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液态硅胶(LSR)包胶如何实现与基材的粘接?

发布时间:2025-06-04点击:

液态硅胶(LSR)与基材的粘接需从材料匹配、表面处理、底涂工艺、模具设计四维度突破,以下是核心技术方案及实操要点:

一、基材分类与适配策略

1. 金属基材(如不锈钢 / 铝合金)

  • 表面预处理
    • 喷砂粗化(Ra 1.6-3.2μm)增加机械咬合力
    • 电镀镍 / 铜层(厚度≥5μm)改善表面能(金属表面能>1000mN/m → 镀层降至 50-100mN/m)
  • 底涂剂选型
    • 含硅烷偶联剂底涂(如道康宁 DC-3-6597),干燥后形成 10-20nm 化学键合层
    • 涂布量控制:3-5g/m²,烘烤条件 80℃×10min(或室温 24h)

2. 工程塑料(如 PC/ABS/POM)

  • 表面活化处理
    • 电晕处理(能量≥35mJ/cm²)提升表面能至 42mN/m 以上
    • 火焰处理(火焰温度 800-1000℃,距离 5-10cm)氧化表面极性基团
  • 底涂剂匹配
    • PC/ABS 选丙烯酸酯改性硅烷底涂(如瓦克 SEMICOSIL® 9180)
    • POM 选带胺基硅烷底涂(如信越 KBE-603),增强极性吸附

3. 柔性电路(FPC/PI 基材)

  • 纳米级处理
    • 等离子体处理(氩气 + 氧气,功率 100W,时间 60s)刻蚀 PI 表面粗糙度达 Ra 0.5μm
    • 化学蚀铜(过硫酸钠溶液)使铜箔表面形成蜂窝状结构(孔隙率>20%)
  • 超薄底涂工艺
    • 凹版印刷涂布底涂(厚度 1-2μm),避免堵塞 FPC 微孔
    • 紫外光固化底涂(如迈图 MS-100UV),固化时间<30s

二、LSR 注塑工艺关键参数

参数金属包胶塑料包胶FPC 精密包胶
模具温度 80-100℃(提升交联效率) 60-80℃(防止塑料变形) 40-60℃(保护 FPC 线路)
注射压力 80-120MPa(确保金属缝隙填充) 50-80MPa(避免塑料应力) 30-50MPa(微结构填充)
保压时间 15-20s(排出金属界面空气) 10-15s(减少塑料熔接痕) 8-10s(防止 PI 过热)
硫化温度 / 时间 170℃×90s(金属导热快) 150℃×120s(塑料导热慢) 130℃×150s(低温长烤)

三、模具结构增强粘接设计

  1. 机械锁止结构
    • 金属基材设计倒钩(角度≥30°,深度≥0.3mm)
    • 塑料基材采用锯齿形界面(齿距 0.5mm,高度 0.2mm)
  2. 流道优化
    • 扇形浇口(角度 15-20°)减少 LSR 流动阻力
    • 增设排气槽(深度 0.02-0.03mm)避免界面气穴
  3. 温度分区控制
    • 基材接触区模具温度比 LSR 料筒高 20-30℃,促进界面扩散

四、质量检测与失效分析

  1. 附着力测试标准
    • 90° 剥离强度≥5N/mm(金属);≥3N/mm(塑料);≥2N/mm(FPC)
    • 冷热冲击测试(-40℃→85℃,50 循环)后强度保持率>95%
  2. 常见失效原因及对策
    • 脱层:底涂剂失效(重新涂布)/ 模具温度不足(提升 10℃)
    • 局部开裂:流道堵塞(增大浇口直径)/ 应力集中(增加 R 角>0.5mm)
    • 气泡夹层:注射速度过快(降低至 50cm³/s)/ 基材含水率>0.1%(预干燥处理)

五、前沿技术趋势

  • 无底涂粘接:使用自粘性 LSR(如埃肯 ELASTOSIL® LR 3030),通过分子设计实现与 PA/PP 直接化学键合
  • 激光表面处理:皮秒激光(波长 532nm,能量密度 2J/cm²)在基材表面形成纳米级锚点结构
  • 在线检测系统:集成拉曼光谱仪,实时监测 LSR 与基材界面交联度(目标值≥95%)


通过上述系统化方案,可实现 LSR 与金属 / 塑料 / FPC 的剪切强度>8MPa、耐弯折寿命>10 万次的工业级粘接,尤其适用于精密电子、医疗导管、汽车密封件等高可靠性场景。建议先通过正交试验(L9 (3⁴))优化底涂类型、处理时间、注塑压力、模具温度四个关键因子,再导入量产。
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