Что такое жидкая силиконовая резина (LSR)
Жидкий силиконовый каучук (LSR) – это жидкий силиконовый материал, характеризующийся превосходной текучестью, быстрой вулканизацией и экологической безопасностью. В последние годы он стал высокотехнологичным эластичным материалом, привлекшим значительное внимание. По сравнению с традиционными термореактивными или термопластичными каучуками, LSR отличается превосходной биосовместимостью, широким диапазоном рабочих температур, высокой степенью автоматизации переработки и превосходными физико-химическими свойствами. Он широко используется в медицинских приборах, детских товарах, автомобилях, электроприборах и других областях. В данной статье анализируются свойства, преимущества и недостатки, методы выбора и рыночные тенденции LSR, чтобы помочь брендам, инженерам и закупщикам принимать более обоснованные решения о выборе и покупке.
Что именно представляет собой жидкая силиконовая резина?
Жидкий силиконовый каучук — это двухкомпонентный, катализируемый платиной, низковязкий жидкий силиконовый каучук. Он впрыскивается в форму и отверждается при нагревании методом литья под давлением (литье под давлением LSR, или LIM), что приводит к получению готового продукта с превосходной эластичностью и точной морфологией.
Основные компоненты:
- Силоксановая основная цепь (–Si–O–Si–);
- Платиновый катализатор (для сшивания);
- Мастербатч и стабилизатор
Почему LSR используется все чаще?
Преимущества:
Чрезвычайно высокая термостойкость, сохранение эластичности в диапазоне температур от -50 °C до 250 °C, что делает его пригодным для высокотемпературной стерилизации детских сосок (230 °C) и уплотнителей аккумуляторов для транспортных средств на новых источниках энергии (от -40 °C до 150 °C).
Жидкий силиконовый каучук сертифицирован FDA как пищевой и не содержит вредных веществ, таких как бисфенол А. Он широко используется в пищевой промышленности и в изделиях, непосредственно контактирующих с телом человека, таких как детские бутылочки, соски-пустышки и медицинские катетеры. Он обладает высокой биосовместимостью, нетоксичен и не имеет запаха.
Кто больше всего интересуется ЛСР?
Производители электроники и корпусов для электронных устройств, включая такие технологические компании, как Apple и Samsung , проявляют особый интерес к жидкому силиконовому каучуку, прежде всего для водонепроницаемых уплотнений в мобильных телефонах. Жидкий силиконовый каучук (LSR) обладает превосходной текучестью, быстрой вулканизацией, а также является экологически чистым и безопасным. Он особенно подходит для защиты от влаги, изоляции и водонепроницаемой герметизации в электронных изделиях, таких как кнопки, прокладки и уплотнения, требующие точного электрического сопротивления.
Производители медицинских изделий:
Для них требуются высокоточные, биосовместимые компоненты, такие как катетеры и дыхательные устройства.
Марки контейнеров для детского питания:
Им требуются безопасные материалы для пустышек, прорезывателей для зубов и кухонных принадлежностей.
Разработчики автомобильных запчастей:
Им требуются уплотнения, трубы и уплотнительные кольца для эксплуатации в условиях высоких температур и давления.
Производителям промышленных/бытовых товаров требуются термостойкие материалы для душевых леек, кухонных принадлежностей и уплотнительных клапанов.
Когда следует отдавать приоритет LSR?
Требования к точности формования:
Высокая точность продукции имеет решающее значение: жидкий силикон обладает превосходной текучестью, что делает его пригодным для заполнения форм сложной конструкции. Литье под давлением позволяет производить высокоточные изделия, такие как водонепроницаемые уплотнители для электронных устройств, шприцы, мембраны датчиков и медицинские заглушки.
Применения в условиях экстремально высоких/низких температур:
Жидкий силикон сохраняет свою эластичность в диапазоне температур от -50 °C до 250 °C, что делает его пригодным для применений, требующих экстремальной термостойкости, таких как кухонная утварь (например, формы для выпечки), наружное оборудование (например, водонепроницаемые кольца), отсеки автомобильных двигателей и уплотнители холодильников.
Период перехода от мелкосерийного к крупносерийному производству: технология LIM обеспечивает высокую эффективность производства и подходит для расширения производства.
Высокие требования безопасности/соответствия:
Требуется сертификация FDA и ISO. Благодаря сертификации FDA для пищевой промышленности, материал широко используется в изделиях для матерей и младенцев (например, бутылочках и пустышках), герметиках для респираторов, медицинских приборах (например, катетерах и герметиках), а также в предметах, непосредственно контактирующих с телом человека, например, в пищевых ланч-боксах.
Высокие требования к долговечности: устойчивость к ультрафиолетовому излучению, озону и старению. Срок службы изделий для активного отдыха (например, подкладки для спортивной защитной экипировки) более чем в три раза превышает срок службы обычных материалов.
Где предпочтителен жидкий силиконовый материал?
Медицина:
Сертифицированный FDA, нетоксичный, гипоаллергенный и воспроизводимо автоклавируемый, он широко используется для создания мягких на ощупь покрытий хирургических инструментов и носимых медицинских устройств, а также для герметизации и защиты изделий для младенцев и малышей (таких как соски-пустышки и успокаивающие игрушки). Жидкий силикон — предпочтительный материал для катетеров, масок, поршней шприцев и дыхательных трубок.
Автомобили:
Используемый в уплотнениях двигателей, водонепроницаемых конструкциях аккумуляторных батарей новых энергетических транспортных средств и буферах подвески, он обеспечивает как высокую термостойкость (200 °C), так и износостойкость. Он также используется в уплотнениях, манжетах стеклоочистителей, прокладках водяных насосов и для герметизации жгутов проводов.
Электрика и электроника:
Жидкий силикон имеет широкий температурный диапазон (от -5°C до -5°C). Жидкий силиконовый каучук (Liquid Silicone Rubber) подходит для таких применений, как водонепроницаемые уплотнители в электронных устройствах, герметизация аккумуляторных батарей, защита от ударов высокочастотных вибраций, а также для термостойких изоляционных прокладок и силиконовых переключателей.
Промышленные:
Жидкий силиконовый каучук демонстрирует минимальную остаточную деформацию и способен восстанавливать первоначальную форму после длительного сжатия. Он подходит для высокоточных уплотнений клапанов, гибких защитных слоёв для сочленений роботов, износостойких и коррозионностойких покрытий для промышленных трубопроводов, мембран клапанов, мембран датчиков уровня жидкости и уплотнений.
Дом и кухня:
Жидкий силиконовый каучук рекомендуется использовать в случаях, когда требуются высокие температуры и высокотемпературная стерилизация, например, в качестве уплотнителей для детских товаров и кухонных принадлежностей.
Как использовать ЛСР?
Жидкий силиконовый каучук используется в процессе литья под давлением, основные этапы которого включают смешивание, впрыскивание и отверждение.
Подготовка сырья
Выберите материал с подходящей твёрдостью и сертификацией. Жидкий силиконовый каучук обычно представляет собой двухкомпонентную смесь (компоненты A и B), смешанную в соотношении 1:1. В состав могут быть добавлены сшивающий агент, катализатор и другие вспомогательные материалы.
Выбор подходящего жидкого силиконового каучука требует комплексного анализа свойств материала, технологии обработки и вариантов применения в соответствии с требованиями проекта. Ключевые моменты включают:
1. Свойства материала
- Базовый цвет: Жидкая силиконовая резина обычно выпускается в белом, прозрачном или полупрозрачном базовом цвете. Цвет можно корректировать, добавляя красители. Для обеспечения точности цветопередачи рекомендуется использовать стандартную цветовую шкалу.
- Физические свойства: выберите твёрдость (по Шору А), прочность на разрыв (обычно 4–12 МПа) и скорость отскока (≥70% для высокочастотных применений) в соответствии с вашими потребностями. Например, для медицинского силиконового каучука требуется сертификация по ISO 10993, а для промышленного силиконового каучука рекомендуется прочность на разрыв ≥8 МПа.
- Химическая совместимость: необходимо оценить адгезию к подложке, стойкость к гидролизу (содержание винила ≥ 0.15%) и стойкость к УФ-излучению (с добавлением диоксида титана).
2. обработка
Текучесть и адгезия: Процесс вторичного формования требует хорошей текучести материала и сильной адгезии, чтобы гарантировать заполнение формы без пузырьков.
3. Технологичность: необходимо учитывать простоту процессов литья под давлением и вулканизации. Для сложных структурных деталей требуется формула с высокой текучестью.
4. Сценарии применения
- Диапазон температур: Для высокотемпературных сред следует выбирать термостойкий силикон (от -40°C до 200°C). Для общепромышленной продукции диапазон температур может быть сужен до -20°C до 150°C.
- Контакт со СМИ: при прямом контакте с продуктами питания или телом человека следует выбирать пищевой или медицинский силикон, соответствующий стандартам FDA/LFGB.
- Конструкция пресс-формы: При проектировании пресс-формы необходимо учитывать тонкие стенки, охлаждаемые литники и тепловой баланс.
- Смешивание и инжекция: при использовании процесса литья под давлением LIM компоненты A и B равномерно смешиваются, а затем отверждаются при нагревании.
5. Смешивание: Компоненты A и B точно смешиваются с помощью специального оборудования для обеспечения однородности. • Инжекция: Смешанный жидкий силикон впрыскивается в предварительно нагретую форму (170–200 °C). Термопластавтомат контролирует давление и расход, чтобы предотвратить образование пузырьков воздуха.
6. Лечение
В форме используются высокие температуры (обычно 170–200 °C) для инициирования реакции сшивания с образованием эластичного твёрдого материала. Этот процесс требует точного контроля температуры и времени.
Постобработка
После извлечения из формы может потребоваться вторичная вулканизация и очистка. В заключение проводятся испытания на твёрдость и размерность для обеспечения качества.
Этот процесс подходит для производства высокоточных деталей в медицине, электронике, автомобилестроении и других областях.
Каковы затраты на использование LSR?
Стоимость литья под давлением из жидкого силикона в основном складывается из стоимости сырья, производственных процессов, разработки пресс-формы, труда, а также транспортировки и складирования. Подробности приведены ниже:
Как правильно выбрать ЛСР?
Выбор подходящего материала LSR зависит от конкретной области применения, в первую очередь учитывая такие ключевые факторы, как термостойкость, механические свойства, химическая стабильность и производственный процесс. Необходимо учитывать такие эксплуатационные характеристики, как твёрдость по Шору А, прочность на разрыв и остаточная деформация при сжатии. Наши профессиональные инженеры предоставят экспертные рекомендации по выбору материала, исходя из требований вашего проекта.
Термостойкость
- Высокотемпературные применения: Для автомобильных электронных компонентов, требующих длительной устойчивости к температурам свыше 150°C, рекомендуется использовать жидкую силиконовую резину, устойчивую к высоким температурам.
- Общие электронные компоненты: Обычно требуется кратковременная термостойкость не более 170°С; можно использовать материалы с хорошей текучестью.
Механические свойства
- Требования к высокой прочности: Например, для инкапсуляции датчика, требующей прочности на растяжение ≥10 МПа, следует выбирать жидкую силиконовую резину с прочностью на растяжение 10 МПа и прочностью на разрыв 30 кН/м.
- Тонкостенные конструкции: Требуется жидкая силиконовая резина с высокой текучестью.
Химическая стабильность
Масло- и химическая стойкость: Для применений, связанных с химическими средами, такими как моторное масло SAE 5W-30 или этиленгликоль, следует выбирать жидкий силиконовый каучук с коэффициентом объемного расширения ≤3% или огнестойкостью UL94 V-0.
Безопасность
Пищевой или медицинский: сертифицированный FDA LSR (например, для сосок-пустышек) должен иметь четкую маркировку, подтверждающую соответствие требованиям US FDA 21 CFR 177.2600.
Совместимость с производством
- Литье под давлением: Предпочтение отдаётся самоклеящемуся LSR, который может быть приклеен к поликарбонатным подложкам без специальной предварительной обработки. Для обеспечения точного заполнения рекомендуется текучесть 5–20 г/10 мин.
- Время отверждения: Время отверждения традиционных LSR обычно составляет от десятков секунд до нескольких минут. Для тонкостенных конструкций рекомендуется сократить это время до 30 секунд/мм.
Обратите внимание на то, имеет ли выбранный вами жидкий силиконовый материал сертификаты FDA/ISO/USP.
Также уточните у вашего завода-партнера, соответствуют ли материал пресс-формы, уровень автоматизации производства на заводе и его производственная мощность требуемому объему поставки.
Как контролировать качество продукции ЛСР?
Контроль качества продукции из жидкого силиконового каучука (ЖСК) требует тщательного управления по многим параметрам, включая материалы, процессы и окружающую среду. Ниже перечислены ключевые точки контроля:
Материал управления
- Управление поставщиками: Выбирайте поставщиков, сертифицированных по стандарту ISO19001, и требуйте отчёты об испытаниях физических свойств каждой партии жидкого силикона (вязкость, твёрдость, скорость вулканизации и т. д. с диапазоном колебаний ≤±3%). Создайте базу данных материалов и внедрите принцип «первым пришёл — первым ушёл» (FIFO).
- Проверка материалов: Перед началом производства провести испытания пилотной партии для проверки текучести (колебание вязкости ≤5%) и адгезии к подложке (прочность на отрыв ≥2 Н/см при отклонении от партии к партии ≤10%).
Проектирование и обработка пресс-форм
- Конструкция разделительной поверхности: Используйте многоступенчатые вентиляционные канавки (глубиной 0.02–0.03 мм, шириной 3–5 мм) с зазором ≤0.015 мм. Для сложных конструкций требуется оптимизированное расположение литников с помощью анализа Moldflow.
- Техническое обслуживание пресс-формы: На поверхность полости пресс-формы нанесено покрытие из алмазоподобного углерода (DLC) или ПТФЭ, что позволяет снизить колебания усилия извлечения из формы на ≤10%. Конформная конструкция канала охлаждающей воды обеспечивает разницу температур между полостями ≤2°C.
- Оптимизация параметров процесса: Мониторинг параметров процесса включает температуру, давление и время впрыска.
- Контроль температуры: Температура впрыска составляет 130–170 °C, предварительный нагрев ПК — 90–110 °C, а время выдержки — 8–15 секунд для обеспечения достаточного отверждения силикона.
- Автоматическая калибровка: Для смешивания компонентов A/B используется высокоточный дозирующий насос (точность ±0.5%), а система смешивания калибруется каждые 4 часа.
- Пакетное тестирование: Изделия из жидкого силиконового каучука выборочно проверяются на физические свойства, точность размеров и дефекты поверхности, а партии оцениваются в соответствии со стандартами AQL 1.5–2.5.
Тестирование совместимости носителей
- Совместимость материалов: для использования в полярных растворителях или сильных кислотных и щелочных средах используется гидрогенизированный силиконовый каучук или фторированный модифицированный жидкий силиконовый каучук (ЖСК), чтобы предотвратить реакции гидролиза/сшивания между обычным ЖСК и средой. • Проверка всего процесса: анализ изменений молекулярных связей методом ИК-Фурье спектроскопии, размерного расширения (≤5%) и сохранения механических свойств (≥80%) гарантирует долгосрочную стабильность.
- Обеспечивает соответствие остатков растворителей стандартам.
Управление производственной средой
- Контроль температуры и влажности: в производственной среде поддерживается температура 25°C ± 5°C и влажность 50% ± 10% для предотвращения ухудшения характеристик материала.
- Контроль за чистотой окружающей среды: предотвращение образования пыли и пузырьков воздуха.
Изготовленные на заказ силиконовые изделия | Обслуживание OEM/ODM
Как чистить и обслуживать изделия из ЛСР?
Промойте поверхность под струей тёплой воды. Используйте мягкое моющее средство или мыльный раствор. Аккуратно протрите пятна мягкой тканью или губкой, уделяя особое внимание щелям. После чистки тщательно промойте поверхность, чтобы удалить пену, промокните насухо и просушите на воздухе (избегайте прямых солнечных лучей).
Для удаления жирных пятен:
Нанесите зубную пасту или пасту из пищевой соды (пищевую соду и воду до образования пасты).
Оставьте на 10 минут, затем аккуратно потрите мягкой щёткой. Нанесите на поверхность каплю спирта (избегая попадания внутрь) или замочите поверхность в спирте на 3–5 минут (ограничьте время, чтобы не образовались волдыри).
Для удаления пигментных пятен (например, от кофе или чая): замочите поверхность в белом уксусе или разбавленном лимонном соке (в соотношении 1:1-1:2) на 10 минут, чтобы размягчить пятно, затем тщательно промойте.
Для удаления липких пятен (следов клея):
Нанесите ватный тампон, смоченный лечебным маслом, на пятно, аккуратно потрите и смойте.
Глубокая дезинфекция, очистка и обслуживание:
Для предметов, устойчивых к высоким температурам (например, кухонной посуды и сосок):
Варить в кипящей воде 5–10 минут (убедитесь, что продукт выдерживает температуру ≥ 100 °C).
Паровой стерилизатор/микроволновая печь для высокотемпературной обработки паром. Разведите хлорсодержащее дезинфицирующее средство (например, 84) в холодной воде, замочите на 15–30 минут, затем тщательно промойте до полного удаления остатков.
В медицинской сфере необходимо соблюдать строгие методы стерилизации (например, автоклавирование, окись этилена и гамма-излучение).
Своевременная очистка, бережное обращение и тщательная сушка во избежание химической коррозии и физических повреждений могут значительно продлить срок службы и обеспечить гигиеническую безопасность.
Больше часто задаваемых вопросов
Резюме
Жидкий силиконовый каучук (LSR) — это конструкционный материал, сочетающий в себе высокие эксплуатационные характеристики и высокую добавленную стоимость. Он особенно подходит для промышленных применений, требующих высокой точности, биологической безопасности и устойчивости к экстремальным условиям. Несмотря на высокие первоначальные инвестиции, долгосрочное использование может окупить затраты и повысить качество за счет высокой производительности и низкого уровня брака.
Если вам требуется индивидуальная поддержка в выборе и внедрении LSR для вашего конкретного приложения, пожалуйста, свяжитесь с компанией ZSR.
Дальнейшее чтение
Для высокоточных деталей, изготавливаемых в больших объемах, в рамках группы компаний ZSR также доступна услуга литья под давлением LSR .
Техническая информация
Об авторе: Международная группа ЗСР
Компания ZSR International Group (Hong Kong) Co., Limited является универсальным поставщиком формованных силиконовых изделий и решений для формования силиконовых изделий в сфере потребительских товаров. Мы предлагаем услуги OEM, от проектирования силиконовых изделий до контрактного производства силиконовых изделий. Мы имеем возможности для изготовления силиконовой оснастки на заказ, формованных изделий из жидкого силиконового каучука ( LSR ), формованных изделий из твердого силикона, формованных многоцветных силиконовых изделий. Мы также можем изготавливать на заказ формованные силиконовые изделия, формованные изделия из LSR, формованные методом капельного впрыскивания ( соинъекции ) многоцветные силиконовые изделия.
