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什么是液態硅膠包膠轉注工藝?

發布時間:2025-05-19點擊:

液態硅膠包膠轉注工藝(Liquid Silicone Rubber Transfer Molding)是一種高精度的復合成型技術,通過將液態硅膠(LSR)與塑料、金屬等基材結合,形成一體化包膠結構。其核心在于利用模具設計和工藝參數控制,實現硅膠對基材的精準包覆,同時保留 LSR 的優異性能(如耐溫性、生物相容性)。以下是該工藝的詳細解析:

一、工藝原理與流程

  1. 模具設計
    轉注模具包含材料儲存腔型腔,基材預先放置在型腔內。液態硅膠通過壓力從儲存腔經流道注入型腔,覆蓋基材表面并固化1518。模具通常采用單模板設計,重要尺寸集中在一塊模板上,確保尺寸穩定性(公差可達 ±0.05mm),優于傳統注塑成型的多模板組合結構18
  2. 材料處理
    • 雙組分混合:LSR 的 A、B 組分通過靜態混合器均勻混合,確保硫化反應充分。
    • 基材預處理
      • 金屬或塑料表面需進行等離子體處理(Ar/O?混合氣體,功率 100W/30s)或噴涂底涂劑(如道康寧 3-6090),提升表面能至≥40mN/m,增強附著力119
      • 針對 PP/PE 等難粘材質,可采用火焰處理電暈處理,形成微觀粗糙結構以增加機械鎖止力1
  3. 成型過程
    • 壓力控制:注射壓力通常為 60-80MPa,采用階梯式壓力(第一段 80MPa,第二段 50MPa)避免急充導致的氣泡或溢膠118
    • 溫度管理:模具溫度控制在 120-150℃,確保 LSR 快速硫化(固化時間約 90-180s),同時避免基材過熱變形118
    • 排氣設計:模具需開設微排氣槽(寬 1-3mm,深 0.004-0.005mm),防止空氣滯留影響成型質量18
  4. 脫模與后處理
    • 采用氣脫或頂針脫模,減少產品損傷。
    • 飛邊厚度需控制在≤0.01mm,可通過二次元測量視覺檢測系統實時監控118

二、核心優勢

  1. 高精度與復雜結構適應性
    液態硅膠流動性優異,可填充微米級間隙(如 0.2mm 厚的密封圈),適合生產醫療導管、微型傳感器等精密部件17。例如,手機 SIM 卡托的防水密封圈厚度可控制在 0.2mm 以內,且表面無毛刺1
  2. 材料兼容性與長效可靠性
    • 直接與 PC、ABS、金屬等基材粘合,無需額外膠水,避免脫膠風險。例如,汽車電子連接器的金屬引腳與硅膠密封層可一次成型,耐受 - 40℃至 150℃極端溫差17
    • 硅膠層提供 IP68 級防水防塵,耐鹽霧腐蝕(5% NaCl,96h),廣泛應用于 Type-C 接口、車燈密封圈等場景17
  3. 生產效率與自動化
    • 成型周期短(數秒至數分鐘),適合大批量生產。例如,醫療注射器保護套通過轉注成型實現自動化生產,分型線幾乎不可見21
    • 結合閉環控制注塑設備高速視覺檢測,可實時剔除缺陷品,良率提升至 99% 以上1

三、典型應用場景

  1. 醫療領域
    • 精密器械:注射器保護套(壁厚 0.45mm±0.05mm)、導管密封件,采用轉注成型確保生物相容性和無菌環境21
    • 植入物:心臟起搏器電極護套,通過 LSR 的高彈性和抗老化性保障長期可靠性7
  2. 消費電子
    • 防水部件:手機、穿戴設備的接口密封圈,耐受 1 萬次插拔測試不滲漏1
    • 柔性電路:FPC 包膠保護,提供抗彎折和防潮性能,適用于可穿戴設備傳感器17
  3. 汽車工業
    • 密封系統:車燈密封圈、發動機艙線束護套,耐受高溫油污(150℃)和極端溫差循環17
    • 安全部件:方向盤按鍵包膠,通過自粘型 LSR(如瓦克 ELASTOSIL® LR 3030)實現無縫觸感1

四、挑戰與解決方案

  1. 材料與工藝匹配
    • 問題:LSR 與基材熱膨脹系數差異大(如 PC 與硅膠 CTE 差異>50×10??/℃),導致應力開裂。
    • 解決
      • 選用耐溫≥250℃的加成型硅膠(如信越 KE-3470)匹配高溫塑料1
      • 優化硫化參數,采用階梯式升溫(先 120℃/60s,再 150℃/120s)減少內應力18
  2. 模具設計與維護
    • 問題:分型面磨損(間隙>0.03mm)或粗糙度不足(Ra>1.6μm)導致溢膠。
    • 解決
      • 研磨分型面至平面度≤0.005mm,粗糙度 Ra≤0.8μm,并增設0.02mm 深止膠位118
      • 采用錐面定位結構(錐度 3-5°)提高合模精度,減少飛邊1
  3. 質量控制
    • 問題:批量生產中尺寸波動或分層。
    • 解決
      • 建立DOE 實驗設計(如 L9 正交表),系統優化溫度、壓力、時間等因子1
      • 進行長期可靠性驗證(如 - 40℃~85℃高低溫循環 50 次),確保界面穩定性1

五、與其他工藝的對比

工藝優勢局限典型應用
轉注成型 高精度(±0.05mm)、低飛邊、模具成本適中 復雜結構設計受限、生產效率低于注塑 醫療導管、微型傳感器
注塑成型 自動化程度高、適合復雜結構 模具成本高、對基材兼容性要求嚴格 汽車密封條、消費電子外殼
模壓成型 設備簡單、適合小批量 精度低(±0.2mm)、飛邊多 普通密封圈、低端硅膠制品

六、總結

液態硅膠包膠轉注工藝通過材料科學、模具設計與工藝控制的協同優化,實現了高精度、高可靠性的復合成型。其核心價值在于:


  1. 技術融合:結合 LSR 的彈性與基材的剛性,滿足復雜功能需求(如防水、耐溫)。
  2. 效率平衡:在成本、精度與生產速度之間找到最優解,尤其適合中高端制造業。
  3. 創新驅動:推動醫療、汽車、電子等領域的產品升級,如可穿戴設備的柔性封裝、新能源汽車的高可靠線束保護。


未來,隨著自動化設備和智能檢測技術的發展,轉注工藝有望在微納制造(如 MEMS 傳感器包膠)和生物可降解材料領域實現突破,進一步拓展應用邊界。
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