Respuesta corta: Tres procesos dominan la fabricación industrial de silicona: extrusión para perfiles y mangueras continuos, moldeo por inyección (inyección de LSR) para componentes 3D complejos en volúmenes medios a altos, moldeo por compresión (Compression Molding) para piezas grandes, series mixtas y volúmenes cercanos a prototipos. La elección del proceso sigue cuatro factores: geometría, volumen, requisitos de tolerancia, forma del compuesto (LSR vs. HTV). Reglas generales: geometría 2D continua → extrusión, micromecánica y alto volumen → moldeo por inyección de LSR, piezas grandes/piezas híbridas/series pequeñas → moldeo por compresión.
Quien adquiere o diseña componentes de silicona debe definir el proceso de fabricación adecuado con antelación, de lo contrario, los costos de herramientas o los costos unitarios aumentarán innecesariamente. Este artículo compara los tres procesos más importantes – extrusión, moldeo por inyección, moldeo por compresión – y muestra cómo el LSR (Liquid Silicone Rubber) y el HTV (High Temperature Vulcanizing) influyen en la elección del proceso.
Resumen de los procesos de un vistazo
| Proceso | Geometría | Compuesto | Tolerancias (típicas) | Tiempo de ciclo / Producción | Volumen óptimo |
|---|---|---|---|---|---|
| Extrusión | Perfiles 2D continuos, mangueras | HTV (silicona sólida) | ±0,1 – ±0,3 mm (sección transversal), ISO 3302-1 | Continuo, velocidad de línea m/min | metro lineal, series de cualquier tamaño |
| Moldeo por inyección (inyección de LSR) | Componentes 3D complejos, socavados, multicomponentes | LSR (silicona líquida, 2K) | ±0,02 – ±0,1 mm, ISO 3302-1 M1/M2 | 30–60 s por disparo, altamente automatizado | 10.000+ unidades |
| Moldeo por compresión (Compression) | Componentes medianos a grandes, geometrías más simples | HTV (silicona sólida, prevulcanizada) | ±0,1 – ±0,2 mm, ISO 3302-1 M3 | 1–5 min por disparo | 100 – varios miles |
| Moldeo por transferencia (Transfer) | Geometría híbrida, insertos | HTV o LSR | ±0,05 – ±0,15 mm | 1–3 min | series pequeñas a medianas con insertos |
Extrusión: el proceso para mangueras y perfiles
En la extrusión de silicona, un compuesto HTV prevulcanizado se prensa a través de un tornillo calentado y una boquilla de conformación. La vulcanización se realiza inmediatamente después en una línea continua de aire caliente o baño de sal. Este proceso es el método preferido para todo lo que tiene una geometría de sección transversal constante: mangueras, cordones, perfiles huecos, perfiles en U, perfiles en P, perfiles de espuma celular, perfiles multicomponentes coextruidos.
- Velocidad de línea: típicamente 1–10 m/min, dependiendo del espesor de pared y del compuesto.
- Herramienta: una boquilla + un «mandril» (para secciones huecas). Costos de herramientas bajos en comparación con las herramientas de moldeo por inyección.
- Coextrusión: dos o más compuestos (por ejemplo, núcleo interior blando + exterior duro) en un perfil.
- Refuerzo: se puede incorporar tejido de vidrio/aramida/poliéster en línea, por ejemplo, para mangueras de alta presión reforzadas con tejido.
Lindemann ha hecho de la extrusión su competencia principal y opera líneas para perfiles clásicos y coextruidos, mangueras de alta presión reforzadas con tejido, perfiles de espuma y geometrías especiales. Más información en Extrusión de silicona y Coextrusión de productos de silicona.
Moldeo por inyección (inyección de LSR): volumen y precisión
En el moldeo por inyección de caucho de silicona líquida (LSR), dos componentes líquidos (componente A: polisiloxano funcionalizado con vinilo; componente B: reticulante Si-H con catalizador de platino) se dosifican en un mezclador estático y se inyectan a través de una unidad de plastificación fría en un molde caliente. En el molde, el material reticula por hidrosililación en segundos o pocos minutos.
- Tiempo de ciclo: a menudo 30–60 s, significativamente más corto que en el moldeo por compresión.
- Tolerancias: ±0,02 mm alcanzables en microcomponentes.
- Recorte: mínimo (unidad de plastificación fría, sin pérdida de bebedero en canales fríos).
- Capacidad multicomponente: la unión duro-blando (por ejemplo, adhesión de silicona a PA66, PBT, aluminio) es el estado del arte.
- Sala limpia: para aplicaciones médicas y farmacéuticas, son comunes las salas limpias ISO Clase 7 u 8.
La rentabilidad se inclina a favor del moldeo por inyección de LSR cuando la complejidad del componente es alta y/o el volumen es alto; los costos de las herramientas se amortizan entonces con tiempos de ciclo cortos. Más información en Moldeo por inyección – tecnología moderna para la fabricación de piezas de silicona.
Moldeo por compresión (Compression Molding): clásico para HTV
En el moldeo por compresión, una preforma de HTV pesada se coloca en el molde abierto; el molde se cierra bajo presión (típicamente 3–6 MPa) y a 150–200 °C. La vulcanización se realiza en 1–5 minutos, dependiendo del espesor de la pared. Frecuentemente, sigue un postcurado (Post-Cure) a 200–250 °C durante varias horas para reducir los componentes volátiles, obligatorio para la conformidad alimentaria y médica según BfR XV / FDA 21 CFR 177.2600.
- Costos de herramientas más bajos que en el moldeo por inyección, a menudo la opción económica hasta aproximadamente 5.000 unidades/año.
- Muy bueno para piezas grandes, espesores de pared superiores a 10 mm y piezas con insertos.
- Tolerancias algo más amplias que en el moldeo por inyección (±0,1–0,2 mm), pero suficientes para muchas aplicaciones industriales.
- Mayor desperdicio (rebaba) que en el moldeo por inyección de LSR; el postprocesamiento (desbarbado a baja temperatura) forma parte del proceso.
LSR vs. HTV: ¿qué significa esto para la elección del proceso?
La forma del compuesto determina indirectamente el proceso. El HTV (polisiloxano de alto peso molecular, típicamente 400.000–800.000 g/mol de peso molecular) es una «silicona sólida» y se procesa por extrusión y moldeo por compresión. El LSR es un sistema líquido de baja viscosidad (10.000–80.000 g/mol de base polimérica) y se utiliza típicamente en el moldeo por inyección 2K.
| Propiedad | HTV | LSR |
|---|---|---|
| Forma | Compuesto sólido, maleable | Dos componentes líquidos (A+B) |
| Reticulación | Peróxido o aditivo (Pt) | Aditivo (catalizado por Pt) |
| Resistencia mecánica | Tendencia a ser mayor, mayor resistencia al desgarro | Muy alta reproducibilidad, tolerancias más pequeñas |
| Proceso principal | Extrusión, moldeo por compresión | Moldeo por inyección (inyección de LSR) |
| Pureza | Postcurado a menudo necesario (peróxido) | Alta, reticulación por Pt sin subproductos volátiles |
| Costos de herramientas | Más bien bajos (moldeo por compresión) / medios (extrusión) | Altos (multicomponente, canales calientes, canal frío) |
Una discusión detallada de las familias de compuestos: Diferencias HTV, LSR y RTV Silikon.
Matriz de decisión: ¿Qué proceso elegir?
- ¿El componente tiene una sección transversal continua (manguera, perfil, cordón)? → Extrusión, posiblemente coextruida. El volumen juega un papel secundario, ya que los costos de las herramientas son bajos.
- ¿Geometría 3D compleja + alto volumen + tolerancias ajustadas? → Moldeo por inyección de LSR. La inversión en herramientas se amortiza con el tiempo de ciclo.
- ¿Componentes más grandes, geometría simple, volumen medio, insertos? → Moldeo por compresión. Menores costos de herramientas, tolerancias aceptables.
- ¿Pieza híbrida con insertos de metal/plástico y volumen medio? → Moldeo por transferencia (Transfer Molding) como compromiso entre moldeo por compresión y moldeo por inyección.
Dónde se esconden realmente los costos
Valores empíricos de la construcción de plantas y equipos:
- Costos de herramientas: Extrusión < Moldeo por compresión < Moldeo por inyección. Una herramienta de moldeo por inyección 2K para geometrías complejas cuesta rápidamente varias veces más que una herramienta de moldeo por compresión.
- Costos unitarios: en volúmenes medios a altos, la situación se invierte: el moldeo por inyección de LSR suele ser la opción más económica.
- Postprocesamiento: el moldeo por inyección de LSR a menudo no requiere desbarbado, las piezas moldeadas por compresión casi siempre sí. Los perfiles extruidos se cortan a medida o se sueldan.
- Elección del compuesto: los compuestos de alta temperatura, alimentarios, farmacéuticos y resistentes al fuego cuestan 2–5 veces más que los compuestos estándar. A menudo subestimado en el cálculo de costos unitarios.
Proceso y aprobación
Los tres procesos producen componentes que pueden certificarse según BfR XV, FDA 21 CFR 177.2600, USP <87>/<88> Class VI o ISO 10993, siempre que el compuesto elegido esté aprobado y el componente se someta a postcurado si es necesario. La fabricación en sala limpia es más directamente realizable en el moldeo por inyección (proceso cerrado), y posible en la extrusión y el moldeo por compresión con mayor esfuerzo.
FAQ: Elección del proceso para silicona
¿Por qué una herramienta de LSR cuesta mucho más que una herramienta de moldeo por compresión?
Porque las herramientas de LSR requieren sistemas de canal caliente/frío de alta precisión y tolerancias ajustadas, a menudo con insertos intercambiables para el procesamiento 2K. Las herramientas de moldeo por compresión se las arreglan con una mecánica más simple.
¿A partir de qué volumen es rentable el moldeo por inyección?
Una regla general: a partir de aproximadamente 10.000 unidades/año, el moldeo por inyección de LSR es rentable en comparación con el moldeo por compresión, a menudo incluso antes en el caso de geometrías complejas y tolerancias ajustadas. Una respuesta fiable solo la proporciona un cálculo concreto.
¿Qué proceso es el más económico para mangueras?
Extrusión, sin excepción. Fabricar mangueras por moldeo por inyección sería antieconómico, ya que las mangueras, por definición, tienen una geometría continua.
¿Se pueden moldear insertos metálicos (por ejemplo, casquillos roscados)?
Sí, tanto en el moldeo por compresión (clásico, el inserto se coloca antes de la vulcanización) como en el moldeo por inyección de LSR (con correderas y robótica de inserción). La adhesión se logra mediante imprimaciones o compuestos de LSR auto-adhesivos.
¿Cuál es la diferencia entre moldeo por compresión y moldeo por transferencia?
En el moldeo por compresión, una preforma se coloca directamente en la cavidad y se prensa al cerrarse. En el moldeo por transferencia (Transfer Molding), el compuesto se «prensa» desde una precámara a la cavidad. Ventajas: mejores tolerancias, menos rebaba, bueno para insertos. Desventajas: mayores costos de herramientas que el moldeo por compresión puro.
¿Qué proceso es adecuado para aplicaciones en sala limpia?
El moldeo por inyección de LSR es un proceso cerrado y automatizado, por lo que es ideal para la fabricación en sala limpia (ISO 7/8). El moldeo por compresión y la extrusión también son posibles en líneas diseñadas adecuadamente, con un mayor esfuerzo organizativo.
Fuentes
- Elkem Silicones: Different processing methods for silicone rubber.
- Cabot Corporation: Silicone Rubbers (HTV & LSR) – Material- und Verfahrenshintergrund.
- ISO 3302-1: Toleranzen für Formteile aus Elastomeren.
- ISO 23529: Allgemeine Verfahren zur Vorbereitung und Konditionierung von Elastomerproben.
- Shin-Etsu Silicones: Technical data – LSR und HTV Compound-Familien.
- BfR-Empfehlung XV „Silikone“; FDA 21 CFR 177.2600 – siehe verlinkte Beiträge dieser Seite.