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液态硅胶(LSR)包覆聚碳酸酯(PC)通常用于制造需要柔软触感、密封性、耐候性与结构强度相结合的部件,例如:
消费电子: 智能手表的表带、手机保护套的边框、防水按键。
汽车行业: 方向盘上的包胶、密封垫圈、传感器外壳。
医疗设备: 呼吸面罩、阀门外壳、手持器械的软胶握把。
要实现成功的LSR包PC,核心在于解决两者之间的粘接问题。下面我将从原理、工艺、常见问题及解决方案等方面为您详细解析。
1. 核心挑战:粘接性
材料化学极性差异大:
PC:是极性材料,表面能较高。
LSR:是非极性材料,化学性质非常稳定,表面能极低,本身具有优异的脱模性(不粘),但这恰恰意味着它也很难与其他材料粘接。
由于这种天生的不相容性,如果不做任何处理,LSR无法与PC形成牢固的粘接,会导致包胶部位轻易脱落。
2. 解决方案:如何实现牢固粘接
a) 物理方法:机械互锁(Micro-Mechanical Interlock)
通过改变PC件的表面结构,为LSR的注入和固化提供“锚点”。
设计倒扣、凹槽、孔洞: 在PC件的设计阶段,就在需要包胶的区域设计微小的倒钩、沟槽或通孔。LSR注入后会填充这些结构,固化后形成机械互锁,从而实现物理上的固定。
优点: 成本低,不涉及化学药剂。
缺点: 粘接强度相对化学粘接较弱,设计复杂,可能影响PC件本身的结构强度。
b) 化学方法:表面处理/使用底涂剂(Primer)
这是最常用、最有效的方法。通过改变PC表面的化学性质或作为“中间人”促进两者结合。
等离子处理(Plasma Treatment):
原理: 通过等离子体轰击PC表面,一方面可以清洁表面,去除油污;另一方面能在分子层面活化PC表面,增加其表面能,使其更容易与LSR结合。
优点: 环保、处理均匀、效果好。
缺点: 需要专用设备,处理后的表面有“时效性”(通常在几小时内有效),需立即进行注塑。
火焰处理(Flame Treatment):
原理: 类似等离子处理,通过火焰的瞬时高温氧化活化PC表面。
优点: 设备相对简单。
缺点: 控制难度大,容易导致产品变形或烧伤,均匀性不如等离子处理。
使用底涂剂(Primer/Adhesive Promoter):
原理: 在包胶前,先在处理好的PC表面喷涂一层专用的硅胶粘接底涂剂。这层底涂剂一端与PC分子结合,另一端与LSR分子结合,起到“桥接”的作用。
优点: 粘接效果非常可靠且稳定,是目前行业内的主流方法。
缺点: 增加了工序和成本,需要管控底涂剂的储存、喷涂均匀性和干燥时间。
通常,会组合使用物理和化学方法(如设计轻微倒扣+喷涂底涂剂)来确保万无一失的粘接强度。
3. 工艺流程(以LSR注塑包覆为例)
PC嵌件准备: 使用传统注塑机预先注塑好PC零件。
PC表面处理(可选): 如果采用等离子或火焰处理,在此环节进行。
喷涂底涂剂: 将底涂剂均匀喷涂在PC需要包胶的区域,然后放入烘箱或输送带使其充分干燥(溶剂挥发)。
放入模具: 将处理好的PC件作为嵌件,放入LSR注塑模具中。
合模注塑: 模具闭合,通过专用的LSR注塑机将A/B双组分液态硅胶注入型腔,包覆在PC件周围。
加热固化: 模具保持加热(通常170°C - 200°C),LSR发生加成反应(铂金催化)迅速固化。
开模取件: 开模,取出包胶完成的产品。注意: LSR固化后几乎无收缩,且脱模性极好,所以顶出通常很顺利。
4. 常见问题与对策
| 常见问题 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 粘接不牢、脱落 | 1. PC表面清洁度不够(油污、脱模剂)。 2. 未使用底涂剂或底涂剂失效。 3. 底涂喷涂不均匀或未干燥。 4. 注塑温度/压力不足。 | 1. 清洁PC件(建议使用IPA擦拭)。 2. 检查并正确使用底涂剂。 3. 优化喷涂工艺,确保干燥。 4. 提升注塑工艺参数。 |
| PC件变形、开裂 | 1. LSR注塑温度过高(超过PC玻璃化转变温度Tg,PC约145°C)。 2. 包胶过程中PC受力过大。 | 1. 这是关键! 必须优化模具设计(如采用冷流道)和LSR固化温度,或在PC中添加耐高温助剂。 2. 优化PC件结构和模具嵌件固定方式。 |
| 溢料、毛边 | 1. 模具精度不足,合模不严。 2. 注塑压力过高。 3. PC嵌件尺寸公差过大,与模具配合有间隙。 | 1. 提高模具加工精度。 2. 调整注塑压力。 3. 严格控制PC嵌件的尺寸公差。 |
| 表面缺陷(气泡、缩痕) | 1. LR料中有空气。 2. 模具排气不畅。 3. 固化时间或温度不足。 | 1. 检查LSR供料系统,确保脱泡。 2. 增加模具排气槽。 3. 调整固化工艺。 |
5. 设计要点与材料选择
PC选择:
必须选择耐高温级的PC,以承受LSR的固化温度。普通PC在高温下会软化变形。
可以考虑使用玻纤增强PC来提高结构强度和耐热性,但要注意玻纤可能导致表面外观变化。
LSR选择:
选择高粘接等级的LSR牌号,这些牌号通常对底涂剂有更好的响应。
根据产品需求选择LSR的硬度(常用Shore A 30-50)、颜色、医疗级或食品级等。
模具设计:
冷流道系统是首选,因为它可以避免LSR在流道内提前固化,特别适合多腔模具和防止PC过热。
必须设计良好的排气系统,因为LSR流动性极好,很容易困气。
精确的嵌件定位和固定设计至关重要。
总结
液态硅胶包PC是一项成熟但工艺要求极高的技术。成功的关键在于:
承认差异: 理解两者极性的巨大差异。
强力粘接: 毫不犹豫地使用底涂剂作为最主要的粘接保障手段,并结合机械互锁设计。
控制热历史: 精心管理工艺温度,防止PC件在高温下变形。
精密制造: 对模具精度、嵌件公差和工艺参数(压力、时间、温度)进行严格控制。