Niet voor iedereen weggelegd

‘Eenmaal in de matrijs, is er weinig meer te sturen’

Spuitgieten siliconenrubber een vak apart

Bij siliconen denken de meeste mensen aan een zacht rubber dat voor fopspenen of implantaten wordt gebruikt. Toch is dit slechts het fractie van een hoogwaardige toepassingsgebied. De thermoset elastomeer is zeer stabiel bij hoge en lage temperaturen en bestand tegen tal van andere omgevingsvloeden.

Ze zijn verkrijgbaar van zacht tot zeer hard en zelfs zelfsmerende varianten zijn mogelijk. Maar het spuitgieten van siliconenrubber (LSR – Liquid Silicone Rubber) is een zeer precies werkje dat niet voor iedereen is weggelegd. “Siliconenrubber is een wezenlijk ander materiaal dan de gangbare plastics”, stelt

Een matrijs voor siliconenrubber is doorgaans veel nauwkeuriger dan matrijzen die voor het spuitgieten van thermoplasten worden gebruikt. Wietse Elzinga. Als voormalig kunststofspecialist bij Philips in Drachten heeft hij vaak met het siliconenbijltje gehakt en hij behoort daardoor tot een select groepje experts in Nederland dat zowel de engineering als de productie van siliconen in de vingers heeft.

Wezenlijk anders “Als Elzinga & Van Der Krieke BV zitten we graag in een zo vroeg mogelijk stadium met onze klanten om de tafel. We ondersteunen hen bij het productontwerp, maken zelf de matrijzen en hebben ook het machinepark om kleine hoogwaardige series te produceren. In het geval van siliconen zijn zowel machine als matrijs wezenlijk anders dan bij andere technische kunststoffen. Dit komt met name omdat siliconen een thermoharder is. Dat betekent dat er geen granulaat gesmolten wordt en onder druk in de matrijs wordt ingespoten dat vervolgens in de matrijs afkoelt en stolt. Siliconen worden als vloeibaar mengsel van twee componenten met katalysator in de matrijs getransporteerd, waar ze vervolgens als door de warmte in de matrijs vulkaniseren en hun vaste vorm krijgen. Eenmaal in de matrijs, is er weinig meer te sturen. Het op voorhand kiezen van het juiste mengsel, het bedenken van de juiste matrijs en het produceren met de juiste machine-instellingen is dan essentieel om tot een hoogwaardig eindproduct te komen”, aldus Elzinga.

Alleskunner Siliconen zijn er zoals gezegd in vele soorten en maten. Volgens Elzinga zijn de doorgaans zachte huis tuin en keuken varianten die bijvoorbeeld voor fopspenen of telefoonhoesjes worden toegepast wel bekend. Dat dit rubber als hardere variant ook in tal van hoogwaardige toepassingen gebruikt wordt, weten minder mensen. “Siliconenrubber is een heel aantrekkelijk materiaal omdat het heel stabiel is in vergelijking met thermoplasten. Het behoudt zijn eigenschappen over een lange tijdsperiode. Het kent geen kruip en uitdroging en zal daardoor niet snel scheuren. Ook is de chemische

Kiezen van het juiste mengsel, het bedenken van de juiste matrijs en het produceren met de juiste machine-instellingen is essentieel om tot een hoogwaardig eindproduct te komen.

resistentie hoog en is het UV bestendig en verouderd het niet. Daar komt nog bij dat ook zijn eigenschappen behoudt bij zeer lage en zeer hoge temperaturen. Het kan worden toegepast in omgevingen van -70 °C, maar in extreme situaties ook van 200 °C. Tel daarbij op dat je er ook voor wat betreft stijfheid en hardheid heel veel kanten mee op kan – het is te verkrijgen in hardheidsklassen van 10 Shore A tot en met de Shore D-schaal – en je snapt waarom het voor zoveel toepassingen het ‘go to’ materiaal is. Je vindt het terug in de voedselverwerkende industrie en in ziekenhuizen, in toepassingen waar risico op brandbaarheid belangrijk is, of als afdichtingsmateriaal in extreme omgevingen. Het zit in koffiezetapparaten, er worden hoogwaardige technische producten van gemaakt en er zijn zelfsmerende varianten die net als tropisch hardhuid olie afscheiden. Er zijn zelfs optische varianten waarmee lenzen worden gemaakt voor koplampen, omdat de warmteontwikkeling van hoogvermogen LEDs toch aanzienlijk kan zijn. Enige nadeel is misschien de prijs. Die ligt eigenlijk altijd boven de 5 euro per kilogram en kan oplopen tot 25 euro per kilogram. Dit is dan ook meteen de reden dat de opdrachten die we krijgen heel vaak specials zijn en laat dat nu net zijn waar we ons machinepark op hebben uitgelegd.”

Absolute voorwaarde Elzinga legt uit dat speciale LSR-spuitgietmachines en speciale LSR-matrijzen een absolute voorwaarden zijn om siliconen te kunnen verwerken. Het proces is namelijk wezenlijk anders dan het verwerken van thermoplasten. “Siliconen komen hier altijd binnen in twee afzonderlijke componenten die elk in een afzonderlijke doseerunit worden gedaan. De samenstelling van deze componenten is voor elke siliconenvariant verschillend en bepaald de uiteindelijke eigenschappen van het eindproduct. De componenten worden evenredig richting een statische mixer gepompt, waar ze tot een laag viscose homogene gel worden gemengd. Het is hierbij belangrijk je te realiseren dat vanaf dit moment een exotherme verhardingsreactie optreed, die bij kamertemperatuur 72 uur duurt, maar onder invloed van warmte kwadratisch versneld. Dit proces noemen we vulkaniseren. Dit verklaart meteen waarom je geen gebruik maakt van hotrunners, maar koud injecteren en juist de matrijs verwarmen.

Een ‘hardware crypto-wallet’ van het Nederlandse Cryptotag met siliconenrubber ‘sleeve’ gemaakt door Elzenga & Van der Krieke. Uitdagingen bij de ’sleeve’ zijn de 0°-lossingen over de hele binnenkern. Beiden uiteinden hebben een ondersnijding. Dit is opgelost door te ontvormen middels een open/dicht kerntrekbeweging richting loop over het gehele productvlak.

Afhankelijk van het product ligt de matrijstemperatuur ergens tussen de 150 en 200 °C.” Elzinga legt uit dat het pompen richting mixer en het uiteindelijk injecteren niet met een plunjer gebeurt, maar met een servogestuurde transportschroef om de flow zo constant mogelijk te houden. De schroef is gezien de lage viscositeit van het mengsel van een veergestuurde terugslagklep voorzien om terugvloeien te voorkomen. Ondanks het feit dat er geen sprake van compressie is, verloopt de instroom in de matrijs vrij snel. De injectietijden variëren meestal tussen 0,3 tot 1,5 seconden.

Matrijseisen en engineering Behalve het feit dat je voor siliconen dus een ander type machine nodig hebt, worden er ook andere eisen aan de matrijs gesteld. Elzinga: “LSR-matrijzen zijn veel nauwkeuriger dan thermoplastmatrijzen. De toleranties zijn een micron of 8, wat betekent dat je niet aan vlakslijpen ontkomt. Bovendien is ook het matrijsontwerp anders. Zo moet de matrijs volledig met een homogeen mengsel gevuld zijn, voordat het vulkanisatieproces start. Eenmaal op gang valt er niet zo veel meer bij te sturen. Anderzijds bied LSR voor het matrijsontwerp wel de mogelijkheid om met ondersnijdingen slimme dingen te doen, zodat er geen extra schuif of lifter toegepast hoeft te worden. Je kan bijvoorbeeld lucht voor het lossen gebruiken. En als het om enkele millimeters gaat zijn vaak helemaal geen extra voorzieningen nodig. Dat biedt meer mogelijkheden voor het productontwerp, wat ook de reden is dat wij al graag in de ontwikkelingsfase met de klant om de tafel zitten. Bij LSR gaat het om het totaalplaatje: de producteisen voor wat betreft vorm en materiaaleigenschappen in relatie tot het vulkanisatieproces en de bijpassende matrijs. Er zijn er doorgaans maar weinig bedrijven die alle benodigde kennis en productiemiddelen onder één dak hebben. Wij prijzen ons dan ook erg gelukkig met onze uitzonderingspositie.”