硅膠的應(yīng)用與型態(tài)

硅膠發(fā)現(xiàn)于1640 年，而在1940 年代才開始由道康寧(Dow Corning)、奇異(General Electric) 及信越(Shin-Etsu) 等廠商進(jìn)行工業(yè)化與量產(chǎn)。時(shí)至今日，從廚房用品、嬰兒用品、個(gè)人用品、運(yùn)動用品、家電、汽車、電子、建筑、醫(yī)療、光學(xué)等領(lǐng)域，都可以看到使用上硅膠的產(chǎn)品，甚至有些只能使用硅膠來達(dá)成其使用功能需求，足以了解硅膠經(jīng)過了半世紀(jì)的發(fā)展與應(yīng)用，已經(jīng)深入人類生活，而能達(dá)成如此的成果，主要是硅膠具有寬廣的使用溫度范圍、具柔軟度、透明與及優(yōu)異的耐化與耐候等特性具有很大的關(guān)系。

表1: 開放式與閥式冷澆道系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

而硅膠若單純以其成型前之型態(tài)來區(qū)分，有固態(tài)硅膠(HTV) 與及液態(tài)硅膠(lsr) 兩種，固態(tài)硅膠大部分用在工業(yè)用品、汽車、生活用品等產(chǎn)品，而液態(tài)硅膠的應(yīng)用則如前述的說明，可應(yīng)用于各種產(chǎn)業(yè)而具有非常寬廣的使用范圍。而這也跟液態(tài)硅膠呈現(xiàn)流體狀態(tài)并具有高流動性有很大的關(guān)系，因?yàn)槭橇黧w所以非常容易塑型，進(jìn)而可以采用射出成型的方式，進(jìn)行高效率的成型與制造，而這樣的方式造就出液態(tài)硅橡膠非常寬廣的應(yīng)用范圍，加速了近幾年液態(tài)硅膠的應(yīng)用，不僅影響固態(tài)硅膠的使用，也有慢慢取代TPE 的使用之趨勢，而Grand view research 的研究報(bào)告則更指出全球液態(tài)硅膠的市場需求具有年復(fù)合成長率約7.9%，并在2025 年時(shí)將達(dá)到32.9 億美金的規(guī)模，顯示液態(tài)硅膠的需求與市場這幾年將繼續(xù)大幅成長。

影響液態(tài)硅膠成型質(zhì)量與效率的因素

液態(tài)硅膠在射出成型時(shí)，需要將A、B 兩劑的原料經(jīng)由供料系統(tǒng)輸送到射出機(jī)的料管中，然后再由射出機(jī)螺桿繼續(xù)混煉與計(jì)量后，射出至模具中進(jìn)行加熱硫化以固化成型( 如圖一)。在影響成型產(chǎn)品的質(zhì)量上，除了供料機(jī)與射出機(jī)的性能與穩(wěn)定性外，模具設(shè)計(jì)、冷澆道系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)將對成型質(zhì)量與良率造成最直接的影響。而其中冷澆道系統(tǒng)的功能，不僅是負(fù)責(zé)輸送液態(tài)硅膠到達(dá)模穴，更要能穩(wěn)定與平衡的出膠，否則生產(chǎn)良率將大打則扣，并且大幅拉高生產(chǎn)成本與降低了產(chǎn)能。

圖1: 液態(tài)硅膠射出成型系統(tǒng)( 供料機(jī)、射出機(jī)、冷澆道系統(tǒng)與模具)

另一方面，由于硅膠屬于熱固型材料，因此固化成型后無法再回復(fù)為成型前的液體狀態(tài)，代表著成型后的流道、廢料與瑕疵品等硫化后的硅膠，將無法如塑膠般可被回收再次使用與成型；再者許多產(chǎn)品因幾何與功能限制或是要采用多模穴生產(chǎn)，或是高階制程如硅膠加上硅膠(R+R)、塑料件加上硅膠(P+R ) 或是鐵件加上硅膠(M+R) 等制程需求，若無冷澆道系統(tǒng)的輔助使用，將使得制程無法進(jìn)行、生產(chǎn)效率與良率低落或是需要浪費(fèi)很多硅膠原料于流道系統(tǒng)上，因此選用性能良好的冷澆道系統(tǒng)與及如何應(yīng)用冷澆道系統(tǒng)，將會是做好液態(tài)硅膠射出成型的重要關(guān)鍵。

LSR 冷澆道系統(tǒng)與應(yīng)用

LSR 冷澆道系統(tǒng)以冷嘴之形式可分為開放式澆口與閥式澆口兩種，其優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表一。而由于閥式冷澆道系統(tǒng)出膠量可對應(yīng)寬廣的體積范圍、具有成型操作相對簡單且成型視窗較大等優(yōu)點(diǎn)，加上目前許多的產(chǎn)品對外觀非常要求，使得閥式冷澆道系統(tǒng)成為市場主流，而其組成的主要元件包含冷嘴、隔熱板、冷卻板、分流板與汽缸板等( 如圖二)。

圖 2:LSR 閥式冷澆道系統(tǒng)示意圖

一般采用冷澆道系統(tǒng)的目的，主要是節(jié)省硅膠料的使用與浪費(fèi)、降低人工成本與增加產(chǎn)能，但近年來由于硅膠原料不停高漲且許多P+R 與M+R 等高階制程的需求，許多廠商已相繼采用冷澆道系統(tǒng)，以達(dá)成降低硅膠料的浪費(fèi)、提高產(chǎn)量與符合制程等目的。而在實(shí)務(wù)上，一套優(yōu)異的冷澆道統(tǒng)除了在架構(gòu)上需依據(jù)液態(tài)硅膠的成型特性充分設(shè)計(jì)外，并需考慮材料黏度、單支冷嘴出膠量、硫化溫度、硫化時(shí)間、預(yù)估成型周期、加熱系統(tǒng)的搭配、模具排氣設(shè)計(jì)、冷卻水溫度與流量、系統(tǒng)操作空間等面向，才能夠提供在成型時(shí)所需要的高穩(wěn)定性與高良率，并展現(xiàn)出使用冷澆道系統(tǒng)的超高效益。

圖 3: 冷澆道系統(tǒng)之冷卻水流量分析設(shè)計(jì)

例如：冷卻水的溫度與及冷卻水的流量，也要經(jīng)過評估與計(jì)算( 圖三)，用以穩(wěn)定的控制每支冷嘴的冷卻溫度，避免冷嘴溫度上升外，更重要的是每支冷嘴的溫度是否一致，以避免影響出膠平衡性與良率。而為了能滿足不同產(chǎn)品的需求，利用CAE 工具進(jìn)行成型分析與及系統(tǒng)溫度分析( 圖四)，則能更進(jìn)一步的確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能是否達(dá)到產(chǎn)品的要求，并且保證冷嘴前端不受模具溫度影響，避免產(chǎn)生硫化反應(yīng)而固化。

圖 4: 冷澆道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與溫度分析

一般會采用冷澆道系統(tǒng)來生產(chǎn)，大部分為多模穴設(shè)計(jì)，因此若采用閥式冷澆道系統(tǒng)，則對于出膠平衡需要非常要求，尤其是4 支閥式冷嘴以上之系統(tǒng)。若系統(tǒng)出膠平衡性差，輕者產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定; 重者產(chǎn)品容易有毛邊或是良率低，而這也考驗(yàn)冷澆道系統(tǒng)業(yè)者的設(shè)計(jì)與技術(shù)能力。因此，有采用閥針開關(guān)時(shí)間進(jìn)行流量調(diào)整，但效果差且不穩(wěn)定、或是帶有流量閥的系統(tǒng)、采用電動馬達(dá)驅(qū)動閥針的電動閥式系統(tǒng)與及其他流量調(diào)整之技術(shù)，用以調(diào)整各模穴或是每支冷嘴之出膠量，來達(dá)成出膠平衡并讓成型制程穩(wěn)定。

結(jié)論

以生產(chǎn)之需求來說，如何選用性能穩(wěn)定的冷澆道系統(tǒng)，將是能否達(dá)成生產(chǎn)穩(wěn)定且良率高的關(guān)鍵因素之一，尤以目前許多的防水應(yīng)用，其密封部位的設(shè)計(jì)皆非常精密與微細(xì)，范圍可從0.001 公克到0.05 公克重，加上需要與塑料件或是鐵件黏合，其制程難度與高成本已非一般硅膠成型可以比擬。例如：卡托、耳機(jī)孔、按鍵、USB 座、聲學(xué)元件、與連接器等，都是對精密度與制程技術(shù)要求高的產(chǎn)品。隨著應(yīng)用不斷的增加與及對于產(chǎn)品的要求愈趨嚴(yán)格，對于液態(tài)硅膠射出成型的挑戰(zhàn)也將愈來愈多，如何運(yùn)用性能穩(wěn)定的冷澆道系統(tǒng)來協(xié)助生產(chǎn)與制造，將是工廠所需思考的課題。

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