LSR 在 PC 基材上的精准注塑方案

一、方案背景

在现代制造业中，将液态硅橡胶（LSR）注塑于聚碳酸酯（PC）基材上，能融合 LSR 的柔软、耐高低温、耐化学腐蚀及 PC 的高强度、高透明度、良好抗冲击性等优势，创造出性能卓越的新型产品，广泛应用于消费电子、汽车、医疗等领域。但此工艺面临诸多挑战，如材料相容性、粘结强度、注塑精度把控等，故需一套精准注塑方案来保障产品质量与生产效率。

二、材料选择

（一）LSR 材料

基础特性：挑选流动性良好、固化速度适宜且收缩率低的 LSR。如某些品牌的 LSR 在硫化前粘度处于 1000-5000mPa・s，能顺畅填充复杂模具型腔；固化时间在合适温度下可控制在数十秒到数分钟，利于提升生产效率；收缩率小于 2%，确保成型后尺寸精度高。

特殊性能：若产品有特定需求，像医疗产品需满足生物相容性，可选用通过美国食品药品监督管理局（FDA）认证的 LSR；对阻燃有要求的应用场景，选择含阻燃添加剂且阻燃等级达 UL94 V-0 级别的 LSR。

自粘性考量：为增强与 PC 基材的粘结，优先考虑自粘性 LSR。此类 LSR 通过分子结构设计或添加特殊助剂，无需对 PC 基材进行复杂预处理，就能与 PC 形成较强粘结力，减少工序、降低成本。

（二）PC 材料

性能匹配：选择冲击强度高、耐热性好且流动性适中的 PC。一般冲击强度大于 500J/m，热变形温度在 130℃以上的 PC，能在注塑及后续使用中，保证产品结构稳定，不易因外力或温度变化而损坏。PC 流动性以熔体流动速率（MFR）衡量，在 250℃、3.8kg 负载下，MFR 处于 5-20g/10min 为宜，确保注塑时能顺利填充模具，又不会因流动性过强导致溢料等问题。

批次稳定性：确保 PC 材料批次间性能稳定，避免因原料波动影响产品质量一致性。采购时要求供应商提供详细质量检测报告，包括分子量分布、杂质含量等指标，并定期对进货 PC 进行抽检。

三、模具设计要点

（一）整体结构

分型面设计：依据产品形状与功能，合理确定分型面位置，保证 LSR 注塑时型腔能有效排气，避免困气产生气泡、空洞等缺陷。例如，对于表面质量要求高的产品，分型面应避开外观面；对于有密封要求的结构，分型面设计要确保密封部位精度与完整性。

脱模方式：采用顶针、滑块、斜顶等多种脱模机构组合，针对不同产品形状与结构特点，选择最佳脱模方案，确保 LSR 与 PC 复合产品能顺利脱模，不损伤产品。如对于带有倒扣结构的产品，设计滑块或斜顶机构辅助脱模；对于薄壁产品，采用多点顶针均匀顶出，防止产品变形。

（二）流道系统

冷流道设计：对于 LSR 注塑，冷流道可减少材料浪费，提高生产效率。流道直径、长度及截面形状需依据 LSR 流量、流速与注塑压力等参数精确计算。一般流道直径在 3-8mm，长度尽量缩短，以降低压力损失；截面形状常采用圆形或梯形，利于材料流动。

热流道应用（可选）：在大规模生产且对注塑精度要求极高时，可考虑热流道系统。热流道能精确控制 LSR 温度，保证材料在流道内始终保持良好流动性，减少冷料产生，提高产品质量稳定性。但热流道系统成本较高，需综合评估成本效益。

（三）排气系统

排气槽设置：在模具型腔的最高处、料流末端及易困气部位开设排气槽。排气槽深度一般在 0.01-0.03mm，宽度 5-20mm，既能有效排出空气与挥发气体，又防止 LSR 溢出。

真空辅助排气：对于复杂结构或高精度产品，可采用真空辅助排气系统。在模具内设置真空腔，通过真空泵抽取型腔空气，使 LSR 在近乎真空环境下填充型腔，大幅减少气泡、气孔等缺陷，提升产品质量。

（四）温度控制系统

独立温控回路：为 PC 注塑与 LSR 注塑分别设计独立温控回路，精准控制不同阶段模具温度。PC 注塑时，模具温度一般控制在 80-120℃，利于 PC 熔体流动与成型；LSR 注塑时，模具温度通常在 120-180℃，促进 LSR 快速固化。

温度均匀性保障：采用循环水或热油作为温控介质，合理布置温控管道，确保模具各部位温度均匀，温差控制在 ±5℃以内。可通过在模具内嵌入热电偶等温度传感器，实时监测温度并反馈调节温控系统。

四、注塑工艺参数优化

（一）PC 注塑参数

温度控制：料筒温度根据 PC 材料特性与注塑机类型设定，一般从料斗端到喷嘴依次为 220-250℃、240-270℃、250-280℃。喷嘴温度略低于前段料筒温度，防止 PC 熔体在喷嘴处流涎。模具温度维持在 80-120℃，利于 PC 冷却定型，减少内应力。

压力与速度：注塑压力初始设定在 80-120MPa，根据产品尺寸、壁厚及模具结构微调。保压压力为注塑压力的 60%-80%，保压时间 3-10s，防止产品收缩变形。注塑速度采用分段控制，填充初期速度较慢，避免紊流与困气；填充中后期适当加快速度，提高生产效率，一般速度范围在 30-80mm/s。

冷却时间：冷却时间根据产品壁厚确定，一般为 10-30s，确保 PC 制品充分冷却定型，脱模时不变形。

（二）LSR 注塑参数

材料混合：LSR 为双组份材料，A、B 组份按 1:1 精确配比，通过静态或动态混合器充分混合，保证固化反应均匀进行。混合后材料在规定时间内完成注塑，防止提前固化。

温度控制：料筒温度保持在 40-60℃，防止 LSR 在料筒内提前固化。模具温度在 120-180℃，促进 LSR 快速硫化成型。温度波动控制在较小范围，确保 LSR 性能稳定。

压力与速度：注塑压力一般在 30-80MPa，依产品复杂程度与模具流道阻力调整。注塑速度不宜过快，避免卷入空气形成气泡，通常在 10-50mm/s。保压压力为注塑压力的 30%-50%，保压时间 2-8s，保证产品尺寸精度与表面质量。

固化时间：根据模具温度与 LSR 材料特性，固化时间一般在 10-60s，确保 LSR 完全固化，达到最佳物理性能。

五、表面处理增强粘结

（一）PC 基材表面处理

化学处理：用铬酸、硫酸等混合溶液对 PC 表面进行蚀刻，或使用有机溶剂（如丙酮、甲苯）清洗，去除表面油污、脱模剂等杂质，增加表面粗糙度与活性，提升与 LSR 的粘结力。处理后 PC 表面需彻底清洗、干燥，防止残留化学物质影响粘结效果。

物理处理：采用等离子体处理、电晕处理或喷砂处理。等离子体处理通过等离子体轰击 PC 表面，引入极性基团，提高表面能；电晕处理利用高压放电使 PC 表面氧化，增加粗糙度；喷砂处理用砂粒冲击 PC 表面，形成微观凹凸结构。处理参数依 PC 材料与产品要求优化，如等离子体处理功率、时间，电晕处理电压、频率，喷砂处理砂粒粒径、喷射压力等。

（二）粘结促进剂应用

选择合适粘结剂：针对 PC 与 LSR 体系，选用含硅烷偶联剂、环氧树脂等成分的粘结促进剂。硅烷偶联剂能在 PC 与 LSR 界面形成化学键，增强粘结强度；环氧树脂可提高界面粘附力。

涂覆工艺控制：采用喷涂、刷涂或浸涂等方式均匀涂覆粘结促进剂于 PC 表面，涂覆厚度控制在几微米到几十微米。涂覆后在适当温度下干燥、固化，一般干燥温度 60-100℃，时间 10-30min，确保粘结促进剂发挥最佳效果。

六、质量检测与控制

（一）外观检测

目视检查：在充足光照条件下，人工目视检查产品表面，查看是否有气泡、缺料、飞边、流痕、变色等缺陷。对微小缺陷可借助放大镜、显微镜等工具观察。

光学检测设备：采用光学显微镜、电子显微镜、3D 光学扫描仪等设备，对产品表面微观结构、尺寸精度进行检测。3D 光学扫描仪可快速获取产品三维模型，与设计模型对比，检测尺寸偏差，精度可达微米级。

（二）性能测试

粘结强度测试：通过拉伸试验、剥离试验等方法，测试 LSR 与 PC 之间的粘结强度。拉伸试验时，将复合产品制成标准试样，在万能材料试验机上以一定速度拉伸，记录破坏时的力值，计算粘结强度；剥离试验采用 90° 或 180° 剥离方式，测定剥离力，评估粘结效果。

物理性能测试：对产品进行硬度测试、拉伸强度测试、撕裂强度测试、压缩永久变形测试等，检测 LSR 与 PC 复合产品的物理性能是否符合设计要求。例如，用邵氏硬度计测试 LSR 硬度，用哑铃状试样在万能材料试验机上测试拉伸强度与撕裂强度。

环境可靠性测试：模拟产品实际使用环境，进行高低温循环测试、湿热测试、盐雾腐蚀测试等。高低温循环测试在 - 40℃至 120℃间循环若干次，观察产品是否出现变形、开裂、脱胶等现象；湿热测试在高温高湿环境（如 85℃、85% RH）下保持一定时间，检测产品耐湿热性能；盐雾腐蚀测试将产品置于盐雾环境中，评估耐腐蚀性。

（三）过程监控

传感器监测：在注塑机上安装压力传感器、温度传感器、位置传感器等，实时监测注塑过程中压力、温度、螺杆位置等参数变化，与预设工艺参数对比，出现偏差及时报警、调整。

数据采集与分析：利用数据采集系统收集注塑过程数据，通过统计过程控制（SPC）等方法分析数据，绘制控制图，监控生产过程稳定性，预测产品质量趋势，及时发现潜在质量问题并采取纠正措施。

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