Formy silikonowe
Kauczuk silikonowy należy do związków określanych ogólnie nazwą: silikony.
Są to alkilo- lub arylopolisiloksany, czyli związki wielocząsteczkowe o łańcuchu utworzonym kolejno z atomów krzemu i tlenu i o grupach najczęściej metylowych ( rzadziej etylowych, propylowych lub fenylowych), jako podstawnikach przy atomach krzemu.
Są związkami o właściwościach pośrednich między nieorganicznymi krzemianami, a węglowodorami. Na ogół odporne na działanie podwyższonej temperatury. Są hydrofobowe i mają dobre właściwości elektroizolacyjne.
otrzymuje się je przez hydrolizę alkilo- lub arylooksisilanów i kondensację otrzymanych silanoli. Gdy produkty wyjściowe są dwufunkcyjne otrzymuje się kauczuki silikonowe. Mieszanina związków jedno i dwufunkcyjnych daje oleje silikonowe, zaś związki o wyższej funkcyjności - żywice silikonowe.
Zastosowanie kauczuków silikonowych jako materiałów na modele odlewnicze jest uzasadnione ich dobrymi właściwościami, a mianowicie: dokładną odtwarzalnością kształtów, dobrą oddzielnością od masy formierskiej, stosunkowo prostym sposobem wykonania modeli - i co szczególnie istotne - Dorą sprężystością i elastycznością. Te dwie ostatnie właściwości umożliwiają produkcję modeli o złożonych kształtach jako modeli nie dzielonych.
Do produkcji form odlewniczych stosuje się dwa rodzaje kauczuku - a mianowicie kauczuk wulkanizowany na gorąco oraz kauczuk wulkanizowany na zimno.
Kauczuk wulkanizowany na zimno jest dostarczany przeważnie w stanie ciekłym i przez zwykłe odlewanie można uzyskać dokładne odtworzenie kształtów i wymiarów modelu. Wulkanizacja przebiega w temperaturze otoczenia, ale można ją przyspieszyć poprzez podgrzewanie. Przed odlewaniem do dostarczonego kauczuku wprowadza się określone dodatki, których ilość zależy od wymaganych właściwości formy. Istotne znaczenie ma rzadkopłynność kauczuku silikonowego. Odmiany rzadkopłynne są korzystniejsze pod względem łatwości dokładnego odtworzenia kształtu i wymiarów, ale po wulkanizacji wykazują mniejszą odporność na rozdzieranie, czyli po lekkim naderwaniu łatwo je bardziej uszkodzić. Twardość form może się mieścić w dużych granicach - mierzona skleroskopem Shore`a wynosi 20 - 70 jednostek. Jeżeli potrzebne są formy o większej twardości i wytrzymałości trzeba zastosować kauczuk silikonowy o większej lepkości. W przypadku kauczuku gęstopłynnego należy zwrócić uwagę na możliwości pojawienia się pęcherzyków powietrza jednak użycie odpowiednich, automatycznych urządzeń dozujących i mieszających w zasadzie eliminuje to niebezpieczeństwo.
Kauczuk wulkanizowany na gorąco ma lepsze właściwości mechaniczne od kauczuku wulkanizowanego na zimno, jednak koszt przeróbki jest znacząco wyższy.
Kauczuk wulkanizowany na gorąco ma konsystencje ciastowatą. Formy sporządza się zwykle przy użyciu prasy z jednoczesnym oddziaływaniem podwyższonej temperatury. Ciśnienie prasowania może wynosić 1-6 MPa i zależy od stopnia skomplikowania modelu, żądanej dokładności odtwarzania kształtów i sztywności formy. Wymagana temperatura zależy od zastosowanej substancji sieciującej i mieści się w granicach 110-180C, zaś czas wulkanizacji 5 - 30 minut. W wyniku wulkanizacji kauczuk staje się gumą silikonową. Po wulkanizacji gumowe formy powinny być wygrzewane przez co najmniej 4 godziny w temperaturze 200C. Wykonywane formy mogą mieć ścianki o grubości od kilku milimetrów do paru centymetrów. Formy takie nie mają dostatecznej sztywności więc wzmacnia się je od zewnątrz, np. masą gipsową.
Formy oparte na kauczuku silikonowym są stosowane do odlewania elementów z tworzyw sztucznych, mas ceramicznych, gipsu, wosku oraz niskotopliwych stopów metali nieżelaznych. Można w nich wykonywać odlewy ze stopów cyny, cynku i ołowiu, w których jako pozostałe składniki mogą występować: antymon, kadm, ind, bizmut, arsen, aluminium, miedź. Temperatura topnienia tych stopów mieści się zwykle w granicach 200 - 400C, a temperatura odlewania 250 - 500C. Im wyższa temperatur odlewania, tym krótsza trwałość form. Poza temperaturą odlewanie duży wpływ na trwałość form ma czas oddziaływania temperatury i dlatego jest korzystne wykonywanie odlewów cienkościennych i bez węzłów cieplnych. W przypadkach niekorzystnych udaje się wykonać w tej samej formie zaledwie dwa odlewy, natomiast w korzystnych do kilkuset odlewów.
Odlewanie do form z gumy silikonowej można wykonać metodą grawitacyjną lub odśrodkową.
Odlewanie grawitacyjne stosuje się w przypadku wykonywania pojedynczych odlewów lub produkcji małoseryjnej, nie wymaga ono specjalnych urządzeń. Formę z silikonu przed pierwszym napełnieniem ciekłym stopem odlewniczym należy napylić pudrem karborundowym lub grafitowym. Ułatwia to zwilżenie powierzchni formy przez ciekły stop odlewniczy. Pierwsze odlewy są zwykle trochę chropowate. Trzeci lub czwarty odlew jest już bez wad. Metodą grawitacyjną wykonuje się zwykle odlewy o masie nie przekraczającej 2 kg.
Znacznie szersze zastosowanie ma druga z metod, czyli odlewanie odśrodkowe, wykorzystywane do produkcji średnio i wielkoseryjnej. Formę sporządza się zwykle z dwóch płyt kauczuku silikonowego. W jednej z odmian procesu , model z układem wlewowym wykonany z materiału odpornego na podwyższone naciski, wkład się między dwie płyty z kauczuku silikonowego . Płyty odizolowuje się od siebie oddzielaczem, aby nie nastąpiło ich sklejenie. W jednej z płyt wykonuje się otwór umożliwiający wlanie do formy ciekłego stopu odlewniczego. Tak przygotowany zestaw prasuje się przy użyciu ciśnienia 4 - 5 MPa i równocześnie ogrzewa do około 180C. Po około 50 minutach wulkanizacja jest zakończona. Płyty rozdziela się, usuwa modele i odcina nożem zacieki. Następnie formę składa się i mocuje na tarczy maszyny odśrodkowej, wprawia tarczę w ruch (około 600 - 800 obr/min) i wlewa ciekły stop odlewniczy do formy. Siła odśrodkowa powoduje szybkie i dokładne wypełnienie wnęk formy ciekłym stopem odlewniczym. Odlewy w formie należy przetrzymywać możliwie jak najkrócej , tak ze względu na obciążenie cieplne formy jak i wydajność odlewania. Tym sposobem wykonuje się odlewy o grubości od 1 mm do kilku centymetrów, o długości i szerokości do 500 mm oraz masie od 1kg do kilku kilogramów. Forma w zależności od wielkości i kształtu odlewu oraz od temperatury ciekłego stopu odlewniczego - może wytrzymać od kilku do kilkuset napełnień ciekłym stopem odlewniczym, a w korzystnych warunkach nawet kilka tysięcy.
Wykonał:
Bartosz Malinowski.