液态硅胶成型技术及应用(时虹)

液态硅胶成型技术及应用

时虹

（九江职业技术学院，江西九江332007）

摘要：本文通过阐述液态硅胶的注射成型和浇注成型技术，着重论述了液态注射成型特点和设计要点，详细叙述了液态硅胶的应用范围。

关键词：液态硅胶；注射成型；浇注成型

0 引言

近几年来，液态硅胶的应用越来越广，

其成型技术也得到了快速发展。液态硅胶是

一种无毒、耐热、高复原性的柔性热固性材

料，其流变行为主要表现为低黏度、快速固

化、剪切变稀以及较高的热膨胀系数[1]。由

液态硅胶硫化而成的制品具有温度适应性

强，纯度高，透明性好，挥发物质含量少，

耐油耐老化，耐化学药品和绝缘性突出等优

点，在汽车、建筑、电子工业、医疗保健、

机械工程、食品工业等领域得到广泛应用。

液态硅胶的成型工艺经过发展，具有多

种形式，本文主要介绍应用最广的液态注射

成型和浇注成型工艺。

1 液态注射成型

液态硅胶成型工艺中，液态注射成型

(Liquid Injection molding/LIM)技术得到最

早应用。液态注射成型是将A、B胶(成分如

表1所示)通过泵送系统送到计量系统中，

按1：1或者其它比例精确计量后，输送到

静态混合器中，混合后再输送到注射装置

中，由注射装置再混合后注射到热的模具

内，在模具内胶料经过快速的硫化反应后，

形成具有一定强度和弹性的硅胶制品，其成

型过程如图1所示：

图1

基础胶交联剂催化剂抑制剂填料

A 胶乙烯基硅

油

——

Pt-络

合物

——

白炭黑，水合氢

氧化铝等

B 胶乙烯基硅

生胶

含氢硅

油

——

富马酸二

甲酯等

白炭黑，水合氢

氧化铝等

在液态硅胶的成分中，催化剂和抑制

剂的作用显得尤为重要。由于液态硅胶需要

发生硫化反应，所以添加了催化剂来加速硫

化反应。当液态硅胶温度达到硫化温度时，

具有极高硫化速度（200℃时，硫化速度达

到每毫米壁厚只需3～5s），而且液态硅胶不

能长期存在于40～50℃的温度中（50℃时，

即便没有达到硫化温度，在3～4分钟内，

也会缓慢发生反应）。因此为了使液态硅胶

温度在没有达到硫化温度前，不发生硫化反

应，还需向其组分中加入抑制剂。在达到硫

化温度时，抑制剂失效，液态硅胶快速发生

反应。

1.1成型特点

1)液态硅胶注射成型与固体橡胶模

压成型相比不需塑炼、混炼、预成型等操

作工序，节省了人力、物力和能量，减少了

设备投资及占地面积。

2)液态硅胶注射成型可实现全密闭

条件下自动进行的加工过程，消除了人工操

作偏差，减少了加工过程中各种可变因素的

影响和污染，保证了产品的尺寸精度和内在

质量，这有利于液态硅胶在医疗上的应用。

3)由于液态硅胶的粘度很低(一般在

10～1000Pa·s范围内)、流动性和加工性良

好，所以它的注射压力比固体橡胶及塑料的

注射成型压力低很多，一般注射压力为5～

20MPa，某些情况下可低于1 MPa，因此可

以生产无飞边产品，减少材料浪费，同时降

低了设备和模具的磨损。另外由于液态硅胶

的流动性好，特别适合于成型大型产品、形

状极复杂的产品或超薄产品，如成型厚度为

0.5mm，长度达100mm的超薄产品，这种

形状对于固体胶料是难以成型的。

4)液态硅胶的硫化速度很快。注射成

型时一般在160℃～220℃下经数十秒到几

分钟即可完成硫化反应，因而其成型周期

短、生产效率高。

5)液态硅胶在螺杆计量时所需的背压很小，一般小于1.5 MPa，对于某些粘度极低的液态硅胶胶料，甚至可以不设置背压，这主要是由于低粘度硅胶流动性很好，并且正常工作时液态硅胶中气体含量很低。反而大的背压，会导致未硫化的硅胶密度增大，破坏计量装置的精确计量效果。

6)液态硅胶在注射成型过程中没有收缩，但由于硅胶具有较高的热膨胀系数，因而在脱模、冷却后通常会有2％～3％的收缩，确切的收缩数据取决于物料配方。从加工的观点来看，设计者应该预先对影响收缩的一些因素有所考虑。

1.2 设计要点

1)采用液体温控技术，控制料筒，喷嘴温度控制在5～25℃之间。通常采用冷却水作为冷却介质。

2)为了防止液态硅胶固化，采用液压驱动的针阀式密封喷嘴。射胶完毕时，针阀立即封闭射嘴。

3)在成型过程中，A、B胶料的混合均匀度，直接影响着硫化后的制品质量，而在一些制品质量要求高的情况下，胶料经过静态混合器后的混合程度不能完全满足要求，螺杆的补充混合作用能较好的满足要求。又由于胶料为液态，不需要经历塑化，所以螺杆设计成为无压缩或低压缩以及剪切作用弱的螺杆，且不需要大的长径比。一般不宜直接应用注塑机上的螺杆结构，因为其螺杆结构通常具有较强的剪切作用，容易引起局部硫化，影响制品性能，所以设计专门用于液体硅胶注射机的螺杆具有重要的意义。如果制品质量要求不高时，可以考虑用柱塞代替螺杆来完成注射。

4)液态硅胶粘度低，较低的注射压力就能产生较高的注射速度，滞留在模具内的空气容易卷入到制品中。为了制得高质量的制品，可考虑在注射前对模具进行抽真空。也可以利用调节锁模力达到赶走空气的目的，即在锁模力较低时，液态硅胶填充至空腔的90％～95％之后再将锁模力调高，这样既可以有效排气，又可以避免液态硅胶溢出，产生飞边。

5)液态硅胶的粘度较低，在注射时容易形成回流，因此止逆环的密封效果一定要好，一般不宜直接应用注塑机上的止逆结构，而通常采用如图2所示的止逆结构。其工作过程：螺杆计量时，胶料在螺杆推送力作用下，通过栓胶圈上的孔，推开止逆环，进入螺杆头部。

图2

6)液态硅胶注射成型过程需要采用冷流道技术，而且流道要足够冷。流道与模具之间需要有足够好的隔热效果，以确保液态硅胶不会在流道内硫化，堵塞喷嘴，这样有助于减少废料产生，节约成本。

7)如果成型的是极其柔软且敏感的、高要求的制品，可考虑加入气动刷来清洁模具，用机械手来顶出制品。

2 浇注成型

电力行业的复合绝缘子大多是采用硅胶来成型，而用于高压方面的绝缘子体积通常较大，成型绝缘子的模具体积也较大。采用液态硅胶来生产绝缘子时，由于其硫化速度相对固态硅胶要快得多，所以如果采用普通注射装置注射胶料，容易导致液态硅胶还未充满模具，流道就被硫化的硅胶所阻塞，使得成型的制品性能无法达到要求，甚至不能成型完整的制品。基于这些问题，在注射成型的基础上，开发出了浇注成型工艺。

浇注成型基本成型原理是：A、B胶被泵送到计量系统，经过计量后，进入到静态混合器，在静态混合器中充分混合后，直接进入模具。A、B混合胶进入到模具前，先利用模温机将模具保温在较低的温度，待胶料充满模具后，开始对模具加热，使其达到一个设定的温度，然后保温，硫化，冷却，开模，完成一次成型过程。此种成型方法适合于制品体积庞大，外观质量要求不高的场合，其成型示意图如图3所示。