سيليکون ( silicone ) در توليد قالب (1)

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.

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 )
منبع انگلیسی مقاله :
silicones as mold-making elastomers/A.colas, A., dow coring erurope SA, seneffe