Sıvı Silikon Kauçuk (LSR) enjeksiyon teknolojisi
Termoplastik ve elastomer malzemelerin geliştirilmesinde kullanılan yüksek teknolojiye rağmen pek çok uygulamada geleneksel termoset kauçuğun yerini alamamıştır. Yüksek ısı dayanımı gerektiren uygulamalarda kauçuk halen alternatifsizdir. Ancak geleneksel kauçuk uzun çevrim süreleri ve yüksek yatırım maliyeti nedeniyle firmaların rekabet gücünü düşürmektedir.
Yüksek ısı dayanımı ve kısa çevrim süresinin gerekli olduğu uygulamalar için Sıvı Silikon Kauçuk (LSR), termoplastik, elastomer ve termoset kauçuğun ortak alternatifi olmaktadır. Hızla gelişen dünyada artan beklentilere LSR çok hızlı cevap vermektedir. Günümüzde standart bir otomobilde 2.000 den fazla LSR ile üretilen parçanın yer aldığını söylersek LSR’nin hayatımızda nasıl bir yer elde ettiğini daha net anlatmış oluruz.
LSR yi basitçe kauçuk gibi esnek, termoplastik gibi çevrim süresine sahip malzeme olarak tanımlayabiliriz.
Hammadde
LSR genellikle 20 litrelik kutular ya da 200 litrelik variller ile kullanıma hazır halde tüketiciye sunulmaktadır. LSR hammaddelerin içeriğinde proses için gerekli olan katkı maddeleri, inhibitörler ve pişirici ajanlara bulunmaktadır. Malzemelerin kullanım ömürleri üreciden üreticiye değişmek ile birlikte oda sıcaklığında ortalama 6 aydır.
Hammadde Özellikleri
LSR için proses yapısı bakımından pişirici ajanlara sahip elastomer malzeme diyebiliriz. Benzerliklerinin yanında ciddi farklılıklar içermektedir.
Termoplastik malzemeler; ısı emisyonu ile katılaşırken, LSR malzemeler; ısı ile katılaşırlar. Termoplastik malzemeler, geniş üretim kaynaklarına sahipken LSR için aynısı söyleyemeyiz. Termoplastikler ısı ile eritilerken LSR malzemeler eritilemezler. Termoplastikler visko elastik malzemeler iken LSR kauçuk elastik malzemelerdir.
Bunun dışında LSR malzemeleri tek bileşenli silikon malzeme HTV ile de aşağıdaki gibi kıyaslayabiliriz.
Kürleme reaksiyonu çarpıcı birçok özelliğin ana nedenidir. Geleneksel kauçuk kürleme reaksiyonunda kullanılan peroksit, toksit maddelerin ortaya çıkmasına neden olmaktadır. LSR ile üretilen parçalar ise gıda maddeleri ile temasta ve sağlık uygulamalarında sorunsuzca kullanılmaktadır. Ayrıca kürleme reaksiyonu geleneksel kauçuklara göre çok daha hızlıdır.
Yukarıdaki grafikte LSR ile geleneksel kauçuk kalıp doldurma süreleri kabaca gösterilmektedir.
LSR malzemelerin üstünlükleri;
Canlı varlıklar ile temasta sorunsuz
Doğal tat ve koku
Yumuşatıcı katkılar içermez
İyi kauçuk mekanik değerler
180 oC ye kadar ısıya dayanım
Gıdaya uygunluk
Ozon ve UV dayanımı
Yanma anında çıkan gazlar ihmal edilebilir seviyede
Yüksek yükleme hızı – düşük ısıtma oranı
Düşük sıcaklık direnci ve düşük sıcaklıkta bile esneklik
LSR malzemelerin mekanik değerleri:
Kalıcı deformasyon: % 10 - 50
Uzama katsayısı:% 300 - 800
Çekme mukavemeti:8 – 10 kN
Sertlik:10 – 80 ShoreA
Yoğunluk:1,08 – 1,20 gr/cm3
Hacimsel çekme: % 2,7 – 3,5
Enjeksiyon makinesi ilave aksamları:
Termoplastik malzemeleri işleyen enjeksiyon makinesine bazı ek aksamların monte edilmesi gerekmektedir. Üretilecek parçaların yapısının kompleksliğine göre enjeksiyon makinesine ilave edilecek aksamlarım maliyeti enjeksiyon makinesinin fiyatından çok daha pahalı olabilir. Aşağıdaki tabloda gerekli olan ekipmanların listesi ve foksiyonları yer almaktadır.
Karıştırma ünitesi LSR üretimin çok önemli bir aksamıdır. Öncelikli olarak karıştırıcı ünitenin boyutu tüketilecek olan miktara göre ayarlanmalıdır. LSR malzeme 20 litrelik kutular ya da 200 litrelik variller ile tüketiciye sunulmaktadır. Bir karıştırıcı ünite çok sayıdaki LSR enjeksiyon makinesini aynı anda besleyebilir. Eğer aynı tip LSR malzeme farklı sayıda küçük boyutlu enjeksiyon makinesinde kullanılacak ise büyük boyutlu karıştırıcı ünite tercih edilmesi maliyet avantajı sağlayacaktır. Ayrıca 200 litrelik varillerin 20 litrelik kutular yerine kullanılması durumunda makine boğazında ve ara bağlantılarda kalan malzeme kaybı ortalama olarak %10 dan %2,5 seviyesine düşmektedir.
Opsiyon olarak sunulan seviye ölçer sistemleri A ve B komponentlerinin 1:1 oranında karıştırılmasını garanti altına alarak ürün kalitesine katkı sağlamaktadır.
Enjeksiyon makinesi özellikleri:
BOY enjeksiyon makineleri LSR prosesi için mükemmel uyum gösteren hidrolik kapama sistemine sahiptir. Enjeksiyon makinesinin kapama sistemi , makinenin diğer aksamlarında ve hidrolik yağlarda oluşan ısı artışlarından bağımsız olmalıdır. Bu sayede sürekli ve aynı kalitede üretim yapılması garanti altına alınır.
LSR enjeksiyon prosesi için standart ekipmanlarda bazı değişiklikler yapılması gerekir. LSR üretimine özel olan bu ekipmanları LSR üretim grubu olarak adlandırmak yanlış olmaz. LSR üretim grubunu oluşturan ekipmanlar;
Shut off nozzle (Hidrolik / Pnömatik İğne Tipi Kapatma Enjeksiyon Memesi )
LSR plastikleştirme ünitesi – vida ve kovan
Karıştırma ünitesi dozajlama sinyali sistemi
Kalıp ısıtma bağlantısı
Bunların dışında opsiyon olarak sunulan;
Fırçalama ünitesi arayüzü
Vakum pompası kontrol arayüzü
Çift hava ejektörü
Kalıp gözlerinin doğru biçimde doldurulması LSR parçalar için çok önemlidir. Bu nedenle baskı hassasiyeti çok yüksek ve kapalı devre çalışan enjeksiyon makineleri tercih edilmelidir. Ayrıca fiili enjeksiyon hacmi maksimum strok hacminin %50 sinden fazla kapasiteli enjeksiyon ünitesi tercih edilmelidir. Bunların dışında kalıbın ısıtılması enjeksiyon ünitesinin su soğutmalı olması LSR üretimi için gereken diğer ihtiyaçlardır.
Kalıp:
LSR kalıpları termoplastik kalıplarından temel olarak farklıdır. Eriyik haldeki LSR malzeme çok düşük viskoziteye sahiptir. Bu nedenle kalıp içinde 0,01 mm lik boşluk alanlara dahi girebilme eğilimi gösterir. Kalıp tasarımcısının bu özelliği göz önünde tutarak hesaplamaları yapması gerekir.
Son derece zorlu kalıp tasarımı gerektirir
Kalıp üretiminin her aşamasında gerilim azaltmaya dikkat edilmelidir
Basılan parçaların maça ya da iticiler ile değil güç kullanılarak çıkarılması gerekir
Özel ejektör mekanizması şarttır
Ayrıca doğru yolluk sistemi bazı potansiyel hataları eliminize etmeye fayda sağlayacaktır.
Bunları kısaca aşağıdaki şekilde olduğu gibi açıklayabiliriz.
Özellikle soğuk yolluk sistemi LSR uygulaması için tavsiye edilmektedir. Bu sistem sayesinde üretm kayıpları minimuma indirilmektedir. Üstelik LSR gibi pahalı bir malzemenin işlenmesi için oldukça ekonomik bir metottur. Ancak özellikle belirtmeliyiz ki çok hassas toleranslar ve kesin sıcaklık kontrolü çok önemlidir. Örneğin aynı dar yolluk üzerinde temperlenmiş LSR %3,5 kalıp çekmesi yaşarken, temperlenmemiş LSR %2,7 kalıp çekmesi yaşamaktadır.
Termoplastik üretiminde kullanılan standart itici pimler LSR kalıplarında kullanılmazlar. Bunu iki nedeni vardır. LSR malzemenin yumuşak olması ve küçük çaplı ejektör pimlerinin LSR ile üretilecek parçaları delme riski yüksektir. Ayrıca itici pim ile sürgü kılavuzu arasındaki mesafe malzemenin yanmasına neden olabilir.
Ejektörün fonksiyonu üretilen parça kalitesinde bir diğer önemli unsurdur.
Ayrıca bazı pasif unsurlar (örneğin iki kalıp gözünün farklı yapılarda olması) parçaların enjeksiyon aşamasında yapışmasına neden olabilir. Bu tarz sorunları engellemek için;
Parlatılmış kalıp yüzeyleri, yapışmayı arttırırken kumlanmış, aşınmış ya da kazınmış yüzeyler yapışmayı azatmaktadır.
Bunların dışında özellikle dikkat edilmesi gereken bir diğer unsurda, kalıp - makine ve kalıp – soğuk yolluk sistemleri arasında sıcaklık ayrımının çok iyi yapılmış olması gerekir. Bu ayrım kalıp gözlerinin doldurulması sonrasında (kesinlikle öncesinde değil) çapraz bağların oluşmasını ve kürleme seviyesinin parçalar üzerinde elde edilmesini garanti altına alır. Farklı enerji oluşumlarının izolasyon plakaları ile ayrılması kalıbın ısınmasını optimize/minimize etmeye imkan verir.
BOY enjeksiyon makinelerinde proses
LSR prosesi standart elastomer prosesine çok benzerlik gösterir. Aşağıdaki tabloda yer alan set değerlerini baz almak suretiyle makineyi ayarlayan operatör LSR üretimi için optimum değerleri hassas biçimde kolayca belirleyecektir.
Karıştırıcı ünite A ve B komponentlerini 1:1 oranında karıştırır. Katkılar, örneğin renk masterbatchleri, en fazla %5 oranında eklenir. Karışımı tamamlanmış malzeme plastikleştirme ünitesine sabit basınç ile gönderilir. Bu basınç doldurma basıncı değişimlerinden bağımsızdır. Vida malzemenin tam ve homojenize biçimde kalıba doldurulmasına uygun seçilmelidir.
Erken vulkanizasyonu engellemek ve baskı hatalarının oluşumunu önlemek için enjeksiyon hızı yükseltilmelidir. Bunun üst sınırı malzemenin venting problemi yaşayıp yanmasına neden olmayacak şekilde ayarlanmalıdır. Kalıp gözleri yaklaşık olarak %92 oranında doldurulmalıdır. Tutma basıncı fazında enjeksiyonun kalıbı tamamen doldurması amaçlanmaz. Eksik kalan %8 lik kısım LSR malzemenin ısıtma sırasında termal genleşmesine olanak vermek içindir. Tabi ki bu değere kalıp tasarımı da etki etmektedir.
Uygulamalar
LSR ile yapılan tüm uygulamalrı saymak olanaksızdır. Özellikle sürekli gelişmeler ile daha çok alanda LSR malzeme tecih edilmektedir. En çok bilinen uygulamaları sıralamak gerekirse;
LSR malzemeler dünya genelinde 2014 yılı itibarı ile yılda 350.000 ton kullanım miktarına ulaşmıştır. Son 10 yılda ortalama %2,4 oranında artış gözlenmesine rağmen özellikle son 3 yılda bu oran %5’in üzerine çıkmıştır.
LSR malzemelerin sektörlere göre kullanım oranları şöyledir;
Medikal: %8Otomotiv: %18Elektronik - Bilgisayar: %30Tekstil:%4Gıda: %30Diğer: %10
