سيليکون ( silicone ) در توليد قالب

[zeinab68]

از زمان هاي دور مردم آگاهي داشتند که خاک رس ( clay ) را مي توان براي ساخت نقوش ساده مانند برگ و سکه استفاده نمود. در حقيقت با بدست آمدن يک جسم منفي يا قالب منفي و با استفاده از ماده اي مانند گچ، ريخته گري انجام مي شود. و مي توان با توليد قالب گچي از روي شکل اصلي کپي تهيه کرد. امروزه خاک رس هنوز براي ساخت قالب استفاده مي شود مخصوصاً براي بازسازي قطعات تاريخي مانند مجسمه ها. علت استفاده از خاک رس تنها قيمت ارزان اين ماده نيست بلکه به خاطر اين مسئله است که خاک رس با آب شسته مي شود. و ازاين رو اثري بر روي قطعه ي اصلي نمي گذارد. قالب هاي گلي با ايجاد يک لايه ي گلي به ضخامت چند سانتيمتر بر روي نمونه ي اصلي بدست مي آيد که درصد رطوبت گل آن زياد نبوده و همچنين از پودر تالک براي ايجاد جدايش و عدم اتصال گلي به نمونه ي اصلي استفاده مي شو. قالب گچي تهيه شده در بخشي گچي قرار مي گيرد. اين بخش گچي مانند يک بخش پوسته اي صلب عمل کرده که به آن کانتر مولد (contermold) مي گويند. يک سيم فلزي نرم را مي توان بر روي قطعه ي اصلي و پيش از اعمال گل قرار داده تا عمل جداسازي قالب ها از نمونه ي اصلي آسان تر انجام شود. اين سيم قالب گلي را به چند بخش کوچکتر تقسيم مي کند. اين قطعات گلي در صورت نياز تکثير مي شوند و پس ازاتصال دوباره ي بخش هاي جداشده به هم و پخت آنها مي توان از گچ براي تهيه ي قالب براي توليد نمونه هاي گچي از قالب گلي استفاده کرد. يکي از سوالاتي که ممکن است بوجود آمده باشد اين است که چرا از نمونه ي اصلي کپي برداري مي شود؟ در پاسخ اين سوال بايد گفت که قطعات کپي معمولاً براي نمايش در موزه استفاده مي شود تا از سرقت نمونه ي اصلي جلوگيري شود.
تکنيک بالا داراي کاستي هايي نيز هست. مثلاً به خاطر اينکه گل مورد استفاده در قالب گيري داراي رطوبت زيادي نيست، جزئيات نمونه ي اصلي به طور واضح ايجاد نمي شوند. همچنين محل جفت شدن قطعات قالب موجب پديد آمدن عيوب در نمونه ي قالب گيري شده مي شود. امکان ترميم قالب پس از شکل دهي و تغيير شکل هاي بوجود آمده در قالب که به خاطر طبيعت گل اتفاق مي افتد باعث پديد آمدن اعوجاج در قالب تهيه شده مي شود. اين اعوجاج ها سبب مي شود که چنين قالبي تنها براي ساخت يک نمونه ي کپي مناسب باشد.
بهبود عمده اي که در زمينه ي قالب سازي پديد آمده است، استفاده از کشپارها (elastomers) به عنوان مواد قالب سازي است. اين کشپارها (الاستومرها) به صورت ترکيباتي مايع تهيه شده و معمولاً از دو ماده تشکيل مي شوند. به خاطر مايع بودن اين مواد، قالب گيري آنها آسانتر مي باشد. پس از سخت شدن الاستومر، ماده اي با قابليت انعطاف پذيري توليد مي شود. اين ماده به آساني کشيده مي شود و از اين رو به راحتي از نمونه ي اصلي جدا مي شود. به هر حال به دليل طبيعت کشسان، مواد قالب گيري الاستومري پس از کشيده شدن به اندازه ي اوليه برگشته و شکل اوليه ي خود را حفظ مي کنند. اين شکل بدست آمده داراي تورفتگي هاي منفي است که تمام جزئيات سطح نمونه ي اصلي را نشان مي دهند.
اولين منبع مورد استفاده از قالب هاي سيليکوني (silicone) به دهه ي 50 برمي گردد. در اين منبع با استفاده از يک قالب سيليکوني کامپوزيتي از ميکا يا کاغذ به همراه يک بايندر تهيه شده بود. که اين کامپوزيت در اطراف يک پيچه ي الکتريکي جاي مي گرفت. اگر بخواهيم درست نگاه کنيم اولين کاربرد سيليکون در مسائل قالب گيري مربوط به قالب هاي دنداني (dental molds) مي شود. در اين نوع قالب ها کليه ي جزئيات مدنظر طراح بدست مي آيد. محصولات تجاري توليدي در اين زمينه از سال 1955 به بازار عرضه گشته و پس از آن ترکيبات با گيرش سريع (fast-curing) نيز به بازار آمد.
در مقايسه با قالب گيري فلزي، قالب هاي کشپاري نيازمند ابزارآلات بسيار کمي هستند. در واقع در روز قالب سازي از فلز اين نياز وجود دارد که همه ي جزئيات به صورت منفي بر روي قالب حکاکي گردد. که اين مسئله نيازمند وسايل فلزکاري زيادي است. به عنوان يک نتيجه بايد گفت که قالب هاي فلزي در هنگامي مناسبند که بخواهيم تعداد زيادي نمونه تکثير کنيم. قالب هاي الاستومري نيز براي تکثير تعداد کم نمونه مناسب است.

 

[zeinab68]

روش توليد

محصولات الاستومري مختلفي براي تهيه ي قالب موجود مي باشند. ويژگي کليدي و عمومي اين محصولات اين است که آنها در ابتدا ترکيباتي مايع هستند و مي توان به آساني آنها را در اطراف نمونه ي اصلي قرار داد و پس از کامل شدن شکل گيري با استفاده از فرآيند سخت کردن، الاستومر جامد را تشکيل داد. فرآيند سخت کردن مواد الاستومري به نوع ماده (ترموست يا ترموپلاست) بستگي دارد. مثلاً مواد الاستومري ترموپلاست بوسيله ي سردکردن، امولسيون هاي لاتکس بوسيله ي تبخير آب و سيستم هاي داراي دو جزء شيميايي فعال بوسيله ي واکشن شيميايي سخت مي شوند.

ساده ترین نوع قالب، قالب يک تکه (one-piece block mold) است. (شکل 1) فرآيند توليد اين قالب شامل مراحل زير است:
1) قطعه ي اصلي يا مدل تهيه شده در داخل يک ظرف يا کانتر مولد ثابت مي شود. (نمونه و کانترمولد بايد به طور کامل تميز شده باشد).
2) ترکيب مايع الاستومر به داخل فضاي خالي بين کانتر مولد و نمونه ريخته مي شود (ترکيب مايع الاستومر قبلاً بوسيله ي فرآيند مخلوط کردن يا ذوب کردن تهيه مي شود).
3) پس از سخت شدن و جدايش بخش هاي کانتر مولد و نمونه از بخش الاستومري، قالب پديد مي آيد. سطح اين قالب تمام جزئيات نمونه اصلي را به صورت منفي دارد.
قالب يک تکه ي توليدي در اين فرآيند را مي توان براي ريخته گري گچ، پلي استرو يا هر ماده ي مناسب ديگر استفاده کرد و نمونه هاي مثبت را از نمونه ي اصلي تهيه کرد. (شکل2)

براي قطعات پيچيده تر از قالب هاي چند تکه استفاده مي شود. يک نمونه ي سه بُعدي (مانند مجسمه) بوسيله ي يک قالب دو يا چند تکه توليد مي شود. (در واقع براي ايجاد سطوح پشت و جلو قالب هاي يک تکه مناسب نيستند). برخلاف آن، براي تکثير قطعات بزرگ که به صورت صفحه اي (مانند يک در کليسا) مي توان از قالب هاي پوسته اي (skin mold) استفاده کرد. در اين روش جسم اصلي بوسيله ي تنها يک لايه ي نازک از مواد قالب گيري تيکسوتروپ (making materials thixotropic mold) کپي برداري مي شود. اين روش به خاطر اين ابداع شده است تا ميزان ماده ي قالب گيري مصرفي کاهش يابد و قيمت تمام شده ي توليد آنها کاهش يابد. ويژگي تيکسوتروپي اين مواد بوسيله ي اضافه نمودن موادي مانند گليکول يا پلي اتر سيليکون بوجود مي آيد.
مکانيزم عمل اين مواد بدين صورت است که با افزوده شدن آنها ميانکنشي بين آنها و ذرات پرکننده ايجاد مي شود. و پيوند هيدروژني بوجود آمده دراين محيط باعث پديد آمدن موادي با قابليت عدم سياليت مي شود. چنين قالب هايي کليدي جزئيات سطح اصلي را ايجاد مي کنند. اما دقت آنها در حد قالب هاي يک تکه نيست. پس از آنکه مواد قالب گيري دراين روش سخت شدند، يک کانتر مولد از جنس پلي استر تقويت شده با الياف شيشه بر روي پوسته ي قالب ايجاد مي گردد.
بنابراين قالب هاي پيچيده از تعداد زيادي قطعه تشکيل مي شود. در اين قطعات ماده اي الاستومري کمتري مصرف مي گردد ولي زمان آماده سازي قالب و نمونه اصلي زيادتر است. (شکل3)

الاستومرهاي قالب گيري

مواد الاستومري متنوعي در ساخت قالب استفاده مي شوند. اين مواد عبارتند از:
1) ترموپلاست ها مانند پي وي سي نرم. اين مواد ارزان قيمت اند ولي بايد نمونه ي اصلي نسبت به دما حساس نباشد و توانايي تحمل دما را تا نقطه ي ذوب اين ترموپلاست ها داشته باشد.
2) امولسيون هاي برپايه ي لاتکس (Latex-based emulsions)
3) الاستومرهاي سيليکوني دو بخشي(two-part silicone emastomers )

 

[zeinab68]

الاستومرهاي سيليکوني دوبخشي

این مواد دارای ویژگی های ممتاز زیر هستند :
1) این مواد به صورت مخلوطی متشکل از دو ماده هستند. اين مواد پيش از قالب گيري مخلوط مي گردد. در صورتي که اين مواد نسبت 10 به 1 يا 1 به 1 مخلوط شوند، مخلوط هايي مايع ايجاد مي کنند که اين مايع به آساني مي تواند حفرات بين کانتر مولد و نمونه را پر کند.
2) کشش سطحي کم اين مواد باعث مي شود تا جزئيات کاملي از سطح نمونه بدست آيد.
3) اين مواد در دماي اتاق و بدون آزاد کردن حرارت سخت مي شوند. بنابراين تنش گرمايي به نمونه وارد نمي شود.
4) به دليل انرژي سطحي پايين اين مواد، اين نوع مواد براي قالب گيري گستره ي وسيعي از مواد استفاده مي شوند. بدون آنکه احتمال چسبيدن سطح سيليکوني به نمونه باشد. همچنين سيليکون ماده اي با قابليت پايداري گرمايي بسيار خوبي است از اين رو مي توان از رزين هاي گرما زا نيز در توليد قالب استفاده کرد.
استفاده از الاستومرهاي سيليکوني دوبخشي در قالب سازي
پليمرهاي توليدي از پلي متيل سيلوکسان (PDMS) در دماي اتاق مايع هستند. اين مسئله حتي براي آنهايي که وزن ملکولي بالايي دارند نيز صادق است. دماي تبديل شدن به حالت شيشه اي (Tg) پايين و انعطاف پذيري زنجيره ي ملکولي اين پليمرها باعث شده تا مواد DDMS به عنوان گزينه اي مناسب براي استفاده شدن در صنت قالب سازي باشند. يکي از ملزومات اين نوع قالب ها بوجود آوردن يک واکنش در داخل بدنه ي آنهاست. اين واکنش شيميايي سبب پديد آمدن پيوندهاي عرضي در پليمر مي گردد و با ايجاد شبکه اي سه بعدي در ماده سبب پديد آمدن يک جامد الاستومر با قابليت تحمل تغيير شکل مکانيکي مي گردد. براي برآورده شدن شرط با & بايد گروه هاي با قابليت پيوند عرضي در زنجيره هاي سيليکوني وجود داشته باشند. اين گروه هاي فعال در حضور کاتاليزور پيوند عرضي تشکيل مي دهن. عمل آوري افزايشي برپايه ي پليمرهاي PDMS با گروه هاي انتهايي ونييل است. در اين نوع پليمرها پيوند عرضي بوسيله ي واکنش SiH با استفاده از يک کاتاليزور بر پايه ي پلاتين و با توجه به واکنش شکل 1 بوجود مي آيد.

اگر عامل SiH پليمر PDMS شامل سه يا بيشتر گروه واکنش پذير SiH باشند، تعداد زيادي زنجيره ملکولي به هم پيوند عرضي مي دهند و شبکه ي سه بعدي مناسبي تشکيل مي شود. علت اين که اين واکنش عمل آوري، افزايشي مي گويند اين است که محصول فرعي در اين واکنش بوجود نمي آيد. قالب هايي که با اين مکانيزم سخت مي شوند شرنيکيج ندارند (انقباض ندارند). در اين واکنش از يک کاتاليزور بر پايه ي پلاتين استفاده مي شود که اين کاتاليزور باعث آماده شدن گروه هاي زنجيره ي ملکولي مي شوند. علت استفاده از اين نوع کاتاليزور اين است که اين کاتاليزورها مي توانند با گروه هاي آميني و سولفيدي پيوند ضعيف الکتروني برقرار کنند. اين پيوندها باعث تماس بيشتر کاتاليزور و پليمر گشته و باعث افزايش عملکرد کاتاليزور مي شوند.

مکانيزم عمل آوري تراکمي بر پايه ي گروه هاي هيدروکسي پليمر PDMS اتفاق مي افتد. اين گروه ها با گروه هاي الکوکسي سيالان و در حضور کاتاليزور قلع پيوند عرضي مي دهند. اين واکنش در شکل 2 نشان داده شده است. الکل مورد استفاده در اين فرآيند عمل آوري باعث پديد آمدن شرنيکيج در اين نوع قالب ها مي شود. (درصد شرنيکيج خطي بيش از 2% است). قالب هاي توليدي بوسيله ي اين فرآيند عمل آوري ابعاد اوليه ي خود را حفظ نمي کنند و بايد اين تغيير ابعادي در طراحي مد نظر قرار گيرد.
مزايا و معايت هر دو نوع عمل آوري (افزايشي و تراکمي) در جدول 1 آورده شده است.

الاستومرهاي دوبخشي از دو جزء تشکيل شده اند (جزء A و B يا ماده ي پايه و عامل عمل آوري). اين دو جزء از پليمر، عامل ايجاد کننده ي پيوند عرضي و کاتاليزور تشکيل شده اند. و به نسبت معين مخلوط مي شوند. افزودني هاي متنوعي ممکن است به اين اجزاء اضافه شوند مانند فيلرها، اين افزودني ها به طور قابل توجهي خواص مکانيکي پليمر را بهبود مي دهنند و عمر مفيد آنها را بالا مي برد.
هنر قالب سازي با الاستومرهاي سيليکوني دوبخشي
ساخت قالب را از الاستومرهاي سيليکوني دوبخشي يک هنر است. جنبه هاي فراواني را بايد مدنظر قرار دهيم تا بتوانيم قالبي مناسب جهت تکثير نمونه ي اصلي بسازيم. در اين نوع قالب سازي نياز کمي به آماده سازي نمونه ي اصلي است. اما نمونه بايد توانايي پايداري در محيط قالب سازي را داشته باشد. کانتر مولد نيز از مواد مختلفي مانند مقوا يا پلي استر تقويت شده با الياف شيشه ساخته مي شود.
عوامل جداسازي براي جلوگيري از چسبيدن الاستومر سيليکوني به نمونه ي اصلي و کانتر مولد استفاده مي شود. از اين مواد همچنين براي جلوگيري از چسبيدن بخش هاي در تماس با هم قالب هاي چند تکه نيز استفاده مي شود. عوامل جداسازي برپايه ي مواد صابوني، وازلين، رزين هاي آلي و يا فلئورو پليمرها تهيه مي شوند.
مخلوط الاستومر سيليکوني به ميزان کافي مخلوط مي شوند و سپس در حالت تحت خلأ ريخته گري مي شوند تا از بوجود آمدن حباب هوا در داخل قالب جلوگيري شود. قالب هاي يک تکه معمولاً پس از يک بار ريخته گري و قالب هاي چندتکه پس از چندبار ريخته گري توليد مي شوند. براي جلوگيري از پديد آمدن عيوب خطي در ريخته گري بايد قطعات قالب هاي چندتکه به طور مناسب برروي هم جفت شوند. گاهي اوقات مي توان با سيخ ها اين جفت شدگي مناسب را انجام دهيم.
بوسيله ي قالب هاي اشاره شده در بالا مواد مختلفي مانند گچ، پلي استر عمل آوري شده با پروکسيد، يا برخي از رزين هاي ريخته گري مانند پلي يوريتان يا اپوکسي را مي توان ريخته گري کرد. عمر قالب يکي از مسائل مهم در صنعت قالب سازي است. برخي از اين رزين ها مي توانند به مرور باعث باد کردن الاستومر شوند. اين مسئله مي تواند به سرعت منجر به تغيير فرم نمونه هاي تکثير يافته شود. همچنين باد کردن قالب که با نفوذ رزين در داخل قالب اتفاق مي افتد، برخي اوقات باعث چسبيدن قالب به نمونه مي شود.
بواسطه ي استفاده از قالب هاي سيليکوني تمام جزئيات نمونه ي اصلي به نمونه هاي تکثير شده منتقل مي شود و سطح پاياني نمونه نيز مناسب است. الاستومرهاي سيليکوني قابليت انتقال جزئيات زيرميکرون را از نمونه ي اصلي به نمونه ي تکثير شده دارد. مثلاً اين قالب ها به آساني جزئيات مخمل مانند و ساختار چوب را منتقل مي کنند. مرحله ي پاياني آماده سازي قالب يکي از مراحلي است که بستگي فراواني به هنر توليد کننده ي قالب دارد. در فرآيند پاياني ساخت قالب مي توان از رزين، پيگمنت و يا عوامل پر کننده براي ايجاد هر چه بهتر جزئيات استفاده نمود.

کاربردها

بيشتر مسائلي که در بالا به آنها اشاره شد در مورد استفاده از الاستومرهاي سيليکوني دوبخشي براي بازسازي اشياي مصنوعي مانند اشياي تاريخي بود. البته اين روش براي بازسازي اشياء بسيار بزرگ مانند مجسمه هاي بزرگ، دايناسورها و... نيز استفاده مي شود.
همچنين از اين الاستومرها در زندگي روزمره نيز استفاده مي شود. مثلاً مواد دنداني يکي از اين کاربردهاست. البته چالشي که در زمينه ي استفاده از اين الاستومرها در کاربردهاي دنداني است مشکل واکنش رطوبت دهان با پيوندهاي عرضي اين مواد است.
از اين مواد همچنين براي ساخت مدل ها مخصوصاً پيش از به بازار آمدن يک وسيله استفاده مي شود.
منبع انگلیسی مقاله :
silicones as mold-making elastomers/A.colas, A., dow coring eruope. SA, seneffe

 

[mo_ha969]

سلام اگر کسی مطلبی فارسی یا انگلیسی در باره قالب های سیلیکنی داره ممنون میشم سریعا به ایمیل من بفرسته. haratimohsen@gmail.com

 

[hamid_eli]

مرسی............

 

[petrorezashimi]

با سلام
قابل توجه دوستان تولید کننده و آموزش دهنده تولید قالب های پی وی سی گچبری و سنگ مصنوعی اینجانب تولید کننده انواع گرانول pvc هستم
رزومه شرکت:

فروش دی او پی

فروش انواع روان کننده
فروش انواع پر کننده
تمام اجناس بالا به صورت خر ده و عمده به فروش می رسد
تماس بگیرید 09125727562