一、液態(tài)硅橡膠的特性

液態(tài)硅橡膠(Liquid Silicone Rubber, lsr) 是種無毒、耐熱性、具高回彈性的柔軟熱固性材料，其流變行為的主要表現(xiàn)為具低黏度、可快速固化、剪切稀化現(xiàn)象以及較高的熱膨脹系數(shù)值。LSR 是以鉑金(Pt, Au)作為催化劑的兩液型快速固化材料，可采射出成型加工方式來成型，射出成型方式可達(dá)到大量制造、快速交聯(lián)固化，以及可重復(fù)性的穩(wěn)定生產(chǎn)等加工優(yōu)點(diǎn)。

LSR的射出產(chǎn)品具備較好的熱穩(wěn)定性、抗寒性與優(yōu)越的電氣絕緣性，燃燒時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)。LSR的應(yīng)用領(lǐng)域極廣，舉凡健康用品、汽車、嬰兒用品、醫(yī)療用具、潛水用品、廚房用具，以及密封性應(yīng)用產(chǎn)品等，LSR都是在現(xiàn)階段生產(chǎn)設(shè)計(jì)中不可取代的材料。

圖1：液體硅橡膠是一種堅(jiān)固，柔韌的材料，可以很好地保留其記憶力。

二、LSR 的成型加工制程

液態(tài)硅橡膠LSR 的成型加工只需要三個(gè)步驟：「計(jì)量混合」、「模塑成型」、「熟化定型」。液態(tài)硅橡膠LSR 具優(yōu)異的流動(dòng)性，在模具中固化后具有堅(jiān)固性和柔韌性，使LSR 射出產(chǎn)品可進(jìn)行非常態(tài)的細(xì)部結(jié)構(gòu)與倒扣等設(shè)計(jì)，這是其它射出材料，如塑膠或熱塑性彈性體等所無法做到的。LSR 通常是以射出機(jī)射出成型，其成型設(shè)備與熱塑性塑料常用的加工設(shè)備相似，但對于細(xì)部的要求卻不全然相同。

LSR為雙液型或雙成份組成的液態(tài)原材料，分A液成份和B 液成份，市售包裝最常使用是20 公斤（約5 加侖）提桶或200 公斤（約55 加侖）圓桶包裝。提桶或圓桶組件放置在配有精確隨動(dòng)板的高壓泵中，以通過精確的高壓控制泵將黏性組分從包裝圓桶推出，利用混合裝置精確地將A、B 液成份以1:1 比例充分混合。此外，因部分產(chǎn)品為有顏色的設(shè)計(jì)，所以可加裝配有色料的加色泵組及顏色計(jì)量裝置，將A 液、B 液、添加劑、色料等在靜態(tài)混合器中充分混合后導(dǎo)入塑化系統(tǒng)。在混合系統(tǒng)中，冷卻介質(zhì)必須確?；旌衔锬鼙３衷谑芸氐睦鋮s溫度(10~20℃ ) 下，以抑制交聯(lián)或固化反應(yīng)提早發(fā)生，冷卻狀態(tài)下的LSR 混合物可保持穩(wěn)定長達(dá)數(shù)天。

LSR 專用的塑化螺桿同時(shí)具有均勻化、混合的功能，通過螺桿將混合料射出到成型高溫模具中，在模溫170 ～ 200℃條件下，觸發(fā)起始交聯(lián)反應(yīng)使硅膠材料發(fā)生固化反應(yīng)成型最終產(chǎn)品。當(dāng)LSR 模具使用冷流道進(jìn)料系統(tǒng)時(shí)，值得注意的是流道要足夠低溫且足夠冷。此外，為避免漏料或漏膠，針閥裝置會(huì)安裝在模具部件表面，射出完成后，針閥立即將封閉射嘴。

圖2：交聯(lián)決定了熱固性材料的許多特性，如強(qiáng)度，穩(wěn)定性和耐熱性

二、LSR 的成型加工設(shè)備考量

1、液態(tài)硅橡膠射出成型機(jī)的關(guān)鍵組成

? 由于LSR的低黏度特性，在加工過程中要考慮材料的回流和逸漏，因此對射出螺桿的密封要求非常重要。

? 為防止LSR的感溫過早固化，射出機(jī)與模具間的隔熱設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，最好是采用針閥式射嘴，當(dāng)射膠完成后立刻封閉噴嘴。

? A 液、B 液兩組成成份的混合、計(jì)量裝置。

圖3：在某些情況下，LSR流動(dòng)性號(hào)，容易跑披鋒，即使是小至0.005mm的間隙

2、定量供料系統(tǒng)

定量供料系統(tǒng)共有下列幾種形式可供選擇：

? 雙向泵可上下移動(dòng)送料，能夠有較好的穩(wěn)壓效果，借由A 液、B 液泵間相連接，同步由液壓氣動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，因此此種形式的供料系統(tǒng)可較精確的控制計(jì)量且可靠性較高。

? 單向泵是種通用型，只能單項(xiàng)選擇送料。

? 帶有止逆閥的同步單向泵。

? 計(jì)量筒系統(tǒng)主要與單向泵互相配合使用。

3、模具的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)考量上，一般有以下幾種形式：

? 熱流道形式比較浪費(fèi)物料，設(shè)計(jì)簡單，成本低，多用于大型件產(chǎn)品。

? 有針閥的冷流道可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，成型周期短。

? 無針閥的冷流道系統(tǒng)，由于LSR的膨脹系數(shù)較高，加熱時(shí)會(huì)發(fā)生膨脹，冷卻時(shí)卻有較微小的收縮，因此成品不能在模具中保持精準(zhǔn)的側(cè)邊距，所以較建議采用針閥式冷流道系統(tǒng)來進(jìn)行加工。

? LSR應(yīng)保持較低溫度和流動(dòng)性，冷流道采閉合式系統(tǒng)，在射出加工周期中，閉合系統(tǒng)在每一個(gè)流道中都采用「封膠針」或「針形閥」來控制LSR 材料的準(zhǔn)確計(jì)量。

由于硅橡膠具顯著的受熱膨脹特性，收縮率為2 ～ 4％（反應(yīng)固化溫度為150℃），同時(shí)硅橡膠具有受壓變形的特點(diǎn)。LSR流動(dòng)/ 反應(yīng)固化的分析如下：

? 液態(tài)硅橡膠的反應(yīng)固化化學(xué)反應(yīng)，需要一定的反應(yīng)時(shí)間。

? 理想的流動(dòng)場( 流長比)，在直徑2mm，170cm 長度的流道中，LSR 熔膠的流動(dòng)距離可超過100cm (L/t >500) 。

? 最小厚度1/1000 mm。

? 模溫過高會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)交聯(lián)固化提早，從而引起流動(dòng)受阻。

? 層流形式可避免產(chǎn)生氣泡。

? 高速射出會(huì)導(dǎo)致擾流形式流動(dòng)。

? 物料的黏度會(huì)改變流動(dòng)的模式。

? 湍流或擾流形式容易導(dǎo)致白點(diǎn)。

圖4：LSR 部件位于一對鋁制模具的頂部

基于上面的分析敘述，在模具的設(shè)計(jì)上要注意以下幾項(xiàng)重點(diǎn)：

? 為避免擾流和噴流，應(yīng)使用較小的針點(diǎn)或翼狀小進(jìn)澆口。

? 用T 型導(dǎo)向栓代替柱形導(dǎo)向栓，以增加模具定位精度。

? 應(yīng)加裝隔熱層或隔熱板。

? 不要使用含聚合抑制劑的防銹劑/ 油，一般可用甲苯、二甲苯等擦拭模具。

此外，固化的LSR 容易沾黏在金屬表面上，應(yīng)用上最為普遍的脫模技術(shù)包括頂針頂出和空氣推頂。通過以上資訊，可以看到硅橡膠射出成型技術(shù)主要解決的問題是在于其混合、計(jì)量部分，以及螺桿的密封與模具的設(shè)計(jì)。

圖5：LSR 材料于灑水器的應(yīng)用

圖6：LSR 材料的應(yīng)用范圍十分廣泛，在許多領(lǐng)域的產(chǎn)品中都能看到其應(yīng)用

三、結(jié)論

液態(tài)硅橡膠(LSR) 的射出成型加工因?yàn)槭菍儆谳^獨(dú)特的加工技術(shù)，所以需要對LSR 材料有基本認(rèn)識(shí)，且在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)加工上給予適當(dāng)與正確的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，能充分理解LSR 射出成型與生產(chǎn)制作流程設(shè)計(jì)的原則，就可避免出現(xiàn)產(chǎn)品問題，生產(chǎn)高品質(zhì)、高效率的LSR 產(chǎn)品。LSR 材料的射出成型加工在目前算是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益還不錯(cuò)的市場，而且產(chǎn)業(yè)上對于LSR 產(chǎn)品之需求也有越來越多的趨勢，新應(yīng)用產(chǎn)品也會(huì)越來越多，這勢必會(huì)引導(dǎo)更多成型加工業(yè)者投入LSR 的產(chǎn)品生產(chǎn)，也會(huì)讓液態(tài)硅橡膠(LSR) 射出成型加工產(chǎn)業(yè)鏈與市場更加茁壯。

文章作者：型創(chuàng)科技/ 劉文斌 技術(shù)總監(jiān)