Производство силиконовых изделий: твердый HCR против жидкого LSR против комбинированного твердо-жидкого формования
I. Обзор основных материалов и процессов
1. Твердая силиконовая резина (HCR – резина горячего отверждения, компрессионное формование, традиционный процесс)
Форма сырья
Твердые резиновые блоки/листы при комнатной температуре. Производителям необходимо самостоятельно смешивать базовую резину с отвердителями, цветными мастербатчами и армирующими порошками для настройки твердости, цвета, износостойкости, огнестойкости и других формул.
Полный производственный поток
Смешивание: Смешайте сырую резину, отвердитель, цветной порошок и добавки с помощью внутреннего миксера, затем экструдируйте в листы.
Резка и взвешивание: вручную нарезайте резиновые заготовки в соответствии с весом продукта.
Загрузка в форму : Откройте форму и поместите резиновые заготовки в полости.
Закрытие и отверждение формы: Нагрев до 150–200°C под давлением 5–10 МПа; лечить в течение 2–10 минут.
Открытие и извлечение формы, обрезка оклада (лишние заусенцы тяжелые).
Дополнительное вторичное пост-отверждение в духовке (удаление мелких молекул и запахов).
Основные характеристики процесса
Заполнение открытой формы: загрузите сырье после открытия формы, затем закройте и сожмите, чтобы резина растеклась и заполнила полости.
Сшивание: в основном отверждение перекисью, которое легко оставляет остаточные небольшие молекулы и вызывает сильный запах; Твердый силикон платинового отверждения доступен для моделей премиум-класса.
Оборудование: Стандартный гидравлический компрессионный пресс с небольшими первоначальными инвестициями (3 000–8 000 долларов США за единицу); простые недорогие формы с быстрой обработкой оснастки.
Высокая зависимость от рабочей силы: резка, погрузка и обрезка требуют ручной работы; один оператор может контролировать только 1–2 машины.
Плюсы
Низкие первоначальные затраты, экономичность для небольших партий и выборки прототипов.
Подходит для очень больших и толстостенных деталей (силиконовые коврики, большие уплотнительные прокладки, толстая силиконовая кухонная посуда).
Очень гибкая модификация формулы для обеспечения высокой прочности на разрыв, износостойкости, огнестойкости, проводимости и других особых свойств.
Низкая стоимость доработок пресс-форм и частых изменений конструкции.
Минусы
Длительное время цикла; рост затрат на рабочую силу для массового производства.
Низкая точность размеров с допуском ±0,1–0,3 мм, толстые линии разъема и большая нагрузка после обрезки.
Открытая производственная среда, склонная к загрязнению пылью, затрудняющая соблюдение стандартов чистоты для пищевых/медицинских применений.
Детали, отвержденные перекисью, имеют запах и низкую прозрачность; тонкостенные сложные конструкции легко страдают от неполного заполнения и появления пузырьков воздуха.
Типичные применения
Обычные силиконовые клавиатуры, промышленные большие уплотнительные кольца, силиконовые противоскользящие коврики, толстая силиконовая посуда, обычные автомобильные силиконовые детали, мелкосерийная нестандартная продукция, специальные проводящие/огнестойкие силиконовые компоненты.
2. Жидкая силиконовая резина (LSR – Liquid Silicone Rubber, LIM Liquid Injection Molding, High Precision Automated Process).
Форма сырья
Двухкомпонентная жидкая система (Часть А: Часть Б = 1:1, предварительно смешанная с платиновым катализатором). Никакого внутреннего смешивания не требуется; готовы к загрузке непосредственно на производственные машины. Пищевая/медицинская продукция изготовлена из сверхчистого сырья без примесей.
Полный производственный поток
Герметичные бочки с сырьем подключаются к литьевым машинам ЛСР; оборудование автоматически дозирует и смешивает часть А и часть Б с помощью статического миксера.
Инъекция в закрытую форму: сначала полностью закройте форму, затем впрыскивайте жидкий силикон под высоким давлением через холодный канал в нагретые полости.
Быстрое высокотемпературное отверждение: 160–190°C, время отверждения всего 10–60 секунд.
Автоматическое открытие и выталкивание формы с минимальным оплавлением; только легкая обрезка, вторичное постотверждение в большинстве случаев не требуется.
Основные характеристики процесса
Закрытая система впрыска: полностью герметичные трубопроводы и полости с нулевым воздействием воздуха, обеспечивающие производство медицинских изделий в чистых помещениях.
Сшивание: отверждение платиновым присоединением без летучих малых молекул, без запаха, высокая прозрачность и защита от пожелтения.
Оборудование: Специализированные термопластавтоматы ЛСР (7500–15 000 долларов США за единицу); Пресс-формы для горячеканальных систем стоят в 2–3 раза дороже пресс-форм из цельного силикона.
Высокая автоматизация: автоматическое дозирование, впрыск и выброс; один оператор может одновременно управлять 8–10 машинами.
Плюсы
Сверхбыстрый цикл формования, более низкая себестоимость единицы продукции при массовом производстве.
Сверхвысокая точность с допуском ±0,01–0,05 мм; без особых усилий заполняет тонкостенные, микроразмерные, текстурированные и сложные структуры с глубокими канавками.
Минимальные заусенцы, гладкая, прозрачная поверхность с приятной на ощупь поверхностью, идеально подходит для медицинских, детских и носимых потребительских товаров.
Возможность формования: силикон впрыскивается непосредственно поверх пластиковых или металлических вставок с прочной адгезией и без расслаивания, обеспечивая водонепроницаемость IP67/IP68.
Закрытое производство позволяет избежать загрязнения; легко проходит сертификаты биосовместимости FDA, LFGB и ISO 10993.
Минусы
Огромные первоначальные инвестиции в оборудование и пресс-формы; Дорогостоящий отбор проб и мелкосерийное производство.
Плохой отвод тепла для толстостенных деталей, склонных к внутреннему пузырению; не рекомендуется для очень толстых и крупногабаритных изделий.
Более высокая цена за единицу сырья; меньшее количество модифицированных специальных формул (проводящие, сверхизносостойкие) по сравнению с твердым силиконом.
Типичные применения
Детские соски, силиконовая посуда для еды, медицинские катетеры и уплотнения, водонепроницаемые прокладки для умных часов/наушников, прецизионные клавиатуры, ультратонкие защитные пленки, интегрированные пластиковые/металлические детали, оптически прозрачные силиконовые компоненты.
II. Комбинированное формование твердого и жидкого силикона (двухпроцессное формование композита)
Три основных композитных решения:
Решение 1: Твердая силиконовая подложка + вторичное формование LSR (наиболее широко используемое)
Процесс:
Изготовьте толстую основу конструкции методом твердого компрессионного формования (для структурной поддержки и контроля затрат на крупногабаритные детали).
Поместите предварительно отформованные твердые силиконовые полуфабрикаты в литьевые формы LSR, активируйте адгезию поверхности путем обработки грунтовкой.
Введите тонкий слой жидкого силикона в качестве внешней оболочки.
Преимущества:
Твердая основа снижает общую стоимость крупных деталей, а жидкий внешний слой обеспечивает гладкую, приятную для кожи поверхность без запаха и высокую прозрачность.
Балансирует структурную жесткость и превосходный тактильный внешний вид; широко используется для силиконовых ручек, ручек для косметических устройств, внешних уплотнительных слоев прокладок больших резервуаров для воды.
Решение 2: Жесткий пластиковый сердечник + твердая силиконовая подложка + уплотнительный слой из жидкого силикона
В основном для водонепроницаемых электронных компонентов: твердый силикон обеспечивает толстую амортизирующую поддержку, а жидкий силикон образует прецизионные водонепроницаемые уплотнительные слои с гораздо более высокими герметизирующими характеристиками по сравнению с отдельными твердыми силиконовыми деталями.
Решение 3. Двухцветная композитная форма (одна форма для последовательного формования твердого и жидкого материала)
Одна форма оснащена двумя полостями: сначала пресс-форма для твердого силикона, затем передаточная станция для впрыска жидкого силикона, образующая интегрированные детали без монтажных зазоров, подходящие для деталей среднего объема из композитных материалов.
Подходящие продукты для комбинированного твердо-жидкостного формования
Крупногабаритные детали, требующие контроля затрат, с контактными поверхностями, требующими соответствия пищевым требованиям или безопасности для кожи и отсутствия запаха.
Детали, требующие как толстой структурной поддержки, так и прецизионных водонепроницаемых герметизирующих слоев.
Двухслойная структура: внутренний твердый силикон для износостойкости, внешний жидкий силикон для высокой мягкости и прозрачности.
Недостатки
Объединение двух процессов увеличивает сложность пресс-форм и производственных линий; Стоимость единицы продукции резко возрастает для очень маленьких партий. Экономичен только для продуктов с композитной структурой в средних и больших объемах.
