快速成長的醫療器材產業（到 8.3 年年增長率為 2030%）需要更安全的材料才能經受強力的消毒方法。醫療保健領域最近的產品召回促使製造商採用更好的材料，如液態矽橡膠注塑成型。
液態矽橡膠是一種鉑金硫化矽膠，自 20 世紀 70 年代末期以來一直用於大量生產零件。與普通橡膠材料不同，這種特殊矽膠具有獨特的化學結構，能夠天然地抵抗熱損傷和化學反應。
其先進的製造流程能夠生產以往無法實現的極小型醫療零件，並依靠自動化系統確保高度的重複性和低污染性。這些技術優勢使其成為生產醫療器材、防護設備和科學儀器中精密零件的理想選擇。
在本指南中，您將了解這種方法是什麼，為什麼它通常優於熱塑性塑膠和高稠度橡膠，以及設計選擇如何影響公差和長期性能。
LSR注塑成型定義
LSR 注塑成型是一種現代方法，其中液態矽膠在特殊模具中成型。與舊方法相比，由於液態矽膠可以完全填充模具並快速硬化，因此該技術可以製造出表面更光滑、尺寸更精確的產品。這種特殊的矽膠材料在極端溫度下表現良好，能安全阻斷電流，並與人體組織配合使用，非常適合醫療設備、電子產品和工業設備製造。
液態矽橡膠詳解
液態矽酮是一種無機聚合物，其主鏈為矽氧烷（Si-O），並含有碳和氫。這種主鏈賦予矽橡膠穩定性、化學惰性和在惡劣環境下良好的性能。
鉑金硫化與過氧化物硫化
液態矽橡膠 (LSR) 零件通常由兩種組分化合物製成：化合物 A（基料）和化合物 B（催化劑）。配比控制至關重要，因為它決定了固化的一致性和部件的品質。
鉑金硫化矽膠具有更優異的拉伸強度和撕裂強度、透明度，且不含過氧化物殘留物－因此，對於醫療、食品或皮膚接觸用途，應指定使用鉑金硫化矽膠。過氧化物硫化矽膠也可用於某些工業或汽車零件，但可能會產生副產物，並且需要不同的驗證方法。
製程和材料比較
在液態矽橡膠（LSR）成型中，雙組分液體注入加熱的模具中，並在模具內交聯固化成彈性橡膠。這種固化過程是不可逆的，不像熱塑性塑膠那樣會熔化和重新固化，從而改變了流道設計、成型週期和收縮性能。
了解這些差異有助於您選擇合適的材料，並期望您的零件具有穩定的密封性、一致的性能和較長的使用壽命。
為什麼液態矽橡膠注塑成型優於傳統方法
如果您重視大規模生產中組件品質的一致性，那麼液態矽膠加工流程將改變最終結果。此製程透過精確控制注射量、注射速率和固化條件，確保複雜幾何形狀的組件擁有可重複的高精度。
複雜零件的精度和重複性
這樣可以確保每次循環都獲得一致的公差，這對無洩漏密封和可靠的閥門動作至關重要。正確的模具、排氣孔和閘流道設計，使液體順利填充複雜的結構而不會產生變形。
自動化實現更清潔的生產
自動化生產單位減少了接觸點，降低了衛生和受監管產品的污染風險。免接觸式脫模還能減少操作人員接觸高溫，並提高產量，進而滿足更大批量生產的需求。
在極端溫度下表現更佳
液態矽膠在約-60°C至180°C的溫度範圍內都能保持彈性和密封力，因此零件能夠在熱循環和惡劣環境下保持性能穩定。其絕緣性能也使其適用於對性能穩定性要求極高的電子產品和電動車零件。
液體矽橡膠注射成型如何運作？
1. 材料準備
首先，我們需要兩個部分：A 部分和 B 部分。
• A 部分類似於濃稠的液體（他們稱之為「基礎聚合物」）。 B 部分含有特殊化學物質使其變硬（稱為交聯劑）。
• 混合前，我們必須將兩部分攪拌均勻。為什麼？因為如果我們沒有正確地將它們混合，化學反應就不會均勻地進行。想像一下製作有塊狀的蛋糕麵糊——這是同樣的問題。
2. 混合過程
現在，以精確的比例混合 A 部分和 B 部分。通常是1：1，但有時會有所不同。
• 比例極為重要。如果添加過多的 A 部分，矽膠會保持黏性。如果 B 部分太多，它會硬化得太快。就像煮飯一樣——水量不當會使米飯變得糊狀或燒焦。
• 混合時，避免產生氣泡！氣泡會使最終產品變得脆弱。如何？緩慢攪拌或使用真空機吸出空氣。
3.注塑成型
將混合好的液體放入模具中，用液體矽橡膠注射成型。
• 模具通常由金屬（鋼或鋁）製成。形狀必須完美——即使 0.1 毫米的誤差也可能毀掉產品。
• 模具加熱和固化：與熱塑性塑膠不同，矽膠模具需要加熱，透過加熱和加壓來固化型腔內的液態矽膠。合理的澆口和排氣設計決定了成品的外觀品質、飛邊和尺寸重複性。
• 控制溫度（120–180°C）和壓力。如果溫度低，矽膠就不會固化。如果壓力過高，模具就會破裂。這就像烤餅乾一樣——太熱會烤焦，太冷又會生硬。
4. 後處理
脫模和自動化：機器人、傳送帶和溜槽負責移除零件，以減少污染並穩定循環控制。自動化還能提高生產效率，進而達到更高的產量。
從模具中取出後，執行額外步驟：
• 硫化：再次加熱產品。這使得它更加堅固，就像把軟黏土變成硬陶瓷一樣。
• 修剪：用工具切掉多餘的邊緣（「閃光」）。使其看起來整潔，就像修剪指甲一樣。
• 品質檢查：檢查氣泡、錯誤形狀或顏色問題。把壞的丟掉──沒人想要有洞的手機殼。
獲得更好結果的關鍵提示
適當的溫度、時間和壓力組合可以保持零件的一致性，並降低廢品率。
1. 測量兩次，混合一次
務必使用電子秤檢查A/B比例。
慢速攪拌 = 更少氣泡：注射速度和填充曲線會影響氣泡的產生、編織紋路和表面光潔度。使用轉速 200 轉/分鐘的機器攪拌。手工攪拌需要 15 分鐘，而且會使手臂疲勞。
2.模具設計很重要
好的模具上有細小的排氣孔，可以讓空氣排出。劣質模具會困住空氣－產品表面會像瑞士起司一樣千瘡百孔。合適的夾具還能確保產品在長時間生產過程中尺寸的穩定性。
3. 溫度控制技巧
矽膠固化的模具溫度遠高於大多數熱塑性塑膠－大約在 320–450°F (160–230°C) 之間，而許多熱塑性塑膠的固化溫度則低於約 170°F。這些較高的溫度會影響模具的選擇、壓機隔熱以及生產週期的規劃。
使用紅外線溫度計檢查模具溫度。如果沒有溫度計，加熱後等待2分鐘再注射。
液態矽橡膠注射成型的優勢
生產經理青睞矽酮系統，因為它能將可重複的化學反應轉化為穩定的產量。自動化計量和封閉式混合減少了操作人員的步驟和污染。這意味著零件的一致性更高，大規模生產時意外情況也更少。
1.生產效率高
注塑機運轉速度非常快。它們可以在一個週期內同時生產許多產品。由於機器可以自行工作（自動化），因此工人不需要做太多工作。例如有些機器利用機器人自動取出成品。這節省了時間並使工廠每天能夠生產更多的產品。
2. 設計自由度和薄壁填料
矽膠流動性好，能夠填滿其他橡膠材質難以觸及的薄壁和小半徑區域。這使您可以設計出緊湊的密封件、膜片和複雜的結構，而無需做出任何妥協。
3.產品品質穩定
LSR注塑機對溫度、壓力和時間的控制非常精確。感測器會自動偵測所有參數。如果出現任何異常，機器將停止運作並亮起警示燈。這意味著所有產品外觀一致，並符合所有標準。對於醫療器材零件或手機殼等產品而言，這種精確度至關重要。
4. 生產成本低
主要原料是熱塑性顆粒，價格低廉且易於購買。更棒的是，剩餘的塑膠可以熔化後重新利用。工廠由於避免了材料浪費，因此節省了成本。嚴格的刀具關閉和正確的夾具設定可以生產出幾乎沒有毛邊的零件。減少修邊工作降低了人工和材料浪費，從而降低了整體擁有成本。此外，機器全天候運轉，只需少量工人，因此人工成本也保持在較低水準。
5.高精度製造
透過調整機器設置，工人可以非常準確地控制產品的尺寸和重量。有些機器製造的零件精度達到 0.01 毫米——就像頭髮絲的厚度一樣！這非常適合製作手錶中的微型齒輪或電腦的連接器。即使是複雜的形狀，每次也能得到正確的結果。
6. 耐久性和機械性質
零件具有極高的撕裂強度和拉伸強度，適用於組裝和驅動。優異的壓縮永久變形（回彈力）可確保按鈕和密封件隨著時間的推移保持原狀。
7。 環保
塑膠顆粒不會像金屬切割那樣產生灰塵或髒水。現代機器也使用過濾器來淨化煙霧和氣體，然後再將其排出。目前許多工廠回收了90%的塑膠廢棄物。這有助於保護環境並遵循綠色生產規則。
8、應用範圍廣
使用液態矽橡膠（LSR）注塑機幾乎可以生產任何產品。從玩具積木這樣的小物件，到廚房容器這樣的中型產品，再到汽車儀錶板這樣的大型零件，一切皆有可能。不同的模具可以讓一台機器今天生產手機殼，明天就能生產醫療器材。
這些優勢轉化為更清潔的生產、更少的返工和可預測的產量——因此，您更容易實現應用層面的效能和成本目標。材料選擇和工藝驗證能夠可靠地大規模實現這些優勢。
LSR模塑的設計和製造考量
好的設計透過使零件幾何形狀與矽橡膠的流動和固化行為相匹配，降低上市風險。
公差和尺寸精度
由於材料的液態特性和任何飛邊都會影響最終尺寸，因此請務必嚴格控制公差。在圖面上標示關鍵尺寸、基準面和首選分型線方向。明確允許的偏差範圍以及零件的測量方法，以便供應商能夠控制型腔壓力和壓縮，從而達到精度目標。
收縮和原型製作
這種材料的收縮率通常高於許多熱塑性塑料，一般在 5% 到 7% 之間，具體數值會因牌號和工藝而異。建議儘早製作原型，以驗證尺寸並調整型腔尺寸。取樣可以減少意外情況，並讓您在投入生產模具之前優化澆口、排氣孔和壁厚設計。
牆體厚度、通風和脫模
薄壁填充效果好，但仍需平衡流道、通風口和小閘門，以避免空氣滯留和瑕疵。氣流通常很小，但紋理、倒扣和自動脫模都會影響變形風險。在需要的地方設計倒扣，但要限制過度拉伸，以防止脫模過程中發生熱撕裂。
分型線、澆口、排氣孔和硬度計
分型線應隱藏澆口痕跡，並使用排氣孔或溢流通道排出空氣。較小的澆口適用於液體流動，但必須與您的壓力和循環計劃相匹配。選擇硬度等級時，應權衡舒適性、密封性能和操作性。較軟的硬度等級密封性較好，但會改變頂出力和組裝特性。
根據您的應用選擇合適的材料和等級
選擇合適的矽膠等級，以配合您的產品在使用過程中將面臨的特定條件。
通用配方與特殊配方
首先考慮使用條件：溫度暴露、接觸液體、紫外線照射和機械負荷。通用型液態矽橡膠的填料含量較低，可為許多產品提供穩定的基本性能。如果需要更高的耐熱性或耐液體性，請考慮使用含有填料或添加劑的特殊材料，以提高耐熱極限或增強耐化學性。
用於醫療和食品的監管等級
醫用級矽橡膠必須符合 生物相容性標準，例如 ISO 10993 並包含完整的批次追溯資訊。食品接觸材料應提供FDA支持文件和驗證計劃，以證明其安全使用。
氟化物和高溫選項
氟矽油能提高耐油耐燃料性能，但成本更高。耐高溫矽油混合物可延長使用壽命，並能承受引擎或加熱器附近反覆的熱循環。
顏色、半透明度和外觀
液態矽橡膠本身呈現半透明或白色，易於著色，可用於品牌配色。在對透光或美觀效果有要求的場合，請指定使用半透明材質。
LSR注塑成型模具
模具選擇決定了零件品質、專案成本和生產正常運作時間的基準。預計模具將是生產計畫中周期最長的項目，也是成功生產的主要資金投入。
為什麼硬化不銹鋼很常見
用於生產 LSR注塑模具通常情況下，硬化不銹鋼是首選材料。它耐高溫、耐腐蝕、耐長期磨損，因此模具的使用壽命可以保證。
CNC和EDM如何製造精密型腔
製造商使用數控銑削加工大尺寸幾何形狀，並使用電火花加工來精細加工複雜特徵和切口。這種組合能夠提供控制飛邊和確保小零件重複性所需的精度。
矽加工特有的挑戰
低黏度材料和較高的模具溫度（約 215°C）對公差要求極高。分型線處的微小縫隙會導致飛邊形成，增加修整工作量和廢料。因此，應做好日常維護和有效排氣的準備。向供應商諮詢其在壓力、溫度循環和磨損處理方面的經驗，以降低產品上市風險。
液體矽橡膠 (LSR) 注射成型的應用
醫療行業應用
液體矽橡膠因其特殊性能而非常適合用於醫療工具和零件。
• 其作用原理：它可以承受高溫（如消毒）並殺死細菌，因此對於醫院來說非常安全。
• 常見產品：
◦ 醫療器材密封件（例如注射器塞子）
◦ 靜脈注射管和導管
◦ 人造器官的軟部件（例如心臟瓣膜）
◦ 奶瓶和奶嘴等嬰兒產品（不含有害化學物質，易於清潔）
• 額外好處：醫生信任它，因為它符合嚴格的安全規則（如 FDA 標準）。
電子工業用途
LSR 可確保電子設備的安全並延長使用壽命。
• 主要特徵：
◦ 在極端溫度下保持穩定（-50°C 至 200°C）
◦ 阻斷電流（絕緣性佳）
• 範例：
◦ 手機/平板電腦連接埠密封件（例如防水 SIM 卡托）
◦ 電纜和電路板上的保護層
◦ 柔軟的觸控屏，耐刮擦（如手機螢幕）
• 優點：即使在下雨天或高溫下，手機也能使用更久。
汽車零件製造
汽車依靠 LSR 來應對引擎蓋下的惡劣環境。
• 汽車為什麼需要它：
◦ 處理引擎熱量（高達 180°C）
◦ 在寒冷天氣下保持靈活
• 典型零件：
◦ 雨刷片和防水密封件（無洩漏）
◦ 引擎墊圈和空氣濾清器
◦ 燃油管路和液壓軟管
• 特殊用途：一步與金屬/塑膠零件黏合，節省時間。
家庭用品
LSR 讓日常用品更安全、更舒適。
• 為什麼家庭喜歡它：
◦ 質地柔軟（如矽膠刮刀）
◦ 對食物和嬰兒安全（無毒素）
• 您可能使用的產品：
◦ 廚房用具（耐熱烘焙模具）
◦ 嬰兒出牙玩具和奶瓶奶嘴
◦ 耐用的手機殼和遙控器按鈕
• 設計技巧：其可塑性使其可以塑造出各種創意形狀（例如，動物形狀的玩具）
LSR注塑成型常見問題解答
液態矽橡膠何時才是您零件的更佳選擇？
當您需要生物相容性、可重複消毒、耐化學腐蝕或穩定的電絕緣性能時，請選擇液態矽橡膠。它尤其適用於醫療器材、穿戴式產品、汽車和電動車系統密封件，以及需要觸感柔軟或在極端溫度下保持長期耐用性的消費品零件。
哪些製程參數對零件品質和一致性影響最大？
模具溫度、注射量和固化時間對固化效果和尺寸穩定性有顯著影響。循環時間取決於化學成分、零件幾何形狀以及料筒或流道預熱情況。鎖模力和注射速率控制零件的精度和飛邊。監控這些參數可確保機械性能的一致性和生產的可重複性。
如何處理液態矽橡膠零件的公差和收縮？
規劃公差時應考慮矽膠雖小但可測量的收縮率；原型製作可降低最終模具的風險。使用計量和檢測來驗證關鍵尺寸。設計較大的半徑和一致的壁厚，以最大限度地減少差異收縮，並確保生產批次間的尺寸精度。
利用此工藝能否實現無飛邊成型和減少浪費？
是的。合理的模具設計、精確的夾緊和嚴格的公差可以大大減少或消除飛邊。自動化澆注和流道系統，結合精確的材料計量，可以降低廢料並提高大量生產的材料利用率。
成型後通常有哪些二次加工工序？
典型工序包括去毛邊或修邊、油墨標記或移印、帶嵌件的黏合或包覆成型，以及後固化以增強性能。自動化修邊和檢測系統有助於降低成本，同時維持嚴格的品質控制。
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以LSR注塑製程製成的製品具有低壓縮永久變形的特性。這意味著它們在受到外力後能夠迅速恢復到原來的形狀，而不會發生永久變形。這項特性使得LSR模塑零件能夠在很寬的溫度範圍內保持穩定的性能，使其成為極端環境下汽車零件的理想選擇。
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