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lsr液态硅胶注塑在光学领域的应用?

发布时间:2025-10-29点击:

LSR(液态硅胶)注塑凭借高透光性、精密成型能力、优异耐候性三大核心优势,在光学领域的应用正快速拓展,尤其适配 AR/VR、车载光学、消费电子光学等高端精密场景,成为传统光学材料(如 PMMA、PC)的重要补充。其应用主要集中在光学功能件、光学防护 / 密封件、光学组件包胶三大方向,具体解析如下:

一、LSR 在光学领域的核心优势(适配光学需求)

  1. 高光学纯度:选用光学级 LSR(如道康宁 SILPURAN® 6000 系列、瓦克 ELASTOSIL® LR 3003),透光率可达95%~98%(400~800nm 可见光波段),雾度≤0.5%,接近光学玻璃,且无明显黄变(抗 UV 老化 5000 小时以上),适合直接作为光学传输或成像部件。
  2. 精密成型能力:LSR 黏度低(500~5000cP),可通过五轴加工模具(精度 ±0.005mm)成型非球面、自由曲面、微结构阵列等复杂光学结构,最小光学面公差≤0.001mm,满足微型化、集成化光学设计(如 AR 眼镜的光波导耦合器)。
  3. 极端环境耐受性:长期耐高低温(-60℃~200℃),在高温高湿(85℃/85% RH)环境下透光率变化≤1%;抗紫外线(UV365nm 照射 1000 小时无老化)、耐化学腐蚀(可耐受酒精、光学清洗剂擦拭),适配户外车载、工业检测等恶劣场景。
  4. 低收缩与尺寸稳定:LSR 硫化收缩率仅1.0%~1.5%(远低于固态硅胶的 2%~3%),且收缩均匀,成型后光学件的曲率、焦距等关键参数稳定性高(偏差≤0.1%),避免因尺寸变化导致光学性能衰减。

二、具体应用场景与案例

1. 光学功能件:直接参与光传输与成像

  • AR/VR 光学透镜:应用于 AR 眼镜的光波导耦合透镜、VR 头显的菲涅尔透镜,LSR 可一次注塑成型非球面或自由曲面结构(无需后续抛光),透光率≥96%,且重量比玻璃轻 40%,比 PMMA 耐冲击性高 3 倍,适合穿戴设备的轻量化、耐摔需求。例如某品牌 AR 眼镜的微显示耦合透镜,采用 LSR 注塑成型,直径 5mm,中心厚度 0.8mm,焦距偏差≤0.01mm,实现清晰的虚拟图像叠加。
  • 车载激光雷达(LiDAR)光学件:包括激光雷达的发射 / 接收窗口、光学棱镜,LSR 需满足高透光(905nm 红外波段透光率≥92%)、抗冲击(耐 1.5m 跌落)、耐高低温(-40℃~85℃),同时通过精密成型保证窗口平面度≤0.005mm,避免激光散射。某新能源车企的激光雷达窗口采用 LSR 注塑,配合纳米增透涂层,光通效率提升 25%,且可耐受汽车发动机舱的高温环境。
  • 微型光学传感器件:如医疗影像设备的微型镜头、消费电子的环境光传感器(ALS)导光件,LSR 可成型直径≤2mm 的微型透镜阵列,每个透镜的曲率一致性偏差≤0.002mm,确保传感器接收光信号的均匀性,例如某手机的屏下指纹识别模块,采用 LSR 导光柱,厚度 0.3mm,透光率 97%,提升指纹识别精度。

2. 光学防护与密封件:保障光学系统稳定性

  • 镜头防水 / 防尘密封件:应用于户外相机镜头、车载摄像头、无人机航拍镜头的密封圈、防尘罩,LSR 需具备 IP68 级防水能力(压缩永久变形≤8%),同时不影响光学性能(密封件边缘无眩光、无杂散光)。例如某户外运动相机的镜头密封圈,采用低硬度 LSR(40 Shore A)注塑成型,截面直径 1.5mm,与镜头金属座精密贴合,防水同时耐受 - 20℃~60℃环境,确保镜头在水下 10 米正常工作。
  • 光学组件缓冲 / 减震件:如投影仪镜头模组的减震垫、AR 眼镜光学模块的缓冲支架,LSR 通过调整硬度(30~60 Shore A)实现缓冲性能,避免振动导致光学件位移(减震率≥80%),同时其低挥发特性(VOC≤0.1%)可防止小分子污染光学镜片,影响成像质量。

3. 光学组件包胶:实现光学件与结构件一体化

  • 镜头模组金属 / 塑胶支架包胶:为提升镜头模组的密封性和稳定性,将金属(如铝合金)或塑胶(如 PC)支架通过 LSR 注塑包胶,形成 “结构支架 + 硅胶密封” 一体化组件,LSR 包胶层厚度可控制在 0.1~0.3mm,与支架剥离强度≥15N/cm,避免镜头进水或进灰。例如某手机主摄模组的金属支架,通过 LSR 包胶后,防水等级从 IP53 提升至 IP67,且包胶边缘与镜头座的贴合公差≤0.01mm,无杂散光泄漏。
  • 光学传感器引线包胶:如医疗光学传感器的信号引线,通过 LSR 注塑包胶实现绝缘和防水(耐电压≥1000V),同时 LSR 的生物相容性(符合 ISO 10993)确保可植入或接触人体,例如某血糖监测仪的光学传感器引线,LSR 包胶层厚度 0.2mm,透光率 95%,既保护引线又不影响光学信号传输。

三、应用关键技术要点

  1. 材料选型:必须选用光学级 LSR,避免普通 LSR 中的杂质(如金属颗粒、未分散填料)影响透光性,优先选择经过 FDA、ISO 10993 认证的高纯度牌号。
  2. 模具与工艺控制:光学面模具需采用 S136H 或 NAK80 钢,经镜面抛光(Ra≤0.01μm);注塑时控制模具温度(130~150℃)、注射压力(30~60bar),避免胶料剪切过热导致黄变,同时采用真空排气(真空度 - 0.09MPa)消除气泡。
  3. 后处理优化:光学件脱模后无需修边(LSR 注塑飞边≤0.05mm),可直接进行镀膜(如增透膜、防反射膜),镀膜前需用等离子清洗表面(去除残留脱模剂),确保膜层附着力。

总结

LSR 液态硅胶注塑在光学领域的应用,核心是凭借 “光学性能优 + 成型精度高 + 环境耐受性强”,填补了传统光学材料在复杂结构成型、恶劣环境适应上的短板。目前其应用已从早期的光学防护件,向核心光学功能件(如 AR 透镜、激光雷达窗口)拓展,尤其在车载、AR/VR、医疗光学等高端领域,成为推动产品小型化、高可靠性的关键工艺。随着 LSR 材料光学性能的进一步提升(如红外波段高透光改性),其在光学领域的应用场景将持续扩大。
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