多孔真空硅
多孔真空硅垫(也称为多孔硅胶真空吸盘、透气吸盘)的制造过程结合了硅胶成型技术和多孔结构形成技术。其核心在于既要保证硅胶的弹性、耐用性和密封性,又要形成均匀、细小且连通的孔洞,以实现真空吸附和快速排气功能。
以下是其主要的制造步骤和关键技术:
原材料准备:
基胶: 主要使用液体硅橡胶或固态硅橡胶作为基础材料。LSR因其流动性好、硫化温度相对较低、易于自动化生产,在复杂形状产品中更常用。
造孔剂/发泡剂: 这是形成多孔结构的关键。常用方法有:
盐析法/可溶性粒子浸出法: 将特定粒径(决定最终孔径大小)的无机盐颗粒(如氯化钠、碳酸氢钠)或水溶性聚合物颗粒与硅胶混合均匀。这些颗粒在后续步骤中会被溶解掉,留下孔洞。
化学发泡法: 加入化学发泡剂(如偶氮二甲酰胺)。在硫化加热过程中,发泡剂分解产生气体(如氮气、二氧化碳),在硅胶基体内形成气泡孔洞。
物理发泡法: 在高压下将惰性气体(如氮气)溶解到硅胶混合物中,然后在硫化过程中快速泄压,溶解的气体膨胀形成气泡。
硫化剂: 使硅胶从液态或塑性状态交联固化成弹性体的催化剂或交联剂。
添加剂: 如颜料(调色)、增强填料(提高强度)、阻燃剂、抗静电剂等,根据具体应用需求添加。
混合:
将基胶、造孔剂/发泡剂、硫化剂以及各种添加剂在真空环境下进行充分、均匀的混合。这一步至关重要,它决定了孔洞分布的均匀性、硅胶性能的一致性以及最终产品的质量稳定性。需要避免混入气泡(除非是物理发泡法)和确保造孔剂分散均匀。
成型:
主要方法:
模压成型: 将混合好的材料(固态胶料或预成型好的LSR料坯)放入预热好的金属模具中,合模后在高温高压下进行硫化。压力和温度促使硅胶流动填充模腔并发生交联反应,同时激活发泡剂或固定住可溶性粒子的位置。
液体注射成型: 特别适用于LSR。混合好的LSR胶料通过计量泵精确注入密闭的预热模具中,在模具内硫化成型。这种方法效率高、自动化程度高、适合复杂形状。
浇注/灌注成型: 将混合好的LSR胶料浇注到模具中,然后在烘箱或加热板上硫化固化。适合小批量或形状特殊的产品。
模具设计: 模具需要精确设计,以形成吸盘最终的外形、尺寸,特别是吸附面的纹理(如微小的凸起或网格,这有助于吸附时形成独立的小气室,提高抓取力)以及必要的安装结构(如螺纹孔、法兰边)。
硫化/固化:
在设定的温度和时间下,硅胶在模具内完成交联反应,形成稳定的三维网络结构,赋予产品弹性。如果使用了化学发泡剂,发泡剂的分解通常也在这个阶段同步发生。
后处理:
脱模: 硫化完成后,打开模具取出硅胶吸盘。
去除造孔剂(如使用盐析法): 这是关键步骤。将成型的吸盘放入水中浸泡、超声清洗或高压水冲洗,目的是将混合在硅胶内部的可溶性盐颗粒完全溶解并冲洗出来,从而留下相互连通的孔洞网络。需要彻底清洗,防止残留盐分影响性能或造成腐蚀。
清洗与干燥: 即使不使用盐析法,产品也需要清洗脱模剂等残留物,然后进行充分干燥(烘箱干燥或室温晾干)。
修边: 去除模具分型线产生的飞边、毛刺。
表面处理(可选): 某些应用可能需要进行表面涂层(如增加耐磨性、降低摩擦系数、提高抗静电性)或等离子处理(改善亲水性等)。
二次硫化(可选): 对于某些高性能要求或厚制品,可能需要在烘箱中进行二次硫化,以进一步提高硅胶的物理性能和稳定性,并去除更多低分子挥发物。
质量检验:
检查外观(无缺陷、无杂质、无破损)。
测量关键尺寸(直径、厚度、孔位等)。
测试孔隙率、透气率: 这是核心性能指标,确保孔洞连通且能达到所需的真空吸附/排气速度。
测试硬度(邵氏A)、拉伸强度、撕裂强度等物理性能。
进行实际真空吸附测试(吸附力、响应时间、泄漏率等)。
根据需要进行的其他测试(如生物相容性测试-用于医疗,耐化学性测试等)。
包装与灭菌(如适用):
合格产品进行包装。对于医疗或洁净室应用的产品,可能还需要进行灭菌处理(如伽马射线灭菌、环氧乙烷灭菌)。
关键技术难点:
孔洞均匀性与连通性: 确保造孔剂/发泡剂分散均匀,形成的孔洞大小分布窄、彼此连通,是实现良好透气性和稳定吸附力的关键。
强度与弹性的平衡: 引入大量孔洞会削弱硅胶的力学性能(强度、撕裂强度)。需要通过选择合适的基胶类型、填料、优化造孔剂含量和硫化工艺来达到所需的吸附性能和机械强度的平衡。
清洗彻底性(盐析法): 确保盐分被完全去除,否则会影响产品寿命、污染吸附物或工作环境。
尺寸精度与表面纹理: 模具设计和成型工艺控制对最终产品的几何精度和吸附表面的微观结构至关重要。
批次稳定性: 确保不同批次产品性能(特别是透气率和吸附力)的一致性。
总结来说,多孔真空硅垫的制造核心在于:
均匀混合硅胶基料与造孔介质(盐粒或发泡剂)。
通过精密模具在热和压力下成型并硫化。
彻底去除可溶性造孔剂(如果使用盐析法)并清洗干燥。
进行严格的性能测试,确保多孔结构和吸附功能达标。
不同的制造商可能采用不同的造孔方法和成型工艺,但基本原理都是围绕如何在弹性硅胶基体中可控地引入均匀、连通的微孔结构。