Si necesitas piezas flexibles, resistentes al calor y biocompatibles en volúmenes de producción, es probable que el moldeo de caucho de silicona líquida (LSR) sea el proceso que estás buscando. El moldeo de LSR permite fabricar piezas elastoméricas que mantienen sus propiedades físicas entre -60 °C y +200 °C, resisten la degradación por rayos UV, cumplen las normas de biocompatibilidad de la FDA e ISO 10993, y pueden moldearse con geometrías complejas y espesores de pared de tan solo 0,3 mm.
Esta guía explica qué es el moldeo de caucho de silicona líquida (LSR), cómo funciona el proceso paso a paso, los fundamentos científicos del caucho de silicona líquida, cómo se compara con el moldeo de caucho convencional y con los elastómeros termoplásticos, las normas de diseño que hay que seguir para obtener piezas de LSR de calidad, y los sectores y aplicaciones en los que el LSR aporta el mayor valor.
¿Qué es la goma de silicona líquida (LSR)?
La goma de silicona líquida (LSR) es un elastómero termoendurecible de dos componentes, catalizado con platino. A diferencia de las resinas termoplásticas, que se funden al calentarlas y se solidifican al enfriarlas, la LSR sufre una reacción química de reticulación irreversible (vulcanización) cuando se expone al calor. Una vez curado, el material no puede volver a fundirse ni remodelarse. Esta naturaleza termoestable confiere al LSR su excepcional estabilidad a largo plazo: la red molecular reticulada resiste la fluencia, la deformación por compresión y la degradación tras miles de horas de uso continuo.
Los dos componentes líquidos, denominados habitualmente «Parte A» (que contiene la base de polisiloxano con grupos vinílicos) y «Parte B» (que contiene el reticulante con grupos hidruro y el catalizador de platino), se almacenan por separado y se mezclan en una proporción precisa de 1:1 inmediatamente antes de la inyección. Se pueden añadir a la mezcla pigmentos, aditivos y agentes autoadhesivos para aportar color, radiopacidad o mejorar la adhesión a los sustratos durante el sobremoldeado.
Propiedades clave del LSR: Rango de dureza de 10 a 80 Shore A. Rango de temperatura de funcionamiento de -60 grados C a +200 grados C (picos puntuales de hasta +250 grados C). Resistencia a la tracción de 5 a 12 MPa, dependiendo del tipo. Alargamiento a la rotura de 200 a 1.000%. Excelente resistencia a la deformación permanente por compresión (normalmente inferior a 15% tras 22 horas a 175 °C). Biocompatible según la norma ISO 10993 y la clase VI de la USP. Cumple con la norma 21 CFR 177.2600 de la FDA para el contacto con alimentos. Aislante eléctrico (rigidez dieléctrica de 15 a 25 kV/mm). Químicamente resistente al ozono, a los rayos UV, a los ácidos diluidos y a muchos disolventes. Disponibles grados ópticamente transparentes.
¿Cómo funciona el proceso de moldeo por inyección de LSR?
El moldeo por inyección de LSR sigue un ciclo térmico fundamentalmente diferente al del moldeo de termoplásticos. En el moldeo de termoplásticos, el material caliente se inyecta en un molde frío para que se solidifique. En el moldeo de LSR, el material frío se inyecta en un molde caliente para que se cure. Esta lógica térmica invertida requiere equipos especializados y un diseño específico de los utillajes.
Paso 1: Preparación y dosificación de los materiales
La parte A y la parte B se almacenan en bidones o cubos separados conectados a una unidad de dosificación (sistema de bombeo). La unidad de dosificación introduce cada componente, en una proporción volumétrica de 1:1 controlada con precisión, en un mezclador estático, donde ambas partes se combinan para formar una mezcla homogénea. El LSR mezclado se mantiene a temperatura ambiente (o ligeramente refrigerado) en el barril para evitar un curado prematuro antes de la inyección. Si se requieren pigmentos o aditivos, un tercer flujo de dosificación introduce pasta de color en la mezcla en esta fase.
Paso 2: Inyección en el molde calentado
El LSR mezclado se inyecta a través de un sistema de boquilla y canal refrigerado en un molde calentado a una temperatura de entre 150 y 200 grados C. El sistema de canal frío mantiene el material en estado líquido hasta que entra en la cavidad del molde, lo que minimiza el desperdicio (a diferencia de los sistemas de canal caliente utilizados en el moldeo de termoplásticos, el LSR utiliza canales fríos porque el material debe mantenerse por debajo de la temperatura de curado hasta que llega a la cavidad). Las presiones de inyección para el LSR son significativamente más bajas que para los termoplásticos, normalmente de 30 a 70 bar, frente a los 500 a 1.500 bar de los plásticos técnicos. La baja viscosidad del LSR sin curar (similar a la de la miel) le permite rellenar paredes delgadas, microdetalles y geometrías complejas que requerirían una presión extrema en el moldeo de termoplásticos.
Paso 3: Curado térmico (vulcanización)
Una vez que el LSR llena la cavidad del molde, el catalizador de platino inicia una reacción de reticulación impulsada por la temperatura del molde. Los tiempos de curado son rápidos, normalmente de 10 a 60 segundos, dependiendo del grosor de la pieza y de la temperatura del molde. La reacción de reticulación une las cadenas del polímero de silicona formando una red elastomérica tridimensional que confiere al material sus propiedades mecánicas definitivas. Las temperaturas más altas del molde aceleran el curado, pero pueden aumentar el reborde si la fuerza de sujeción es insuficiente.
Paso 4: Desmoldeo y poscurado (opcional)
Tras el curado, el molde se abre y se extraen las piezas acabadas. Debido a la naturaleza flexible del LSR, las piezas suelen extraerse a mano o mediante un sistema de recogida asistido por robot, en lugar de utilizar pasadores de expulsión (que deformarían el material blando). Las rebabas se recortan manualmente o con sistemas automatizados de desbarbado. Para algunas aplicaciones, se utiliza un ciclo de postcurado en horno a 200 grados C durante 2 a 4 horas para completar la reticulación, eliminar los subproductos volátiles y mejorar el comportamiento frente a la deformación por compresión. El postcurado es habitual en aplicaciones médicas y de contacto con alimentos, donde los requisitos de pureza son estrictos.
LSR frente a caucho de alta consistencia (HCR) frente a elastómeros termoplásticos (TPE)
El LSR se suele comparar con otras dos familias de materiales flexibles. Conocer las diferencias te ayudará a elegir el material adecuado para tu aplicación:
LSR frente a HCR (caucho de alta consistencia / caucho de silicona sólido): El HCR también es un elastómero de silicona, pero se presenta en forma de goma sólida que debe mezclarse, laminarse y moldearse por compresión o por transferencia. El estado líquido del LSR permite el moldeo por inyección con tiempos de ciclo más rápidos (de 10 a 60 segundos frente a los 3 a 15 minutos del moldeo por compresión del HCR), tolerancias dimensionales más ajustadas y menos rebabas. El HCR es más adecuado para piezas muy gruesas (más de 10 mm) y para aplicaciones en las que se requiere la menor deformación permanente por compresión posible. Para la mayoría de las piezas de silicona de precisión, el moldeo por inyección de LSR es el proceso más eficiente y rentable.
LSR frente a TPE (elastómeros termoplásticos): Los TPE (TPU, TPV, SEBS) son materiales termoplásticos que pueden procesarse en máquinas estándar moldeo por inyección equipos sin sistemas de dosificación especializados. Los TPE son más baratos por kilogramo y se moldean más rápidamente. Sin embargo, los TPE no pueden igualar la resistencia a la temperatura del LSR (los TPE se ablandan por encima de los 100 a 130 grados C, frente a los más de 200 grados C del LSR), su comportamiento frente a la deformación por compresión, su biocompatibilidad ni su resistencia química. Para componentes bajo el capó de los vehículos, implantes médicos y aplicaciones en contacto con alimentos, el LSR es la opción más adecuada. Para empuñaduras de productos de consumo, sobremoldeados de tacto suave y juntas no críticas, el TPE suele ser más rentable.
Moldes para LSR: consideraciones de diseño
Los moldes de LSR se diferencian de los moldes termoplásticos estándar en varios aspectos importantes:
Material del molde y acabado superficial: Los moldes de LSR suelen fabricarse a partir de acero para herramientas de alta calidad (H13, S136) y pulirse hasta obtener un acabado de alta calidad (SPI A-2 o superior). La baja viscosidad del LSR sin curar hace que cualquier imperfección superficial, desajuste en la línea de separación o holgura de ventilación genere rebabas. La precisión de la línea de separación, de entre 0,01 y 0,02 mm, es la norma. En XY Machining, nuestro fabricación de moldes El equipo mecaniza y pule los moldes de LSR en nuestras propias instalaciones para garantizar que las superficies de sellado cumplan los estrictos requisitos de planitud que exige el LSR.
Sistema de canal frío: Los moldes de LSR utilizan un canal frío (enfriado a una temperatura de entre 15 y 25 grados Celsius) para mantener el material en estado líquido hasta que entra en la cavidad calentada. Esto es lo contrario a los sistemas de canal caliente de los termoplásticos. Los canales fríos eliminan los residuos solidificados en el sistema de canales, lo que reduce el coste del material y la mano de obra de posprocesamiento.
Ventilación: A pesar de la baja viscosidad del LSR, los moldes deben contar con orificios de ventilación para permitir que el aire atrapado se escape durante la inyección. Las entresecas suelen tener una profundidad de entre 0,005 y 0,01 mm, mucho menos profunda que la de los entresecas de los moldes termoplásticos (de 0,02 a 0,05 mm), ya que el LSR se desborda hacia cualquier hueco de más de 0,01 mm de ancho. El moldeo asistido por vacío se utiliza para piezas con geometría compleja o secciones transversales gruesas en las que la ventilación pasiva resulta insuficiente.
Sin pasadores de expulsión: El LSR curado es flexible y pegajoso, por lo que los pasadores de expulsión deformarían la pieza en lugar de liberarla. Las piezas se extraen a mano, mediante un robot o con un chorro de aire comprimido. Los diseños de los moldes incorporan ángulos de desmoldeo generosos (de 1 a 3 grados como mínimo) y, en ocasiones, recubrimientos de desmoldeo para facilitar la extracción.
Compatibilidad con el sobremoldeado: El LSR se puede sobremoldear sobre termoplásticos (PC, PA, PBT, PEEK), metales y otros sustratos mediante un proceso de moldeo de dos inyecciones o de inserción. Los grados de LSR autoligantes forman un enlace químico con el sustrato durante el curado sin necesidad de imprimaciones ni adhesivos. Esto permite la producción de asas de agarre suave, conectores electrónicos sellados y conjuntos de dispositivos médicos en un único ciclo de moldeo.
Normas de diseño DFM para piezas de LSR
Espesor mínimo de la pared: El LSR se puede moldear con un grosor mínimo de 0,3 mm, pero se recomienda un grosor de entre 0,5 y 1,0 mm para garantizar un llenado uniforme y un desmoldeo fiable. Las piezas con un grosor inferior a 0,5 mm pueden romperse al desmoldarlas.
Espesor uniforme de la pared: Al igual que en el moldeado termoplástico, un espesor de pared uniforme evita un curado desigual y reduce la deformación. La transición entre las secciones gruesas y las delgadas debe ser gradual, en lugar de brusca.
Ángulos de tiro: Mínimo 1 grado en todas las superficies verticales; se recomienda entre 2 y 3 grados para embutidos profundos. A pesar de la flexibilidad del LSR, un ángulo de desmoldeo insuficiente aumenta la fuerza necesaria para desmoldar y puede provocar que la pieza se estire o se rompa.
Recortes: La elasticidad del LSR permite desmoldar piezas con socavados moderados sin necesidad de accionamientos laterales, siempre que la profundidad del socavado no supere entre 2 y 3% del diámetro de la pieza. Esto elimina la complejidad del molde que se requeriría para la misma geometría en termoplásticos rígidos.
Ubicación de la línea de separación: Coloca la línea de separación en un lugar donde el reborde sea aceptable o se pueda recortar fácilmente. Cualquier desajuste en la línea de separación producirá un reborde visible en las piezas de LSR debido a la baja viscosidad del material.
Diseño de la puerta: Entrada secundaria, entrada en el borde o entrada directa con un sistema de canal frío. Los restos de la entrada en las piezas de LSR suelen recortarse al ras; especifique el tamaño aceptable de los restos en su plano.
Radios y redondeos: Utilice radios generosos (mínimo 0,5 mm) en todas las esquinas internas para facilitar un flujo uniforme del material y reducir la concentración de tensiones en la pieza curada.
Tolerancias: Las piezas de LSR presentan tolerancias generales de entre +/-0,1 mm y +/-0,2 mm en las dimensiones lineales y de +/-0,5 grados en las características angulares. Es posible alcanzar tolerancias más estrictas mediante herramientas de precisión y parámetros de proceso controlados, aunque ello aumenta el coste del molde.
Sectores y aplicaciones del moldeo de LSR
Productos sanitarios y asistencia sanitaria: Máscaras respiratorias, componentes de catéteres, mangos de instrumentos quirúrgicos, juntas para la administración de fármacos, juntas implantables, carcasas de audífonos y tetinas para biberones. La biocompatibilidad del LSR (ISO 10993, USP Clase VI), su capacidad de esterilización (autoclave, rayos gamma, EtO) y sus propiedades hipoalergénicas lo convierten en el material de referencia para aplicaciones en contacto con la piel y de grado implantable.
Sector de la automoción: Juntas para conectores, manguitos de bujías, juntas para mangueras de turbocompresores, carcasas de sensores, juntas para lentes de faros LED y juntas para baterías de vehículos eléctricos. El LSR resiste las temperaturas bajo el capó (entre 150 y 200 grados Celsius de forma continua), las vibraciones y la exposición a aceites y líquidos refrigerantes.
Electrónica de consumo: Juntas impermeables para smartphones y dispositivos wearables (clasificación IP67/IP68), teclas de teclado, tapas de puertos de carga, puntas de auriculares y conectores de correas de relojes inteligentes. La flexibilidad, la durabilidad y las propiedades inocuas para la piel del LSR se adaptan perfectamente a los requisitos de los dispositivos wearables.
Alimentación y bebidas: Moldes de repostería, cabezales de espátula, bandejas para hielo, juntas para válvulas de botellas y juntas para dispensadores de bebidas. El LSR cumple con la norma 21 CFR 177.2600 de la FDA relativa al contacto con alimentos y es inodoro, insípido y no tóxico. Hay disponibles grados transparentes y translúcidos para productos destinados al consumidor.
Sector industrial y aeroespacial: Juntas para altas temperaturas, aislantes contra vibraciones, juntas contra interferencias electromagnéticas (EMI), encapsulación de lentes ópticas y ojales pasacables. La resistencia a la deformación permanente y la estabilidad térmica del LSR superan a las del caucho orgánico en aplicaciones de sellado que requieren una larga vida útil.
Principales ventajas y limitaciones del moldeo por LSR
Ventajas
Los tiempos de ciclo rápidos (de 10 a 60 segundos) permiten una producción de gran volumen a un coste por pieza competitivo. Las piezas sin rebabas o con muy pocas rebabas, gracias a los sistemas de canal frío, minimizan los residuos y el posprocesamiento. Su amplio rango de temperaturas de funcionamiento (de -60 a +200 grados C) supera al de todos los elastómeros termoplásticos. Su biocompatibilidad y el cumplimiento de las normas de la FDA abren las puertas a aplicaciones médicas y de contacto con alimentos. Su baja viscosidad permite el moldeo de paredes delgadas (hasta 0,3 mm) y microdetalles que los termoplásticos no pueden alcanzar a presiones comparables. La excelente resistencia a la deformación por compresión a largo plazo (en 15%) garantiza la integridad del sellado durante años de servicio. La capacidad de sobremoldeo permite unir el LSR directamente a sustratos rígidos sin necesidad de adhesivos. El sistema cerrado de dosificación y mezcla garantiza una alta pureza, fundamental para la fabricación de productos médicos y en salas blancas.
Limitaciones
El coste de los moldes es superior al de los moldes para termoplásticos debido a una mayor precisión en la línea de separación, a los sistemas de canal frío y a las superficies pulidas de las cavidades. El coste del material por kilogramo es entre 3 y 5 veces superior al de los termoplásticos comunes (PP, ABS) y entre 1,5 y 3 veces superior al del TPE. El control de las rebabas requiere un diseño y un mantenimiento cuidadosos del molde; los moldes desgastados producen rebabas rápidamente. Puede ser necesario un poscurado para aplicaciones médicas y de contacto con alimentos, lo que añade entre 2 y 4 horas de tiempo en el horno por lote. El LSR es termoendurecible y no puede triturarse ni reciclarse en el mismo proceso (a diferencia del material triturado termoplástico). La unión del LSR a sustratos no compatibles puede requerir un tratamiento con plasma o imprimaciones.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre el LSR y el caucho de silicona?
El LSR es un tipo específico de caucho de silicona. El término ‘caucho de silicona’ abarca tanto el caucho de silicona líquido (LSR), que se moldea por inyección a partir de un compuesto líquido de dos componentes, como el caucho de alta consistencia (HCR o silicona sólida), que se moldea por compresión o por transferencia a partir de una masa sólida. El LSR es el material preferido para piezas de precisión fabricadas en grandes volúmenes; el HCR se utiliza para geometrías sencillas y de gran espesor, así como para aplicaciones en las que se requiere una deformación permanente por compresión muy baja.
¿Cuál es el rango de dureza habitual de las piezas de LSR?
El LSR está disponible en durezas que van desde 10 Shore A (extremadamente blando, similar a un gel) hasta 80 Shore A (caucho firme). Las durezas más habituales son de 30 a 60 Shore A para juntas, empaquetaduras y empuñaduras sobremoldeadas.
¿En qué se diferencia el moldeo por LSR del moldeo por inyección de termoplásticos?
El ciclo térmico se invierte: el LSR se inyecta en frío en un molde caliente (entre 150 y 200 grados C) para que se cure, mientras que los termoplásticos se inyectan en caliente en un molde frío para que se solidifiquen. El LSR utiliza un sistema de dosificación y mezcla para el material de dos componentes, un canal frío para evitar el curado prematuro y no emplea pasadores de expulsión. Las presiones de inyección son mucho más bajas (de 30 a 70 bar frente a los 500 a 1.500 bar de los termoplásticos).
¿Es biocompatible el LSR?
Sí. La goma de silicona líquida es intrínsecamente biocompatible y cumple con los requisitos de las normas ISO 10993 y USP Clase VI en materia de citotoxicidad, sensibilización y reactividad intracutánea. Las formulaciones de LSR de grado médico se fabrican en condiciones de sala limpia y cuentan con una trazabilidad completa de los lotes.
¿Se puede sobremoldear el LSR sobre otros materiales?
Sí. El LSR se puede sobremoldear sobre termoplásticos (PC, PA, PBT, PEEK), metales y vidrio utilizando grados de LSR autosoldables o mediante una unión asistida por imprimación. Este procedimiento se utiliza ampliamente en conectores electrónicos sellados, instrumentos médicos con empuñadura blanda y carcasas de sensores para la automoción.
¿Qué tolerancias pueden alcanzar las piezas de LSR?
Las tolerancias estándar del LSR oscilan entre +/-0,1 mm y +/-0,2 mm en las dimensiones lineales y +/-0,5 grados en las características angulares. El uso de herramientas de precisión y el control de los parámetros del proceso permiten alcanzar una tolerancia de +/-0,05 mm en las características críticas, aunque esto aumenta el coste del molde.
¿Cuánto cuesta el utillaje de LSR?
Los costes de los moldes de LSR suelen ser entre un 15 y un 30% más elevados que los de los moldes termoplásticos equivalentes, debido a los requisitos más estrictos de la línea de separación, los sistemas de canal frío y las superficies pulidas de las cavidades. Un molde sencillo de LSR de una sola cavidad tiene un precio que oscila entre $5.000 y $10.000; los moldes de producción de múltiples cavidades oscilan entre $15.000 y $50.000+, dependiendo de su complejidad.
¿Cuál es la cantidad mínima de pedido para las piezas de LSR?
No existe una cantidad mínima de pedido desde el punto de vista técnico para el moldeo por inyección de LSR; sin embargo, debido a la inversión en utillaje, el LSR resulta más rentable a partir de volúmenes de entre 500 y 1.000 piezas. Para cantidades inferiores a 100, el moldeo por compresión de silicona o la fundición de uretano con materiales similares a la silicona pueden resultar más económicos.
¿Se pueden pintar las piezas de LSR?
Sí. La goma de silicona líquida se puede pigmentar en prácticamente cualquier color, incluidas las formulaciones translúcidas y transparentes. El color se añade como un tercer flujo dosificado durante el proceso de mezcla y se dispersa de manera uniforme por toda la pieza. La adaptación personalizada del color a las referencias Pantone o RAL es un servicio estándar.
Conclusión
El moldeo de caucho de silicona líquida es el proceso ideal cuando se necesitan piezas flexibles, duraderas, biocompatibles o resistentes a altas temperaturas en grandes volúmenes de producción. La combinación de una química de dos componentes catalizada con platino, la inyección de baja viscosidad en moldes calentados y los ciclos de curado rápidos (de 10 a 60 segundos) permite obtener piezas que ningún elastómero termoplástico puede igualar en cuanto a estabilidad térmica, deformación permanente por compresión o resistencia química a largo plazo. La contrapartida es un mayor coste de utillaje y de material en comparación con el moldeo termoplástico, lo que hace que el LSR resulte más rentable a partir de 500 a 1.000 piezas.
Para aplicaciones en dispositivos médicos, bajo el capó de los vehículos, la impermeabilización de productos electrónicos de consumo y productos en contacto con alimentos, el LSR no es solo una buena opción, sino que a menudo es el único material que cumple simultáneamente todos los requisitos de rendimiento, normativos y de durabilidad.
