シリコーン射出成形

シリコーン射出成形は、特に医療機器、自動車、家電製品、航空宇宙などの業界で広く使用されているシリコーン製造方法です。.

この記事では、シリコーン射出成形の定義、プロセス、利点、欠点、用途、製品の品質と製造効率に影響を与える重要な技術的考慮事項など、シリコーン射出成形の包括的な概要を説明します。.

シリコーン射出成形とは何ですか?

シリコーン射出成形は、加熱された金型に高圧下で液状シリコーンゴムを注入するシリコーン製造プロセスです。シリコーンは金型内で硬化し、複雑な形状と厳しい公差を備えた、柔軟で耐久性のある部品を形成します。.

このプロセスは、高精度、一貫した品質、信頼性の高い性能が求められる用途に特に適しています。そのため、シリコーン射出成形は、医療機器、自動車システム、民生用電子機器、航空宇宙部品など、幅広い分野で採用されています。.

シリコーン射出成形プロセス

シリコーン射出成形は、優れた均一性と再現性を備えた高性能シリコーン部品を製造するために設計された、高度に制御された製造プロセスです。各工程を厳密に管理することで、メーカーは安定した材料特性と信頼性の高い部品品質を実現できます。.

材料の準備

液状シリコーンゴムの射出成形では、材料の準備が重要なステップです。.

混合前の早期硬化を防ぐため、成分 A と成分 B は別々に保管されます。.

成分Aは主にシリコーンポリマーで構成され、弾力性と柔軟性を提供します。成分Bには通常、硬化中に架橋を開始する白金系触媒が含まれています。.

これら 2 つの成分は、自動計量装置を使用して、通常は 1:1 の比率で正確に計量されます。.

計量された材料はスタティックミキサーで徹底的に混合されます。この段階では、早期加硫を防ぎ、材料粘度を安定に保つために温度管理が不可欠です。.

注射

一度 LS-R の 適切に混合された後、射出成形機に供給されます。この機械は、バレル、スクリューまたはプランジャーシステム、ミキサー、ノズルで構成されています。シリコーン混合物は、通常121℃～149℃（250～300°F）の温度に加熱され、スムーズに流動します。.

加熱されたシリコーンは、高圧下で加熱された金型キャビティに注入されます。金型設計によって最終的な部品の形状が決定され、複雑な特徴や微細なディテールの製造が可能になります。.

主要な加工パラメータは製品の品質に大きく影響します。これらのパラメータは、部品の設計と設備の能力に基づいて最適化する必要があります。

• 金型温度: 通常 150°C ～ 200°C の間で、硬化速度と最終的な材料特性に影響します。.
• 射出圧力: 通常、50 ～ 150 MPa の範囲で、金型充填と部品の密度に影響します。.
• 射出速度: 一般的には 10 ～ 50 mm/s で、空気の閉じ込めと生産効率に影響します。.

硬化（加硫）

射出成形後、金型は制御された温度に保たれ、加硫が開始されます。硬化過程において、シリコーンポリマー鎖が架橋し、固体で弾性のある構造を形成します。.

完全な加硫を確実に行うため、硬化温度と時間は厳密に管理されています。典型的な硬化温度は250°F～300°F（121°C～149°C）の範囲で、硬化時間は部品の厚さや複雑さに応じて数分から30分以上まで異なります。.

後処理

硬化が完了すると、金型は冷却され、完成した部品が取り出されます。後処理には以下の工程が含まれます。

• 余分な材料を取り除くためのトリミングとバリ取り
• 機械的特性を向上させるために高温で後硬化する
• プラズマ処理、コーティング、接着などの表面処理
• 寸法、機械性能、外観を検証する品質検査

これらの手順により、最終製品がすべての設計およびパフォーマンス要件を満たすことが保証されます。.

シリコーン射出成形の設計上の考慮事項

シリコーン射出成形は複雑な形状を可能にしますが、安定した生産、寸法精度、そして長期的な性能を確保するには、適切な部品設計が不可欠です。熱可塑性プラスチックとは異なり、シリコーンは硬化中に高弾性材料として挙動するため、設計の詳細がより重要になります。.

安定した流動性と均一な硬化を確保するため、肉厚は可能な限り均一にする必要があります。急激な厚さの変化は、加硫ムラ、内部応力、または表面欠陥の原因となる可能性があります。厚さの変化が避けられない場合は、材料の安定性を維持するために、徐々に変化させることを推奨します。.

シリコンパーツは柔軟性がありますが、抜き勾配も重要です。適切な抜き勾配は、型離れ抵抗を低減し、表面損傷を最小限に抑え、金型寿命を延ばします。パーティングラインの配置は、機能面または美観面に継ぎ目が見えないように慎重に計画する必要があります。.

ゲート位置は、材料の流れ、圧力バランス、そしてエア抜きに直接影響します。ゲート設計が適切でないと、充填が不完全になったり、エアが閉じ込められたりする可能性があります。そのため、特に薄肉部品や複雑な形状の部品では、ベントが非常に重要です。シリコーンの柔軟性によりアンダーカットが発生する可能性はありますが、破断や変形を防ぐため、部品の形状と脱型方法に基づいてアンダーカットの有無を評価する必要があります。.

金型設計

金型設計は、シリコーン射出成形において最も重要な要素の一つであり、初期プロジェクトコストに大きく影響します。シリコーン型は通常、高温、高圧、そして繰り返しの生産サイクルに耐えられるよう、硬化鋼で製造されます。.

ホットランナーシステムは、コールドランナーをなくし、材料の無駄を削減するために、シリコーン射出成形において広く使用されています。また、これらのシステムはプロセスの一貫性を向上させ、サイクルタイムを短縮します。大量生産の場合、マルチキャビティ金型は、キャビティ間の寸法再現性を維持しながら、生産性を大幅に向上させます。.

真空アシスト金型設計は、射出前に閉じ込められた空気を除去するためによく採用されます。これは、気泡やボイドが許容されない医療用部品や精密部品において特に重要です。さらに、金型全体の正確な温度制御により、均一な硬化が保証され、サイクル変動が低減され、金型の寿命が延びます。.

品質管理とテスト

品質管理は、特に医療用シリコーン射出成形において重要な役割を果たします。, 食品等級, 安全性と信頼性が極めて重要な産業用途では、製造業者は通常、最終検査のみに頼るのではなく、製造プロセス全体を通じて品質チェックを実施します。.

寸法検査では、部品が図面の仕様と公差要件を満たしていることを確認します。ショア硬さ試験では、材料の均一性と硬化品質を確認します。引張強度、伸び、引裂強度などの機械試験では、部品が機能性能要件を満たしていることを確認します。.

表面の欠陥、汚染、バリなどはシール性能や外観に影響を与える可能性があるため、目視検査も不可欠です。規制の厳しい業界では、バッチトレーサビリティ、材料認証、工程文書化によって、一貫した品質とコンプライアンスをさらに確保できます。.

許容差と部品精度

シリコーン射出成形は、適切に制御された場合、優れた寸法安定性が得られることで知られています。ただし、達成可能な公差は、部品の形状、肉厚、材料配合、金型精度によって異なります。.

薄肉部や複雑な形状では、射出圧力、温度、硬化時間のより厳密な制御が求められます。これらのパラメータの変動は、寸法偏差や反りにつながる可能性があります。金型設計の精度と温度均一性も、最終的な部品寸法に直接影響を及ぼします。.

熱可塑性プラスチックと比較して、シリコーンは弾力性があるため、部品を損傷することなく容易に型から取り出すことができます。しかし同時に、この弾力性により、部品は取り出し後に一時的に変形する可能性があります。適切な設計と二次硬化を行うことで、部品は元の寸法に戻り、長期的な寸法精度を維持できます。.

シリコーン射出成形の利点

シリコン射出成形には、要求の厳しい用途に適したいくつかの重要な利点があります。

• 精度 そして 再現性: このプロセスにより、大規模な生産工程にわたって厳しい許容誤差と一貫した品質を備えた複雑な部品の製造が可能になります。.
• 材料の無駄を最小限に抑える: 自動投与およびクローズドランナーシステムにより、スクラップとトリミングが削減され、材料効率が向上します。.
• 短いサイクルタイム: 正確な温度と圧力の制御により、急速な硬化と高い生産効率を実現します。.

これらの利点により、シリコーン射出成形は、精密シリコーン部品の大量生産において信頼性が高く、コスト効率に優れたソリューションとなります。.

シリコーン射出成形の欠点

シリコン射出成形には利点がある一方で、プロジェクト計画時に考慮すべき制限もあります。.

複雑な金型構造、ホットランナーシステム、そして厳しい加工公差のため、初期の金型コストは比較的高額になります。そのため、少量生産や試作品生産には経済的ではありません。.

シリコーン射出成形では、主に液状シリコーンゴムが使用されます。液状シリコーンゴムは優れた性能を発揮しますが、すべての用途における特定の機械的または化学的要件を満たさない場合があります。そのため、材料の慎重な選定が不可欠です。.

他のシリコーン成形方法との比較

シリコーン圧縮成形と比較して、射出成形は自動化率が高く、再現性も高く、寸法制御も優れています。圧縮成形は、形状が単純で金型予算が少ない場合に適しています。.

トランスファー成形では、圧縮成形に比べて材料のフロー制御が改善されますが、大量生産では射出成形ほどの速度と効率がありません。. 押し出し そして カレンダー 連続プロファイルや平らなシートに適していますが、射出成形は厳しい公差を持つ複雑な 3 次元部品の製造に優れています。.

よくある欠陥とその回避方法

シリコーン射出成形における一般的な欠陥には、気泡、バリ、充填不良、硬化不良などがあります。これらの欠陥は、金型のベント不良、不適切な射出パラメータ、または不十分な温度制御に起因していることが多いです。.

ゲートとベントの設計を最適化し、真空アシスト金型を使用し、射出圧力と硬化条件を微調整することで、不良率を大幅に低減できます。定期的な金型メンテナンスも、安定した生産品質の維持に重要な役割を果たします。.

シリコーン射出成形の用途

シリコーン射出成形は、医療機器、自動車用シーリングシステム、家電製品、航空宇宙部品などの業界で広く使用されています。その柔軟性、耐熱性、生体適合性、そして長期的な耐久性により、機能重視の用途だけでなく、安全性が重視される用途にも適しています。.

環境と規制に関する考慮事項

シリコーン射出成形製品は、多くの場合、次のような厳しい規制要件に準拠しています。 FDA、LFGB, 、RoHS、REACHに準拠しています。医療グレードのシリコンは、USPクラスVI規格にも準拠している場合があります。.

シリコーン材料は化学的に安定しており、毒性が低く、経年劣化しにくいという特徴があります。これらの特性により長寿命が実現し、環境に配慮した規制の厳しい用途にも適しています。.

射出成形に使用されるシリコーンの種類

性能と生産要件に基づいて、さまざまなシリコン材料が選択されます。

• 液状シリコーンゴム（LSR）： 高精度、完全自動化、大量生産に最適な2液性システムです。優れた流動性、速硬化性、そして安定した品質を実現します。.
• 高粘度ゴム（HCR）： 射出成形で加工できる、より硬くパテのような材料です。HCRはLSRとは異なる機械的特性を備えていますが、一般的にLSRよりも手作業が多く必要になります。.

よくある質問

シリコーン射出成形は少量生産に適していますか?

技術的には可能ですが、ツールのコストが高いため、中量から大量生産の場合はこのプロセスの方が経済的です。.

LSR 射出成形と HCR 射出成形の違いは何ですか?

LSR はより高度な自動化とより厳密なプロセス制御をサポートし、HCR は特定のアプリケーション向けに代替の機械的特性を提供します。.

シリコン射出成形金型の寿命はどのくらいですか?

適切な設計とメンテナンスを行えば、シリコン射出成形金型は数十万サイクルも使用できます。.

結論

シリコーン射出成形は、精度、効率、そして材料性能を兼ね備えた高度な製造プロセスです。複雑で高品質な部品を製造できるため、厳しい性能要件が求められる業界にとって不可欠な技術となっています。.

プロセス、設計上の考慮事項、材料の選択肢、制限を理解することで、メーカーはシリコーン射出成形を最大限に活用し、信頼性が高く革新的な製品を作り出すことができます。.