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液態(tài)硅膠包膠與pc塑料注塑成型

發(fā)布時(shí)間:2025-04-25點(diǎn)擊:

液態(tài)硅膠(LSR)包膠PC 塑料注塑成型是兩種應(yīng)用廣泛的材料加工技術(shù),分別適用于不同場(chǎng)景。以下從材料特性、工藝原理、核心技術(shù)難點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域及成本效益等方面進(jìn)行深度對(duì)比分析:

一、材料特性對(duì)比

特性液態(tài)硅膠(LSR)PC 塑料
基礎(chǔ)成分 由硅氧鍵(Si-O)構(gòu)成的高分子聚合物,添加鉑催化劑交聯(lián)固化。 聚碳酸酯(PC),屬熱塑性工程塑料,含雙酚 A 結(jié)構(gòu)。
物理性能 - 耐溫范圍:-60℃~260℃(特殊配方可達(dá) 300℃)
- 硬度:Shore A 10~80
- 彈性模量:0.5~5 MPa
- 拉伸強(qiáng)度:3~12 MPa
- 斷裂伸長(zhǎng)率:300%~800%
- 壓縮永久變形率:<10%(100℃×22h)
- 耐溫范圍:-40℃~130℃
- 硬度:Shore D 80~90
- 彈性模量:2.2~2.4 GPa
- 拉伸強(qiáng)度:60~70 MPa
- 斷裂伸長(zhǎng)率:120%~150%
- 壓縮永久變形率:<5%(130℃×22h)
化學(xué)穩(wěn)定性 抗臭氧、紫外線、耐候性?xún)?yōu)異,耐弱酸堿,對(duì)多數(shù)有機(jī)溶劑穩(wěn)定。 耐油、耐脂肪族烴,但易受芳香族溶劑(如甲苯)侵蝕,長(zhǎng)期暴露于高溫高濕環(huán)境易水解。
生物相容性 符合 FDA、ISO 10993(細(xì)胞毒性、致敏性、植入毒性)認(rèn)證,可用于醫(yī)療、食品接觸場(chǎng)景。 需通過(guò) FDA 21 CFR 177.1580 認(rèn)證,部分牌號(hào)含雙酚 A,醫(yī)療級(jí)需額外處理。
熱膨脹系數(shù) 200×10??/℃(顯著高于 PC) 67×10??/℃

二、工藝原理與核心技術(shù)難點(diǎn)

1. 液態(tài)硅膠包膠(LSR Overmolding)

  • 工藝步驟
    1. 基材預(yù)處理:金屬 / 塑料基材需噴砂(Ra 0.8-1.6μm)或涂覆硅烷偶聯(lián)劑(如 KH-560)增強(qiáng)粘結(jié)力。
    2. 模具設(shè)計(jì):采用 S136 不銹鋼模具,表面鍍硬鉻(厚度 5-10μm),型腔精度 ±0.01mm,澆口直徑 0.3-0.8mm。
    3. 注塑成型
      • 設(shè)備:高精度 LSR 注塑機(jī)(如 KraussMaffei),配備真空系統(tǒng)(真空度<10mbar)。
      • 參數(shù):料筒溫度 25-40℃,模具溫度 60-90℃,注射壓力 50-100bar,固化時(shí)間 10-30s。
    4. 后處理:冷凍去毛邊(-80℃液氮)、EO 滅菌(殘留量<10ppm)或輻照滅菌(25-50kGy)。
  • 技術(shù)難點(diǎn)
    • 粘結(jié)力不足:LSR 與 PC 極性差異大,需使用底涂劑(如道康寧 DC-3-6075)或等離子體活化基材表面。
    • 氣泡缺陷:需優(yōu)化模具排氣設(shè)計(jì)(如分型線開(kāi)槽深度 0.004-0.005mm),結(jié)合真空注塑減少氣泡。
    • 尺寸偏差:LSR 熱膨脹系數(shù)高,模具需預(yù)留收縮率(2.5%-3%),采用模流分析(Moldflow)優(yōu)化填充路徑。

2. PC 塑料注塑成型

  • 工藝步驟
    1. 原料干燥:PC 吸水性強(qiáng),需在 120℃干燥 4 小時(shí)(含水率<0.02%)。
    2. 模具設(shè)計(jì):采用 P20 或 H13 鋼材,表面拋光(Ra≤0.05μm),流道短而粗(直徑≥1.2mm)。
    3. 注塑成型
      • 設(shè)備:普通注塑機(jī)(如海天 MA 系列),螺桿長(zhǎng)徑比 18:1-20:1。
      • 參數(shù):料筒溫度 280-320℃,模具溫度 80-100℃,注射壓力 130-180MPa,保壓壓力 60-90MPa。
    4. 后處理:噴涂 UV 漆(硬度≥3H)、電鍍或激光打標(biāo)。
  • 技術(shù)難點(diǎn)
    • 熔體粘度高:PC 流動(dòng)性差,需高溫高壓注射,易產(chǎn)生熔接痕,需優(yōu)化澆口位置。
    • 內(nèi)應(yīng)力控制:成型后需退火處理(120℃×2h)消除內(nèi)應(yīng)力,避免開(kāi)裂。
    • 表面缺陷:易產(chǎn)生銀紋、氣痕,需降低注射速度(30-50mm/s)并優(yōu)化冷卻水路。

三、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ρ?/span>

行業(yè)液態(tài)硅膠包膠典型應(yīng)用PC 塑料注塑典型應(yīng)用
汽車(chē) - 新能源汽車(chē)電池包密封(IP68 防水)
- 車(chē)載傳感器護(hù)套
- 方向盤(pán)防滑握把
- 車(chē)燈外殼(透光率>88%)
- 儀表盤(pán)面板
- 安全氣囊罩
消費(fèi)電子 - 手機(jī)防水按鍵(IP68)
- 智能手表表圈密封
- 耳機(jī)耳塞(舒適性貼合)
- 手機(jī)中框(抗跌落強(qiáng)度>1.5m)
- 筆記本電腦外殼
- VR 眼鏡鏡片(抗刮擦硬度>3H)
醫(yī)療 - 注射器活塞密封
- 導(dǎo)管頭端包膠金屬接頭
- 手術(shù)器械防滑握柄
- 醫(yī)用面罩(抗沖擊強(qiáng)度>50J/m)
- 培養(yǎng)皿
- 血液透析器外殼
工業(yè)設(shè)備 - 真空泵密封圈(耐化學(xué)腐蝕)
- 高壓管道密封件(耐 1000kPa 壓力)
- 機(jī)器人關(guān)節(jié)緩沖墊
- 工業(yè)相機(jī)防護(hù)罩(耐 UV 老化)
- 流量計(jì)外殼
- 電機(jī)端蓋(阻燃等級(jí) UL94 V-0)
日用品 - 嬰兒奶瓶奶嘴(FDA 認(rèn)證)
- 保溫杯密封圈
- 潛水鏡防水墊圈
- 運(yùn)動(dòng)水壺(抗摔性>3m)
- 智能門(mén)鎖面板
- 電動(dòng)工具外殼(耐油性)

四、成本效益分析

成本項(xiàng)液態(tài)硅膠包膠PC 塑料注塑
模具成本 高(單套模具約 5 萬(wàn) - 20 萬(wàn)元),適用于高精度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如多腔模)。 低(單套模具約 1 萬(wàn) - 5 萬(wàn)元),適合大批量生產(chǎn)。
材料成本 高(液態(tài)硅膠約 120-200 元 /kg),但材料利用率達(dá) 98%(無(wú)流道廢料)。 低(PC 原料約 20-30 元 /kg),但流道廢料需回收(回收率≤50%)。
加工成本 中等(注射周期 10-30s),需真空系統(tǒng)和精密溫控。 低(注射周期 5-15s),普通注塑機(jī)即可。
后處理成本 高(冷凍去毛邊 0.5-1 元 / 件 + 滅菌 1-3 元 / 件)。 中等(噴涂 1-3 元 / 件 + 電鍍 5-10 元 / 件)。
單件成本 高(10-50 元 / 件),適合高附加值產(chǎn)品(如醫(yī)療、汽車(chē))。 低(1-10 元 / 件),適合大規(guī)模量產(chǎn)(如日用品、消費(fèi)電子)。
規(guī)模效應(yīng) 批量>10 萬(wàn)件時(shí)成本顯著下降(模具分?jǐn)偅?/td> 批量>50 萬(wàn)件時(shí)成本優(yōu)勢(shì)明顯。

五、關(guān)鍵技術(shù)趨勢(shì)

  1. LSR 包膠技術(shù)升級(jí)
    • 無(wú)溶劑底涂技術(shù):如道康寧 Silquest® A-174,通過(guò)化學(xué)鍵合提升粘結(jié)力,減少 VOC 排放。
    • 3D 打印定制包膠:采用 LSR 材料直接打印復(fù)雜密封結(jié)構(gòu),無(wú)需模具,適用于小批量定制。
    • 納米復(fù)合 LSR:添加石墨烯或碳納米管,提升導(dǎo)熱性(導(dǎo)熱系數(shù)>1.0 W/m?K),用于新能源汽車(chē)電池散熱。
  2. PC 注塑工藝創(chuàng)新
    • 微發(fā)泡注塑:通過(guò)超臨界 CO?發(fā)泡,減重 30% 且保持強(qiáng)度(如特斯拉 Model 3 內(nèi)飾件)。
    • 光學(xué)級(jí) PC:透光率>91%,用于 AR/VR 頭顯透鏡,替代玻璃材料。
    • 生物基 PC:采用植物基原料(如甘蔗渣),碳足跡降低 40%,符合歐盟綠色新政。

六、選型決策指南

決策維度優(yōu)先選擇 LSR 包膠優(yōu)先選擇 PC 注塑
性能需求 - 高彈性(如密封件)
- 耐極端溫度(-60℃~260℃)
- 生物相容性(醫(yī)療、食品)
- 抗紫外線老化(戶(hù)外應(yīng)用)
- 高剛性(如結(jié)構(gòu)件)
- 透明性(如光學(xué)部件)
- 抗沖擊(如安全防護(hù))
- 阻燃性(如電子外殼)
成本控制 中高成本(單件>10 元),適合高附加值產(chǎn)品。 低成本(單件<5 元),適合大規(guī)模量產(chǎn)。
生產(chǎn)批量 中小批量(1 萬(wàn)~10 萬(wàn)件),模具分?jǐn)偝杀究山邮堋?/td> 大批量(>50 萬(wàn)件),規(guī)模效應(yīng)顯著。
環(huán)保要求 可回收(LSR 廢料可裂解再生),符合 RoHS、REACH。 可回收(PC 廢料可造粒回用),但含雙酚 A 需特殊處理。
典型案例 特斯拉 Model Y 電池包密封件(IP68 防水)、美敦力心臟起搏器導(dǎo)管接頭。 iPhone 15 中框(抗跌落強(qiáng)度>2m)、西門(mén)子醫(yī)療 CT 機(jī)外殼(阻燃等級(jí) UL94 V-0)。

七、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避建議

  1. LSR 包膠風(fēng)險(xiǎn)
    • 粘結(jié)失效:需嚴(yán)格控制基材表面粗糙度(Ra 0.4-1.2μm),并進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試(≥2N/mm²)。
    • 氣泡缺陷:采用真空注塑(真空度<10mbar),并優(yōu)化模具排氣設(shè)計(jì)(如分型線開(kāi)槽深度 0.004mm)。
    • 滅菌后性能衰減:選擇耐輻照 LSR 牌號(hào)(如信越 KE-1310),并驗(yàn)證滅菌后拉伸強(qiáng)度保留率≥80%。
  2. PC 注塑風(fēng)險(xiǎn)
    • 內(nèi)應(yīng)力開(kāi)裂:成型后需退火處理(120℃×2h),并避免銳角設(shè)計(jì)(R 角≥1.5mm)。
    • 表面銀紋:降低注射速度(30-50mm/s),提高模具溫度(80-100℃)。
    • 水解老化:避免長(zhǎng)期暴露于高溫高濕環(huán)境(如洗碗機(jī)),選擇改性 PC(如添加抗水解劑)。

總結(jié)

液態(tài)硅膠包膠與 PC 注塑成型各有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景:


  • LSR 包膠以高彈性、耐溫性和生物相容性見(jiàn)長(zhǎng),適用于醫(yī)療、汽車(chē)等高可靠性領(lǐng)域,但成本較高。
  • PC 注塑以高強(qiáng)度、透明性和經(jīng)濟(jì)性為核心,適合消費(fèi)電子、工業(yè)設(shè)備等大規(guī)模量產(chǎn)場(chǎng)景。


企業(yè)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品性能需求、成本預(yù)算和生產(chǎn)規(guī)模綜合評(píng)估,必要時(shí)可采用復(fù)合工藝(如 PC 基材 + LSR 包膠),兼顧剛性與密封性能。未來(lái),隨著材料創(chuàng)新(如自修復(fù) LSR、生物基 PC)和工藝升級(jí)(如 AI 模流分析、數(shù)字化工廠),兩者的應(yīng)用邊界將進(jìn)一步拓展。
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