液体硅橡胶的最新应用开发.doc

液体硅橡胶的最新应用开发近年来，液体橡胶注射成型方法(LIMS)，即液体硅橡胶的注射成型获得了广泛的普及和推广。最近，该方法因具有可进行短时间自动成型以及与塑料复合成型的优点，便成为业内人士普遍关注的成型方法。以下将对液体硅橡胶注射成型的最新动向，以及适用于这种成型方法的材料作一介绍。 1硅橡胶的液体注射成型 起步于上世纪70年代的液体硅橡胶注射成型方法逐渐普及，现今，作为硅橡胶的一种成型方法已获得认可，首先对普遍使用的LIMS法加以说明。 若用一句话来解释LIMS(液体硅橡胶注射成型)，就是用泵把加成固化型的液体硅橡胶输送到注射成型机里，在模型内固化成型的方法。为了进行比较，现将LIMS与一般硅橡胶(过氧化物硫化混炼胶料)成型方法的差别示于图1(略)。从这两个方法的工艺流程以及固化反应的差别来看，LIMS的优点有几点： (1)节省人力：材料输送、计量、混合、注射等的工序实现连续化自动化，减少动力消耗。 (2)可提高生产效率：通过快速固化以谋求缩短成型周期。 (3)能提高产品质量：无反应副产物生成，无杂质混入。 (4)适合复合成型：由于材料的流动性好、成型压力低，以及固化温度范围宽，因此，除了能进行嵌入件成型外还可进行复合成型。 2LIMS的最新技术动态 目前不仅正在由具有上述优点的单纯的混炼型式向LIMS方法过渡，而且最近正积极向以下两个方向发展。 (1)全自动成型：无飞边、无流道、自动脱模 关于全自动化成型工艺，人们从注射机、模具、材料等各个方面进行了研究。它不只是在工艺操作上可节省人力，而且由于它不会产生无用的固化物，因此材料成本降低，从兼顾环境保护这一角度出发，该方法也颇受人们关注。对于汽车用骨架油封那样的微型制品的成型来说，要求其成型周期(从注射起到下一次注射为止)在 10s以内，这样极短时间内完成也能做到。 (2)复合成型：夹物嵌件成形、二元成型 因为交联反应的形式是加成固化，所以可在比较低的温度下成型。由于交联反应中无过氧化物分解残渣等副产物生成，所以原则上无需过行二次硫化。因此可与树脂进行整体成型，通过涂布底涂材料进行镶嵌成型，使密封部分与骨架部分成为一个整体的二元成型也已开始普及。 硅橡胶具有优异性质(耐热、耐塞性、耐天候性、电绝缘性、阻燃性等)。由于这些性质，使基于全自动成型的环保成形，与金属、有机树脂的整体成型，是可能的。加之，材料本身是透明的具有可着色性，所以其应用范围涉及许多领域，如(计算机、移动电话等的)按键，奶瓶的奶嘴，(复印机、打印机等的)胶辊，管接头密封、油封等各种汽车配件，电视机显像管阳极帽、潜水用品等。 3无胶边/无流道自动成型用材料 近年来，在液体硅橡胶的注射成型方面，一种称之谓无胶边、无流道成型的方法开始普及。这是不产生无用固化物且无需二次加工的成型方法，即是一种没有注料口、流道(即便有也不发生固化)，不产生废胶边的成型方法。为了实施这种成型方法，模型的构造和分型面等的光洁度，注射机的计量、排出精度必须符合要求，即使在材料方面也必须是难以生成废胶边的材料。如图2(略)所示，进入模腔内的胶料在充满模腔后，由于胶料过多，或者因硅橡胶的热膨胀等因素，胶料流入分型面上，固化后便成为废胶边。假如将分型面设计得狭窄些，废胶边就难以生成，但是与此同时，空气也不易排去，于是便成为成品中含有气泡的原由。 图3 (略)为无废胶边成型材料的固化特性。与以前所用的材料相比，该材料的固化曲线成急速转折状态(从固化开始到固化结束时间很短)。通过选择这类材料的恰当注射条件，即，在材料充满模腔之前，固化还未开始，材料流动性很好，而当材料充满模腔后，固化立刻结束，即使还有残余压力，材料也不会流到分型面上，防止废胶边形成。 表1为无废胶边型用的“KE 2000系列”材料(硬度20-60)。由于该系列是高强度透明材料，因此可用于管接头以及潜水用品等方面。 表1无废边高速成型用透明高强度材料(KE2000系列)性能KE2000-20KE2000-30KE2000-40KE2000-50KE2000-60粘度(A材料)Pas1802505001000600粘度(B材料)Pas1802505001000600T10/T90s30/3730/4032/4132/4233/45比重(25)1.081.101.121.131.14硬度(邵尔A)2332425260拉伸强度，MPa8.58.99.29.89.6扯断伸长率，%750670600550460撕裂强度kN/m8.025303535 固化条件：1205min(平板机)+1501n(恒温箱) 固化测定条件：转子式 流变仪(ODR)150 4复合成型用材料 4.1选择性粘合材料 由于液体硅橡胶是通过加成(氢化甲硅烷基化)反应进行固化的，因此可以在比较低的温度下成型，并且不需要二次硫化，所以可与塑料进行复合成型。但是，为了制得硅橡胶与塑料整体成型的部件，需要采用底涂工艺，此时必须进行底涂层涂布，干燥等烦杂的操作。 为了解决这个问题，以下对最近开始销售的液体硅橡胶用选择性粘接材料介绍。这种选择性粘合材料只与塑粘合，而不跟模型粘合，它还具有与以前那种仅在短时间内呈现粘合性的硅橡胶粘合剂不同的特点。由于这一特点，它可用于镶嵌件成型及二元成型。即硅橡胶与塑料的二元成型，以及在不使用底工艺的情况下仍能进行镶嵌件成型，同样能制得橡胶与树脂粘合成一体的成型部件。表2传统方法与使用选择粘合材料的整体成型法的比较成型方法镶嵌件成型(传统方法)二元注射成型(选择性粘合材料)成型机械热塑性树脂成型机液体硅橡胶成型机二元注射成型机粘合树脂底涂处理选择性粘合材料工艺塑料成型取出(保管)脱脂底涂处理(有机溶剂)干燥安装在硅橡胶成型机上硅橡胶成型取出盘卷，剪边制品塑料成型模具滑行(旋转)硅橡胶成型取出制品 例如，将以前的镶嵌件成型工艺与使用本材料进行二元成型的工艺在表2中列出，二者的差异便一目了然。另外，在采用底涂工艺进行镶嵌件成型的方法中，存在着因树脂与底涂润湿性引起的不沾现象、涂布不均匀问题，在干燥工艺中的形状及干燥条件问题，因底涂层活性引起的使用时间问题等，均成为各种成型不佳、粘合不良的主要原因。此外，还由于要使用大量溶剂对工作环境带来负面影响的问题也不容忽视。对于二元成型来说，与用以前的方法不同，因不存在与树脂界面的粘合问题，而要借助镶嵌方法才能得到一体化的成型部件，所以模型、成型部件结构上的限制也会带来问题。以上的问题，借助于使用文中介绍的选择性粘合材料，不采用使用底涂粘合剂的镶嵌件成型工艺，以及不受结构上制约的二元成型工艺，便可使上述问题迎刃而解。 4.2选择性粘接材料的实用例 下文阐述镶嵌件成型及二元成型的实际情况。 (1)镶嵌件成型 现对7种商品化热塑性树脂与金属的结合件聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯醚(PPO)、尼龙6(PA66)、镍、铬)，按照图4(略)列示的方法进行镶嵌件成型。将各种树脂或金属安置于模型中，在模型温度120，固化时间120S的条件下对采用通用选择性粘接材料(X-34-1547 A/B)的胶料进行成型；再在模型温度165，固此时间60s的条件下对采用聚酰胺用选择性粘接材料(X-34-1625 A/B)的胶料进行成型，图5(略)为剪切粘接试验的结果。由图5可知，对于模型或者作为模型的表面处理材料镍及铬几乎不显示粘接性，而对塑料则形成了牢固的粘接。 (2)二元成形：为了进行热塑性树脂(聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯)与硅橡胶(X-34-4277A/B)的整体成型，可以使用图6(略)所示的模型旋转式二元成型机。树脂的熔融及注射条件，硅橡胶的固化及注射条件见表3所示。与镶嵌件成型一样，在进行剪切粘接试验时，对于PC、PBT表现出足够强的粘接力，分别达到4.5MPa、4.0 MPa。 表3二元成型中树脂及硅橡胶的成型条件项目单位PCPBTX-34-1277A/B注射筒温度285-310240-25010注射压力kgf/cm21100-1300350-450120合模压力t505050模型温度120-135130120固化时间s-120 4.3粘合机理 选择性材料为何不跟金属粘接，而只与树脂粘接呢?例如对于以碳官能(CT)硅烷为底涂层或者作为添加剂使用的普通的粘合模型来说，硅烷含有如图7(略)所示的，既能与有机材料反应的部分以及又能与无机材料，与金属(Metal -OH)和玻璃(Si-OH)反应的部分。可以认为这是通过提高材料之间的化学性相互作用(化学反应、氢键、分子间力等)而发挥粘接性能的。然而，文中介绍的选择性粘合材料，由于具有不粘模的特点，因而不能把这些CF硅烷作为粘合助剂使用。如图8(略)所示，选择性粘合材料与树脂成分的相互作用(与树脂的界面互相溶解，分子间的力等)十分强烈，而且可借助于粘合助剂参与交联，在短时间内即可形成具有足够粘合强度的粘合体。 表4选择性粘接材料(通用，聚酰胺用)性能X-34-1277X-34-1547X-34-1427X-34-1534X-34-1625(聚酰胺用)粘度,A材料Pas400340450600800粘度,B材料Pas700800700600850T10/T90 s82/10566/10294/15469/9830/55*相对密度(25)1.111.121.121.131.09硬度(邵尔A)4052606849拉伸强度MPa9.08.37.37.77.5扯断伸长率,%630420240230450 固化条件：1205min(平板硫化) 固化性测定条件：转子式流变仪(ODR)，120 *聚酰胺用的为150。 4.4选择性粘接材料 表4 对各种选择性粘接材料作了介绍。除了表中列出的这些材料以外，还可以根据用途进行材料设计，例如耐油、耐热性优良的材料、可着色的材料、低密度材料等。