Sıvı silikon enjeksiyon (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. İşte burada 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.

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 ajanlarbulunmaktadır. Malzemelerin kullanım ömürleri üreciden üreticiye değişmek ile birlikte oda sıcaklığında ortalama 6 aydır.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.

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.

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 Shore

Yoğunluk: 1,08 - 1,20 gr/cm³

Hacimsel çekme: % 2,7 - 3,5

Enjeksiyon Makinesi İlave 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:

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 şöyle 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.

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 uygulamaları 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: %8

Otomotiv: %18

Elektronik - Bilgisayar: %30

Tekstil: %4

Gıda: %30

Diğer: %10