, apesar dos custos mais elevados com ferramentas, enquanto uma peça grande e simples pode ser produzida de forma mais econômica por meio da moldagem por compressão. Ao compreender os pontos fortes e as limitações de cada método de processamento, os fabricantes podem selecionar a técnica mais adequada para otimizar a qualidade, a produtividade e o custo para sua aplicação específica.
Conclusão
A borracha de silicone líquida (LSR) e outras borrachas de silicone podem ser processadas de diversas maneiras, cada uma com suas próprias vantagens e aplicações. A moldagem por injeção, a moldagem por compressão, a moldagem por transferência, a extrusão e a calandragem são os principais métodos, permitindo a produção de tudo, desde componentes médicos complexos até vedações e chapas industriais. A escolha do método deve ser orientada pelos requisitos da peça e pelo contexto de produção. Ao utilizar a técnica de processamento adequada, os fabricantes podem aproveitar ao máximo as propriedades exclusivas do silicone — flexibilidade, durabilidade, resistência à temperatura e biocompatibilidade — para criar peças de alta qualidade para uma ampla gama de setores. À medida que a tecnologia avança, esses processos continuam a evoluir (com melhorias na automação, na ciência dos materiais e em novas técnicas, como a impressão 3D), ampliando ainda mais as possibilidades da borracha de silicone no projeto e na fabricação de produtos.