Mejora de lentes ópticas con nuevo grado LSR, modificación de superficie

Düsseldorf, Alemania — El caucho de silicona líquida es un material clave utilizado en los nuevos faros delanteros adaptativos, que automáticamente iluminan menos las áreas ocupadas de la carretera y más luz en las áreas desocupadas.

En la reciente Cumbre Mundial de Elastómeros de Silicona celebrada en Düsseldorf, un proveedor de materiales y un especialista en moldeo hicieron una presentación sobre cómo moldear las complejas piezas LSR necesarias para las lentes de matriz ADB.

Hannes Rieger, jefe de investigación y desarrollo de Elmet Elmet Elastomere Produktions und Dienstleistungs GmbH, con sede en Oftering, Austria, fabricante de moldes y productor de equipos de mezcla y dosificación LSR, preparó la presentación, que estuvo a cargo de Francois De Buyl, I+D y servicio técnico y desarrollo. gerente de Dow Silicones, con sede en Midland, Michigan.

Las lentes de matriz LSR con lentes ópticas integradas y funciones de guía de luz fueron producidas por primera vez por Hella GmbH & Co. KG, con sede en Lippstadt, Alemania, en el automóvil Mercedes-Benz Clase E 2016 y más tarde en el Porsche Panamera, moldeado por la empresa con sede en Nuremberg, Alemania. Optoflux GmbH con 84 conductores de luz en tres filas.

Mientras tanto, los avances en el control de la luz han permitido piezas de guía de luz/lente de matriz ADB aún bastante exigentes, si no tan complejas, con sistemas de guía de luz de menos de 84 píxeles. Estas piezas de lente/guía de luz ADB integradas, en su mayoría de dos filas, de luces altas y bajas, cada vez más utilizadas como ópticas LSR, se han extendido a otros vehículos, con varios ejemplos vistos en demostraciones en vivo realizadas por productores de maquinaria de moldeo por inyección en varias ferias comerciales de la industria del plástico.

Estas ópticas ADB ahora constan de 10 a 24 guías de luz de 6 a 24 milímetros de longitud con cuatro o más facetas y con secciones de lentes de acoplamiento externo de 2 a 15 mm de espesor. Los ángulos de inclinación de la guía de luz varían entre 0,5º y 10º o más, dijo Rieger, señalando que el desmolde sin estrés de piezas tan complejas se facilita con elementos de agarre laterales integrados y el uso de herramientas de extremo de brazo de vacío (EOAT) para retirar piezas del moho.

Más de 10 años de tecnología de lentes ADB de silicona han dado como resultado que las lentes Dow Silastic MOS se utilicen en más de 4 millones de vehículos en todo el mundo, en más de 30 modelos, con más de 10 aprobaciones de proveedores automotrices de nivel 1, a través de una red de más de 10 moldeadores.

Los faros ADB siguen estando más extendidos en Europa, pero se utilizan en todo el mundo, excepto en Estados Unidos, donde la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras los aprobó, pero enfrentan obstáculos debido a requisitos de iluminación muy estrictos.

Las primeras lentes de matriz ADB se moldearon en Dow Silastic MS-1002, pero el rendimiento mejorado proviene de una nueva generación de grado LSR Dow MS 5002. Esto implica una viscosidad del componente de la Parte A mucho mayor y una viscosidad de la Parte B ligeramente menor, siendo la viscosidad de la mezcla después de 48 horas mucho menor a 30.000 milipascales por segundo en comparación con los 65.000 mPa.s para MS-1002.

El nuevo material se mezcla y moldea con mayor facilidad y precisión gracias a su menor viscosidad, y las propiedades de poscurado son muy parecidas en términos de dureza Shore A y resistencia a la tracción. Sin embargo, el alargamiento de rotura es significativamente mayor, del 96 por ciento en lugar del 80 por ciento.

Dow dice que MS-5002 permite una reticulación mejorada a través de un rango de temperaturas de moldeo debido a la optimización de la concentración del inhibidor y el catalizador de platino, así como un "diseño y selección cuidadosos del agente de reticulación", con la estructura del siloxano Si-H. oligómero reticulante que controla la velocidad de curado en función de la temperatura.

El moldeo de una lente ADB de dos filas y 16 guías de luz en un molde interno de Dow, desarrollado en colaboración con ACH Solution Hefner Moulds GmbH, con sede en Fischlham, Austria, en una máquina de moldeo por inyección Engel eMac, demostró, midiendo la intensidad relativa de la luz, un molde inaceptable. Incrustaciones en las guías de luz desde las superficies interiores de los insertos del molde después de 1.800-2.500 disparos con MS-1001. Pero esto ocurrió sólo después de 7.000 a 10.000 disparos con MS-5002, lo que muestra un potencial de productividad de cuatro a cinco veces mayor.

Las pruebas realizadas en una máquina Engel Victory 330/120 Tech mostraron que hubo una reducción del 50 por ciento en el tiempo de curado causada por el calentamiento inducido por cizallamiento al aumentar la velocidad de inyección de 5 centímetros cúbicos por segundo a 130 °C a 110 cm3/s a 180 °C. Pero ligeramente inferior. Se sugiere velocidad, ya que el moldeo a 180º C dificulta la producción de piezas ópticas perfectas.

Se prestó atención al tiempo de curado rápido, ya que el grosor combinado de las guías de luz y las secciones de lentes de desacoplamiento integradas son mayores que con las primeras lentes ADB, ascendiendo en conjunto a 24,5 mm en el centro. "Esto conduce a tiempos de ciclo desafiantes para la producción en masa mediante moldeo por inyección de líquidos", afirma Dow.

Otro aspecto de las lentes ópticas de matriz LSR ADB y las lentes LSR en general se abordó en una presentación de Andreas Schäfert, director de desarrollo de negocios de dispositivos médicos en Esslingen, moldeador y fabricante de moldes Wilhelm Weber GmbH & Co. KG, con sede en Alemania.

Schäfert habló sobre la modificación de la superficie de la óptica LSR moldeada por inyección. Comenzó describiendo una desventaja del LSR en términos de superficies pegajosas que tienden a acumular polvo y otros contaminantes que son difíciles de eliminar, así como "una sensación pegajosa e incómoda en la piel".

Weber conoce bien el problema de las lentes matriciales ADB, ya que produce lentes matriciales LSR para los faros Hella del Audi A8 con 32 conductores de luz integrados en dos filas.

Weber ha trabajado junto con el departamento PLATO, con sede en Bremen, Alemania, para tecnología de plasma y superficies del instituto Fraunhofer IFAM para tecnología de producción y materiales avanzados en el uso de radiación ultravioleta de vacío (VUV) en una longitud de onda de 100-200 nm para modificar superficies LSR. para hacerlos tan suaves y no pegajosos que ya no atraigan contaminación.

La radiación VUV rompe algunos enlaces de carbono CH3 de las capas superiores de la molécula, lo que resulta en la formación de radicales O y O3 entre la fuente VUV y el LSR, que se unen con otras partes de la molécula de silicona para formar, dependiendo de la dosis de VUV, una capa de 2-50 μm. Estructura molecular gruesa similar al vidrio de SiO2. El revestimiento es lo suficientemente fino como para no provocar ningún cambio significativo en la trayectoria del haz de luz.

El proceso de modificación patentado OpSiLIGHT o SilMoLight funciona con una fuente incoherente de xenón-excímero de 172 nm más rápido que con una lámpara de mercurio de baja presión de 185 nm, pero esta última da un mejor resultado debido a las capas modificadas más gruesas. Schäfert habló de tiempos de tratamiento con sistema VUV de entre 20 segundos y 5-10 minutos.

Schäfert también mostró una placa de circuito LED con 98 LED sobremoldeados con lentes LSR. Una prueba con la mitad de la placa de circuito sin tratar y la otra mitad con tratamiento VUV mostró cómo fibras de nailon de 0,3 mm de longitud, después de agitarlas, podían desprenderse fácilmente de la mitad tratada con aire comprimido, mientras que el polvo de nailon permanecía en la mitad sin tratar. También se han realizado pruebas similares con polvo aplicado a lentes de matriz LSR, con imágenes de microscopio que muestran claramente todo el polvo eliminado al soplar lentes tratadas con VUV pero retenido en lentes no tratadas.

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