Экструзия силикона: технология и особенности производства

Экструзия силикона – это высокоэффективный производственный процесс, который дает возможность получать непрерывные профили из силиконовой резины. Метод – одним из основных в производстве длинномерных изделий с постоянным поперечным сечением: шнуры, трубки, шланги, уплотнители и профили сложной формы. Силиконовая резина, обладая уникальным сочетанием свойств: термостойкость и морозостойкость, химическая инертность и диэлектрические свойства, биосовместимость, является идеальным материалом для применения в медицине, автомобильной, строительной и электротехнической промышленности.

Технология экструзии силикона

Экструзия силикона – это последовательность операций, в ходе которых сырьевой материал – высококонсистентный силиконовый каучук (HCR) – принудительно продавливается через формующее отверстие (фильеру) для придания ему заданной геометрии, а затем вулканизируется (отверждается).

Подготовка и подача материала

Сырье, в виде сырой силиконовой резиновой смеси, подается в загрузочный бункер экструдера. Главное – обеспечить равномерную подачу материала. Силиконовая смесь может быть на основе пероксидной или платиновой вулканизации.

Транспортировка и уплотнение (пластикация)

Из бункера материал попадает в рабочий цилиндр экструдера, где находится шнек (червяк или винт), который захватывает сырье и перемещает его вдоль цилиндра к экструзионной головке. По мере продвижения материала вдоль шнека, конструкция последнего постепенно уменьшается в объеме витков ( здесь меняется шаг или глубина). На этом участке происходит сжатие силиконовой смеси.

Это приводит к повышению плотности и однородности экструдата за счет выдавливания захваченные пузырьки воздуха. Это предотвращает образование пор и пустот в готовом изделии. При этом уплотненный материал лучше поддается формованию и вулканизации.

Вращение шнека создает сдвиговые напряжения в материале – это способствуют интенсивному перемешиванию сырья. Это гарантирует равномерное распределение всех компонентов смеси, включая отвердители и красители.

И последнее – шнек генерирует высокое давление на выходе из цилиндра, которое необходимо для продавливания вязкой силиконовой смеси через узкое отверстие фильеры (матрицы) и придания ей точной формы.

Внимание! Силиконовый каучук, в отличие от термопластов, не требует высокой температуры для расплавления, так как он уже является эластомером. Процесс экструзии силикона чаще протекает при относительно низких температурах, поэтому его называют "холодной" или "теплой" экструзией. Так можно избежать преждевременной подвулканизации (затвердевания) до выхода из фильеры.

Для силиконовой экструзии часто используются шнеки с небольшим соотношением длины к диаметру (L/D) – около 12:1 или 16:1, и специальной геометрией. Важная конструктивная особенность – обеспечить захват сырьевого материала и эффективное уплотнения при минимальном тепловыделении от трения, чтобы не инициировать реакцию отверждения раньше времени.

Несмотря на низкие температуры экструдер оснащен системами контроля, которые поддерживают стабильную температуру цилиндра и головки. Если необходимо, может применяться система охлаждения для компенсации тепла, выделяемого в результате трения.

Вулканизация (отверждение)

Сформированный, но еще мягкий профиль (экструдат), немедленно поступает в линию вулканизации для окончательного отверждения (полимеризации), в ходе которого материал приобретает прочностные и эластические свойства. Вулканизация силиконовых экструдатов проводится в непрерывных линиях нагрева (вертикальных или горизонтальных), используя:

• горячий воздух (печи) – наиболее распространенный метод;

• насыщенный пар под избыточным давлением для достижения более высоких температур;

• соляная ванна (редко).

Температура и время вулканизации строго контролируются и зависят от типа силиконовой смеси и толщины стенок профиля.

Калибровка, охлаждение и намотка

После вулканизации изделие может проходить через механизмы калибровки, чтобы обеспечить точные размеры. Следующий этап – охлаждение. На заключительном этапе готовый силиконовый профиль с помощью тянущего устройства протягивается через линию и либо нарезается на отрезки, либо наматывается на бобины или катушки.

Какое применяется оборудование

Для экструзии силикона используется комплексная производственная линия, главным элементом которой является экструдер. В его состав входят:

• Загрузочный бункер для подачи сырой силиконовой смеси.

• Двигатель и редуктор, которые обеспечивают вращение шнека с заданной скоростью и мощностью.

• Корпус (цилиндр) – это камера, внутри которой вращается шнек.

• Шнек – главный рабочий механизм, который транспортирует, уплотняет и создает давление в материале. Шнеки для силикона обычно имеют специальную конструкцию, отличную от шнеков для термопластов, часто с соотношением длины к диаметру (L/D) около 12:1.

• Нагревательные элементы используются для поддержания рабочей температуры (хотя для силикона нагрев минимальный или отсутствует).

• Экструзионная головка (фильера) – съемная оснастка, которая формирует поперечный профиль изделия.

Линия вулканизации (отверждения) – это или тунельная печь горячего воздуха, или паровой вулканизатор (СВЧ), который используется для быстрой вулканизации.

Вспомогательное оборудование:

• Механизмы калибровки – устройства, которые помогают зафиксировать точные размеры профиля сразу после формования.

• Тянущие валки обеспечивает постоянную скорость протяжки профиля по всей линии.

• Устройство намотки или резки используются для сбора или нарезки готовой продукции.

• Приборы регулировки параметров – это система контроля температуры, давления, скорости шнека и линии протяжки.

Заключение

Экструзия силикона – технология для массового производства длинномерных силиконовых изделий. Она дает возможность получать продукцию с высокой точностью размеров, гладкой поверхностью и стабильными физико-механическими свойствами. Благодаря способности формировать непрерывные профили, а также уникальным характеристикам самого силикона, экструзионный метод находит применение в разных отраслях промышленности.