硅胶注塑成型与塑料注塑成型不同。塑料会熔化流动，而硅胶是一种经过化学固化的液体。机器直接混合并加热硅胶部件，然后使其固化。无需熔化原材料，也无需冷却。
本文探讨了硅橡胶成型工艺的步骤、性能优势以及关键部件依赖硅橡胶成型的行业。您将了解到硅橡胶与塑料的工艺规则有何不同，以及如何在工厂车间应用这些知识。
什么是注塑成型硅胶部件？
操作员将两种液体混合。机器将混合物注入高温模具。然后模具中的零件即可凝固并被推出。这就是硅胶注射成型的简要概括。
硅橡胶有两种材料系列。LSR 是液态硅橡胶，这种硅胶固化速度快，主要用于大批量硅橡胶成型。HCR 是高品质橡胶，质地比 LSR 更稳定，外观类似面团，需要采用压缩成型而非注塑成型。大多数注塑成型的硅胶部件都使用 LSR，因为注塑过程本身可以自动完成。
硅胶注塑成型的特性将在各种应用中得到体现：柔韧但抗撕裂，热稳定性范围为-50℃至200℃，化学惰性，无异味，零件压缩后可恢复，并且能够可靠地密封空气和液体。
消费者日常生活中随处可见这样的例子：婴儿奶瓶奶嘴、医用口罩密封圈、厨房秤上的按键、咖啡机的垫圈、净水器滤芯的O型圈等等。这些都是大规模生产的注塑成型硅胶部件。用户根本不会去想它们的生产方式。这就是好的设计。
硅胶零件的注塑成型工艺
注塑成型硅胶零件的制作流程与塑料零件截然不同。虽然理论上步骤相同，但细节却大相径庭。让我们逐一了解每个阶段。
第一阶段：模具制造
液态硅橡胶（LSR）模具并非塑料模具。LSR模具需要完美的密封性。由于材料较薄，容易发生泄漏。
排气是关键。排气太少，空气会被困住；排气太多，硅胶就会泄漏。找到合适的平衡点是模具工程师的技能。
数控加工用于切割型腔形状。电火花加工（EDM）则用于加工刀具无法触及的精细细节和锐角。两种方法都必不可少。
冷流道系统是标准配置。材料从注射单元流到型腔入口的过程中保持低温，然后进入高温模具并固化。
第二阶段：物料准备与计量
LSR（液态硅橡胶）分装在两个桶中。A 部分包含基础聚合物和铂催化剂，B 部分包含交联剂和填料。机器同时泵送两部分，并通过静态混合器以精确的 1:1 比例混合。混合过程中不会混入空气，也不会造成污染。
注射单元将保持低温而非室温。如果材料温度升高，就会提前开始固化。
在混合阶段加入颜料或添加剂。注射装置将根据预设标准调节颜色、润滑性和抗菌性能。
第三阶段：注塑成型
热塑性塑料的注塑成型需要高压——数千磅/平方英寸（PSI）。而硅橡胶的注塑成型则使用低压（几百磅/平方英寸就足够了）。这种材料流动性好，模具不需要很大的夹紧力。
冷流道系统引导混合好的液态硅橡胶流向加热的型腔。在浇口处，温度骤升，固化立即开始。
真空接口在注塑成型前将型腔内的空气抽出。没有气泡就意味着没有空隙。没有空隙意味着机械性能的一致性。这一步骤可以将优质零件与废品区分开来。
第四阶段：固化（硫化）
加热激活反应。模具温度介于 150°C 至 200°C（300°F 至 425°F）之间。铂催化剂促进交联反应。硅酮链相互结合。液体转化为固体弹性体。
成型周期很短。薄壁零件只需十秒，厚壁复杂形状的零件只需九十秒。大多数注塑成型的硅胶零件固化时间不到一分钟。
第四阶段：脱模和精加工
顶出过程十分精细。销钉会刺穿柔软的材料。气流将零件从型腔中顶出。顶板从后方均匀地推动零件。无痕，无损伤。
部分零件直接包装，其余零件则需要进行后固化处理。后固化处理需要在150°C至200°C的烘箱中持续两到四个小时。高温可完成交联反应，使机械性能稳定，并改善压缩永久变形。
自动化已十分普遍。机器人从模具中取出零件，然后将其放置在冷却架上。许多工厂的硅胶注塑成型工序实现了无人值守运行。材料性能稳定，机器重复相同的循环。人工只需监控并补充材料即可。
注塑成型硅胶零件的主要优势
硅胶注塑成型并非最经济的工艺，也不是最快的工艺。但对于合适的应用而言，其优势足以抵消成本。
高精度和复杂几何形状
公差达到±0.01毫米是常规操作，并不特殊，也不困难。薄壁、功能性倒扣和复杂的表面特征从模具中取出即可使用。
极简浪费，无闪光灯
封闭式模具系统能有效控制材料，几乎没有溢出。溢出是什么意思？溢出的材料很容易被撕掉。大多数注塑成型的硅胶部件无需后续修整。流道系统保持液态，可在下次注塑时重复使用，几乎不会产生废料。
快速循环时间
每次注塑耗时15到60秒，包括注射、固化和脱模。厚件耗时更长，薄件则快速成型。对于大批量生产而言，这种速度彻底改变了经济效益。
全自动流程
该机器在一个闭环系统中计量并混合两种组分，比例始终保持精确。由于无需操作人员接触裸露的物料，污染风险大大降低。每个零件的人工成本非常低。一个人可以操作多台机器。
优异的材料性能
温度范围：-50°C 至 +230°C。可高温高压灭菌。符合 ISO 10993 医疗接触生物相容性标准。耐化学品、紫外线和臭氧。压缩变形小。即使经过多年挤压，部件仍能恢复原状。
最小收缩
后固化部件的收缩率小于0.5%。这很稳定，也很可预测。设计人员可以完全信赖最终尺寸，无需猜测。
适用于洁净室
硅胶注塑成型在 ISO 7 级或 8 级洁净室中进行。无颗粒物，无污染。医疗植入物、药物输送组件和药用密封件出厂即可进行灭菌。
二次成型能力
该机器可将液态硅橡胶 (LSR) 直接注入塑料或金属嵌件中。硅胶在固化过程中发生化学键合，无需粘合剂，也无需底漆。一体成型的刚性手柄带有柔软的握柄。带有硅胶密封圈和金属针的医用连接器也完全组装成型。这就是包覆成型的优势。
使用注塑成型硅胶部件的行业
注塑成型的硅胶部件随处可见。这种材料的特性比其他任何替代材料都更适合某些特定用途。以下是它们的应用场景。
医疗保健
呼吸面罩需要柔软的面部密封圈。导管需要光滑且具有生物相容性的表面。注射器密封圈必须不泄漏或脱落颗粒。植入式医疗器械组件需要绝对的纯度和长期稳定性。手术器械手柄既舒适又不易滋生细菌。婴儿奶瓶奶嘴和安抚奶嘴采用硅胶材质，因为它无味且无致敏风险。
汽车与电动汽车
发动机密封件和垫片常年浸泡在高温油中。O型圈用于密封液体和气体。高压电动汽车连接器密封件保护电气触点免受潮气侵蚀。减震器安装在金属支架之间。电池组密封件防止水和灰尘进入锂离子电池组。在发动机舱内，硅胶比橡胶更耐用。
电子及消费品
智能手表和智能手机的防水密封圈可防止水分进入昂贵的电子产品。键盘和按钮需要柔软、触感舒适的设计。软触感握柄使工具和电器握持起来更加舒适。保护套和线缆管理配件采用硅胶材质，兼具柔韧性和耐用性。部件必须能够承受跌落冲击，并且不能开裂或撕裂。
食品和婴儿用品
烘焙垫和刮刀要经受高温。冰格要有弹性，不易破损。食品容器的密封圈要能形成气密性密封。婴儿奶嘴和磨牙玩具都要放入口中。符合FDA标准是强制性的。不含任何有毒添加剂。不含双酚A（BPA）。不含邻苯二甲酸酯。硅橡胶模塑符合这些规定。
工业与航空航天
工业密封系统承受化学品和压力。膜片控制流体流动。航空航天密封件在高空经受喷气燃料和紫外线辐射的考验——氟硅橡胶密封件解决了这一特殊问题。建筑密封件安装在建筑板材之间。流体控制组件用于处理水、空气和腐蚀性介质。它们的共同点是耐用性。这些部件的失效速度很慢。
硅胶注射成型与其他制造方法的比较
并非所有硅胶零件都需要采用硅胶注塑成型。还有其他方法，每种方法都有其适用场景。下表列出了各种方法的优缺点。
| 因素 | LSR 注塑成型 | 压缩成型 | 转射成型 |
| 周期 | 15–60秒 | 2-5分钟 | 1-3分钟 |
| 省时提效 | 全自动 | 手动或半自动 | 半自动 |
| 废物回收 | 非常低（冷流道） | 高（闪光，溢出） | 中 |
| 零件复杂度 | 高（底切，薄壁） | 低到中等 | 中 |
| 公差 | 可实现±0.01毫米 | ±0.1 毫米（典型值） | ±0.05 毫米（典型值） |
| 加工成本 | 高 | 低到中等 | 中 |
| 容量适用性 | 高交易量（10万至数百万） | 低至中等音量 | 低至中等音量 |
LSR 注塑成型 与 压缩成型
压缩成型是一种比较传统的工艺。预先成型的实心硅橡胶块（HCR）被放入敞开的模具中。模具闭合后，在高温高压下，材料被压入模腔内。操作人员手工修剪毛边。
硅橡胶压缩成型工艺适用于小批量生产，成本低廉，模具费用也低，简单的形状也能轻松成型。但其缺点是生产周期长，废料多，自动化难度大。对于复杂几何形状或大批量生产，硅胶注塑成型始终是最佳选择。注塑成型的零件干净利落，流道系统也不会造成任何浪费。
LSR注塑成型与传递模塑成型
传递模塑是一种混合成型工艺。材料置于型腔上方的料槽中。柱塞将材料通过浇口推入模具。材料固化后，操作员取出成品和剩余的废料。
优点？传递模塑比压模更适合处理嵌件。材料在压力下流入型腔，而不仅仅是通过挤压。缺点？会产生废料。浇口和残料是固化后的材料，无法重复利用。生产周期比注塑更长。自动化程度有限。对于中等批量且带有嵌件的产品，传递模塑是合理的选择。但对于大批量产品，则不适用。
LSR注塑成型与 3D打印硅胶
3D打印硅胶技术已经存在，这项技术是真实存在的。但是速度很慢，打印一个零件就需要几个小时。表面光洁度较差，机械性能也不如模压成型零件。
何时选择 3D 打印？原型制作。单件零件。每周都在变化的设计。何时选择硅胶注塑成型？批量生产。任何超过几百件的产量。任何需要严格公差或光滑表面的零件。任何需要零件长期可靠运行的应用。
注塑成型硅胶零件的设计考虑因素
硅胶注塑成型的设计与塑料注塑成型的设计并不相同。虽然规则有所重叠，但差异至关重要。
最小壁厚
薄壁没问题。硅胶流动性好。小型零件的最小壁厚为 0.5 毫米。大型零件需要更厚的壁厚——1.0 毫米到 1.5 毫米。如果壁厚小于 0.4 毫米，材料可能无法在固化前充满型腔。这会导致零件短路或不完整。
脱模拔模角度
硅胶具有柔韧性，可以拉伸，这很有帮助。但拔模斜度仍然至关重要。通常一到两度就足够了。对于深腔或纹理表面，则需要增加拔模斜度，三度甚至五度都可以。零件必须能够顺利脱模，不会撕裂。模具设计师会感谢你的。
避免尖角
尖锐的内角会集中应力，导致零件在此处撕裂。脱模时会撕裂，使用过程中也会撕裂。因此，应增加圆角，最小值 0.3 毫米，0.5 毫米更佳。而且，模具制造商切割圆角比切割尖角要容易得多。
整合底切
这就是硅胶与塑料的区别所在。倒扣并非必然导致问题。硅胶部件具有柔韧性，可以拉伸套在型芯上或从型腔中脱模。但也有其局限性。倒扣必须足够浅，才能在脱模时避免永久变形。一个好的经验法则是：倒扣深度不超过壁厚的一半。在设计阶段就应该进行测试，模拟脱模过程，切勿凭空猜测。
分型线位置
分型线是模具两半的接合处。在硅胶部件上，此处会形成一条细小的飞边。这条飞边通常是可以去除的。但分型线的位置仍然很重要。应避免分型线接触到外观表面和密封表面。最好将其放置在边缘或角落，以便于去除飞边。
通风要求
硅胶容易滞留空气。模具需要排气孔——微小的通道，以便在材料填充型腔时排出空气。如果没有排气孔，就会形成气泡，导致零件外观不佳，甚至可能在使用过程中失效。排气孔的深度至关重要。太浅，空气无法排出；太深，硅胶会渗漏，产生飞边。注塑成型硅胶零件的标准排气孔深度为 0.01 毫米至 0.02 毫米，非常小，需要精密的模具制造工艺。
遵循这些规则，模具就能正常使用，零件就能轻松脱模，废品率也会保持在较低水平。如果忽视这些规则，硅橡胶成型就会变成故障排除，而不是生产过程。
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| 证书 | 适用范围 |
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常见问题解答
建议在本部分使用架构标记。
任何硅胶都可以注塑成型吗？
不。只有低粘度的液态硅橡胶（LSR）才适用于硅胶注射成型。固态高粘度硅橡胶则需要采用压缩成型或传递成型。
LSR模具的使用寿命有多长？
一个设计合理的钢模可以生产500,000万到1,000,000万个以上的零件。模具寿命取决于零件的复杂程度、材料的磨蚀性和维护质量。
LSR注塑成型成本高吗？
模具成本虽然高，但批量生产时单件成本会大幅下降。对于大批量生产而言，这种工艺非常经济。
你们的最低订购量是多少？
我们没有固定的最低订购量，但低于1,000件的小批量订单通常难以证明模具投资的合理性。许多供应商更倾向于5,000到10,000件或更多的订单。
液态硅橡胶可以包覆成型到塑料上吗？
是的。液态硅橡胶在固化过程中会与某些工程塑料发生化学键合。如果材料选择正确，则无需使用粘合剂。
LSR是否符合食品安全和医用标准？
许多液态硅橡胶 (LSR) 等级符合美国食品药品监督管理局 (FDA) 的食品接触标准，并通过了 ISO 10993 医疗用途认证。请务必查看特定等级的认证信息，以确认其是否适用于目标用途。
铂金硫化硅胶与过氧化物硫化硅胶有何不同？
铂金硫化硅胶使用贵金属催化剂，不产生任何副产品，因此更清洁且具有生物相容性。过氧化物硫化硅胶会留下微量化学残留物，因此很少用于医疗或食品领域。
