نکات تخصصی و کاربردی ساخت قالب سیلیکونی که کمتر گفته شده است
قالبسازی سیلیکونی یکی از مهمترین فرآیندها در صنایع مختلف همچون تولید قطعات دقیق، قالبگیری هنرهای دستی، صنایع پزشکی و حتی تولید مواد غذایی است. اگرچه نکات پایه در این زمینه فراوان است، اما نکات تخصصی و ریزهکاریهایی که کیفیت نهایی قالب را تضمین میکنند، معمولاً در منابع عمومی کمتر به آن پرداخته شده است. در این مقاله به بررسی دقیق و تخصصی تمامی مواردی میپردازیم که در ساخت قالبهای سیلیکونی باید مد نظر قرار بگیرند و اغلب گفته نمیشوند.
1. انتخاب نوع سیلیکون بر اساس کاربرد دقیق
مشخصات فنی سیلیکون: انتخاب نوع سیلیکون باید بر اساس پارامترهای فنی از جمله سختی (shore A/D)، مقاومت حرارتی، مقاومت شیمیایی، و خواص مکانیکی باشد. برای نمونه، سیلیکونهای با Shore پایین (مثلاً ۱۰-۳۰ Shore A) برای قالبهایی که نیاز به انعطاف بالا دارند مانند قالبهای تزئینی و قالبگیری چسبان مناسباند، اما در کاربردهایی که فشار مکانیکی بالا وارد میشود، سیلیکونهای سختتر (۴۰-۷۰ Shore A یا حتی Shore D) گزینه بهتری هستند.
دمای کارکرد: برخی سیلیکونها قادر به تحمل دماهای بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد هستند که برای قالبهایی که در فرایندهای حرارتی قرار میگیرند (مانند ریختهگری رزینهای حرارتی) ضروری است.
ترکیب شیمیایی و سازگاری: انواع سیلیکونها شامل سیلیکونهای پلاتین کاتالیز و سیلیکونهای پلاتین-پرسولفید هستند که در برابر برخی مواد شیمیایی مقاومترند و در کاربردهای پزشکی یا مواد خورنده کاربرد دارند.
2. حساسیت به نسبت اختلاط مواد (رزین و هاردنر)
نسبت دقیق ترکیب بخش رزین با بخش هاردنر بر اساس توصیه سازنده (مثلاً ۱۰:۱ یا ۱۰۰:۵) باید با دقت میلیگرمی رعایت شود.
حتی اختلاف ۵ درصدی در نسبتها میتواند منجر به:
افزایش زمان پخت یا نرسیدن به پخت کامل قالب
کاهش مقاومت مکانیکی و دوام قالب
تغییر رنگ یا ایجاد لکههای ناخوشایند در سطح قالب
برای افزایش دقت بهتر است از ترازوهای دیجیتال با دقت ۰.۰۱ گرم استفاده شود و حجم مواد نیز در دمای ثابت نگه داشته شود چون تغییر حجم به علت دما روی نسبت اختلاط تاثیر میگذارد.
3. حذف کامل حبابهای هوا در فرایند ریختن
حبابهای هوا بزرگترین دشمن کیفیت قالب هستند و موجب شکستهای موضعی، ترک و نقص سطح قالب میشوند.
روشهای حذف حباب:
وکیوم چمبر: پس از مخلوط کردن مواد، سیلیکون را در خلا قرار میدهند تا حبابهای داخلی به سرعت خارج شوند. سرعت کاهش فشار و نگهداری در خلا باید کنترل شده باشد تا مواد به بیرون نپاشند.
ریختن آرام و یکطرفه:ریختن سیلیکون باید از یک نقطه و به آرامی انجام شود تا حباب جدید وارد قالب نشود. پر کردن قالب از پایین به بالا یا از کنارهها باعث خروج بهتر هوا میشود.
استفاده از غلتک و لرزش: در قالبهای خاص گاهی با لرزاندن قالب یا استفاده از غلتکهای مکانیکی حبابها را به سطح میآورند.
4. کنترل دقیق شرایط محیطی (دمای اتاق و رطوبت)
دمای ایدهآل محیط برای انجام قالبسازی سیلیکونی بین ۲۰ تا ۲۵ درجه سانتیگراد است.
دماهای بالاتر باعث تسریع پخت و کاهش زمان کار با مواد میشوند اما اگر بیش از حد گرم باشد، پخت ناهمگون و مشکلاتی مانند ترکخوردگی یا ترد شدن قالب ایجاد میکند.
دماهای پایینتر باعث افزایش زمان پخت و احتمال ایجاد مشکلاتی مانند عدم پخت کامل یا نرمی بیش از حد قالب میشوند.
رطوبت بالا یکی از عوامل ایجاد نقصهای سطحی است. جذب رطوبت توسط سیلیکون یا هاردنر در مراحل اولیه باعث واکنشهای جانبی میشود که نتیجه آن ایجاد لکه یا عدم یکنواختی است.
برای جلوگیری از این مشکلات، استفاده از اتاق کار با تهویه و کنترل رطوبت توصیه میشود. اگر امکان آن نیست، مواد باید در ظرفهای کاملاً بسته و خشک نگهداری شوند.
5. آمادهسازی و آستری قالب اولیه (Master Mold)
سطح قالب اولیه باید کاملاً تمیز، خشک و بدون هرگونه چربی یا گرد و غبار باشد؛ زیرا این عوامل باعث چسبندگی ناقص سیلیکون و ایجاد نقص در قالب نهایی میشوند.
در صورتی که قالب اولیه متخلخل یا نرم باشد (مانند چوب، گچ یا برخی رزینها)، باید سطح آن با پوشش جداکننده (release agent) مناسب پوشانده شود تا جذب سیلیکون توسط قالب اولیه جلوگیری شود.
انتخاب نوع پوشش جداکننده باید بر اساس جنس قالب اولیه و نوع سیلیکون صورت گیرد. برخی پوششها مانند اسپریهای سیلیکونی یا واکسهای مخصوص قابلیت جداکردن قالب را افزایش میدهند بدون آسیب به سطح قالب اولیه.
ضخامت یکنواخت پوشش جداکننده باید رعایت شود تا روی جزئیات سطح قالب تاثیر نگذارد.
6. طراحی قالب و در نظر گرفتن فضاهای انبساطی و حفرههای تخلیه هوا
قالب باید به گونهای طراحی شود که سیلیکون به تمام بخشها به طور یکنواخت نفوذ کند و حفرههای هوا به آسانی تخلیه شوند.
وجود کانالهای کوچک تخلیه هوا (vent channels) در نقاط بحرانی قالب، باعث خروج هوای محبوس شده میشود.
قالبهای پیچیده نیازمند طراحی چندبخشی (multi-part molds) هستند که امکان جداسازی راحتتر قالب نهایی را فراهم میکنند.
فضای انبساطی یا تلرانسها باید در طراحی قالب لحاظ شود تا پس از پخت، قالب به راحتی جدا شده و آسیب نبیند.
7. زمان و روشهای پخت سیلیکون
هر نوع سیلیکون زمان و دمای پخت خاص خود را دارد که باید دقیقاً رعایت شود.
استفاده از فر یا کوره با دمای یکنواخت باعث افزایش کیفیت قالب و کاهش تنشهای داخلی میشود.
پخت در دمای پایین و طولانی باعث بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی قالب میشود ولی زمانبر است.
برخی سیلیکونها قابلیت پخت سریع در دمای بالا را دارند ولی این موضوع ممکن است به قیمت کاهش دوام قالب تمام شود.
توصیه میشود در صورت امکان، از دماسنجهای دقیق و تایمرهای دیجیتال برای کنترل فرایند استفاده شود.
8. مراقبت و نگهداری قالب سیلیکونی پس از ساخت
قالب سیلیکونی باید در محیط خشک و دور از نور مستقیم خورشید نگهداری شود تا از اکسیداسیون و تخریب جلوگیری شود.
شستشوی قالب با مواد شوینده ملایم و آب ولرم انجام شود. استفاده از مواد شیمیایی قوی یا الکل میتواند به ساختار سیلیکون آسیب بزند.
قالبهای استفاده نشده بهتر است در بستهبندیهای ضد گرد و غبار و دور از حرارت نگهداری شوند.
قالبهای سیلیکونی پس از استفادههای مکرر ممکن است خاصیت انعطاف و مقاومت خود را از دست بدهند؛ در نتیجه باید پیش از هر بار استفاده، قالب بازبینی شود.
9. اصلاح و ترمیم قالبهای سیلیکونی آسیبدیده
قالبهای سیلیکونی پس از استفاده مکرر ممکن است ترک بخورند یا قسمتهایی از سطحشان دچار آسیب شود.
ترمیم قالب باید با سیلیکون مخصوص ترمیم انجام شود که از نظر شیمیایی با جنس قالب همخوانی داشته باشد.
پیش از ترمیم، محل آسیب باید کاملاً تمیز و خشک شود و هرگونه آلودگی یا چربی از سطح برداشته شود.
در موارد ترکهای ریز، استفاده از قلممو برای اعمال سیلیکون ترمیمی مناسب است؛ اما برای شکستگیهای بزرگتر، قالب باید بازسازی شود.
10. تاثیر افزودنیها و پرکنندهها در سیلیکون
استفاده از افزودنیهایی مانند رنگدانهها، پرکنندههای معدنی یا فیلرهای مخصوص میتواند خواص مکانیکی، ظاهری و حرارتی قالب را تغییر دهد.
افزودنیها باید به مقدار مشخص و با دقت بالا به مخلوط سیلیکون اضافه شوند تا باعث افزایش سختی، کاهش چسبندگی یا تغییر انعطافپذیری نشوند.
برخی افزودنیها ممکن است باعث افزایش حبابزایی یا واکنشهای شیمیایی ناخواسته شوند؛ بنابراین قبل از استفاده باید تستهای کوچک انجام شود.
11. نکات ایمنی در کار با مواد سیلیکونی
سیلیکونها و هاردنرها ممکن است حساسیتزا باشند، بنابراین استفاده از دستکشهای مقاوم، عینک ایمنی و ماسک توصیه میشود.
فضای کاری باید تهویه مناسب داشته باشد تا گازهای حاصل از واکنش پخت خارج شوند.
نگهداری مواد در ظروف اصلی و در دمای مناسب برای جلوگیری از فساد یا واکنش ناخواسته ضروری است.
12. پیشگیری از مشکلات رایج در قالبسازی سیلیکونی
چسبیدن سیلیکون به قالب اولیه: استفاده درست و کافی از جداکنندهها و خشک بودن سطح.
عدم پخت کامل: رعایت دقیق نسبت اختلاط، دما و زمان پخت.
ایجاد حباب:استفاده از وکیوم و ریختن آرام مواد.
شکستگی قالب: انتخاب سختی مناسب سیلیکون و طراحی صحیح قالب.
13. طراحی و مهندسی قالب برای بهبود عمر و عملکرد
در نظر گرفتن ضخامت مناسب دیوارهها: ضخامتهای بسیار نازک باعث افزایش احتمال پارگی و شکستگی قالب میشوند. به طور معمول، ضخامت دیواره قالب باید حداقل ۳ تا ۵ میلیمتر باشد مگر در موارد خاص.
افزودن تقویتکنندههای ساختاری: در قالبهای بزرگ یا با پیچیدگی بالا، اضافه کردن چارچوبهای فلزی یا فیبر کربن به قالب سیلیکونی، موجب افزایش استحکام و جلوگیری از تغییر شکل قالب در حین استفاده میشود.
طراحی گوشهها و گوشوارههای مناسب: گوشههای تیز محل تجمع تنش بوده و محل بروز ترک هستند. بنابراین گوشهها باید گرد و با شعاع مناسب طراحی شوند.
قالبهای چند قطعهای (multi-part molds): برای قطعات پیچیده، قالبسازی چند قسمتی باعث سهولت در جداکردن قطعه نهایی و افزایش دقت در قالبگیری میشود.
---
14. ارزیابی کیفیت قالب پس از ساخت
بررسی سطح قالب: سطح قالب باید فاقد هرگونه حباب، ترک، ناهمواری یا ذرات خارجی باشد.
آزمون انعطاف و کشش: قالب باید پس از پخت قابلیت انعطاف مناسب را داشته باشد و بدون ترک یا تغییر شکل بازگردد.
اندازهگیری دقیق ابعاد: قالب باید مطابق با ابعاد مدنظر و با تلرانس کم ساخته شود. این کار با استفاده از دستگاههای اندازهگیری دقیق مانند کولیس دیجیتال یا اسکنرهای سهبعدی انجام میشود.
آزمون دوام در شرایط عملیاتی: قالب در شرایط واقعی (دما، فشار، مواد مورد استفاده) آزمایش شده و عملکرد آن ارزیابی میشود.
---
15. نکات تخصصی در زمینه قالبگیری با سیلیکون
تنظیم زمان کار (pot life): زمان کار سیلیکون پس از مخلوط شدن معمولاً محدود است و باید در این زمان قالبگیری انجام شود تا از پخت ناقص یا آسیب به قالب جلوگیری شود.
افزودن روان کننده ها:در برخی موارد افزودن روانکنندههای سیلیکونی به مخلوط باعث بهبود جریان سیلیکون و کاهش ایجاد حباب میشود.
کنترل سرعت پخت: برخی سیلیکونها قابلیت تنظیم سرعت پخت با افزودنیها یا تغییر دما را دارند که میتواند متناسب با شرایط تولید بهینه شود.
16. بررسی تاثیر شرایط نگهداری و حملونقل قالب
حملونقل: قالبهای سیلیکونی باید در بستهبندی محافظ و دور از فشار و ضربه حمل شوند تا تغییر شکل یا آسیب نبینند.
نگهداری بلندمدت: برای نگهداری بلندمدت، قالب باید در محیط خشک، خنک و تاریک قرار گیرد و بهتر است داخل کیسههای پلیاتیلن با بستههای خشککننده نگهداری شود.
بازبینی دورهای: قالبها باید به صورت دورهای برای تشخیص ترکها، تغییر رنگ یا کاهش انعطاف بازبینی شوند.
17. تاثیر پارامترهای محیطی در طول عمر قالب سیلیکونی
نور مستقیم خورشید (UV):تابش مستقیم اشعه ماوراء بنفش باعث تخریب ساختار پلیمر سیلیکونی شده و به مرور زمان منجر به شکنندگی، تغییر رنگ و کاهش انعطاف میشود. استفاده از پوششهای محافظ UV یا نگهداری در محیط تاریک توصیه میشود.
حرارت بیش از حد: حرارت بالا میتواند موجب اکسیداسیون، نرمشدن بیش از حد یا حتی ذوب جزئی سیلیکون شود. محدوده دمایی مجاز سیلیکون باید بر اساس مشخصات فنی تولیدکننده رعایت شود.
رطوبت و شرایط جوی:رطوبت بالا ممکن است باعث جذب آب توسط قالب و تغییر در خواص فیزیکی آن شود. نگهداری در محیط خشک و کنترلشده ضروری است.
18. بهینهسازی هزینهها در ساخت قالب سیلیکونی
انتخاب صحیح نوع سیلیکون: انتخاب سیلیکون مناسب برای کاربرد، بدون اضافهکاری در ویژگیهای غیرضروری، هزینه مواد را کاهش میدهد.
طراحی بهینه قالب: طراحی ساده با حداقل قطعات متحرک و کاهش استفاده از مواد اضافی در قالب باعث کاهش هزینهها و افزایش دوام میشود.
استفاده مجدد از قالب:نگهداری و ترمیم به موقع قالب باعث افزایش تعداد دفعات استفاده و کاهش هزینههای تولید میگردد.
خرید مواد با کیفیت و از منابع معتبر:مواد بیکیفیت ممکن است منجر به ضایعات زیاد و هزینههای پنهان شوند.
19. مستندسازی و ثبت فرآیند ساخت قالب
ثبت دقیق نسبت اختلاط، دما، زمان پخت و شرایط محیطی: این اطلاعات به تکرارپذیری و بهبود مستمر کیفیت کمک میکند.
ثبت شماره سریال قالب و تاریخ ساخت:برای پیگیری عمر قالب و تصمیمگیری در مورد ترمیم یا تعویض.
ثبت مشکلات و نکات بهدست آمده: تجربیات عملی و چالشهای پیش آمده باید مستند شوند تا در پروژههای آینده از آنها استفاده شود.
20. نتیجهگیری
ساخت قالب سیلیکونی حرفهای فراتر از مراحل پایه است و نیازمند توجه دقیق به نکات تخصصی، کنترل شرایط محیطی، طراحی مهندسی و مراقبتهای پس از ساخت میباشد. رعایت این نکات باعث تولید قالبهایی با عمر طولانیتر، کیفیت بالاتر و عملکرد بهینهتر خواهد شد که در نهایت موجب کاهش هزینههای تولید و افزایش رضایت نهایی کاربران میشود.
دیدگاه خود را بنویسید