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液態硅膠（LSR，Liquid Silicone Rubber）的流道固化原理是其分子鏈通過化學交聯反應形成三維網狀結構的過程，這一過程主要依賴鉑金催化的硅氫加成反應，并受溫度、流道設計、材料組分等多因素協同控制。以下從反應機理、影響因素及工藝控制三方面展開解析：

一、核心化學反應：鉑金催化硅氫加成反應

1. 材料組成

A 組分：含乙烯基（Vi-Si）的聚二甲基硅氧烷（基礎膠）+ 填料（如氣相法白炭黑）+ 加工助劑；

B 組分：含氫基（H-Si）的聚硅氧烷（交聯劑）+ 鉑金催化劑（如氯鉑酸絡合物）+ 抑制劑（如炔醇類）。

2. 反應機理

低溫抑制階段：常溫下，抑制劑（如 3 - 甲基 - 1 - 丁炔 - 3 - 醇）與鉑金催化劑結合，形成穩定絡合物，阻止硅氫基團（H-Si）與乙烯基（Vi-Si）反應，確保 LSR 在儲存和注射過程中保持液態。

升溫活化階段：當 LSR 進入流道（溫度升至 60-120℃），抑制劑受熱揮發或與催化劑解絡合，鉑金催化劑活性位點暴露，催化乙烯基與氫基發生硅氫加成反應，生成 Si-O-Si 鍵，開始交聯：\(\text{Vi-Si} + \text{H-Si} \xrightarrow{\text{Pt}} \text{-Si-O-Si-} + \text{H}_2\uparrow\)

高溫固化階段：進入模具（溫度 160-200℃）后，催化劑活性最大化，交聯反應快速完成，形成彈性體網絡。

二、流道固化的關鍵影響因素

1. 溫度場分布

流道溫控區間：低溫區（＜80℃）：反應速率極慢（半衰期＞30 分鐘），適用于長流道或復雜結構，避免提前固化堵塞流道；

中溫區（80-120℃）：反應開始明顯進行（半衰期 5-15 分鐘），需精確控制停留時間，防止流道內凝膠化；

高溫區（＞120℃）：快速固化（半衰期＜2 分鐘），僅適用于短流道或熱流道系統。

案例：某醫療導管模具采用分段溫控流道，主流道溫度 85℃（延緩固化），分流道溫度 110℃（平衡流動與交聯），澆口區域驟升至 170℃（瞬間激活固化），可實現 0.8mm 薄壁件的無氣泡填充。

2. 流道幾何設計

直徑與長度：流道直徑過小（＜2mm）會導致剪切生熱（剪切速率＞1000s?¹ 時，溫度升高 5-10℃/m），加速固化；

長流道（＞500mm）需配合梯度升溫（如入口 80℃，出口 110℃），補償前端材料的停留時間延長。

流道內壁處理：拋光至 Ra≤0.2μm 可降低流動阻力，減少滯留；

熱流道噴嘴采用鍍銀處理（導熱率 420W/m?K），確保溫度均勻性（溫差≤±2℃）。

3. 材料流動特性

黏度與剪切變稀：LSR 黏度隨剪切速率增加而下降（假塑性流體），如信越 KEG-2000-50 在剪切速率 100s?¹ 時黏度為 30Pa?s，1000s?¹ 時降至 10Pa?s，高速流動可延緩固化（剪切應力抑制交聯取向）。

停留時間窗口：根據催化劑活性（如鉑金濃度 5-20ppm），流道內允許最長停留時間公式為：\(t_{\text{max}} = \frac{\ln(1/(1-\alpha))}{k(T)}\) （α 為允許交聯度，通常≤5%；k (T) 為溫度依賴的反應速率常數，如 100℃時 k≈0.02min?¹，允許停留時間≈25 分鐘）。

4. 催化劑與抑制劑平衡

抑制劑濃度：過多會導致 “硫化延遲”（如超過 500ppm 時，180℃下固化時間＞5 分鐘）；過少則易在流道中提前交聯。

動態平衡：部分牌號 LSR（如瓦克 ELASTOSIL® LR 3030）采用雙抑制劑體系，低溫下以炔醇類為主，高溫下釋放含磷抑制劑，實現寬溫區加工穩定性。

三、工藝控制策略與典型應用

1. 流道類型選擇

冷流道系統：溫度控制在 60-80℃，適用于多腔模具（如 O 型圈量產），流道廢料可通過粉碎回收（回收率≤30%，需避免過度交聯）。

熱流道系統：溫度 120-150℃，流道內保持半固化狀態（邵氏 A 硬度 10-20），澆口處瞬間升溫至 180℃完成固化，適用于精密件（如鏡頭密封件），材料利用率可達 95% 以上。

2. 防固化異常措施

停機保護：生產中斷時，用清洗料（如硅油 + 白炭黑混合物）沖洗流道，避免 LSR 滯留交聯；

氮氣吹掃：對熱流道噴嘴通入氮氣（流量 5-10L/min），抑制鉑金催化劑與空氣水汽反應失活。

3. 典型應用場景

汽車傳感器封裝：采用熱流道 + 針閥式澆口，流道溫度 130℃，確保 LSR 在 3 秒內填充 0.3mm 間隙的 PCB 密封腔，避免電子元件受熱損傷。

醫療輸液管包膠：冷流道溫度 75℃，配合螺桿轉速 50rpm（剪切速率≈500s?¹），實現透明 LSR 與 PVC 基材的同步流動，固化后透光率＞90%。

總結：流道固化的本質是 “可控的動態交聯過程”

液態硅膠在流道中的固化需平衡流動性保持與交聯啟動時機，核