سیلیکون ( silicone ) در تولید قالب (2)

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : سایت راسخون



 

الاستومرهای سیلیکونی دوبخشی

این مواد دارای ویژگی های ممتاز زیر هستند :
1) این مواد به صورت مخلوطی متشکل از دو ماده هستند. این مواد پیش از قالب گیری مخلوط می گردد. در صورتی که این مواد نسبت 10 به 1 یا 1 به 1 مخلوط شوند، مخلوط هایی مایع ایجاد می کنند که این مایع به آسانی می تواند حفرات بین کانتر مولد و نمونه را پر کند.
2) کشش سطحی کم این مواد باعث می شود تا جزئیات کاملی از سطح نمونه بدست آید.
3) این مواد در دمای اتاق و بدون آزاد کردن حرارت سخت می شوند. بنابراین تنش گرمایی به نمونه وارد نمی شود.
4) به دلیل انرژی سطحی پایین این مواد، این نوع مواد برای قالب گیری گستره ی وسیعی از مواد استفاده می شوند. بدون آنکه احتمال چسبیدن سطح سیلیکونی به نمونه باشد. همچنین سیلیکون ماده ای با قابلیت پایداری گرمایی بسیار خوبی است از این رو می توان از رزین های گرما زا نیز در تولید قالب استفاده کرد.
استفاده از الاستومرهای سیلیکونی دوبخشی در قالب سازی
پلیمرهای تولیدی از پلی متیل سیلوکسان (PDMS) در دمای اتاق مایع هستند. این مسئله حتی برای آنهایی که وزن ملکولی بالایی دارند نیز صادق است. دمای تبدیل شدن به حالت شیشه ای (Tg) پایین و انعطاف پذیری زنجیره ی ملکولی این پلیمرها باعث شده تا مواد DDMS به عنوان گزینه ای مناسب برای استفاده شدن در صنت قالب سازی باشند. یکی از ملزومات این نوع قالب ها بوجود آوردن یک واکنش در داخل بدنه ی آنهاست. این واکنش شیمیایی سبب پدید آمدن پیوندهای عرضی در پلیمر می گردد و با ایجاد شبکه ای سه بعدی در ماده سبب پدید آمدن یک جامد الاستومر با قابلیت تحمل تغییر شکل مکانیکی می گردد. برای برآورده شدن شرط با & باید گروه های با قابلیت پیوند عرضی در زنجیره های سیلیکونی وجود داشته باشند. این گروه های فعال در حضور کاتالیزور پیوند عرضی تشکیل می دهن. عمل آوری افزایشی برپایه ی پلیمرهای PDMS با گروه های انتهایی ونییل است. در این نوع پلیمرها پیوند عرضی بوسیله ی واکنش SiH با استفاده از یک کاتالیزور بر پایه ی پلاتین و با توجه به واکنش شکل 1 بوجود می آید.

اگر عامل SiH پلیمر PDMS شامل سه یا بیشتر گروه واکنش پذیر SiH باشند، تعداد زیادی زنجیره ملکولی به هم پیوند عرضی می دهند و شبکه ی سه بعدی مناسبی تشکیل می شود. علت این که این واکنش عمل آوری، افزایشی می گویند این است که محصول فرعی در این واکنش بوجود نمی آید. قالب هایی که با این مکانیزم سخت می شوند شرنیکیج ندارند (انقباض ندارند). در این واکنش از یک کاتالیزور بر پایه ی پلاتین استفاده می شود که این کاتالیزور باعث آماده شدن گروه های زنجیره ی ملکولی می شوند. علت استفاده از این نوع کاتالیزور این است که این کاتالیزورها می توانند با گروه های آمینی و سولفیدی پیوند ضعیف الکترونی برقرار کنند. این پیوندها باعث تماس بیشتر کاتالیزور و پلیمر گشته و باعث افزایش عملکرد کاتالیزور می شوند.

مکانیزم عمل آوری تراکمی بر پایه ی گروه های هیدروکسی پلیمر PDMS اتفاق می افتد. این گروه ها با گروه های الکوکسی سیالان و در حضور کاتالیزور قلع پیوند عرضی می دهند. این واکنش در شکل 2 نشان داده شده است. الکل مورد استفاده در این فرآیند عمل آوری باعث پدید آمدن شرنیکیج در این نوع قالب ها می شود. (درصد شرنیکیج خطی بیش از 2% است). قالب های تولیدی بوسیله ی این فرآیند عمل آوری ابعاد اولیه ی خود را حفظ نمی کنند و باید این تغییر ابعادی در طراحی مد نظر قرار گیرد.
مزایا و معایت هر دو نوع عمل آوری (افزایشی و تراکمی) در جدول 1 آورده شده است.

الاستومرهای دوبخشی از دو جزء تشکیل شده اند (جزء A و B یا ماده ی پایه و عامل عمل آوری). این دو جزء از پلیمر، عامل ایجاد کننده ی پیوند عرضی و کاتالیزور تشکیل شده اند. و به نسبت معین مخلوط می شوند. افزودنی های متنوعی ممکن است به این اجزاء اضافه شوند مانند فیلرها، این افزودنی ها به طور قابل توجهی خواص مکانیکی پلیمر را بهبود می دهنند و عمر مفید آنها را بالا می برد.
هنر قالب سازی با الاستومرهای سیلیکونی دوبخشی
ساخت قالب را از الاستومرهای سیلیکونی دوبخشی یک هنر است. جنبه های فراوانی را باید مدنظر قرار دهیم تا بتوانیم قالبی مناسب جهت تکثیر نمونه ی اصلی بسازیم. در این نوع قالب سازی نیاز کمی به آماده سازی نمونه ی اصلی است. اما نمونه باید توانایی پایداری در محیط قالب سازی را داشته باشد. کانتر مولد نیز از مواد مختلفی مانند مقوا یا پلی استر تقویت شده با الیاف شیشه ساخته می شود.
عوامل جداسازی برای جلوگیری از چسبیدن الاستومر سیلیکونی به نمونه ی اصلی و کانتر مولد استفاده می شود. از این مواد همچنین برای جلوگیری از چسبیدن بخش های در تماس با هم قالب های چند تکه نیز استفاده می شود. عوامل جداسازی برپایه ی مواد صابونی، وازلین، رزین های آلی و یا فلئورو پلیمرها تهیه می شوند.
مخلوط الاستومر سیلیکونی به میزان کافی مخلوط می شوند و سپس در حالت تحت خلأ ریخته گری می شوند تا از بوجود آمدن حباب هوا در داخل قالب جلوگیری شود. قالب های یک تکه معمولاً پس از یک بار ریخته گری و قالب های چندتکه پس از چندبار ریخته گری تولید می شوند. برای جلوگیری از پدید آمدن عیوب خطی در ریخته گری باید قطعات قالب های چندتکه به طور مناسب برروی هم جفت شوند. گاهی اوقات می توان با سیخ ها این جفت شدگی مناسب را انجام دهیم.
بوسیله ی قالب های اشاره شده در بالا مواد مختلفی مانند گچ، پلی استر عمل آوری شده با پروکسید، یا برخی از رزین های ریخته گری مانند پلی یوریتان یا اپوکسی را می توان ریخته گری کرد. عمر قالب یکی از مسائل مهم در صنعت قالب سازی است. برخی از این رزین ها می توانند به مرور باعث باد کردن الاستومر شوند. این مسئله می تواند به سرعت منجر به تغییر فرم نمونه های تکثیر یافته شود. همچنین باد کردن قالب که با نفوذ رزین در داخل قالب اتفاق می افتد، برخی اوقات باعث چسبیدن قالب به نمونه می شود.
بواسطه ی استفاده از قالب های سیلیکونی تمام جزئیات نمونه ی اصلی به نمونه های تکثیر شده منتقل می شود و سطح پایانی نمونه نیز مناسب است. الاستومرهای سیلیکونی قابلیت انتقال جزئیات زیرمیکرون را از نمونه ی اصلی به نمونه ی تکثیر شده دارد. مثلاً این قالب ها به آسانی جزئیات مخمل مانند و ساختار چوب را منتقل می کنند. مرحله ی پایانی آماده سازی قالب یکی از مراحلی است که بستگی فراوانی به هنر تولید کننده ی قالب دارد. در فرآیند پایانی ساخت قالب می توان از رزین، پیگمنت و یا عوامل پر کننده برای ایجاد هر چه بهتر جزئیات استفاده نمود.

کاربردها

بیشتر مسائلی که در بالا به آنها اشاره شد در مورد استفاده از الاستومرهای سیلیکونی دوبخشی برای بازسازی اشیای مصنوعی مانند اشیای تاریخی بود. البته این روش برای بازسازی اشیاء بسیار بزرگ مانند مجسمه های بزرگ، دایناسورها و... نیز استفاده می شود.
همچنین از این الاستومرها در زندگی روزمره نیز استفاده می شود. مثلاً مواد دندانی یکی از این کاربردهاست. البته چالشی که در زمینه ی استفاده از این الاستومرها در کاربردهای دندانی است مشکل واکنش رطوبت دهان با پیوندهای عرضی این مواد است.
از این مواد همچنین برای ساخت مدل ها مخصوصاً پیش از به بازار آمدن یک وسیله استفاده می شود.
منبع انگلیسی مقاله :
silicones as mold-making elastomers/A.colas, A., dow coring eruope. SA, seneffe