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:
- 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)
- 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
- 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
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) |
- 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)
- 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
- 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
- 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%
- 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)
- 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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