液态硅橡胶耐高温

对于我们大多数人来说,最容易找到液态硅橡胶(LSR)的地方就是汽车商店。它装在一个管子里,可以用来制造灵活的、就地成型的垫圈,可以用运行中的发动机的热量固化。在其极端形式下,LSR可以承受高达316°C的恒定温度和371°C的间歇温度。

对于那些更熟悉普通热塑性塑料的人来说,这种橡胶材料可以用于高温应用似乎违反直觉,但LSR实际上是用来吸收热量的。与加热时会软化的热塑性塑料不同,像LSR这样的热固性塑料是在高温下产生的,并且以各种形式,可以很容易地承受融化热塑性塑料的温度。这适用于各种高温汽车和工业应用,以及用高温消毒的医疗产品。


除了高温,LSR通常可以处理低温,在保持灵活性的同时,可以处理0°C以下两位数的低温。确切的柔韧性程度因化合物而异,但可能非常高;例如,LR3003/50的断裂伸长率为480%。LSR化合物具有不同的硬度计(硬度),可根据应用要求进行选择。

材料具有优异的耐热、耐电和耐化学性能,尽管它可能被某些溶剂(如汽油或矿物酒精)攻击,这就是为什么它可以用于高温汽车应用,但不能用于燃料管道。而且它具有低压缩集,当施加和消除力时,低永久变形,使其成为弹性体的理想材料。在比较LSR与热塑性弹性体(TPEs)如Santoprene时,LSR被描述为“类固醇上的TPE”。

柔性液体硅橡胶部件
图1:液态硅橡胶是一种坚固、灵活的材料,能很好地保持记忆。

LSR还被批准用于与皮肤接触的医疗应用。它的稳定性可以防止它影响皮肤,或者反过来,受到皮肤接触的影响。某些等级的LSR,当与适当的制造环境相结合时,可以用于植入式应用。它的疏水(拒水)特性使它成为水处理应用的理想选择。事实上,它是防火的,燃烧时不释放毒素或卤素,适合各种安全应用。通常建议查看材料规格或咨询您的模具商以了解更多细节。

热塑性塑料vs.热固性塑料

热塑性塑料(聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯和ABS等)和热固性塑料(如LSR)在成型方式的某些方面是相反的。热塑性塑料在室温下开始是固体,加热时软化,冷却时重新凝固,这使它们成为回收利用的优秀候选人。相反,热固性塑料通常以凝胶形式开始,当用铂催化剂加热时就会永久凝固。这使得它们不适合回收,但却解释了它们在高温下的优越性能。

热固性塑料材料的交联
图2:交联决定了热固性材料的许多特性,如强度、稳定性和耐热性。

这些对热反应的差异决定了它们各自的成型工艺。热塑性颗粒在注射前加热以液化树脂,然后在喷射前允许在模具中冷却。另一方面,热固性树脂在注射前冷却,然后在模具中加热固化。

剪切稀化

在固化前,液态硅橡胶是一种剪切稀化流体,也称为假塑料。剪切变薄是当施加剪应力(如注射到模具中引起的剪应力)时流体粘度的降低,它显著影响LSR在模具中的行为方式。为了理解假塑性材料的行为,考虑一下番茄酱,它和LSR一样,是一种纯粹的稀释液体,而蜂蜜则不是。

闪光在液态硅橡胶模塑部分
图3:LSR很容易闪烁,在某些情况下,它会进入0.005毫米的缝隙。

想想当你倾倒一瓶番茄酱时会发生什么。然后想象给那个装满蜂蜜的塑料小熊小费。在室温下,蜂蜜会流动,尽管速度很慢;番茄酱可能不会,因为番茄酱更粘稠。这就是为什么你会摇晃番茄酱瓶子,或者用餐刀从脖子上钓鱼的原因。现在想象一下番茄酱在一个挤压瓶里,把它和塑料蜂蜜分配器并排挤压。当番茄酱自由流动时,蜂蜜很难分配,只需几秒钟就能覆盖你的汉堡或薯条。这种粘度的变化是剪切变薄的一个例子,当LSR注入模具时,也会发生同样的事情。剪切减薄对LSR的成型既有积极的影响,也有消极的影响。它实际上改善了通过薄壁区域的流动,减少了在注塑热塑性塑料时建议在整个部分保持均匀的壁厚的需要。 On the other hand, because LSR flows so easily in a mould, it has an increased tendency to flash — to seep into spaces where mould halves meet — creating unwanted vestiges that must be removed by secondary operations (see Figure 3). Flash can be prevented or at least minimized through careful mould design but is still a factor in part design.

用LSR制成的零件在冷却后从模具中取出后会继续收缩。这部分是由于通常较高的模具温度。因此,它们不像热塑性塑料那样附着在芯上;相反,它们倾向于粘在表面积最大的模具上。由于材料的灵活性,成品的不同部分可能会粘在每个模具上,在模具打开后留下部分悬挂。防止这个问题可能需要重新设计零件。

LSR部件的设计考虑因素

从部件设计师的角度来看,LSR设计指南与热塑性塑料相似,但在某些区域更宽松。松弛的原因是LSR具有柔韧性,是一种比热塑性塑料更宽容的材料。平行于开模方向的平面通常需要一定的牵伸,以允许模具的铣削,但不能防止在弹出过程中零件对模具壁的刮擦。大约每英寸模具深度一度通常是足够的。

由于剪切减薄LSR很容易在模具中流动,它可以穿过薄壁,这将导致热塑性塑料的填充问题。出于同样的原因,均匀的壁厚并不那么关键。由于热固性材料是通过加热固化的,并且在冷却之前大部分都是固化的,因此下沉不是问题,这意味着部分特征可以比典型的热塑性材料做得更厚(尽管仍然有很好的理由不让特征比他们需要的更厚)。但是热塑性和热固性LSR模具设计的最大区别可能在于底边的处理。

硅橡胶零件制造与铝工具
图4:LSR部件放置在一对铝模具上。

刚性热塑性塑料可以采用下切模压成型,既可以使用侧动来产生下切特征,然后在模具打开之前收回,以允许零件被弹出,也可以使用复杂的技术,如pickouts。但是由于LSR非常灵活,成品部件经常可以从模具中“剥落”出来。这意味着,在热塑性塑料模压的特征,将被困在一个凹口后面,以拉动周围的投影。在LSR中,对减值的唯一真正限制是它们是否可以被磨铣。

LSR模压在Protolabs

与热塑性塑料一样,protoolabs的定价和设计分析引擎ProtoQuote现在也支持LSR。LSR提交生产设计的过程与热塑性塑料类似。

  • 上传设计。
  • 注明材料和数量。
  • 通常在几小时内获得设计分析和定价信息的公司报价。

目前LSR生产的周转时间为三周。对于某些设计,可以通过加急费获得更快的周转。这比使用传统方法要快得多,因为Protolabs工艺将3D CAD模型直接转化为铣削模具的刀具路径。与热塑性塑料一样,Protolabs的LSR模具制造过程使用运行在非常大的计算集群上的专有软件进行管理。由软件生成的刀具路径运行自动铣床,生产模具的一半,然后放置到专门的液态硅胶模压机。

该工艺可以经济有效地生产数量从25到5000 +的LSR部件。在适度的生产量下,该工艺可以比传统的LSR成型工艺更快地生产零件,而且成本更低,但即使在非常小的生产或原型量下,Protolabs仍然使用全尺寸制造工艺。这与其他LSR原型操作有很大不同。

大多数小批量LSR原型的生产商在搅拌机中手工混合组件凝胶,这一过程无法与Protolabs的工业过程控制相匹配。在某些情况下,他们不使用研磨模具或热固化LSR。相反,这些原型是使用室温硫化工艺制成的,该工艺首先在3D打印机上制作该部件的热塑性副本。模具被铸在3d打印的部分周围,并使用嵌缝枪手工填充。所得到的零件可能适合于测试形式和配合,但由于它没有复制制造工艺或使用真正的LSR材料,因此不能依赖于任何量的功能测试或实际生产。

为了获得用于原型制作的真正部件,传统制造商通常不得不等到制造模具完成,这可能需要几周或几个月的时间。在开发的这个后期阶段,出现的问题可能会在开发过程中造成严重的挫折,并报废非常昂贵的工具。Protolabs的自动化铝模具铣削可以在开发早期使用真实材料和工业工艺进行具有成本效益的原型设计,重新设计更容易,耗时更少,成本更低。

Protolabs正在不断扩展其流程和能力。当前的需求和设计考虑因素列出。

  • 最大零件尺寸是304mm x 203mm x 100mm。*这是一个尺寸信封,零件必须能装进去,尽管零件不能占据全部空间。*零件尺寸可能随着能力的扩大而增加。
  • 部分的最大模具投影面积不得超过31,200毫米2.注意,这比完整的61712mm要小2零件的占地面积将完全占据上述304mm × 203mm的尺寸。造成这种限制的原因是在模具面积大于31200毫米²的模具中填充时施加的压力会超过模压机的夹紧压力。
  • 最大零件体积是217000毫米3..这是由Protolabs目前LSR成型设备的最大射丸量决定的。
  • 壁厚可薄至0.5mm。问题不是能力填补,但能力磨薄壁和删除薄壁零件从模具没有损坏。
  • 由于LSR的剪切变薄,壁厚变化一般来说不是问题。
  • 肋厚度应是相邻壁厚的0.5 ~ 1.0倍。
  • 内圆角半径应该近似等于壁厚。
  • 水槽几乎不存在,但消除不必要的厚区域将降低材料成本。
  • 为了消除闪光,分型线应该保持尽可能的简单和简短。
  • 从模具中去除LSR通常是手动完成,而不是用弹射针。零件的设计应完全保留在一个模具的一半,零件的某些特征应高于分型线表面,以方便手工拆卸。
  • 多部分简单削弱了压力机操作人员可以在没有机械辅助的情况下轻松从模具中取出。削减部分将根据具体情况进行可行性审查。
  • LSR部件一般要求草案类似于热塑性塑料,大约每英寸(25.4毫米)深度有一次吃水。浅部位可容忍零吃水。LSR比热塑性塑料更耐缩吃水。这将根据具体情况而定。
  • 由于LSR易于流动,它的需求相对较小盖茨用于树脂注射。理想情况下,浇口应该进入零件最厚或最宽的截面,尽管这不是绝对的要求。LSR边缘门会留下痕迹或瑕疵,应放置在尺寸或外观不重要的表面或凹槽中。
  • 如有必要,Protolabs将添加喷口,溢出或撕裂条提高零件质量。这些可能会在成品上留下一点痕迹。在制造工具之前,Protolabs将提出闸门和通风口的位置,这些位置必须得到客户的批准。
  • Protolabs提供以下功能完成关于LSR成型工具:
    • PM-F0
    • PM-F1
    • SPI-C1
    • PM-T1
    • PM-T2
    • SPI-A2
  • 在不久的将来将添加更多的饰面,特殊要求将予以考虑。
  • 典型的公差对于设计良好的零件,线性公差为0.025mm/mm。

Protolabs还提供了一些二次模具和模具服务华体会app官网来支持你的项目。