近幾年來，液態(tài)硅膠的應(yīng)用越來越廣，其成型技術(shù)也得到了快速發(fā)展。液態(tài)硅膠是一種無毒、耐熱、高復(fù)原性的柔性熱固性材料，其流變行為主要表現(xiàn)為低黏度、快速固化、剪切變稀以及較高的熱膨脹系數(shù)液態(tài)硅膠硫化而成的制品具有溫度適應(yīng)性強(qiáng)，純度高，透明性好，揮發(fā)物質(zhì)含量少，耐油耐老化，耐化學(xué)藥品和絕緣性突出等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、建筑、電子工業(yè)、醫(yī)療保健、機(jī)械工程、食品工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
一、液態(tài)注射成型
液態(tài)硅膠成型工藝中，液態(tài)注射成型(LiquidInjectionmolding/LIM)技術(shù)得到最早應(yīng)用。液態(tài)注射成型是將A、B膠(成分如1：1或者其它比例精確計(jì)量后，輸送到靜態(tài)混合器中，混合后再輸送到注射裝置中，由注射裝置再混合后注射到熱的模具內(nèi)，在模具內(nèi)膠料經(jīng)過快速的硫化反應(yīng)后，形成具有一定強(qiáng)度和彈性的硅膠制品。
在液態(tài)硅膠的成分中，催化劑和抑制劑的作用顯得尤為重要。由于液態(tài)硅膠需要發(fā)生硫化反應(yīng)，所以添加了催化劑來加速硫化反應(yīng)。當(dāng)液態(tài)硅膠溫度達(dá)到硫化溫度時(shí)，具有極高硫化速度(200℃時(shí)，硫化速度達(dá)到每毫米壁厚只需3～5s)，而且液態(tài)硅膠不能長期存在于40～50℃的溫度中(50℃時(shí)，即便沒有達(dá)到硫化溫度，在3～4分鐘內(nèi)，也會(huì)緩慢發(fā)生反應(yīng))。因此為了使液態(tài)硅膠溫度在沒有達(dá)到硫化溫度前，不發(fā)生硫化反應(yīng)，還需向其組分中加入抑制劑。在達(dá)到硫化溫度時(shí)，抑制劑失效，液態(tài)硅膠快速發(fā)生反應(yīng)。
1成型特點(diǎn)
1)液態(tài)硅膠注射成型與固體橡膠模壓成型相比不需塑煉、混煉、預(yù)成型等操作工序，節(jié)省了人力、物力和能量，減少了設(shè)備投資及占地面積。
2)液態(tài)硅膠注射成型可實(shí)現(xiàn)全密閉條件下自動(dòng)進(jìn)行的加工過程，消除了人工操作偏差，減少了加工過程中各種可變因素的影響和污染，保證了產(chǎn)品的尺寸精度和內(nèi)在質(zhì)量，這有利于液態(tài)硅膠在醫(yī)療上的應(yīng)用。
3)由于液態(tài)硅膠的粘度很低(一般在10～1000Pas范圍內(nèi))、流動(dòng)性和加工性良好，所以它的注射壓力比固體橡膠及塑料的注射成型壓力低很多，一般注射壓力為20MPa，某些情況下可低于1MPa，因此可以生產(chǎn)無飛邊產(chǎn)品，減少材料浪費(fèi)，同時(shí)降低了設(shè)備和模具的磨損。另外由于液態(tài)硅膠的流動(dòng)性好，特別適合于成型大型產(chǎn)品、形狀極復(fù)雜的產(chǎn)品或超薄產(chǎn)品，如成型厚度為0.5mm，長度達(dá)100mm的超薄產(chǎn)品，這種形狀對于固體膠料是難以成型的。
4)液態(tài)硅膠的硫化速度很快。注射成型時(shí)一般在160～220下經(jīng)數(shù)十秒到幾分鐘即可完成硫化反應(yīng)，因而其成型周期短、生產(chǎn)效率高。
5)液態(tài)硅膠在螺桿計(jì)量時(shí)所需的背壓很小，一般小于1.5MPa，對于某些粘度極低的液態(tài)硅膠膠料，甚至可以不設(shè)置背壓，這主要是由于低粘度硅膠流動(dòng)性很好，并且正常工作時(shí)液態(tài)硅膠中氣體含量很低。反而大的背壓，會(huì)導(dǎo)致未硫化的硅膠密度增大，破壞計(jì)量裝置的精確計(jì)量效果。
6)液態(tài)硅膠在注射成型過程中沒有收縮，但由于硅膠具有較高的熱膨脹系數(shù)，因而在脫模、冷卻后通常會(huì)有2%～3%的收縮，確切的收縮數(shù)據(jù)取決于物料配方。從加工的觀點(diǎn)來看，設(shè)計(jì)者應(yīng)該預(yù)先對影響收縮的一些因素有所考慮。
2設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1)采用液體溫控技術(shù)，控制料筒，噴嘴溫度控制在5～25之間。通常采用冷卻水作為冷卻介質(zhì)。
2)為了防止液態(tài)硅膠固化，采用液壓驅(qū)動(dòng)的針閥式密封噴嘴。射膠完畢時(shí)，針閥立即封閉射嘴。
3)在成型過程中，A、B膠料的混合均勻度，直接影響著硫化后的制品質(zhì)量，而在一些制品質(zhì)量要求高的情況下，膠料經(jīng)過靜態(tài)混合器后的混合程度不能完全滿足要求，螺桿的補(bǔ)充混合作用能較好的滿足要求。又由于膠料為液態(tài)，不需要經(jīng)歷塑化，所以螺桿設(shè)計(jì)成為無壓縮或低壓縮以及剪切作用弱的螺桿，且不需要大的長徑比。一般不宜直接應(yīng)用注塑機(jī)上的螺桿結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠渎輻U結(jié)構(gòu)通常具有較強(qiáng)的剪切作用，容易引起局部硫化，影響制品性能，所以設(shè)計(jì)專門用于液體硅膠注射機(jī)的螺桿具有重要的意義。如果制品質(zhì)量要求不高時(shí)，可以考慮用柱塞代替螺桿來完成注射。
4)液態(tài)硅膠粘度低，較低的注射壓力就能產(chǎn)生較高的注射速度，滯留在模具內(nèi)的空氣容易卷入到制品中。為了制得高質(zhì)量的制品，可考慮在注射前對模具進(jìn)行抽真空。也可以利用調(diào)節(jié)鎖模力達(dá)到趕走空氣的目的，即在鎖模力較低時(shí)，液態(tài)硅膠填充至空腔的90%～95%之后再將鎖模力調(diào)高，這樣既可以有效排氣，又可以避免液態(tài)硅膠溢出，產(chǎn)生飛邊。
5)液態(tài)硅膠的粘度較低，在注射時(shí)容易形成回流，因此止逆環(huán)的密封效果一定要好，一般不宜直接應(yīng)用注塑機(jī)上的止逆結(jié)構(gòu)。其工作過程：螺桿計(jì)量時(shí)，膠料在螺桿推送力作用下，通過栓膠圈上的孔，推開止逆環(huán)，進(jìn)入螺桿頭部。
6)液態(tài)硅膠注射成型過程需要采用冷流道技術(shù)，而且流道要足夠冷。流道與模具之間需要有足夠好的隔熱效果，以確保液態(tài)硅膠不會(huì)在流道內(nèi)硫化，堵塞噴嘴，這樣有助于減少廢料產(chǎn)生，節(jié)約成本。
7)如果成型的是極其柔軟且敏感的、高要求的制品，可考慮加入氣動(dòng)刷來清潔模具，用機(jī)械手來頂出制品。
二、澆注成型
電力行業(yè)的復(fù)合絕緣子大多是采用液態(tài)硅膠來成型，而用于高壓方面的絕緣子體積通常較大，成型絕緣子的模具體積也較大。采用液態(tài)硅膠來生產(chǎn)絕緣子時(shí)，由于其硫化速度相對固態(tài)硅膠要快得多，所以如果采用普通注射裝置注射膠料，容易導(dǎo)致液態(tài)硅膠還未充滿模具，流道就被硫化的硅膠所阻塞，使得成型的制品性能無法達(dá)到要求，甚至不能成型完整的制品。基于這些問題，在注射成型的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了澆注成型工藝。
澆注成型基本成型原理是：A、B泵送到計(jì)量系統(tǒng)，經(jīng)過計(jì)量后，進(jìn)入到靜態(tài)混合器，在靜態(tài)混合器中充分混合后，直接進(jìn)入模具。A、B混合膠進(jìn)入到模具前，先利用模溫機(jī)將模具保溫在較低的溫度，待膠料充滿模具后，開始對模具加熱，使其達(dá)到一個(gè)設(shè)定的溫度，然后保溫，硫化，冷卻，開模，完成一次成型過程。此種成型方法適合于制品體積龐大，外觀質(zhì)量要求不高的場合。
這種成型方式省去了注射裝置，節(jié)省了成本和機(jī)器占地空間。但由于缺少螺桿對從靜態(tài)混合器出來的膠料進(jìn)行再混合、均化作用，且計(jì)量混合系統(tǒng)提供的壓力不均勻、不連續(xù)，成型周期通常又相對較長，所以不適于高速，高產(chǎn)量和對制品質(zhì)量要求較高的場合。
三、液態(tài)硅膠的應(yīng)用
1)液態(tài)硅膠具有良好的生物惰性和生物相容性、極低濃度的小分子量成分、以及理想的物理性質(zhì)，并且可在聚合物水平進(jìn)行改性，因而成為醫(yī)療器械和醫(yī)療制品的首選材料。其應(yīng)用如，醫(yī)用裝置閥門或密封條、醫(yī)療植入體、醫(yī)用手套、醫(yī)用導(dǎo)管和球囊和人工器官、牙科印模材料，助聽器的生物針等。由于醫(yī)用領(lǐng)域制品，其利潤率高，市場空間大，所以發(fā)展液態(tài)硅膠在醫(yī)用領(lǐng)域中的應(yīng)用，有著廣闊的前景和深遠(yuǎn)的意義。
2)液態(tài)硅膠由于其獨(dú)特的化學(xué)鍵和結(jié)構(gòu)，具有耐高、低溫性，憎水性，耐漏電起痕性和抗電蝕損性，電絕緣性等諸多優(yōu)異性能，所以被廣泛應(yīng)用在電力行業(yè)制造復(fù)合絕緣子。而伴隨著西部大開發(fā)，電網(wǎng)升級改造，高鐵大規(guī)模建造等一系列國家項(xiàng)目的推進(jìn)，會(huì)帶來絕緣產(chǎn)品大量需求，催生更加龐大的市場，因此發(fā)展液態(tài)硅膠在電力行業(yè)的應(yīng)用具有廣闊的市場前景。
3)液態(tài)硅膠產(chǎn)品在汽車行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用。在國外，應(yīng)用于汽車行業(yè)中的液態(tài)硅膠占到液態(tài)硅膠使用量的35%，是最大的應(yīng)用領(lǐng)域，而在國內(nèi)，其應(yīng)用于汽車行業(yè)的比例偏小，這主要由于國內(nèi)液態(tài)硅膠成型技術(shù)還不太成熟。汽車行業(yè)中，液態(tài)硅膠主要應(yīng)用于汽車密封件，高透明LED燈，大型、復(fù)雜的光學(xué)元件，火花插頭連接器的護(hù)皮，開關(guān)蓋，雨淋感測器，中央鎖定系統(tǒng)的隔膜片。
4)液態(tài)硅膠制品由于具有柔軟的觸感，彈性，防水性和耐高低溫特性，使得硅膠制品廣泛的用于制造計(jì)算機(jī)和遙控器按鍵，手機(jī)和數(shù)碼產(chǎn)品護(hù)套，液態(tài)硅膠奶嘴奶瓶，液態(tài)硅膠防水眼罩、手套，液態(tài)硅膠玩具和液態(tài)硅膠生活器具。
四、結(jié)束語
液態(tài)硅膠本身的獨(dú)有特性，使得液態(tài)硅膠成型技術(shù)具有多樣性，除了本文介紹的液態(tài)注射成型和澆注成型工藝外，還有共注射成型，二元成型，鑲嵌件成型，擠出成型，物理發(fā)泡成型等工藝。掌握與應(yīng)用液態(tài)硅膠成型技術(shù)不僅可生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品，還可節(jié)省能源、減少浪費(fèi)，因此開發(fā)和應(yīng)用液態(tài)硅膠成型技術(shù)具有十分重要意義。目前國外液態(tài)硅膠成型技術(shù)的研究越來越深入，開發(fā)的產(chǎn)品多種多樣，應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛。而我國液態(tài)硅膠成型技術(shù)還僅處于起步階段，還有大量的研究開發(fā)工作需要進(jìn)行。不過相信在不久的將來經(jīng)過同行們的共同努力，液態(tài)硅膠注射成型技術(shù)會(huì)在我國得到迅猛發(fā)展。