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核心概念:什么是冷流道?

首先,要理解“冷流道”,需要对比传统的“热流道”。
热流道 (Hot Runner):用于热塑性塑料(如ABS, PP, PC)。流道系统需要持续加热,以保持塑料处于熔融状态,防止在流道内冷却凝固。
冷流道 (Cold Runner):专门用于液态硅胶 (LSR) 和某些热固性塑料。流道系统需要冷却(通常使用常温或冷却水),以保持LSR处于低温未硫化状态,防止其在流道内部发生交联反应(固化)。
简单来说:
热流道 = 保持“热”和“液态”
冷流道 = 保持“冷”和“液态”
2. 液体硅胶 (LSR) 的特性
为什么LSR需要冷流道?这是由LSR的化学特性决定的:
热固性材料:LSR在加热到一定温度(如170°C - 200°C)后会发生不可逆的硫化反应,从液体变成固体弹性体。
两种组分:LSR通常由A(基础胶料+催化剂)和B(基础胶料+抑制剂+色浆)两种组分在注射前1:1混合而成。混合后,硫化反应就已开始,但需要热量来加速完成。
低粘度:混合后的LSR粘度很低,流动性极好,易于填充微小的模具型腔。
3. 冷流道系统的工作原理与结构
冷流道系统的核心任务是:将混合后的液态硅胶以未硫化的状态输送到每一个模腔的浇口。
一个典型的LSR冷流道模具系统包含以下关键部分:
注射机接口:连接注塑机的注射嘴,接收混合后的LSR物料。
主流道 (Sprue):物料首先进入的部分。
冷流道板 (Cold Runner Plate):
这是系统的核心。该板内部有复杂的流道通道,将物料分配到各个分流道。
板内通有冷却水(通常为20°C - 40°C的温水),精确控制流道区域的温度,确保LSR在流经整个流道系统时始终低于硫化起始温度,保持液态。
分流道 (Runners):将物料从主流道引导至各个型腔的浇口。
针阀式浇口 (Valve Gate) (常见于高级系统):
这是一个由气压或液压控制的针阀,位于流道的末端、模腔的入口。
注射时:针阀打开,LSR注入高温的模腔。
保压结束后:针阀迅速关闭,物理上切断流道(冷区)和型腔(热区)的连接。
这是防止“流涎”和浇口堵塞的关键设计。
隔热层/空气间隙 (Insulation Layer / Air Gap):
在冷流道板和高温的型腔模板之间,会有精密的隔热设计(如空气间隙、隔热板)。
其目的是最大化减少热量从高温模具传递到低温的流道系统,维持精确的温控。
4. 冷流道模具的工作流程
合模:模具闭合。
注射:注塑机将A/B组分精确混合并计量,通过注射嘴将LSR注入冷的流道系统。
填充:LSR在流道中保持液态,流经分流道,通过打开的针阀浇口,进入高温的模具型腔。
硫化:LSR一旦接触高温型腔,迅速发生硫化反应,固化成最终产品形状。
保压与阀浇口关闭:保压结束后,针阀浇口立即关闭,切断冷热区的连接。
冷却/硫化:产品在型腔内继续受热,完成硫化过程。
开模顶出:模具打开,成型好的硅胶产品被顶出。
下一次循环:流道内的LSR仍然保持液态,等待下一次注射,直接进入型腔。
5. 冷流道模具的优势
无废料产生 (Zero Waste):这是最大的优点。流道内的LSR不会固化,可以持续使用到下一次注射中,材料利用率接近100%。对于昂贵的LSR原料来说,这至关重要。
自动化与高效率:无需处理固化的流道废料,非常适合全自动生产,缩短了循环周期。
提升产品质量:
由于没有经过反复剪切和预硫化(传统流道废料是经过部分硫化的)的旧料混入,产品性能一致性好。
减少了由于剪切过热导致的“烧焦”现象。
多型腔模具的填充更加平衡,产品质量均匀。
降低能耗:无需像热塑性塑料那样持续加热流道,能耗相对较低。
6. 挑战与缺点
初始成本高:冷流道系统(尤其是带针阀的)结构复杂,设计和制造精度要求极高,成本远高于普通模具。
设计和调试复杂:流道的平衡、温度的控制(冷热区隔离)、针阀的时序控制都需要非常专业的知识和经验。
维护要求高:对内部清洁度要求极高,任何残留固化的硅胶都会堵塞精密流道,导致模具报废。
不适合极小批量:由于成本高,更适合大规模生产。
7. 主要应用领域
冷流道模具广泛应用于需要高质量、高效率生产LSR制品的行业:
医疗行业:奶嘴、呼吸面罩、密封件、阀门、导管接头。
汽车行业:密封圈、线缆接头、按键、传感器护套。
婴儿用品:奶嘴、牙胶。
消费电子:防水密封件、键盘垫、VR/AR设备密封。
食品行业:烘焙模具、厨具配件。
总结
液体硅胶冷流道模具是一种通过精确的温控技术(冷却流道、加热型腔)和针阀控制,实现液态硅胶无废料、高效率、高质量成型的高端模具系统。它是大规模生产高质量LSR制品的首选技术,虽然前期投入巨大,但从长期生产和材料节约的角度看,综合效益非常显著。