Quais são as etapas envolvidas no processo de moldagem por injeção de metal com encapsulamento de silicone líquido?

A moldagem por injeção de metal revestido-de silicone líquido (moldagem integrada de silicone líquido e inserções de metal) é um processo no qual o silicone líquido (LSR) é injetado em um molde sob alta temperatura e pressão usando uma máquina de moldagem por injeção, onde ele se combina com uma inserção de metal pré-colocada e solidifica para formar um produto composto. O núcleo deste processo é garantir uma ligação forte entre o metal e o silicone, precisão dimensional e qualidade de aparência. As etapas específicas do processo são as seguintes:

Produção automatizada de moldagem por injeção de metal revestido de silicone-líquido
I. Etapa de Preparação Preliminar

1. Design e seleção de insertos de metal

Com base nos requisitos funcionais do produto, determine o material (por exemplo, aço inoxidável, liga de alumínio, ferro), forma (reservando espaço para encapsulamento de silicone para evitar concentração de tensão causada por cantos afiados) e tolerâncias dimensionais (normalmente controladas dentro de ±0,02 mm para garantir a compatibilidade do molde).

A superfície da pastilha precisa ter "estruturas de reforço de ligação" pré-reservadas, como ranhuras rasas, saliências ou roscas (para auxiliar na ancoragem mecânica e melhorar a adesão do silicone).

2. Seleção e preparação de resina de silicone líquido (LSR)

Seleção: Escolha um LSR adequado com base nos requisitos de desempenho do produto (por exemplo, dureza, resistência à temperatura, resistência à corrosão). Por exemplo, o LSR de grau-médico deve atender aos padrões da FDA, enquanto o LSR de grau-industrial deve ser resistente-ao óleo e ao envelhecimento-.

Processamento de matérias-primas:

Pese os dois-componentes LSR (o componente A contém adesivo base + catalisador, o componente B contém adesivo base + agente de reticulação) de acordo com a proporção (geralmente 1:1 ou 10:1). O erro deve ser menor ou igual a 0,5% (o desequilíbrio na relação levará à vulcanização incompleta ou dureza/suavidade excessiva).

Mistura e agitação: Use um misturador dedicado para mexer em velocidade baixa por 3-5 minutos e depois mexa em alta velocidade por 5-10 minutos para garantir uniformidade (evite diferenças locais de desempenho).

Desgaseificação a vácuo: Desgaseificação sob vácuo de -0,095 MPa por 5-15 minutos para remover o ar introduzido durante a mistura (bolhas de ar causarão adesão insuficiente e resistência reduzida no produto).

II. Pré-tratamento de insertos metálicos (etapa crítica)

A condição da superfície do metal afeta diretamente a adesão do adesivo de silicone. É necessário um processo de várias-etapas de "limpeza + ativação + rugosidade":

1. Desengorduramento e remoção de óleo

Finalidade: remover óleo de corte, óleo-preventivo contra ferrugem, impressões digitais e outras matérias orgânicas da superfície do metal (a graxa pode isolar o silicone do metal, causando delaminação).

Método:

Limpeza ultrassônica: Use um agente de limpeza neutro (como um desengordurante alcalino) para limpeza ultrassônica a 60-80 graus por 10-20 minutos (adequado para peças estruturais complexas; a vibração de alta frequência remove pequenas manchas de óleo).

Limpeza com solvente: para peças pequenas de precisão, mergulhe em álcool ou álcool isopropílico e depois limpe com um pano-sem fiapos (evite arranhar a superfície).

Critérios de aceitação: Uma película contínua de água na superfície (gotas de água não formam gotas), ou seja, "Teste de película de água aprovado".

2. Rugosidade da superfície

Objetivo: Aumentar a rugosidade da superfície (valor Ra controlado entre 1,6-6,3 μm) e melhorar a adesão mecânica através do "intertravamento físico" (o silicone preenche os poços para formar uma estrutura de ancoragem).

Métodos:

Jateamento de areia: Use partículas abrasivas de alumina de malha 80-120 a uma pressão de 0,3-0,5MPa para jatear a superfície, criando uma superfície rugosa uniforme (deve-se tomar cuidado para proteger áreas não encapsuladas para evitar desvios dimensionais).

Gravura Química: Para metais inertes como aço inoxidável, use uma solução de corrosão ácida (como uma mistura de ácido fluorídrico e ácido nítrico) para gravar a superfície, criando irregularidades microscópicas (adequado para peças de precisão; a profundidade de gravação deve ser controlada para menor ou igual a 0,05 mm).

3. Ativação de superfície (opcional, mas recomendada)

Finalidade: Formar uma “camada de transição” na superfície do metal através de ação química, aumentando a afinidade química entre o silicone e o metal (especialmente para metais inertes como aço inoxidável e ligas de alumínio).

Métodos:

Revestimento com agente de acoplamento de silano (por exemplo, KH-550, KH-560): Diluir o agente de acoplamento (concentração de 2%-5%), cobrir a superfície metálica por imersão, pulverização ou limpeza e secar a 60-80 graus por 15-30 minutos para formar uma camada de ligação de nível molecular.

Tratamento de plasma: Bombardear a superfície com plasma de oxigênio ou argônio (500-1000W de potência) por 30-60 segundos para introduzir grupos ativos como grupos hidroxila e carboxila, aumentando a energia superficial (ecologicamente correto e livre de resíduos, adequado para produtos de alta qualidade).

III. Preparação e depuração de molde de silicone líquido

1. Projeto e processamento de moldes

O molde deve atender aos seguintes requisitos:

Posicionamento preciso da pastilha: Fixe a pastilha com pinos de posicionamento, ímãs ou grampos para garantir nenhum deslocamento durante a moldagem por injeção (tolerância de posicionamento menor ou igual a 0,01 mm).

Design do corredor e da ventilação: o corredor deve ser liso, com uma área de seção-transversal que muda gradualmente (para evitar acúmulo de silicone). A profundidade da ranhura de ventilação deve ser de 0,02-0,05 mm (para evitar que o ar preso cause queimaduras ou silicone insuficiente).

Resistência à temperatura: O material do molde deve ser aço para molde para trabalho a quente S136 ou H13 (resistente a temperaturas acima de 180 graus, resistente à corrosão) e a superfície deve ser polida para Ra0,02-0,05μm (para garantir uma superfície lisa de silicone).

2. Pré-tratamento de molde

Limpeza: Limpe a cavidade do molde, o corredor e os componentes de posicionamento com álcool para remover óleo e limalhas metálicas (para evitar contaminar o silicone ou riscar o produto).

Aplicação do agente desmoldante (opcional): para cavidades complexas, uma pequena quantidade de agente desmoldante específico-de silicone (como à base de silicone-) pode ser pulverizada, mas a quantidade deve ser controlada (quantidades excessivas reduzirão a adesão entre o silicone e o metal).

Pré-aquecimento: Aumente a temperatura do molde para 120-180 graus (controlado por um controlador de temperatura do molde, com uma diferença de temperatura menor ou igual a ±5 graus para garantir uma vulcanização uniforme).

4. Moldagem por Injeção e Vulcanização

O processo de moldagem por injeção e vulcanização é concluído usando uma máquina de moldagem por injeção de silicone líquido:

1. Posicionamento de inserção

Equipamentos manuais ou automatizados colocam as inserções de metal pré{0}}tratadas nas ranhuras de posicionamento do molde, garantindo que não haja inclinação ou afrouxamento (o desvio de posicionamento deve ser menor ou igual a 0,1 mm, caso contrário ocorrerá um revestimento de silicone irregular).

Grandes inserções de metal podem ser pré-aquecidas a 60-80 graus (para reduzir as flutuações de temperatura do molde e evitar a cura prematura do silicone em contato com metal frio).

2. Fechamento e injeção do molde

O molde fecha (a força de fixação é calculada com base na área projetada do produto, normalmente 50-200kN), e o parafuso da máquina de moldagem por injeção injeta o LSR desgaseificado na cavidade do molde através do canal.

Controle de parâmetros:

Pressão de injeção: 5-30MPa (alta pressão para peças com paredes finas-, baixa pressão para peças com paredes espessas para evitar o deslocamento da pastilha).

Velocidade de injeção: 10-50 mm/s (uma velocidade muito rápida pode causar aprisionamento de ar, uma velocidade muito lenta pode causar a cura prematura do silicone no canal).

Quantidade de injeção: O controle preciso é crucial (muito resultará em transbordamento, muito pouco resultará em material insuficiente), normalmente 5%-10% a mais que o volume da cavidade (para compensar a contração da vulcanização).

3. Vulcanização e Cura

O silicone sofre uma reação de-reticulação na alta temperatura (120-180 graus) do molde, curando gradualmente (o tempo de vulcanização é ajustado de acordo com a espessura do produto: aproximadamente 10-15 segundos para 1mm de espessura, aumentando em 5-10 segundos para cada 1mm adicional).

Pressão de retenção: Mantenha uma pressão de retenção de 5-10MPa durante a vulcanização (para evitar indentações causadas pelo encolhimento do silicone).

V. Pós-processamento e inspeção

1. Desmoldagem e Corte

Após a abertura do molde, retire o produto utilizando pinos ejetores ou braço robótico (evite força de tração para evitar rasgos do silicone ou desprendimento do inserto metálico).

Corte: Remova o excesso de silicone usando uma lâmina ou uma máquina de corte criogênica (-fragilização do flash em baixa temperatura de 30 graus) (a espessura do flash deve ser menor ou igual a 0,1 mm para garantir uma aparência aceitável).

2. Vulcanização Secundária (Opcional)

Para produtos que exigem resistência a altas temperaturas e baixa matéria volátil (por exemplo, produtos médicos, de qualidade alimentar), é necessária a vulcanização secundária em forno: cozimento a 180-200 graus por 2-4 horas (para remover pequenas moléculas residuais e melhorar a estabilidade do desempenho).

3. Inspeção de qualidade

Aparência: Inspecione a superfície do silicone quanto a bolhas, arranhões, falta de adesivo e inserções de metal expostas.

Dimensões: Use uma máquina de medição por coordenadas para verificar as principais dimensões (por exemplo, espessura do silicone, comprimento total; as tolerâncias devem atender aos requisitos do desenho).

Adesão: Realize um teste de descascamento (use uma máquina de teste de tração para puxar verticalmente a interface de silicone e metal; a resistência ao descascamento deve ser maior ou igual a 1,5 N/mm, sem delaminação para aceitação).

Desempenho: Teste a resistência à temperatura (ciclo de -60 graus ~ 200 graus), resistência à água (IP67/IP68) e resistência ao envelhecimento (teste de envelhecimento UV) conforme necessário.

Resumo principal

O pré-tratamento do metal é crucial para garantir a adesão (limpeza, rugosidade e ativação são essenciais).

A temperatura do molde, os parâmetros de injeção e o tempo de vulcanização devem ser combinados com precisão (afetando a qualidade do produto e a eficiência da produção).

Equipamentos automatizados (como colocação robótica de insertos e inspeção automática) podem melhorar a estabilidade da produção em massa.

Este processo é amplamente utilizado em componentes eletrônicos (como mangas de conectores à prova d'água), dispositivos médicos (como mangas protetoras de agulhas de infusão) e peças automotivas (como anéis de vedação de sensores), entre outros campos.