シリコーンはどのように製造されるのか？ 機械を用いた工業用製造工程のステップバイステップガイドとよくある質問

シリコーン製造の主要原材料

• 金属ケイ素（珪砂から抽出）
• 塩素ガス（四塩化ケイ素製造用）
• 水（加水分解反応用）
• ビニルシリコーンオイル（シリコーンゴム製造の主要原料）
• 触媒（添加硬化用白金など）
• 補強フィラー（強度を高めるヒュームドシリカなど）

ステップ・バイ・ステップのシリコーン製造工程：原材料から最終製品まで

ステップ1：珪砂から金属珪素を取り出す

キーマシン

• 電気アーク炉:
  • 何をするのか強力な電気熱（1,800～2,000℃）を使って珪砂を金属珪素に還元する。珪砂と炭素（コークスまたは石炭）の混合物が炉に投入され、炭素が珪砂中の酸素と反応して二酸化炭素を生成し、純粋な珪素が残る。.
  • 使用方法シリカと炭素の混合物を炉の黒鉛電極に装入する。必要な温度を発生させるために電流を流す。反応には6～8時間かかり、その後、炉から溶融シリコンを取り出す。シリコンを冷却し、固化させてインゴットにする。.

ステップ2：クロロシラン（四塩化ケイ素）の製造

キーマシン

• 流動床リアクター:
  • その働き金属ケイ素と塩素ガスの反応を促進し、クロロシランを形成する。金属ケイ素粉末を流動化（ガス流に浮遊）させながら塩素ガスを注入し、均一な反応環境を作り出す。.
  • 使い方シリコンインゴットを細かく粉砕し、リアクターに投入する。反応器を250～300℃に加熱する。流動床に塩素ガスを注入する。反応により四塩化ケイ素の蒸気が発生し、冷却され凝縮して液体になり回収される。.
• コンデンサーシステム:クロロシランの蒸気を冷却して液体状態にし、貯蔵や加工に利用する。効率よく凝縮させるため、コンデンサーの温度を-20℃～-30℃に設定する。.

ステップ3：クロロシランの加水分解によるシロキサンモノマーの生成

キーマシン

• 加水分解リアクター:
  • 何をするのか制御された環境でクロロシランを水と混合し、加水分解を誘発する。この反応により、シロキサンモノマー（例えば、ジメチルジクロロシランの加水分解によりジメチルシロキサンが得られる）と塩酸（HCl）が生成される。.
  • 使用方法液体クロロシランと水を1：2の割合で反応器に加える。過剰なHCl蒸気の放出を防ぐため、温度を20～40℃に保つ。混合物を1～2時間攪拌し続け、完全に反応させる。セパレーターを使用して、シロキサンモノマー層とHCl水層を分離する。.
• 塩酸スクラバー:塩酸の副生成物を除去・中和し、環境規制に適合させる。塩酸蒸気を水酸化ナトリウム（NaOH）溶液に通し、塩と水を生成する。.

ステップ4：シロキサンモノマーの重合

キーマシン

• 重合反応器:
  • 何をするのか熱と触媒を使って重合を開始し、シロキサンモノマーが架橋可能な長いポリマー鎖を形成する。一般的な触媒には、縮合重合には水酸化カリウム（KOH）、付加重合には白金などがある。.
  • 使用方法シロキサンモノマーと適切な触媒を反応器に投入する。混合物を、縮合重合の場合は100～150℃に、付加重合の場合は80～120℃に加熱する。均一な鎖成長を確実にするため、4～6時間撹拌を続ける。鎖終結剤（例えばトリメチルクロロシラン）を添加して、ポリマーの長さと特性をコントロールする。.
• 真空システム:ポリマー混合物から未反応モノマーと揮発性副生成物を除去する。ポリマーの純度を向上させるため、重合の最終段階では真空度を0.1～1mbarで運転する。.

ステップ5：コンパウンド（充填剤と添加剤の添加）

キーマシン

• インターナルミキサー（バンバリーミキサー）:
  • 何をするのかポリマーを補強フィラー（ヒュームドシリカなど）、可塑剤、酸化防止剤、着色剤などと混合し、均一なシリコーンコンパウンドを作る。ミキサーは回転するブレードで剪断力をかけ、添加剤を完全に分散させます。.
  • 使用方法ベースポリマーをミキサーに投入する。チャンバーを80～100℃に加熱し、ポリマーを軟化させる。ブレードを毎分50～100回転させながら、フィラーや添加剤を徐々に加える。20～30分間混合した後、コンパウンドを粉砕機に排出し、さらに加工する。.
• 二本ロールミル:コンパウンドされたシリコーンを精製し、気泡を除去して均一な粘度を確保する。回転する2本のロール（温度：60～80℃）の間にコンパウンドを5～10分間通し、ロールの間隔を調整しながら目的の厚さにする。.

ステップ6：シリコーンコンパウンドの成形（成形／押し出し

主な機械と用途射出成形、押出成形、熱成形

• シリコーン射出成形機 (LSRとHCRの場合）：
  • 機能：予熱された金型に溶融シリコーンを注入し、精密で複雑な形状（医療用カテーテル、自動車用シールなど）を成形します。一般的なタイプには、プランジャー式、オーガー式、ダイレクトドライブ式、全電動式などがあります。 シリコーン射出成形機の種類と使用ガイド.
  • 使い方は？
    • 液状シリコーンゴム（LSR）用：2種類のLSR成分（触媒と架橋剤）を注入ユニットに投入する。スタティック／ダイナミックミキサーで混合し、180～220℃に予熱した金型に注入する。圧力をかけて（100～200 bar）金型に充填し、1～5分間硬化させる。 .
    • 高粘度ゴム（HCR）用：予備成形したHCRストリップをスクリュー押出機に投入する。コンパウンドを加熱・混合し、150～250 barの圧力下で加熱した金型（160～180℃）に注入する。5～15分間硬化させる。 .
• シリコーン押出機:
  • 何をするのか所望の形状のダイにコンパウンドを通すことで、連続したシリコーン製品（ホース、ガスケット、プロファイルなど）を製造。.
  • 使用方法混練したシリコーンを押出機のホッパーに投入する。スクリューがシリコーンを搬送し（80～120℃）、柔軟な状態に加熱します。50～100バールの圧力でシリコーンをダイに通す。押し出された製品を水で冷やして形を整え、長さに合わせてカットする。.
• シリコーン熱成形機:
  • 用途：シリコーンシートを柔軟性が出るまで加熱し、真空または圧力を使って金型上に成形する（包装、自動車部品に最適）。 .
  • 使用方法シリコーンシートを機械にセットする。シートが柔軟になるまで120～160℃に加熱する。金型を下げ、真空（シートを金型に引きつける）または圧力（細かい形状の場合）をかける。成形品を冷やし、余分な部分を切り取る。.

ステップ7：硬化（加硫）

主要マシン＆使用法

• 熱風オーブン:
  • 何をするのか乾熱でシリコーン製品を硬化させます。小～中ロット（シール、ガスケットなど）に最適。.
  • 使い方成形したシリコーン製品をオーブンのラックに置く。温度を150～200℃に設定し、10～30分間硬化させる（製品の厚さによる）。均一な硬化のために、適切な空気循環を確保してください。.
• 連続加硫ライン（CVライン）:
  • 特長連続シリコーン製品（押出ホースなど）を大量生産で効率よく硬化させます。.
  • 使用方法押し出されたシリコーンを一定速度（1～5m/分）で加熱チャンバー（180～220℃）に通す。製品はチャンバー内を移動しながら硬化し、その後冷却してから巻き取りや切断を行います。.

ステップ8：シリコーン製造の仕上げと品質管理方法

キーマシン

• トリミング機:射出成形のバリなど、成形品や押出成形品の余分な材料をカットします。精密にはレーザートリマーを、大量生産にはメカニカルトリマーを使用します。.
• 品質管理機器:
  • 硬度計：ショア硬度（柔軟なシリコーンではショアAなど）を測定し、製品の一貫性を確保します。.
  • 引張試験機：引張強さと伸びの特性を評価する。.
  • 目視検査ステーション：拡大レンズや自動カメラを使用して、表面の欠陥（気泡、亀裂）をチェックする。.

シリコーン製造に関するよくある質問（FAQ）

Q1：なぜシリコーンは他のゴムより高価なのですか？

Q2: シリコーン・コンパウンドを加工するにはどんな装置が必要ですか？

Q3: シリコーンの硬化にはどのくらい時間がかかりますか？

Q4: シリコーンは製造時に有害ですか？

Q5: LSRとHCRの違いは何ですか？

Q6: 環境はシリコーン生産にどのような影響を与えますか？

シリコーン生産についての最終的な考え