Силиконовая накладка Этот передовой процесс меняет подход к производству, позволяя создавать долговечные, эргономичные и высокоэффективные компоненты для различных отраслей промышленности. Он включает в себя формование гибкого силикона на жесткой подложке, такой как пластик, металл или стекло, за один этап. В результате получается бесшовное соединение, сочетающее в себе структурную прочность с гибкостью, комфортом и устойчивостью силикона к воздействию окружающей среды.
Жидкий силиконовый литьевой полимер (LSR-литье) Это предпочтительный метод производства надежных многофункциональных деталей, от медицинских рукояток до электронных разъемов. В этой статье мы рассмотрим все, что вам нужно знать об этом методе. силиконовая накладкаот основ и материалов до процесса, преимуществ и применения в различных отраслях.
Согласно испытаниям по стандарту ASTM D395, компоненты, изготовленные методом литья под давлением с использованием силикона, сохраняют остаточную деформацию при сжатии в пределах 20-40%, обеспечивая длительную герметичность.[1].
Что такое силиконовое литье?
Силиконовое литье под давлением — это многоступенчатый процесс литья под давлением, при котором гибкий силиконовый материал формуется непосредственно на жесткую подложку для создания единого цельного компонента. По сути, это двухэтапный процесс литья, при котором сначала создается базовая подложка, обычно из пластика или металла, а затем поверх нее наносится силикон.
Эта технология сочетает в себе структурную прочность подложки с уникальными свойствами силикона: термостойкостью (от -60°C до 230°C), биосовместимостью и превосходным сцеплением. В результате получается прочная высокоэффективная деталь, сочетающая в себе прочность подложки с уникальными свойствами силикона.
Механизм сцепления при литье под давлением из силикона основан на двух основных методах: химическом связывании и механическом сцеплении. Химическое связывание происходит, когда силикон образует молекулярную адгезию с надлежащим образом подготовленными поверхностями подложки.
Согласно стандартам классификации ASTM D2000, силиконовая резина (VMQ/LSR) демонстрирует превосходную адгезию к металлам и высокотемпературным пластмассам, когда поверхностная энергия превышает 38 дин/см².[2].
Чем это отличается от традиционного формования?
Традиционное литье под давлением работает с одним материалом, тогда как литье с наложением слоев сочетает в себе несколько материалов с взаимодополняющими свойствами. Кроме того, литье с наложением слоев обеспечивает плавные переходы между твердыми и мягкими компонентами без необходимости дополнительных этапов сборки.
Эта технология обеспечивает лучшее сцепление, улучшенную эргономику и лучшую защиту окружающей среды по сравнению с традиционными методами формования. Кроме того, силиконовое литье устраняет необходимость в ручной сборке, снижая трудозатраты и повышая общую долговечность изделия за счет прямого соединения материалов.
Материалы, используемые при формовании силикона
Формование силиконовых деталей в первую очередь основано на сочетании жёстких подложек с гибкими силиконовыми материалами. Этот процесс позволяет сочетать различные свойства материалов для создания деталей с повышенной функциональностью и долговечностью.
Варианты жесткой подложки включают:
Термопласты Обеспечивает структурную целостность. Температура размягчения материала должна превышать 170°C, чтобы он выдерживал процесс отверждения силикона. Согласно стандарту ASTM D2000, к подходящим материалам относятся:
- Полибутилентерефталат (ПБТ): температура деформации при нагреве 150-160°C.
- Полифениленсульфид (ППС): температура непрерывного использования 200-240°C.
- PEEK (полиэфирэфиркетон): температура деформации при нагреве 315°C
- Поликарбонат (ПК): температура деформации при нагреве 130-145°C.
Драгоценные металлы В том числе нержавеющая сталь, алюминий и латунь, при надлежащей обработке поверхности и нанесении грунтовки, обеспечивают превосходную прочность.
Армированные полимеры Например, пластмассы, армированные стекловолокном или углеродным волокном, придают материалу жесткость.
Для гибкого слоя производители используют два вида силикона:
- Жидкая силиконовая резина (LSR): Консистенция, подобная кукурузному сиропу, требует платинового катализатора, отличная химическая стойкость, прочность на разрыв, остаточная деформация при сжатии, термостойкость, экстремальная гибкость при низких температурах
- Высококонсистентный каучук (HCR): Повышенная механическая прочность для сложных условий эксплуатации
Свойства силиконовых материалов (согласно стандартам ASTM/ISO)[3].
| Твердость (по Шору А) | 10 – 80 | ASTM D2240 |
| Предел прочности на разрыв | 6 - 12 МПа | ASTM D412 |
| Относительное удлинение при разрыве | 200% - 800% | ASTM D412 |
| Сопротивление разрыву | 15 – 47 кН/м | ASTM D624 |
| Остаточная деформация при сжатии (22 ч при 175°C) | 20% - 40% | ASTM D395 |
| Плотность | 1.11–1.20 г/куб.см | ASTM D792 |
| Рабочая Температура | -60 ° C до + 230 ° C | – |
Руководство по совместимости материалов
Успешное литье под давлением зависит от выбора совместимых материалов основы и силикона. Приведенная ниже матрица совместимости основана на отраслевых испытаниях и более чем 18-летнем опыте производства компании Fecision. [4].
| Запечатываемый материал | Уровень связи | Требуется грунтовка | Заметки |
| ПК (поликарбонат) | Прекрасно | Нет | Сильная химическая связь |
| ABS | Хорошо | По желанию | Широко используется в электронике. |
| PBT | Хорошо | Рекомендованные | Высокое сопротивление жары |
| PA (нейлон) | Средняя | Да | Высокое поглощение влаги |
| PP | Не очень | Особый сорт | Низкая поверхностная энергия |
| Нержавеющая сталь | Прекрасно | Да | Прочный с грунтовкой |
| Алюминий: | Хорошо | Да | Чистая поверхность имеет решающее значение. |
При выборе материала необходимо тщательно учитывать факторы совместимости. Для обеспечения надлежащего отверждения LSR температура стеклования подложки должна быть выше 150°C (300°F). Толщина материала для литья должна быть меньше или равна толщине подложки. Некоторые марки LSR, известные как безпраймерные или самоклеящиеся силиконы, могут склеиваться с пластиком напрямую без использования праймеров, что упрощает процесс.
Пошаговый процесс литья под давлением силикона
Формование силикона требует точности на каждом этапе для обеспечения надлежащей адгезии и функциональности. Давайте рассмотрим каждый важный этап этого процесса.
1. Подготовка субстрата
Основой процесса литья под давлением является выбор подложки. Термопласты должны иметь температуру размягчения выше 170°C, чтобы выдерживать процесс отверждения силикона. Такие материалы, как PBT, PPS и PEEK, хорошо подходят в качестве базовых компонентов.
При литье с закладными элементами тщательный контроль предотвращает отклонения размеров, которые могут привести к неправильной посадке пресс-формы. Шероховатость поверхности должна контролироваться в пределах 1.6–3.2 мкм Ra для оптимального сцепления в соответствии со стандартом ISO 4287.
Обработка поверхности имеет решающее значение для успешного склеивания. Загрязнения, такие как масла и разделительные составы для пресс-форм, могут препятствовать надлежащему химическому склеиванию. Рекомендуемые методы обработки поверхности включают:
- Плазменная обработка: создает микрошероховатости для механического соединения.
- Коронный разряд: активирует поверхностную энергию для улучшения адгезии.
- Химические грунтовки: наносятся за 30 минут - 2 часа до формования.
2. Очистка и обработка поверхностей
Загрязнения, такие как остатки масла и разделительные составы для пресс-форм, могут препятствовать надлежащему сцеплению материалов. Поэтому тщательная очистка имеет решающее значение перед началом процесса литья под давлением.
Для улучшения адгезии производители обычно используют различные методы: они могут включать в конструкцию детали едва заметные подрезы, чтобы силикон лучше сцеплялся с поверхностью; наносить грунтовку, которой требуется от 30 минут до 2 часов для высыхания; или использовать методы обработки поверхности, такие как плазменная обработка, коронный разряд или пескоструйная обработка, чтобы сделать поверхность более благоприятной для склеивания. Для достижения надежного химического сцепления энергия поверхности должна превышать 38 дин/см.
3. Подготовка пресс-формы и предварительный нагрев
Формы должны быть спроектированы таким образом, чтобы надежно удерживать заготовки под давлением впрыска, не деформируя их. Предварительный нагрев пластиковых и металлических вставок способствует склеиванию. Однако материалы с низкой температурой плавления предварительно нагревать не следует. Контроль температуры имеет решающее значение на протяжении всего процесса. Температура в форме обычно составляет от 150 до 200 °C для оптимального отверждения.
4. Инъекция силикона
В большинстве случаев литье силиконовых матриц представляет собой двухэтапный процесс. Подложка помещается в специальную полость формы, после чего форма закрывается, и LSR (лакированный силиконовый каучук) впрыскивается непосредственно на подложку. Двухкомпонентные силиконовые компоненты (A+B) смешиваются в соотношении 1:1 перед впрыском. Материал течет по охлажденным литникам в нагретые полости, где происходит вулканизация. Давление впрыска варьируется от 50 до 150 МПа в зависимости от геометрии детали.
5. Отверждение и охлаждение
В процессе отверждения силикон вулканизируется при определенных условиях температуры и давления. Эта химическая реакция требует надлежащего терморегулирования, обычно 170-220°C. Охлаждение составляет 70-80% времени цикла формования. Время отверждения варьируется от 5 до 30 секунд в зависимости от толщины детали и твердости материала.
6. Удаление детали и окончательная обработка.
После отверждения детали извлекаются из формы. Поскольку LSR является термореактивным полимером, его формованное состояние является постоянным. После формования часто проводится удаление излишков материала с линий разъема. Затем осуществляется контроль качества для проверки адгезии, размеров и качества поверхности. Испытание на прочность сцепления по стандарту ASTM D903 гарантирует надлежащую адгезию.
Преимущества силиконового формования
Производители используют силиконовое литьё, поскольку оно даёт множество преимуществ, недоступных традиционному производству. Оно улучшает дизайн, комфорт и производительность изделий в таких отраслях, как здравоохранение, электроника и автомобилестроение.
1) Улучшенное сцепление и комфорт
Мягкая, резиноподобная текстура силикона обеспечивает превосходные тактильные качества, а нескользящая поверхность обеспечивает надёжный захват даже во влажных или масляных условиях. Это естественное эргономичное свойство снижает утомляемость пользователя при длительном использовании таких устройств, как хирургические инструменты и ручные инструменты. Стратегически расположенные силиконовые прокладки минимизируют точки давления, делая изделия более удобными для захвата и использования.
2) Долговечность и устойчивость
Изделия с силиконовым покрытием отличаются исключительной прочностью и устойчивостью к воздействию агрессивных сред, экстремальных температур от -60°C до 230°C и химических веществ. Эта прочность сохраняет целостность изделия даже после длительного и многократного использования. Устойчивость силикона к УФ-излучению, окислению и влаге означает, что изделия сохраняют свой внешний вид и функциональность на протяжении длительного времени.
3) Гибкость дизайна и эстетика
Формование силиконом обеспечивает гибкость дизайна и эстетичность. Этот процесс позволяет использовать различные цвета и текстуры для дифференциации бренда, создавать сложные формы и индивидуальные узоры, а также сочетать жёсткие и гибкие материалы в одном компоненте. Эта универсальность позволяет создавать визуально привлекательные и функциональные изделия.
4) Экономически эффективное производство
Формование силиконовых изделий экономит время и деньги, исключая вторичные операции сборки после формования. Это означает, что продукция выходит на рынок быстрее и экономичнее. Ручная сборка сокращается, а общее качество продукции повышается.
5. Гидроизоляция и теплоизоляция
Силикон создаёт водонепроницаемые и герметичные барьеры, защищающие чувствительную электронику от влаги, пыли и загрязнений. Помимо физической защиты, формование силикона обеспечивает электроизоляцию, предотвращая короткие замыкания и обеспечивая эксплуатационную безопасность.
Применение в различных отраслях
Формование жидким силиконом используется во многих отраслях промышленности, поскольку оно улучшает эксплуатационные характеристики, комфорт и долговечность.
1. Медицинское и медицинское оборудование
LSR идеально подходит для медицинского применения, поскольку он безопасен для тела, гипоаллергенен и легко стерилизуется. В соответствии со стандартами тестирования биосовместимости ISO 10993, медицинский силикон отвечает требованиям для прямого и непрямого контакта с пациентом. [4]
Медицинский LSR должен соответствовать требованиям USP класса VI для фармацевтического применения и стандартам биосовместимости ISO 10993. Распространенные методы стерилизации включают автоклавирование (пар при 121°C), обработку этиленоксидом (EtO) и гамма-излучение (25-50 кГр) без деградации материала. [5].
- Имплантируемые компоненты (кратковременного действия)
- Рукоятки и захваты хирургических инструментов
- Респираторные маски и уплотнители
- Компоненты катетера
- Системы доставки лекарств
- Носимые медицинские приборы
2. Бытовая электроника
В смартфонах, наушниках и умных часах для защиты корпусов, кнопок и эргономичных ремешков используется силиконовый литьевой материал. Он обеспечивает приятные тактильные ощущения, ударопрочность и защиту от атмосферных воздействий. Электрические изоляционные свойства (согласно ASTM D149, диэлектрическая прочность 15-25 кВ/мм) защищают чувствительные компоненты.
3. Промышленное и электротехническое оборудование
Силиконовое литье под давлением также используется в некоторых областях промышленной герметизации, требующих химической стойкости и температурной стабильности. В условиях интенсивной эксплуатации жидкое силиконовое каучуковое литье под давлением защищает электрические разъемы, панели управления и корпуса датчиков. Изоляционные свойства предотвращают утечку тока и коррозию в условиях высокой влажности или высоких температур.
5. Товары для дома и кухни
Устойчивость силикона к воздействию воды и чистящих средств делает его идеальным материалом для изготовления повседневных бытовых инструментов, таких как ручки кухонных принадлежностей, ручки кранов и дозирующие клапаны для пищевых продуктов. Благодаря своей гибкости и безопасности силикон является предпочтительным материалом для изготовления кухонной посуды и средств гигиены.
6. Спортивные товары, игрушки и детские товары
Мягкий на ощупь, безопасный и прочный литой силикон обеспечивает комфорт и безопасность детских игрушек, сосок для бутылочек и спортивного инвентаря. Нетоксичный и термостойкий силикон гарантирует безопасность этих изделий для ежедневного использования.
Устойчивость силикона к воде и чистящим средствам делает его идеальным материалом для повседневных бытовых инструментов, таких как ручки кухонных принадлежностей и дозирующие клапаны, предназначенные для пищевых продуктов. Соответствие требованиям FDA 21 CFR 177.2600 гарантирует безопасность при контакте с пищевыми продуктами.[6].
Конструктивные соображения относительно формования силикона
Правильное проектирование деталей обеспечивает успех производства и оптимальную производительность. Ключевые аспекты проектирования включают:
Толщина стенкиТолщина силиконовых стенок должна составлять от 1.0 до 3.0 мм. Более тонкие стенки могут вызвать проблемы с заполнением; более толстые стенки увеличивают время цикла и повышают риск образования внутренних пустот.
Углы уклонаУгол наклона 1-2° на силиконовых поверхностях облегчает извлечение детали. Для текстурированных поверхностей требуется дополнительный угол наклона 1° на каждые 0.025 мм глубины текстуры.
Механические блокировки: Создание подрезов, канавок или сквозных отверстий в подложке для обеспечения механического сцепления. Такой подход дополняет химическую адгезию и предотвращает расслоение под воздействием напряжения.
Конструкция запорного клапанаЧеткие переходы между подложкой и силиконом предотвращают истончение или образование чешуек, которые могут привести к расслоению. Расположение затвора должно минимизировать длину потока до зоны перекрытия.
Температурная совместимостьУбедитесь, что температура плавления подложки выше температуры отверждения силикона (170-220°C).
Подготовка поверхности: Для металлических и стеклянных подложек необходимы грунтовки; для пластмасс, таких как поликарбонат и АБС-пластик, часто достаточно самоклеящихся LSR-покрытий. Поверхностная энергия должна превышать 38 дин/см.
Механические блокировки: В местах со слабой химической связью для повышения прочности следует добавить механические фиксирующие элементы, такие как подрезы, канавки или сквозные отверстия.
Текстурирование: Текстуры подложки и наплавленной поверхности улучшают адгезию, сцепление и эстетичность.
Правильный выбор материала, конструкция пресс-формы и обработка поверхности являются ключевыми факторами успеха при литье под давлением из жидкого силикона. В соответствии со стандартами допусков литья ISO 3302-1: [7]
– Общие допуски: ±0.1-0.2 мм для размеров <10 мм
– Допуски на точность: ±0.05 мм достижимы при использовании соответствующего инструмента.
Почему стоит выбрать Fecision для решений по формованию силиконовых изделий
Компания Fecision, обладающая более чем 20-летним опытом инноваций и мастерства, является надежным именем в сфере высокоточного производства и передовой обработки материалов. Наш опыт выходит за рамки проектирования пресс-форм и включает в себя передовые решения в области силиконового литья под давлением, отвечающие мировым стандартам производительности, долговечности и эстетики.
Вот почему клиенты по всему миру выбирают Fecision:
Непревзойденный опыт: Более чем 20-летний опыт работы в области материаловедения и производства позволяет нам создавать высококачественные изделия из жидкого силикона для литья под давлением.
Точное машиностроение: Двойные возможности в области исследований и разработок оборудования и продукции обеспечивают непревзойденную точность и повторяемость. Допуски достигают ±0.05 мм.
Гибкость настройки: Компания Fengchi предлагает индивидуальные решения по литью под давлением для небольших партий или сложных конструкций, которые отвечают потребностям и художественному замыслу клиентов.
Гарантия Качества: Каждый компонент, изготовленный методом литья под давлением из силикона, проходит проверку на адгезию, прочность и качество отделки. Сертифицировано по стандартам ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016.
Глобальное признание: Компания Fecision, которой доверяют ведущие автомобильные, промышленные и потребительские бренды по всему миру, внедряет инновации в области технологий материалов.
В Fecision каждый проект — это партнёрство, основанное на инновациях, точности и взаимном росте. Наше мастерство в литье под давлением жидкого силикона позволяет клиентам создавать высококачественные изделия, которые демонстрируют исключительные эксплуатационные характеристики в реальных условиях.
Заключение
Технология литья под давлением с использованием жидкого силикона произвела революцию в производстве, объединив лучшие качества множества материалов. Благодаря своей способности повышать прочность, комфорт и функциональность, она незаменима в здравоохранении, автомобильной промышленности, электронике и производстве потребительских товаров.
Сотрудничайте с Fecision для достижения мирового уровня. Жидкий силиконовый каучук для литья под давлением и разъемы, изготовленные методом литья под давлением. Наша ориентация на качество, инновации и высокоточное проектирование гарантирует, что ваша продукция будет работать безупречно, надежно и отлично выглядеть. Примените технологии литья под давлением в вашем следующем проекте с помощью высокоточных силиконовых решений. Выбирайте Fecision — это качество, которому можно доверять.
Референсы
[1] ASTM D395 – Стандартные методы испытаний свойств резины – Остаточная деформация при сжатии по стандарту ASTM International, 2024
[2] ASTM D2000 – Стандартная система классификации резиновых изделий ASTM International, 2024
[3] ASTM D2240, D412, D624, D792 – Стандартные методы испытаний свойств резины ASTM International, 2024
[5] Фармакопея США, класс VI – Тесты на биологическую реактивность in vivo.
[7] ISO 3302-1 – Резина – Допуски для изделий. Международная организация по стандартизации, 2014.
