De chemie van stabiliteit
Op moleculair niveau is LSR een platina-uitgehard polysiloxaan. In tegenstelling tot organische rubbers die afhankelijk zijn van een koolstof-koolstofruggengraat, bestaat de ruggengraat van siliconen uit afwisselend silicium- en zuurstofatomen (Si-O-Si). Deze anorganische structuur is de wortel van zijn superkrachten. De bindingsenergie van de Si-O-binding is aanzienlijk hoger dan die van een C-C-binding, waardoor het materiaal uitzonderlijke thermische stabiliteit krijgt. Dit is de reden waarom LSR continu kan werken bij temperaturen variërend van -50 graden tot 250 graden zonder afbraak, smelten of broos worden - een bereik dat de meeste organische elastomeren decimeert.
Commercieel wordt LSR geleverd als een systeem met twee- componenten. Deel A bevat doorgaans het polydimethylsiloxaanpolymeer met vinyl--eindgroepen en een platinakatalysator. Deel B bevat het polymeer, een hydride-functionele crosslinker (siloxaan) en een remmer (vaak een alcohol- of acetyleenverbinding) om voortijdige uitharding tijdens opslag te voorkomen. Wanneer deze twee delen in een verhouding van 1:1 worden gedoseerd en gemengd, katalyseert het platina een additiereactie tussen de vinyl- en hydridegroepen. Dit "additie-uithardingsmechanisme" verschilt van de peroxide-uitharding die wordt gebruikt in vast siliconenrubber (HCR). Cruciaal is dat de additiereactie geen bijproducten produceert, wat betekent dat het materiaal niet krimpt tijdens het uitharden en een hoge maatvastheid behoudt, een eigenschap die niet onderhandelbaar is voor precisietechniek.
De reologie van stroming
De ‘vloeistof’ in LSR is niet slechts een beschrijving van de staat; het is een definitie van reologie. LSR is een niet-Newtoniaanse, afschuifverdunnende- vloeistof. Dit betekent dat de viscositeit afneemt naarmate de afschuifsnelheid toeneemt. Deze eigenschap is de spil van de maakbaarheid ervan. In statische toestand is het materiaal stroperig genoeg om bezinking van het vulmiddel te voorkomen. Wanneer het echter door een spuitgietmachine wordt geperst, zorgt de hoge afschuifsnelheid ervoor dat het gemakkelijk in ingewikkelde vormholtes kan vloeien, waardoor micro-kanaaltjes worden gevuld waar massief rubber nooit doorheen zou kunnen dringen.
Deze lage viscositeit maakt het spuitgieten van complexe geometrieën mogelijk met cyclustijden die in seconden in plaats van minuten kunnen worden gemeten. Voor fabrikanten vertaalt dit zich in de mogelijkheid om productielijnen volledig te automatiseren. In tegenstelling tot High Consistency Rubber (HCR), waarvoor uitgebreid malen en mengen vereist is, wordt LSR rechtstreeks vanuit vaten in de injectie-eenheid gepompt, vaak via statische mengers, waardoor een gesloten-lussysteem ontstaat dat besmettingsrisico's elimineert. Deze ‘schone’ verwerking is de reden dat LSR de gouden standaard is geworden voor industrieën waar hygiëne voorop staat.
De medische en automobielimperatief
De industrie voor medische hulpmiddelen is misschien wel de grootste begunstigde van LSR-technologie. Omdat de platinabehandeling geen toxische bijproducten achterlaat, zijn LSR-soorten met een hoge-zuiverheid biocompatibel en kunnen ze worden gesteriliseerd via een autoclaaf, gammastraling of EtO-gas zonder de fysieke eigenschappen te verliezen. Dit maakt het ideaal voor implantaten op lange- termijn, zoals kunstmatige organen of protheses, maar ook voor verbruiksartikelen zoals ademhalingsmaskers en katheters. De transparantie van het materiaal maakt visuele inspectie van de vloeistofstroom mogelijk, terwijl de voelbare zachtheid het ongemak voor de patiënt vermindert.
Tegelijkertijd zorgt de autosector voor een enorme verschuiving richting LSR, vooral met de opkomst van elektrische voertuigen (EV’s). EV-batterijpakketten vereisen afdichtingsmaterialen die superieure diëlektrische sterkte bieden om kortsluiting en thermische overstroming te voorkomen. De inherente elektrische isolatie-eigenschappen van LSR, gecombineerd met de weerstand tegen koelvloeistoffen en oliën, maken het tot een essentieel onderdeel in hoog-spanningsconnectoren en sensorafdichtingen. Bovendien ziet de industrie een trend in de richting van "multi{4}}shot" of "2K"-gieten, waarbij LSR rechtstreeks op thermoplastische materialen zoals nylon of polycarbonaat wordt gebonden. Hierdoor kunnen in één productiestap complexe -materiaalonderdelen- worden gemaakt, zoals een stijve connectorbehuizing met een geïntegreerde zachte-aanraakafdichting-, waardoor de montagekosten en het gewicht worden verlaagd.
Toekomstige grenzen: geleidbaarheid en 3D-printen
De industrie is momenteel getuige van de opkomst van gespecialiseerde LSR-formuleringen die de grenzen verleggen van wat siliconen kunnen doen. We zien de commercialisering van thermisch geleidende LSR, gedoteerd met keramische vulstoffen, die wordt gebruikt om de warmteafvoer in 5G-infrastructuur en LED-verlichting te beheersen. Omgekeerd wordt elektrisch geleidende LSR gebruikt in EMI/RFI-afscherming voor gevoelige elektronica.
Bovendien bereikt de opkomst van additive manufacturing eindelijk de siliconenwereld. Terwijl traditionele LSR harde gereedschappen (mallen) vereist, stellen nieuwe ontwikkelingen in het 3D-printen van siliconen ingenieurs in staat snel prototypen van elastomere onderdelen te maken. Door deze verschuiving verandert LSR van een materiaal dat uitsluitend voor massaproductie bestemd is, naar een materiaal dat toegankelijk is voor snelle iteratie en aangepaste onderdelen met een laag-volume en hoge- complexiteit.
Samenvattend is vloeibaar siliconenrubber niet alleen een ‘beter rubber’. Het is een chemisch verschillend, reologisch complex materiaal dat zich op het snijvlak van scheikunde, natuurkunde en industrieel ontwerp bevindt. Naarmate de productietoleranties kleiner worden en de milieunormen stijgen, zorgt de unieke combinatie van thermische veerkracht, biocompatibiliteit en verwerkbaarheid van LSR ervoor dat het de komende decennia een hoeksteen van geavanceerde engineering zal blijven.