硅橡胶模具设计要点

baozang

热固性液态硅橡胶(LSR)注压模具的结构，总的来说跟热塑性胶料所用的模具结构相似，但也有不少显著差别。例如，LSR胶料一般粘度较低，因而充模时间很短，即使在很低的注射压力下也是如此。为了避免空气滞留，在模具中设置良好的排气装置是至关重要的。
7 c2 R3 @+ G; m1 G  E2 C" e6 M9 A    另外，LSR胶料在模具内不会像热塑性胶料那样收缩，它们往往遇热膨胀，遇冷轻微收缩。因而，其制品并不总是如所期望的那样留在模具的凸面上，而是滞留在表面积较大的模腔内。
    1、收缩率
4 ^- I/ Z$ c$ A& I$ }    虽然LSR并不会在模内收缩，但它们在脱模和冷却后，常常会收缩2.5%-3%。至于究竟收缩多少，在一定程度上取决于该胶料的配方。不过，从模具角度考虑，收缩率可能受到几种因素的影响，其中包括模具的温度、胶料脱模时的温度，以及模腔内的压力和胶料随后的压缩情况。
    注射点的位置也值得斟酌，因为胶料流动方向的收缩率通常比与胶料垂直流动方向的收缩率大一些。
    制品的外形尺寸对其收缩率也有影响，较厚的制品的收缩率一般要比较薄者小。如果需进行二次硫化，则可能再额外地收缩0.5%-0.7%。
1 D- D% z! s7 k    2、分型线
# ?2 |) d% X( v5 r    确定分型线的位置是设计硅橡胶注压模具的前几个步骤之一。排气主要是通过位于分型线上的槽沟来实现的，这样的槽沟必经处在注压胶料最后到达的区域内。这样有助于避免内部产生气泡和降低胶接处的强度损失。
2 S2 m! O8 a2 Y8 y    由于LSR粘度较低，分型线必须精确，以免造成溢胶。即便如此在定型的制品上还常能看见分型线。
    脱模受制品的几何尺寸和分型面位置的影响。将制品设计成稍有倒角，有助于保证制品对所需的另一半模腔有一致的亲合力。
& e8 F6 C, A4 V% p    3、排气
* i5 b3 ~" _6 ?9 a" y! `0 C5 N- M' _    随着LSR的注入，滞留在模腔内的空气在模具闭合时被压缩，然后随着充模过程而通过通气槽沟被排出。空气如果不能完全排出，就会滞留在胶料内(这样往往会造成制品部分露出白边)。通气槽沟一般宽度为lmm-3mm，深度为0.004mm-0.005mm。
    在模具内抽真空可创造最佳的排气效果。这是通过在分型线上设计一个垫圈，并用真空泵迅速将所有的模腔抽成真空来实现的。一旦真空达到额定的程度，模具即完全闭合，开始注压。
! B$ B3 v# q+ G    有些注射模压设备容许在可变化的闭合力下操作，这使加工者可以在低压下闭合模具，直到模腔的90%-95%被LSR充满(使空气更容易排出)，然后切换成较高的闭合力，以免硅橡胶膨胀而发生溢胶。
' J5 p9 I; J+ f' W    4、注射点
/ i4 U. G0 c" [# G2 g    模压LSR时采用冷流道系统。可最大限度地发挥这种胶料的优点，并可将生产效率提升至最高限度。
以这么一种方式来加工制品，就不必去掉注胶道，从而避免增加作业的劳动强度，有时还可避免材料的大量浪费。在许多情况下，无注胶道结构还可缩短操作时间。
/ G7 K$ s0 G- m' ~# @    胶料注射嘴由针形阀来作正向流控制，目前许多制造厂商可将带气控开关的注射嘴作为标准设备提供，并能将其设置在模具内的各个部位。有些模具制造商专门研制出了一种开放式冷流道系统，其体积非常之小，以致要在极其有限的模具空间内设置多个注射点(进而充满了整个模腔)。这项技术在无需使胶注口分离的情况下，使大量生产优质硅橡胶制品成为可能。
5 W6 `1 b* W% Z% A    如果采用冷流道系统，那么重要的是在热的模腔和冷的流道之间形成有效的温度间隔。若流道太热，胶料可能在注射前便开始硫化。但是若冷却得太急，它就会从模具的浇口区吸收太多的热，导致不能完全硫化。
2 \! v# _. P4 V" I4 f7 t( n" m    对于用常规的注浇道(如潜入式浇道和锥形浇道)注射的制品，适宜采用小直径注胶口加料(加料口直径通常为0.2mm-0.5mm)来浇注。低粘度的LSR胶料如同热塑性胶料一样，平衡流道系统显得十分重要，只有这样，所有的模腔才会被胶料均匀地注满。利用设计流道系统的模拟软件，可以大大简化模具的研制过程，并通过充模试验证明其有效性。
    5、脱模
    通过硫化的液体硅橡胶容易粘附在金属的表面，制品的柔韧性会使其脱模困难。而LSR拥有的高温撕裂强度能使之在一般条件下脱模，即使较大的制品也不会被损伤。最常见的脱模技术包括脱模板脱模、脱模销脱模和气力脱模。其它常见的技术有辊筒刮模、导出板脱模和自动御模。
1 o) d4 I, t4 O: l. P9 Y    使用脱模系统时，必须使其保持在高精度范围内。若顶推销与导销套之间的间隙太大，或者部件因长时间磨损而间隙变大，就可能造成溢胶。倒锥形或蘑菇形顶推销的效果甚佳因为它允许采用较大的接触压力，便于改善密封性育旨。
    6、模具材料
+ \! b; j6 o: P7 }3 s    模具托板常用非合金工具钢(no.1.1730,DINcodeC45W)制成,对干需承受170℃-210℃高温的模具托板，考虑到抗冲击性，应当用预回火钢(no.1.2312,DINcode40CrMn-MoS86)制造。对于设置模腔的模具托板，应采用经氮化或回火热处理的乙具钢制造，以确保其耐高温性能。
    对填充量高的LSR，如耐油级LSR，推荐采用硬度更高的材料来制造模具，例如光亮的镀铬钢或为此用途专门研制的粉末金属(no.1.2379,DINcodeX155CrVMo121)。设计高磨损材料模具时，应该将那些承受高磨擦的部件设计成可更换的形成，这样就不用更换整个模具了。
    模腔内表面对制品的光洁度影响甚大。最明显的是定型制品将同模腔表面完全吻合。透明制品用模具应采用抛光的钢材制造。经过表面处理的钦/镍钢耐磨性极高，而聚四氟乙烯(PTFE)/镍则能使脱模更加容易。
    7、温度控制
! `2 Z3 `8 E$ y( `    一般来说，LSR的模压以采用电加热方式为宜，通常是采用带形电热器、筒形加热器或加热板加热。
关键的是要使整个模具的温度场均匀分布，以促进LSR均匀固化。在大型模具上，是经济有效的加热法当推油温控制加热。
    用绝热板包覆模具有利于减少热损失。热模任何部位的不适宜都可能使之在各操作工序之间遭受大的温度波动，或造成跑气。如果表面温度降得过低，胶料固化速度就会减慢，这往往会使制品无法脱模，引起质量问题。加热器和分型线之间应保持一定的距离，以防止模板弯翘变形，在成品上形成溢胶毛边。
4 R7 \& I! ~! e7 H: b7 q    若设计冷流道系统的模具，热端和冷端之间必须确保完全隔开。可以采用特制的钦合金(如3.7165[TiA16V4])制造，这是因为与别的钢材相比，其导热性低得多。对于一个整体的模具加热系统而言，隔热板应设置在模具与模具托板之间，以使热损失最小。
    恰当的设计和构思可确保LSR注压成型，在此模具十分重要。上述模具设计原则旨在使胶料充满模腔，缩短固化时间，成品质量上乘，产量高，从而使硅橡胶加工者获得良好的经济效益。