转载 液态硅橡胶 LSR 注射成型的最新进展.doc

转载 液态硅橡胶 LSR 注射成型的最新进展原文地址:液态硅橡胶(LSR)注射成型的最新进展作者:terenceplastic图1热塑性塑料/LSR包覆成型的一个应用是水龙头滤网。在这一制品中，用作滤网的LSR被包覆成型到尼龙66上得益于材料、设备和工艺的改进与革新，液态硅橡胶(LSR)逐渐摆脱了小众需求的现状，扩大了应用领域。其中，大型、微型和发泡制品，以及多色或多材料的组合是LSR应用的新领域。液态硅橡胶(LSR)对于注塑加工商的商业机会的拓宽，要归功于更新的成型工艺，如发泡、多色或者多硬度注射，以及热塑性塑料/热固性塑料包覆技术的涌现。材料、设备和模具的改进增加了产品的多功能性，提高了产品质量，降低了注塑加工商准入的门槛。今天的LSR注塑加工商拥有更多的原材料选择、更大的模具选择余地以及更好的工艺技术，不但可以成型小至数千分之一g的制品，而且也能够加工32kg以上的巨大产品。材料、模具和加工设备供应商表示，在过去的几年里，对LSR感兴趣的人逐渐增加。一些塑料公司对此感兴趣，一些新公司也希望开拓他们的业务，同时医疗领域的加工商也更多地加入进来。RoembkeMfg.&Design模具公司副总裁GregRoembke说。我们发现,汽车工业已开始应用LSR。也许传统的硅橡胶在汽车工业中的应用已达到了极致，下一步需要从LSR获得更多的东西。他补充说。图2LSR的双注射包覆成型通常在一个成型单元内完成，而LSR和热塑性塑料则分别在不同的注射机上成型LSR注塑加工商表示，他们已经从高温硅橡胶(HCR)、EPDM、乳胶、天然橡胶、TPE、PVC甚至陶瓷的应用领域中抢占了一些市场。MomentivePerformanceMaterials(前GESilicones)的弹性体和RTV总经理BillFrench说，由于LSR惰性、耐热且耐化学品，因此可用于生产奶嘴和奶头、医用装置阀门或密封条、医疗植入体、医用手套和汽车密封条等。另外，在电子连接器、O型圈、衬垫、膜、引擎内零部件和燃料系统零部件方面，LSR也将获得更大的市场份额。同时，在一些需要耐热的软触感应用中，如烹饪用具，LSR也正在取代TPE。在北美，10%15%的硅树脂市场份额是LSR(全球为25%)，余下的为硅橡胶。Starlim北美公司销售和市场部门副总裁JohnTimmerman说。Starlim公司是奥地利主要的LSR加工商，最近在美国成立机构。业界普遍认为，LSR在北美的需求年均增长已达到15%。据研究评估，美国每年的LSR市场需求量约为81659072t，总产值约为8500万美元。另据分析，汽车工业是LSR最大的应用领域，占35%，医疗/健康护理次之，占25%，电子则占20%。2K工艺一些新品牌和一些引人注意的公司开发了几种新的LSR加工工艺，其中最突出的是多组分或者2K成型工艺，包括多材料、多色和多硬度成型工艺。多材料成型指的是典型的双注射成型工艺，即用LSR包覆成型热塑性塑料基体部件。双注射成型通常在一个成型单元内，需要分别进行热固性塑料和热塑性塑料的成型。首先完成热塑性塑料基体成型，接着将其转移到LSR成型设备中进行包覆成型。在一些应用案例中，热塑性塑料的残余热量能够使硅树脂固化。图3将LSR包覆成型到金属上，是另一新的应用领域将热塑性塑料/LSR的两步成型联合到一台设备内完成，是令人感兴趣的。1988年，日本Nissei公司就展示了这一技术。该工艺使用的模具很复杂，在热塑性塑料成型的一侧需要冷却装置，热固性材料固化的一侧需加热装置。热塑性基体部件能够通过几种方式被转移到LSR成型工位，例如通过转移板、旋转模具或者机械手将部件从一个模腔转移到另一个模腔。这种工艺虽然仅仅使用一台设备，而且占地面积小，但是对模具投入更大，因此该工艺更适合大批量生产。Kipe模具公司主席GeorgeKipe(在LSR加工领域工作已超过35年，被誉为美国LSR成型业界之父)说。Starlim的Timmerman补充说，使用独立的注射机的好处是，允许加工商使用热塑性塑料成型设备做其他的工作。Arburg在其德国的工厂开放日活动中，展示了使用带有旋转模芯的双区模具来实现LSR包覆成型PBT。该产品是一种6引脚电子连接件，其骨架采用30%玻纤增强PBT，LSR嵌入连接件表面的一端，以将整个部件的中部密封。两次注射使用同一个活动的浇道，生产过程中无废料产生。LSR要求冷流道温度为25，模具温度为200，PBT使用热流道成型，温度为300，成型后冷却至100。该制品的成型周期为30s，所用注射机为ArburgAllrounder470U液压注射机。垂直注射单元成型PBT，水平注射单元包覆成型LSR。LSR加工专家-奥地利的RicoElastomere公司提供了4+4模具。由于嵌入板驱动装置被整合到模具内，因此该装置能够被用到其他注射机上。图4SulzerChemtech的Optimfoam工艺据说是业界第一种LSR物理发泡技术LSR/热塑性塑料成型的关键是确保材料之间能够粘和。第一种方法是，通过在热塑性塑料基体中成型出凹槽来锁住硅树脂。第二种方法是，使用超声振动、等离子表面处理或者化学材料涂层，来使两种材料粘和到一起。目前流行的解决方案是，使用特别改性的硅树脂配方来获得化学键合。将LSR包覆成型到金属上也在发展之中。Kipe说，LSR能够包覆成型到阳极处理的铝上。另外，包覆成型到粉末金属上也是可行的。粉末金属制品具有多孔表面，能够与LSR发生机械接合。LSR多色成型的1副模具+1台机器概念有了新的延伸，即能够使用一个机筒和注射单元生产具有3种颜色的制品。模具公司M.R.Mold&Engineering和注塑机制造商ToshibaMachine在2007年推出的LSR3色成型系统，免去了繁琐的多注射系统，保留了LSR定量给料设备和无色成型注射机，同时缩短了生产转换时间和设置时间。该系统独家配备了Toshiba的EC-NII全电动注射机。该工艺的关键是模具中阀式浇口喷嘴的使用。M.R.Mold总经理JimAlbert说。其中，喷嘴为每一个单独的型腔提供色料。每一个模具型腔的每一种色料都对应一个喷嘴，LSR有一个独立的喷嘴。色料在进入模腔之前，先在模具的后端预混合。Toshiba的V-30控制器可监控工艺的每一个步骤，以确保色料得到精确使用，从而不会发生缺胶或透胶现象。M.R.Mold通过生产带有红色和蓝色条纹的白色LSR装饰片材，对该工艺予以了演示。图5最大的LSR部件是高压绝缘子，可取代以前使用的陶瓷另一种多材料成型方法是使用2种不同硬度的LSR材料。8年前，Engel曾经做过演示。Engel集团技术经理MarkHammond说:Engel开发的共注射系统，可将2股LSR流融合到一套冷流道模具中。该技术的主要应用目标是汽车燃油管线。该部件采用低成本的LSR作芯层，高性能的LSR用作外层。Engel表示，双硬度LSR部件非常罕见。物理发泡据说，首创的一种LSR在注射成型过程中进行物理发泡的新工艺已被美国SulzerChemtech的瑞士母公司开发出来，尽管LSR泡沫在市场上只占据很小的份额。该工艺被称为Optifoam，使用CO2或N2进行物理发泡，其发泡重复性要比使用化学发泡剂更好，工艺也更容易控制。据Sulzer公司的塑料加工混合和反应技术产品经理LukasStirnemann介绍，Optifoam工艺在2006年夏天商业化，能够减重30%60%(未发泡LSR的密度为1.1g/cm3，发泡后减少到0.45g/CM3)，并节省了材料，同时可降低邵式硬度达50%，从而拥有更软的触感。Optifoam工艺可将N2或CO2在一定压力下(999819996KPa)通过互相连接的计量单元充入到A和BLSR部件中。由于充入的气体处在超临界的状态下，因此能够更好地分散到LSR材料中。在进入模具之前，充气的LSR组分流入到一个特制的静态混合歧管中。Sulzer表示，静态混合器比注射螺杆的混合效率高34倍，在低剪切力下就能够得到均一性很好的熔体。另外，气体的均匀分布也使泡孔更加均匀。为防止未完成发泡的泡沫回流到机筒内，Sulzer还开发了截断喷嘴。图6LSR模具使用保温覆盖物，能够使冷流道和热模具之间绝热。该模具另一个普遍的特征是采用阀式浇口，并可以进行流体的调节从巨型部件到微型部件高压电绝缘子是近20年来LSR的一个成型方向。这种被制成2.443.05m高、重3641kg的零件能够取代EPDM和陶瓷等。MomentivePerformanceMaterials公司弹性体和RTV美国市场经理JimPapa说。与LSR相比，陶瓷绝缘子太重，所以零件的制造、运输和安装将成为LSR应用的动力。Momentive的BillFrench说。按照LSR模具制造商的说法，LSR高压绝缘子在欧洲的应用数量不多，现在在美国刚开始商业化。在成型大型制品时，大多数LSR加工商受限于注射机的尺寸和注射量。为此，Limtech公司采用了一种老技术即浸入成型，克服了这一难题。当然，这种方法并不为大多数LSR加工商所熟悉。Limtech在88t的BoyMachines注射机上成型了550g的LSR嵌件，用于医用无菌托盘。该注射机的射胶量仅有249g。在模具闭合后，喷嘴打开，螺杆在不前移的情况下旋转，就像一台挤出机。在低压充入大部分熔体以后，螺杆前移，在高压下将模具充满。Limtech的浸入成型经验允许材料在达到预定挤出量之前完全充模，并且避免了在挤出料和注塑料之间产生熔接线。LSR加工商还在拓展另一极端的产品，即微成型制品。在多型腔模具中生产小型或微型制品是另一发展方向。Simtec硅树脂制品公司产品开发工程师JavierCruz说。Simtec已经用128腔模具成型出了0.10.2g的制品，而且即将开发256腔模具。图7微型LSR制品能够小至0.0001g。Roembke公司制造这种小型和微型模具微型制品主要用在医疗和健康护理领域，例如植入装置、固定装置或者用于助听器的生物针和零部件。微型制品成型顾问DonnaBibber是Micro-EngineeringSolutions公司的总裁，她正在着手一个项目，即采用0.5mm的浇口成型127mm大小的LSR助听器零件，零件的局部小至0.18mm。该公司曾经成型出轻至0.0001g，尺寸仅为15.24mm的LSR制品。材料上的新选择BlueStar、DowCorning、Momentive、NuSil、Shin-EtsuSilicones以及WackerChemical等公司提供数百种双组分LSR配方。不过，Laur硅树脂公司宣称，他们能够提供世界上第一种注射成型用单组分LSR。除非需要进行配色，这一材料将免去用于双组分树脂计量和静态混合的麻烦。该公司总裁DanielLaur介绍，这种材料经过完全的化合，能够直接使用，加工商不必平衡2种组分的比率，从而提高了产品质量的一致性。我们甚至能够共混不同硬度的LSR，这是双组分系统不能实现的。他补充说。Laur公司提供4种硬度为邵氏A3160的LSR，据说这些树脂与双组分LSR的加工工艺类似，但是对于固化抑制或者空气固化的敏感度更小。在32以下，这些树脂储存期为3个月。Laur说，这些树脂的价格与HCR硅树脂相似，但比LSR便宜。如前所述，自粘接LSR配方引起了包覆成型加工商的兴趣。BlueStarSilicones(中国蓝星公司收购了Rhodia的硅树脂业务成立的新公司)最近推出了SilbioneLSR60，其硬度为邵氏A60，可用于健康护理领域。DowCorning最近拓展了其自粘接产品线，SilasticLCL50/900能够与尼龙、PBT和PC/ABS粘和。自粘接LSR不但能够在模具内与热塑性塑料粘和到一起，而且还能够分离以便于回收。2种材料通过重力浮选法分离。Shin-Etsu最近推出了Select-HesiveKE2017和KE2018自粘接树脂，后一种还具有自润滑功能。同时推出的Select-HesiveKE2090和KE2095LSR(邵氏3070A)能够快速固化，即使在高热及潮湿和热循环的情况下，仍和各种热塑性工程塑料具有很好的粘接性能。使用自粘接材料，基体部件不需要进行改性。该公司北美市场经理EricBishop说。图8在LSR成型中，Nissei全电动注射机比液压注射机和液电混合注射机更能够保紧密的公差。右边是LSR定量给料系统WackerSilicones表示，美国注塑加工商正对自粘接品级LSR表现出相当大的兴趣。据说，该公司的德国母公司所开发的自粘接LSR产品线范围非常宽，包括标准级别、健康护理级别、自润滑级别和耐油级别，它们和许多塑料都具有良好的粘接性能。LSR的另一些进展包括，高抗撕裂强度、快速固化(适合成型更大、更薄的零件)、自润滑以降低摩擦系数，以及耐汽车燃料的氟硅氧烷等。在蓝星公司的Silbione4300系列中，有一种硬度为邵氏A40、半透明、高强度且自润滑的LSR树脂，可用于健康护理领域。该系列中其他2种为邵氏60A的自粘接树脂。据说邵氏40A的树脂的固化时间要比标准级别的树脂低30%50%(如在175时为1213s)。该公司同时也开发了更软的胶体，可以用在健康护理的类凝胶领域。2007年，DowCorning推出了SilasticLC系列。其中，SilasticLC-45-200是一种高透明且具有高机械性能的树脂，可用于消费品和婴儿奶嘴;SilasticLC-50-2004可用于阀门和食品药品包装的密封;SilasticLC70-2004是一种硬度更大的材料，可用作移动电话键盘、烤盘和垫子。DowCorning开发的自润滑级LSR可用于连接器，其增强级高性能材料可用于医疗植入材料。DowCorning美国公司技术总裁StevenWaier说，该公司计划推出新的氟硅氧烷，以用于汽车领域。Momentive高性能材料公司在K2007上推出了几种新的材料，包括一种高透明、高折射指数(约1.5)且可用于成型复杂形状镜头的LSR树脂。该材料的光学透明度能够达到玻璃或者PC的水平，该材料的主要应用方向是LED。在K2007上，Momentive也介绍了一种新的在模内进行紫外线固化且可缩短成型周期的途径。Shin-Etsu推出了4种LSR(邵氏硬度520A)KE系列，该系列具有增强的软触感性能，同时强度较高。Shin-Etsu还推出了耐高温、低挥发性且自润滑的LSR，主要用于汽车领域，以及要求材料具有高撕裂强度的场合。Wacker的抗撕裂级LSRLR3060系列的抗穿刺性能得到了提高，并具有自润滑功能。模具的进展从事LSR模具制造的专业公司，包括KipeMolds、KingsonMold&Machine、M.R.Mold&Engineering以及RoembkeMfg.&Design。Roembke表示，美国LSR加工客户对于模具的要求是，具有更多的型腔、注射低粘度材料来生产小至0.05mm的制品，且不产生飞边。此外，还要求采用冷流道阀式浇口，以使部件的公差更紧密。在欧洲，3家最大的LSR模具公司采用开放式喷嘴设计。开放式喷嘴设计使可移动的零部件更少，因而发生故障的机会更少。然而，昂贵的阀式浇口喷嘴能够更好地分开热模具和冷流道，从而可按顺序或按一定形式为每一个型腔充模，并使浇口和部件上不会留有残余树脂。Kingson销售工程经理T.K.Lee说。阀式浇口喷嘴比开放式系统的成本高50%,并且比开放式喷嘴更占空间。Lee说，在热模具和冷喷嘴之间的开放式喷嘴处，能够形成冷料，这些冷料将在下一次注射时被推进型腔。根据制品的不同，这可能会导致问题的出现。通过一些窍门，能够将冷料的影响减至最小。图92KM的3种定量给料单元的灵活性更强Kipe已经生产了带有阀式浇口的96腔模具，该模具每天可生产600000个制品。Kipe具有生产128腔LSR模具的能力。Kingson生产48腔的LSR模具。该公司建立了技术中心以应对需求的增长，并展示其模具的生产能力。该公司还配备了一台45t的SodickPlustech机床和一台来自日本OEM厂商的70t设备。M.R.Mold制造了832腔阀式浇口模具。Roembke则停止生产64腔模具，以保持模具成本与复杂性的平衡。在3家奥地利LSR模具制造商中，Elmet是唯一一家在美国销售并设有服务机构的公司。该公司项目协调人SusanA.Patterson说:美国市场的反应很好。现在客户需要的是多个LSR模具包，而不像以前只需要1个或者2个。Elmet公司提供标准的和定制化的32腔阀式浇口模具。该公司在K2007上展出了一套256腔模具，该模具安装在KraussMaffei注射机上，用以生产重量小于0.1g的密封件。与其奥地利的竞争对手RicoElastomere和Hefner一样，Elmet能够提供完整的交钥匙系统(包括双组分定量给料系统)。在NPE2006上，AlbaEnterprises推出了CRS32腔冷流道系统。该模具的阀式浇口喷嘴的每个水口分成4个部分，令水路均匀分布，从而使每一个喷嘴都能得到很好的冷却。日本Seiki公司也设计了冷流道(以其Spear热流道系统闻名)系统，其Rudiz阀式浇口由Mitsui塑料公司供货。Fisa的水冷冷流道系统安装了弹簧阀式浇口喷嘴，它在材料的注射压力下打开。当注射压力停止，弹簧的弹力推动针阀使其闭合。D-M-E用于LSR生产的最新模具采用了叠模的概念，也被称为串联模具。在K2007上，D-M-E与德国T/Mould公司(拥有串联模具专利)合作展出了这一模具。这种叠模系统的打开和闭合发生在交替的成型周期中的2个模具表面。D-M-E目前是LSR串联模具的全球独家代理机构。该模具安装在标准的注射机上，装配了D-M-E为LSR和橡胶生产而开发的新的冷流道和水冷喷嘴系统。该模具的中央部分有两条分型线，电气或液压锁模装置允许每条分型线在交替的成型周期内张开，因此当一条分型线被充满时，另一条却可以打开顶出制品，D-M-E(德国)的产品经理ManfredSander说。这种方法意味着不必使用大型注射单元，就能满足大部件的生产要求，因为一次只充满一个模具。D-M-E设计的中央浇道衬套带有闭合喷嘴，弹性体进入中央导流板以后，被分配导入各个型腔。标准模具能够安装在任意一条分型线上，与使用2台注射机相比，产率能够提高1倍，而成本降低50%。注射/定量给料系统LSR成型的配套设备通常要求为双组分计量/混合系统，以给机筒供应硅树脂。在美