市場上有各種各樣的硅樹脂可適應多樣化的加工與裝配工藝而滿足相關(guān)的應用。注射成型是最普通的成型硅橡膠加工技術(shù)，包括高通量、可自動化操作、能生產(chǎn)出無飛邊的復雜幾何形狀的硅橡膠件。這里，我們展示不是所有硅樹脂都是相同的，重要的是初始開發(fā)階段就要依據(jù)其物理性能需求去確定如何選擇生產(chǎn)裝置。我們也將描述液態(tài)硅橡膠（lsr）及其典型性能，以便為從最初原型設(shè)計到規(guī)模生產(chǎn)獲得的最佳結(jié)果提供指引。

一、為何使用液態(tài)硅橡膠？

液態(tài)硅橡膠是堅韌與全能型硅樹脂。它們能被注模成幾乎任何東西而又能保持其彈性而不會被撕裂，諸如生產(chǎn)出從O環(huán)到各種形狀的薄壁產(chǎn)品。液態(tài)硅橡膠（LSR）可以是清澈透明的，能被制造出獨特性能的產(chǎn)品，例如耐溶劑性、高熱穩(wěn)定性或低釋氣性。液態(tài)硅橡膠（LSR）還可以與各種添加劑、特殊填料（顏料）以及活性藥物成份（APIs）良好混合，而極少會對其最終硫化彈性體的韌性與彈性等關(guān)鍵性能產(chǎn)生影響。

在醫(yī)療保健應用領(lǐng)域，硅樹脂以其生物相溶性而眾所周知，應用于植入醫(yī)療器材方面已有相當長的歷史。許多商品化液態(tài)硅橡膠（LSR）產(chǎn)品，Nusil科技公司都擁有全面的生物試驗數(shù)據(jù)，從產(chǎn)品概念到商品化生產(chǎn)整個過程，都能幫助縮減許多應用產(chǎn)品的開發(fā)時間。

在惡劣環(huán)境下，硅樹脂也能得到廣泛應用。這得益于其在高低溫環(huán)境下以生俱來的卓越熱穩(wěn)定性能，及其低模量使在冷熱交替變化環(huán)境下能提供應力釋放的能力。

二、什么是液態(tài)硅橡膠？

總的來說，液態(tài)硅橡膠（LSR）是由粘度范圍從50000到大于1000000cPs的兩部份硅樹脂按1:1比例組成，在大多數(shù)情況下，使用鉑催化添加劑硫化系統(tǒng)在大于80℃的溫度來生產(chǎn)液態(tài)硅橡膠（LSR）。液態(tài)硅橡膠（LSR）通常由約75%的線性硅樹脂聚合物，約23%的氣相二氧化硅以及部份硫化添加劑（如氫化交聯(lián)劑與阻聚劑）的殘余物共混構(gòu)成。氣相二氧化硅增大了硅樹脂的物理性能。它有能力作用于聚合物的非共價鍵，當施加剪切力于未硫化或已硫化的聚合物時能幫助其實現(xiàn)應力釋放。圖表1說明可依聚合物粘度將液態(tài)硅橡膠（LSR）從其它硅樹脂類型中區(qū)分出來。中高粘度聚合物與硅的組合給未硫化液態(tài)硅橡膠（LSR）一個類似奶油狀凡士林的外觀。成功加工液態(tài)硅橡膠（LSR）取決于使用適宜設(shè)備，該設(shè)備可混合與泵送粘稠物料而不會混進空氣（更詳細描述見加工環(huán)節(jié)）。

圖表1、硅樹脂組成與性能和加工處理對照

液態(tài)硅橡膠（LSR）的硫化機械性能取決于多種因素，如聚合物的分子量及其與氣相二氧化硅相互作用所形成的分子結(jié)構(gòu)。從某種程度上來說，聚合物粘度、填料類型與填料質(zhì)量都會影響硫化硅橡膠的拉伸強度、伸長百份率與韌性。

大多數(shù)市售液態(tài)硅橡膠（LSR）使用鉑催化添加劑實行硫化反應。施加的硫化過程提供了最佳的硬度，從非常軟（40 "00"）到（90A）的未硫化粘度小幅變化。這是切實可行的，交聯(lián)密度可通過調(diào)整配方中乙烯基與氫化基團的比例來獲得優(yōu)化。在NuSil技術(shù)中，A單元含鉑催化劑，B單元含交聯(lián)劑與阻聚劑。部份揮發(fā)性阻聚劑控制著反應速度，使其在被加熱揮發(fā)前能確保混合物在反應中具有足夠的貯存時間。圖1表明了這個交聯(lián)反應過程。

圖表2、鉑催化添加劑硫化交聯(lián)作用與硅氫化作用對照

一些硅膠系統(tǒng)使用硅樹脂代替二氧化硅與加強聚合物。通常，樹脂加強系統(tǒng)具有較低的粘度，可將其分類為低稠度彈性體（LCE）。它們也可使用液態(tài)硅橡膠（LSR）成型設(shè)備，但會傾向于自流平、清透、和由于樹脂粒子交聯(lián)反應使其具更高的模量。圖2比較了三種50A硬度的硅樹脂的應力應變曲線，該三種硅樹脂具有不同的粘度與機械強度，包括一種樹脂增強LCE，一種氣相二氧化硅增強液態(tài)硅橡膠（LSR）和更長聚合物分子的高粘度彈性體HCR。注意到HCR的伸長率%（應變%）高于LCE和液態(tài)硅橡膠（LSR），這是由于HCR有更長的聚合物分子使其能拉伸得更長。同時也注意到，相較于同樣硬度的二氧化硅填料材料，樹脂填料材料擁有更高的模量，這是由于樹脂填料是非常依賴于交聯(lián)，反之，二氧化硅填料能給出更高的應力釋放能力，從而改變材料的拉張應力（應力psi）。

圖表3、應力應變曲線對照

三、相容性

因為大多數(shù)液態(tài)硅橡膠（LSR）使用鉑催化添加劑硫化系統(tǒng)，重要的是加工硅樹脂時是使用相容性材料，以確保其充分硫化并隨之達成最佳性能。鉑催化硅樹脂的交聯(lián)反應能被可抑制催化劑與交聯(lián)劑的化合物所減緩。鉑將形成復合體以減少硫、胺、錫及別的配位體的作用。在交聯(lián)劑中氫化物能與其它來自非硅樹脂系統(tǒng)的乙烯基或不飽和鍵發(fā)生反應。鉑和氫化物也能被某些填料所吸收，詳見NuSil發(fā)表的“鉑催化硅樹脂時如何避免抑制作用”一文，該文給出了詳細說明。以下列出了準備選擇或加工硅樹脂時的通用項目。

● 限制硅樹脂接觸到諸如膠乳、胺固化環(huán)氧樹脂和熱熔結(jié)合物等“有害物質(zhì)”。

● 確?；钚运幬锍煞?、顏料、熒光材料、特殊填料與溶劑等添加劑與硅樹脂相容。

● 預備底物以便在二次成型時使用，包括清除劑和可能用到的增強附著力的處理劑。

另外需要考慮的是硫化溫度。因為液態(tài)硅橡膠（LSR）通常需在最低80℃溫度下硫化，常備的標準液態(tài)硅橡膠（LSR）可能不會選用于表中所列出的應用范圍。這些應用被選作定制配方的硅樹脂以便在較低溫度下硫化。

● 溫度敏感組份；

● 溫度敏感藥物；

● 遇高溫熔化的溫度敏感熱塑性塑料的模制成型。

四、加工

有時，一種材料會在產(chǎn)品設(shè)計初期依據(jù)其加工性能而提前做出選擇，以期達到預想的應用性能。但如果硅樹脂不被設(shè)計為能適應大規(guī)模加工裝置時，這有可能在隨后生產(chǎn)中遇到問題。然而，有些硅樹脂能適應裝置改變的任一階段，不管是在設(shè)計初期，小規(guī)模中試還是大規(guī)模應用階段。

由于液態(tài)硅橡膠（LSR）是稠的，它們需要高壓注入模具中。它將如何被加工或傳送到模具中，這里，液態(tài)硅橡膠（LSR）的打包成為關(guān)鍵。因為工具增加的腔體積與數(shù)量導致必須施予更高的壓力。有幾種裝置可適應于或大或小規(guī)模的生產(chǎn)。一步法直接成型生產(chǎn)硅樹脂部件逐步被淘汰，代之以分別成型再附著在一起的二次成型生產(chǎn)。作為生產(chǎn)技術(shù)革新方法，二次成型變得越來越普及。

多數(shù)模制成型系統(tǒng)適宜用直邊桶或鼓作容器，并需要用雙缸泵輸送液態(tài)硅橡膠（LSR）進入靜態(tài)混合系統(tǒng)（也稱作靜止混合器）以實現(xiàn)在沒加入空氣情況下混合A與B組份。然后系統(tǒng)采用高壓將混合后的硅樹脂注入模具中。注射成型和其它類型的高通量成型技術(shù)常常會在輸送系統(tǒng)中損失至少1kg的材料。有不少模制成型供應商專營硅樹脂的注射成型，從少到實驗室樣品到工廠化生產(chǎn)均可提高服務。注射成型設(shè)備的初始投資較高，因此許多公司會借用模制成型供應商的技能與裝備去代其生產(chǎn)硅樹脂成型產(chǎn)品。

圖表4、通過振蕩盤流變儀（ODR）進行流變測量

實驗室規(guī)模裝置可滿足于樣品開發(fā)與小規(guī)模生產(chǎn)。關(guān)鍵是包裝選擇，以適應在容器中由泵和注射系統(tǒng)方便傳送硅樹脂。在一些情況下，可能會用手工完成處理過程。詳見NuSil的“混合與脫氣加成型硅樹脂”的操作說明。對于室驗室試產(chǎn)，液態(tài)硅橡膠（LSR）在壓力下注入模具。許多情況下，采用雙筒包裝去直接注入模具。如果使用多腔模具，可用更大的雙筒包裝，以便于氣動槍輸送更多量的液態(tài)硅橡膠（LSR）。

受等級所限，液態(tài)硅橡膠（LSR）也可通過傳遞模塑法加工，盡管這樣極具挑戰(zhàn)性，但也是完全可以做到的。標準液態(tài)硅橡膠（LSR）能被用于冷模，然后在爐中加熱來成型，或為了更快加工成型進程而使用預熱模具。有必要提醒你的技術(shù)銷售代表明確你所要具備的加工能力（即混合設(shè)備、脫氣裝置等）。如果你沒有能力去混合與脫氣，強烈推薦使用雙桶裝備而不建議使用含各自獨立的容器的裝備。

無論是試驗級還是大規(guī)模生產(chǎn)級，模具都是硅樹脂成型選擇的一個重要因素，除尺寸公差外，模具設(shè)計將也要注意飛邊、表面光潔度，以及有時由于不恰當?shù)呐欧呕蚶鋮s而造成空氣留截或氣泡。最初鑄造一個高質(zhì)量模具可幫助避免日后可能引發(fā)的眾多問題。

硫化作用或硫化過程的收縮是大多數(shù)熱塑性彈性體材料的固有性質(zhì)。了解什么引起收縮，更重要的是如何控制這一過程，這是在硅樹脂模塑成型和模具設(shè)計時都需著重考慮的問題。模制元件的收縮引致原因除模具選材（如不同的不銹鋼）外，更大原因應是硅橡膠的熱膨脹性。因此，當模制件冷卻時，其收縮超過成型模腔帶來的差異。此外，當隨之而來的硫化作用較高的后硫化溫度，揮發(fā)組份被驅(qū)離出硅樹脂橡膠，從而模制件的大小會進一步減小。

硅樹脂橡膠常常會有2-3%的收縮率，通常在模具設(shè)計上會考慮給予補償。在壓縮或傳送模制件時，為了獲得一致均衡的收縮，了解以下技巧可能會有所幫助。要獲得加硫液態(tài)硅橡膠均衡的收縮，注射成型應控制好穩(wěn)定一致的成型時間。在恒溫下二次加工，注射壓力也會有助于達成均衡的收縮。因此，所建議的控制收縮的技巧可能包括微調(diào)模具注射壓力與模溫的控制。

如果裝置最后要進行大體積的模制成型，要進行幾種試驗來評估其性能，這些試驗需要確定要用多大壓力與硫化時間以達到最佳效果。表2將幫助規(guī)劃好從試驗到規(guī)模生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。

圖表5、基本性能

五、總結(jié)

液態(tài)硅橡膠（LSR）具有的優(yōu)點：

● 為高通量與高精度模制成型應用進行設(shè)計

● 高撕裂強度和伸長率%（韌性）

● 萬能（清澈透明，可添加填料及其它添加劑，改變化學性能）

● 長貯存期

● 可二次硫化（后硫化）

液態(tài)硅橡膠（LSR）具有的缺點：

● 對加工處理與設(shè)備敏感（小樣試驗與大規(guī)模液態(tài)注射成型對比），選擇合適設(shè)備與包裝至關(guān)重要

● 低的硫化溫度（多數(shù)情況不會室溫硫化）

● 鉑催化劑敏感

文章轉(zhuǎn)載自：http://tech.newmaker.com/art_53316.html