市場上有各種各樣的硅樹脂可適應(yīng)多樣化的加工與裝配工藝而滿足相關(guān)的應(yīng)用。注射成型是最普通的成型硅橡膠加工技術(shù)，包括高通量、可自動化操作、能生產(chǎn)出無飛邊的復(fù)雜幾何形狀的硅橡膠件。這里，我們展示不是所有硅樹脂都是相同的，重要的是初始開發(fā)階段就要依據(jù)其物理性能需求去確定如何選擇生產(chǎn)裝置。我們也將描述液態(tài)硅橡膠（lsr）及其典型性能，以便為從最初原型設(shè)計到規(guī)模生產(chǎn)獲得的最佳結(jié)果提供指引。

一、為何使用液態(tài)硅橡膠？

液態(tài)硅橡膠是堅韌與全能型硅樹脂。它們能被注模成幾乎任何東西而又能保持其彈性而不會被撕裂，諸如生產(chǎn)出從O環(huán)到各種形狀的薄壁產(chǎn)品。液態(tài)硅橡膠（LSR）可以是清澈透明的，能被制造出獨(dú)特性能的產(chǎn)品，例如耐溶劑性、高熱穩(wěn)定性或低釋氣性。液態(tài)硅橡膠（LSR）還可以與各種添加劑、特殊填料（顏料）以及活性藥物成份（APIs）良好混合，而極少會對其最終硫化彈性體的韌性與彈性等關(guān)鍵性能產(chǎn)生影響。

在醫(yī)療保健應(yīng)用領(lǐng)域，硅樹脂以其生物相溶性而眾所周知，應(yīng)用于植入醫(yī)療器材方面已有相當(dāng)長的歷史。許多商品化液態(tài)硅橡膠（LSR）產(chǎn)品，Nusil科技公司都擁有全面的生物試驗數(shù)據(jù)，從產(chǎn)品概念到商品化生產(chǎn)整個過程，都能幫助縮減許多應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)時間。

在惡劣環(huán)境下，硅樹脂也能得到廣泛應(yīng)用。這得益于其在高低溫環(huán)境下以生俱來的卓越熱穩(wěn)定性能，及其低模量使在冷熱交替變化環(huán)境下能提供應(yīng)力釋放的能力。

二、什么是液態(tài)硅橡膠？

總的來說，液態(tài)硅橡膠（LSR）是由粘度范圍從50000到大于1000000cPs的兩部份硅樹脂按1:1比例組成，在大多數(shù)情況下，使用鉑催化添加劑硫化系統(tǒng)在大于80℃的溫度來生產(chǎn)液態(tài)硅橡膠（LSR）。液態(tài)硅橡膠（LSR）通常由約75%的線性硅樹脂聚合物，約23%的氣相二氧化硅以及部份硫化添加劑（如氫化交聯(lián)劑與阻聚劑）的殘余物共混構(gòu)成。氣相二氧化硅增大了硅樹脂的物理性能。它有能力作用于聚合物的非共價鍵，當(dāng)施加剪切力于未硫化或已硫化的聚合物時能幫助其實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放。圖表1說明可依聚合物粘度將液態(tài)硅橡膠（LSR）從其它硅樹脂類型中區(qū)分出來。中高粘度聚合物與硅的組合給未硫化液態(tài)硅橡膠（LSR）一個類似奶油狀凡士林的外觀。成功加工液態(tài)硅橡膠（LSR）取決于使用適宜設(shè)備，該設(shè)備可混合與泵送粘稠物料而不會混進(jìn)空氣（更詳細(xì)描述見加工環(huán)節(jié)）。

圖表1、硅樹脂組成與性能和加工處理對照

液態(tài)硅橡膠（LSR）的硫化機(jī)械性能取決于多種因素，如聚合物的分子量及其與氣相二氧化硅相互作用所形成的分子結(jié)構(gòu)。從某種程度上來說，聚合物粘度、填料類型與填料質(zhì)量都會影響硫化硅橡膠的拉伸強(qiáng)度、伸長百份率與韌性。

大多數(shù)市售液態(tài)硅橡膠（LSR）使用鉑催化添加劑實(shí)行硫化反應(yīng)。施加的硫化過程提供了最佳的硬度，從非常軟（40 "00"）到（90A）的未硫化粘度小幅變化。這是切實(shí)可行的，交聯(lián)密度可通過調(diào)整配方中乙烯基與氫化基團(tuán)的比例來獲得優(yōu)化。在NuSil技術(shù)中，A單元含鉑催化劑，B單元含交聯(lián)劑與阻聚劑。部份揮發(fā)性阻聚劑控制著反應(yīng)速度，使其在被加熱揮發(fā)前能確?；旌衔镌诜磻?yīng)中具有足夠的貯存時間。圖1表明了這個交聯(lián)反應(yīng)過程。

圖表2、鉑催化添加劑硫化交聯(lián)作用與硅氫化作用對照

一些硅膠系統(tǒng)使用硅樹脂代替二氧化硅與加強(qiáng)聚合物。通常，樹脂加強(qiáng)系統(tǒng)具有較低的粘度，可將其分類為低稠度彈性體（LCE）。它們也可使用液態(tài)硅橡膠（LSR）成型設(shè)備，但會傾向于自流平、清透、和由于樹脂粒子交聯(lián)反應(yīng)使其具更高的模量。圖2比較了三種50A硬度的硅樹脂的應(yīng)力應(yīng)變曲線，該三種硅樹脂具有不同的粘度與機(jī)械強(qiáng)度，包括一種樹脂增強(qiáng)LCE，一種氣相二氧化硅增強(qiáng)液態(tài)硅橡膠（LSR）和更長聚合物分子的高粘度彈性體HCR。注意到HCR的伸長率%（應(yīng)變%）高于LCE和液態(tài)硅橡膠（LSR），這是由于HCR有更長的聚合物分子使其能拉伸得更長。同時也注意到，相較于同樣硬度的二氧化硅填料材料，樹脂填料材料擁有更高的模量，這是由于樹脂填料是非常依賴于交聯(lián)，反之，二氧化硅填料能給出更高的應(yīng)力釋放能力，從而改變材料的拉張應(yīng)力（應(yīng)力psi）。

圖表3、應(yīng)力應(yīng)變曲線對照

三、相容性

因為大多數(shù)液態(tài)硅橡膠（LSR）使用鉑催化添加劑硫化系統(tǒng)，重要的是加工硅樹脂時是使用相容性材料，以確保其充分硫化并隨之達(dá)成最佳性能。鉑催化硅樹脂的交聯(lián)反應(yīng)能被可抑制催化劑與交聯(lián)劑的化合物所減緩。鉑將形成復(fù)合體以減少硫、胺、錫及別的配位體的作用。在交聯(lián)劑中氫化物能與其它來自非硅樹脂系統(tǒng)的乙烯基或不飽和鍵發(fā)生反應(yīng)。鉑和氫化物也能被某些填料所吸收，詳見NuSil發(fā)表的“鉑催化硅樹脂時如何避免抑制作用”一文，該文給出了詳細(xì)說明。以下列出了準(zhǔn)備選擇或加工硅樹脂時的通用項目。

● 限制硅樹脂接觸到諸如膠乳、胺固化環(huán)氧樹脂和熱熔結(jié)合物等“有害物質(zhì)”。

● 確?；钚运幬锍煞?、顏料、熒光材料、特殊填料與溶劑等添加劑與硅樹脂相容。

● 預(yù)備底物以便在二次成型時使用，包括清除劑和可能用到的增強(qiáng)附著力的處理劑。

另外需要考慮的是硫化溫度。因為液態(tài)硅橡膠（LSR）通常需在最低80℃溫度下硫化，常備的標(biāo)準(zhǔn)液態(tài)硅橡膠（LSR）可能不會選用于表中所列出的應(yīng)用范圍。這些應(yīng)用被選作定制配方的硅樹脂以便在較低溫度下硫化。

● 溫度敏感組份；

● 溫度敏感藥物；

● 遇高溫熔化的溫度敏感熱塑性塑料的模制成型。

四、加工

有時，一種材料會在產(chǎn)品設(shè)計初期依據(jù)其加工性能而提前做出選擇，以期達(dá)到預(yù)想的應(yīng)用性能。但如果硅樹脂不被設(shè)計為能適應(yīng)大規(guī)模加工裝置時，這有可能在隨后生產(chǎn)中遇到問題。然而，有些硅樹脂能適應(yīng)裝置改變的任一階段，不管是在設(shè)計初期，小規(guī)模中試還是大規(guī)模應(yīng)用階段。

由于液態(tài)硅橡膠（LSR）是稠的，它們需要高壓注入模具中。它將如何被加工或傳送到模具中，這里，液態(tài)硅橡膠（LSR）的打包成為關(guān)鍵。因為工具增加的腔體積與數(shù)量導(dǎo)致必須施予更高的壓力。有幾種裝置可適應(yīng)于或大或小規(guī)模的生產(chǎn)。一步法直接成型生產(chǎn)硅樹脂部件逐步被淘汰，代之以分別成型再附著在一起的二次成型生產(chǎn)。作為生產(chǎn)技術(shù)革新方法，二次成型變得越來越普及。

多數(shù)模制成型系統(tǒng)適宜用直邊桶或鼓作容器，并需要用雙缸泵輸送液態(tài)硅橡膠（LSR）進(jìn)入靜態(tài)混合系統(tǒng)（也稱作靜止混合器）以實(shí)現(xiàn)在沒加入空氣情況下混合A與B組份。然后系統(tǒng)采用高壓將混合后的硅樹脂注入模具中。注射成型和其它類型的高通量成型技術(shù)常常會在輸送系統(tǒng)中損失至少1kg的材料。有不少模制成型供應(yīng)商專營硅樹脂的注射成型，從少到實(shí)驗室樣品到工廠化生產(chǎn)均可提高服務(wù)。注射成型設(shè)備的初始投資較高，因此許多公司會借用模制成型供應(yīng)商的技能與裝備去代其生產(chǎn)硅樹脂成型產(chǎn)品。

圖表4、通過振蕩盤流變儀（ODR）進(jìn)行流變測量

實(shí)驗室規(guī)模裝置可滿足于樣品開發(fā)與小規(guī)模生產(chǎn)。關(guān)鍵是包裝選擇，以適應(yīng)在容器中由泵和注射系統(tǒng)方便傳送硅樹脂。在一些情況下，可能會用手工完成處理過程。詳見NuSil的“混合與脫氣加成型硅樹脂”的操作說明。對于室驗室試產(chǎn)，液態(tài)硅橡膠（LSR）在壓力下注入模具。許多情況下，采用雙筒包裝去直接注入模具。如果使用多腔模具，可用更大的雙筒包裝，以便于氣動槍輸送更多量的液態(tài)硅橡膠（LSR）。

受等級所限，液態(tài)硅橡膠（LSR）也可通過傳遞模塑法加工，盡管這樣極具挑戰(zhàn)性，但也是完全可以做到的。標(biāo)準(zhǔn)液態(tài)硅橡膠（LSR）能被用于冷模，然后在爐中加熱來成型，或為了更快加工成型進(jìn)程而使用預(yù)熱模具。有必要提醒你的技術(shù)銷售代表明確你所要具備的加工能力（即混合設(shè)備、脫氣裝置等）。如果你沒有能力去混合與脫氣，強(qiáng)烈推薦使用雙桶裝備而不建議使用含各自獨(dú)立的容器的裝備。

無論是試驗級還是大規(guī)模生產(chǎn)級，模具都是硅樹脂成型選擇的一個重要因素，除尺寸公差外，模具設(shè)計將也要注意飛邊、表面光潔度，以及有時由于不恰當(dāng)?shù)呐欧呕蚶鋮s而造成空氣留截或氣泡。最初鑄造一個高質(zhì)量模具可幫助避免日后可能引發(fā)的眾多問題。

硫化作用或硫化過程的收縮是大多數(shù)熱塑性彈性體材料的固有性質(zhì)。了解什么引起收縮，更重要的是如何控制這一過程，這是在硅樹脂模塑成型和模具設(shè)計時都需著重考慮的問題。模制元件的收縮引致原因除模具選材（如不同的不銹鋼）外，更大原因應(yīng)是硅橡膠的熱膨脹性。因此，當(dāng)模制件冷卻時，其收縮超過成型模腔帶來的差異。此外，當(dāng)隨之而來的硫化作用較高的后硫化溫度，揮發(fā)組份被驅(qū)離出硅樹脂橡膠，從而模制件的大小會進(jìn)一步減小。

硅樹脂橡膠常常會有2-3%的收縮率，通常在模具設(shè)計上會考慮給予補(bǔ)償。在壓縮或傳送模制件時，為了獲得一致均衡的收縮，了解以下技巧可能會有所幫助。要獲得加硫液態(tài)硅橡膠均衡的收縮，注射成型應(yīng)控制好穩(wěn)定一致的成型時間。在恒溫下二次加工，注射壓力也會有助于達(dá)成均衡的收縮。因此，所建議的控制收縮的技巧可能包括微調(diào)模具注射壓力與模溫的控制。

如果裝置最后要進(jìn)行大體積的模制成型，要進(jìn)行幾種試驗來評估其性能，這些試驗需要確定要用多大壓力與硫化時間以達(dá)到最佳效果。表2將幫助規(guī)劃好從試驗到規(guī)模生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。

圖表5、基本性能

五、總結(jié)

液態(tài)硅橡膠（LSR）具有的優(yōu)點(diǎn)：

● 為高通量與高精度模制成型應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計

● 高撕裂強(qiáng)度和伸長率%（韌性）

● 萬能（清澈透明，可添加填料及其它添加劑，改變化學(xué)性能）

● 長貯存期

● 可二次硫化（后硫化）

液態(tài)硅橡膠（LSR）具有的缺點(diǎn)：

● 對加工處理與設(shè)備敏感（小樣試驗與大規(guī)模液態(tài)注射成型對比），選擇合適設(shè)備與包裝至關(guān)重要

● 低的硫化溫度（多數(shù)情況不會室溫硫化）

● 鉑催化劑敏感

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