注射成型LSR的最新进展

注射成型LSR的最新进展

图1 热塑性塑料/LSR包覆成型的一个应用是水龙头滤网。在这一制品中，用作滤

网的LSR被包覆成型到尼龙66上

得益于材料、设备和工艺的改进与革新，液态硅橡胶（LSR）逐渐摆脱了小众需求的现状，扩大了应用领域。其中，大型、微型和发泡制品，以及多色或多材料的组合是LSR应用的新领域。

液态硅橡胶(LSR)对于注塑加工商的商业机会的拓宽，要归功于更新的成型工艺，如发泡、多色或者多硬度注射，以及热塑性塑料/热固性塑料包覆技术的涌现。材料、设备和模具的改进增加了产品的多功能性，提高了产品质量，降低了注塑加工商准入的门槛。

今天的LSR注塑加工商拥有更多的原材料选择、更大的模具选择余地以及更好的工艺技术，不但可以成型小至数千分之一g的制品，而且也能够加工32kg以上的巨大产品。

材料、模具和加工设备供应商表示，在过去的几年里，对LSR感兴趣的人逐渐增加。“一些塑料公司对此感兴趣，一些新公司也希望开拓他们的业务，同时医疗领域的加工商也更多地加入进来。” Roembke Mfg. & Design模具公司副总裁Greg Roembke说。“我们发现,汽车工业已开始应用LSR。也许传统的硅橡胶在汽车工业中的应用已达到了极致，下一步需要从LSR获得更多的东西。”他补充说。

图2 LSR的双注射包覆成型通常在一个成型单元内完成，而LSR和热塑性塑料则分

别在不同的注射机上成型

LSR注塑加工商表示，他们已经从高温硅橡胶(HCR)、EPDM、乳胶、天然橡胶、TPE、PVC甚至陶瓷的应用领域中抢占了一些市场。Momentive Performance Materials（前GE Silicones）的弹性体和RTV总经理Bill French 说，由于LSR惰性、耐热且耐化学品，因此可用于生产奶嘴和奶头、医用装置阀门或密封条、医疗植入体、医用手套和汽车密封条等。另外，在电子连接器、O型圈、衬垫、膜、引擎内零部件和燃料系统零部件方面，LSR也将获得更大的市场份额。同时，在一些需要耐热的软触感应用中，如烹饪用具，LSR也正在取代TPE。

“在北美，10%~15%的硅树脂市场份额是LSR（全球为25％），余下的为硅橡胶。”Starlim 北美公司销售和市场部门副总裁John Timmerman说。Starlim公司是奥地利主要的LSR加工商，最近在美国成立机构。业界普遍认为，LSR在北美的需求年均增长已达到15％。

据研究评估，美国每年的LSR市场需求量约为8165~9072t，总产值约为8500万美元。另据分析，汽车工业是LSR最大的应用领域，占35％，医疗/健康护理次之，占25％，电子则占20％。

“2K”工艺

一些新品牌和一些引人注意的公司开发了几种新的LSR加工工艺，其中最突出的是多组分或者“2K”成型工艺，包括多材料、多色和多硬度成型工艺。多材料成型指的是典型的双注射成型工艺，即用LSR包覆成型热塑性塑料基体部件。双注射成型通常在一个成型单元内，需要分别进行热固性塑料和热塑性塑料的成型。首先完成热塑性塑料基体成型，接着将其转移到LSR成型设备中进行包覆成型。在一些应用案例中，热塑性塑料的残余热量能够使硅树脂固化。

图3 将LSR包覆成型到金属上，是另一新的应用领域

将热塑性塑料/LSR的两步成型联合到一台设备内完成，是令人感兴趣的。1988年，日本Nissei 公司就展示了这一技术。该工艺使用的模具很复杂，在热塑性塑料成型的一侧需要冷却装置，热固性材料固化的一侧需加热装置。热塑性基体部件能够通过几种方式被转移到LSR成型工位，例如通过转移板、旋转模具或者机械手将部件从一个模腔转移到另一个模腔。

“这种工艺虽然仅仅使用一台设备，而且占地面积小，但是对模具投入更大，因此该工艺更适合大批量生产。”Kipe模具公司主席George Kipe（在LSR加工领域工作已超过35年，被誉为美国LSR 成型业界之父）说。Starlim的Timmerman补充说，使用独立的注射机的好处是，允许加工商使用热塑性塑料成型设备做其他的工作。

Arburg在其德国的工厂开放日活动中，展示了使用带有旋转模芯的“双区”模具来实现LSR包覆成型PBT。该产品是一种6引脚电子连接件，其骨架采用30％玻纤增强PBT，LSR嵌入连接件表面的一端，以将整个部件的中部密封。两次注射使用同一个活动的浇道，生产过程中无废料产生。LSR要求冷流道温度为25℃，模具温度为200℃，PBT使用热流道成型，温度为300℃，成型后冷却至100℃。

该制品的成型周期为30s，所用注射机为Arburg Allrounder 470U液压注射机。垂直注射单元成型PBT，水平注射单元包覆成型LSR。LSR加工专家——奥地利的Rico Elastomere公司提供了4＋4模具。由于嵌入板驱动装置被整合到模具内，因此该装置能够被用到其他注射机上。

图4 Sulzer Chemtech的Optimfoam工艺据说是业界第一种LSR物理发泡技术

LSR/热塑性塑料成型的关键是确保材料之间能够粘和。第一种方法是，通过在热塑性塑料基体中成型出凹槽来锁住硅树脂。第二种方法是，使用超声振动、等离子表面处理或者化学材料涂层，来使两种材料粘和到一起。目前流行的解决方案是，使用特别改性的硅树脂配方来获得化学键合。

将LSR包覆成型到金属上也在发展之中。Kipe说，LSR能够包覆成型到阳极处理的铝上。另外，包覆成型到粉末金属上也是可行的。粉末金属制品具有多孔表面，能够与LSR发生机械接合。

LSR多色成型的“1副模具+1台机器”概念有了新的延伸，即能够使用一个机筒和注射单元生产具有3种颜色的制品。模具公司M.R. Mold & Engineering和注塑机制造商Toshiba Machine在2007年推出的LSR 3色成型系统，免去了繁琐的多注射系统，保留了LSR定量给料设备和无色成型注射机，同时缩短了生产转换时间和设置时间。该系统独家配备了Toshiba 的EC-NII全电动注射机。

“该工艺的关键是模具中阀式浇口喷嘴的使用。”M.R. Mold总经理Jim Albert说。其中，喷嘴为每一个单独的型腔提供色料。每一个模具型腔的每一种色料都对应一个喷嘴，LSR有一个独立的喷嘴。色料在进入模腔之前，先在模具的后端预混合。Toshiba的V-30控制器可监控工艺的每一个步骤，以确保色料得到精确使用，从而不会发生缺胶或透胶现象。M.R. Mold通过生产带有红色和蓝色条纹的白色LSR装饰片材，对该工艺予以了演示。