采购或者研发工程师需要知道的液态硅胶材料选型的7个技术指南
本文介绍了液态硅胶(LSR)材料选型的7个技术指南。如果您在产品研发或者开发供应商的过程中对液态硅胶材料选型有疑问,我们广东盈泰液态硅胶厂可以免费提供技术支持,欢迎您联系我们。
一、液态硅胶有哪些牌号,硬度范围
lsr的牌号通常以“系列 + 硬度值”命名,硬度范围整体覆盖 Shore A 5~80,常用区间为 20~70 Shore A。
主要供应商及代表牌号:
| 供应商 | 系列 | 硬度范围(Shore A) | 典型牌号示例 |
|---|---|---|---|
| 中化(STARSIL) | LSR 8600系列 | 20~67 | LSR 8620(20A)、8640(39A)、8650(50A)、8660(60A)、8670(67A) |
| 埃肯(SILBIONE) | LSR 4300系列 | 1~70 | 4301(1A)、4310(10A)、4330(30A)、4350(50A)、4370(70A) |
| 东岳 | 通用型LSR | 20~70 | LSR-20A/B-GP(20A)~ LSR-70A/B-GP(70A),硬度每10度一档 |
| 陶氏 | QP1系列 | 20~75 | 覆盖20~75 Shore A共8个牌号 |
| 瓦克 | ELASTOSIL LR 3070系列 | 30~70 | LR 3070/30(30A)、3070/40(40A)、3070/50(50A) |
选型建议:20~30A适合超软触感件(婴儿用品、面罩衬垫);40~50A为通用密封件主力区间;60~70A适合需要较高机械强度的结构件。部分厂家还提供5A以下的超软级别用于特殊触感应用。
二、食品级LSR、医疗级LSR要求,FDA / 生物相容性
食品级LSR核心标准:FDA 21 CFR 177.2600
该法规全称为“意图重复使用的橡胶制品”,规定了食品接触橡胶制品中可萃取物的限量。陶氏QP1系列、SILASTIC™ LTC 9400系列、RBL-9200系列均明确符合此标准;欧洲市场还需同时满足 BfR XV推荐(德国联邦风险评估研究所的食品接触材料建议)。以SILASTIC™ RBL-9200-40为例,其为1:1混合比、40 Shore A的食品接触级LSR,具有改善的流动性和更长的适用期。
医疗级LSR核心标准:USP Class VI + ISO 10993
两者通常需要同时满足:
USP Class VI:美国药典第六类塑料生物反应测试,是医疗器械材料的基本生物相容性门槛。
ISO 10993系列:根据接触类型和时长选择测试项目,常见包括:
ISO 10993-5 细胞毒性(细胞存活率≥70%)
ISO 10993-10 致敏性
ISO 10993-11 致热性
ISO 10993-4 血液相容性(血栓形成、溶血)
ISO 10993-6 植入后局部反应(≤30天短期植入)
代表医疗级牌号:迈图 Silopren LSR 4650(USP Class VI + ISO 10993 Parts 5/6/10/11)、瓦克 SILPURAN 6000系列、杜邦 Liveo C6-8XX系列(USP VI级,支持非植入和短期植入应用)。
选型关键:明确器械与人体的接触方式(表面接触/外部接入/植入)和接触时长(≤24h / ≤30天 / >30天),据此确定所需的ISO 10993测试项目组合,而非简单追求“通过项目越多越好”。
三、透明液态硅胶成型注意点
高透明LSR(光学级,透光率目标>92%,雾度<1%)的成型核心在于“三极”:极高清洁度、极精工艺控制、极细心操作。
1. 原料准备
真空脱泡是最关键的一步:必须在-0.095 MPa以上真空度脱泡30分钟以上,直至胶料中无肉眼可见气泡。残留气泡是光散射的核心原因。
冷藏原料需提前回温至20~25°C,通常需8~12小时,切忌用烤箱或热水加速回温,否则易产生水汽凝结和内部气泡。
使用前将A/B组分料桶分别低速滚动1~2小时使填料均匀,避免高速滚动卷入空气。
2. 模具要求
模腔表面须达到镜面抛光(SPI-A1级),任何细微划痕都会复制到制品表面。
排气槽深度控制在0.005~0.01 mm,位于最后充填区域。
优先使用冷流道系统(20~50°C),避免材料反复加热降解导致黄变。
尽量避免使用外涂式脱模剂——喷雾脱模剂会在制品表面形成看不见的薄膜,严重影响透明度。
3. 注塑工艺
注射速度采用“慢—快—慢”分段策略,起始慢速排气,快速充填避免冷料,末期减速减少剪切应力。
采用较低的注射压力和保压压力,过高压力会产生内应力,导致雾度增加。
强烈推荐模内抽真空辅助,注射前将模腔抽至真空,彻底杜绝气泡和困气。
四、导电LSR、阻燃LSR成型特性
导电LSR
以瓦克 ELASTOSIL LR 3162 A/B 为例,其体积电阻率可低至 11 Ω·cm(DIN VDE 0303),硬度54 Shore A,拉伸强度5.3 N/mm²,使用温度范围-55°C~+210°C。
成型注意点:
导电LSR通常含导电炭黑或金属填充,粘度显著高于普通LSR(LR 3162在1 s⁻¹剪切速率下动态粘度达5,700,000 mPa·s),需要更高的注射压力。
导电填料的加入使材料变硬、流动性下降,模具流道设计需相应增大截面,避免充填不足。
制品表面通常为黑色或深灰色,无法实现透明或浅色外观。
阻燃LSR
阻燃等级从 UL94 HB 到 UL94 V-0 不等:
迈图 Silopren LSR 2660:UL94 HB级,同时符合FDA和BfR食品接触要求。
瓦克 ELASTOSIL LR 3001/55 FR:UL94 V-0级(0.75 mm厚度)。
迈图 Silopren LSR 7180:UL94 V-1及5VA级,适用于LED照明等场景。
成型注意点:
阻燃LSR通常为深灰色或黑色,同样无法实现高透明。
阻燃填料的加入会提高材料粘度,注射速度需适当降低以避免湍流,同时模具排气设计要更充分。
固化温度窗口可能比通用型LSR窄,建议以供应商TDS推荐的固化条件为准。
五、LSR A/B胶配比,储存条件
配比:绝大多数LSR为 1:1(A:B) 混合体系。瓦克ELASTOSIL LR 3070系列、陶氏SILASTIC LTC 9400系列、埃肯SILBIONE系列均为1:1混合比。混合后通过静态混合器直接进入注射机,无需额外称量操作。
储存条件:
| 项目 | 条件 |
|---|---|
| 未混合A/B组分 | 密封原包装,温度≤32°C(瓦克建议≤32°C),部分品牌建议5~15°C冷藏;保质期6~12个月 |
| 混合后适用期 | 室温下通常2~3天(瓦克ELASTOSIL 3070系列为2~3天),温度升高适用期显著缩短 |
| 使用前回温 | 冷藏原料需提前取出回温至20~25°C,通常需8~12小时 |
重要注意事项:LSR为铂金催化体系,储存和使用中必须严格避免接触含 胺、硫、有机锡化合物 的物质——这些物质是铂金催化剂的“毒物”,极微量即可导致催化失效、产品不固化。A、B组分的取用工具必须严格区分,使用前清洁干净,防止交叉污染。
六、液态硅胶颜色调色,色母添加方式
LSR 调色通常不用传统塑料“色母粒”,而是用 液态色浆 / 色膏(color paste),载体多为乙烯基硅油、低粘度硅油或 LSR 基胶。
1. 色浆选择要求
必须与铂金硫化体系兼容:不能含硫、胺、有机锡、铅、汞、砷、磷等铂金催化剂毒物,否则会导致不固化或局部发粘。
食品/医疗级认证:食品接触需符合 FDA 21 CFR 177.2600;医疗级需色浆本身也通过 USP Class VI、ISO 10993 相关测试。
耐温等级匹配:无机颜料耐温好,有机颜料鲜艳但耐温、耐候可能较差。高温场景优先选无机颜料。
透明制品:需选纳米级或高分散颜料,添加量尽量低,避免光散射导致雾度上升。
2. 添加比例
透明/半透明调色:0.1%~1%
实色制品:1%~3%
高遮盖/深色:3%~5%
具体以色浆供应商推荐为准,添加量过高会影响固化、硬度和机械性能。
3. 添加方式
常见有三种:
预混法:将色浆按比例加入 A 组分或 B 组分,低速滚动/搅拌 30~60 分钟,再按 1:1 混合使用。适合小批量、颜色固定的场景。
产线注色法:在 A/B 计量泵之后的混合头处,用第三组分计量泵注入色浆,经静态混合器混合后直接注射。适合大批量、多颜色切换。
手动小样法:实验室或小批量时,手工称量色浆加入混合后的胶料,快速搅拌并真空脱泡。注意适用期,混合后要在适用期内用完。
4. 注意事项
色浆加入后必须 真空脱泡,否则制品内部和表面会有气泡。
色浆可能影响铂金催化,换色浆前建议做小试:测固化时间、硬度、拉伸强度、色差。
调色后需用分光测色仪控制批次色差,模具温度、固化时间也会影响最终颜色。
避免使用含硫脱模剂,防止铂金中毒。
色浆应密封、避光、阴凉储存,使用前搅拌均匀。
七、液态硅胶耐温、耐老化、耐化学品性能
1. 耐温性能
通用 LSR 的长期使用温度一般为 -50℃~+200℃,短期可耐 250℃。特殊耐高温牌号可做到:
| 类型 | 连续使用温度 | 短期峰值 |
|---|---|---|
| 通用 LSR | -50~200℃ | 250℃ |
| 耐高温 LSR | -50~250℃ | 300℃ |
| 低温型 LSR | -60~200℃ | — |
LSR 低温柔韧性好,-50℃ 仍能保持弹性;高温下长期使用会逐渐变硬、变脆,压缩永久变形增大。
2. 耐老化性能
LSR 的耐老化整体优秀:
| 介质类型 | 耐性 |
|---|---|
| 水、盐水、醇类(乙醇、异丙醇) | 较好 |
| 稀酸、稀碱 | 较好 |
| 极性溶剂(如丙酮、酯类) | 一般,可能溶胀 |
| 芳香烃(甲苯、二甲苯) | 差,严重溶胀 |
| 脂肪烃、汽油、柴油、矿物油 | 差,溶胀明显 |
| 氯代烃(二氯甲烷等) | 差 |
| 浓酸、浓碱、强氧化剂 | 差,会被腐蚀 |
| 臭氧、UV | 优秀 |
热空气老化:200℃×72h 或 250℃×24h 后,硬度变化通常 <10 Shore A,拉伸强度保持率约 70%~90%。
臭氧/UV 老化:非常优异,户外长期使用不易龟裂。
湿热老化:良好,但长期高温高湿可能影响表面和电性能。
压缩永久变形:150℃×22h 通常在 10%~30%,具体看配方和交联密度。
3. 耐化学品性能
LSR 对极性介质较好,对非极性油类和溶剂较差:
温度越高、浓度越大、浸泡时间越长,侵蚀越严重。耐油、耐溶剂场景建议改用 氟硅橡胶(FVMQ) 或氟橡胶,而不是普通 LSR。
4. 选型建议
常规密封、食品接触、医疗件:通用 LSR 即可。
高温长期使用:选耐高温 LSR。
耐油、耐溶剂:选氟硅橡胶或氟橡胶。
耐化学品评估建议按 ASTM D471 / ISO 1817 做浸泡试验,关注体积变化、硬度变化、拉伸强度保持率。
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