从七个方面介绍液态硅胶模具设计的设计建议与注意事项

液态硅胶（lsr）模具设计是一项与热塑性塑料模具逻辑几乎完全相反的专业工程。LSR是热固性材料，在模腔内通过加热（通常150-200℃）发生交联反应（硫化）而固化；而热塑性塑料则是“加热-冷却”的物理过程。如果直接套用塑料模的设计经验，极易导致飞边、困气、尺寸超差等问题，废品率可能高达15%以上。

图 盈泰液态硅胶模具加工车间生产设备：沙迪克镜面火花机

以下从七个核心维度，系统性地介绍设计建议与注意事项：

一、收缩率的精准补偿

LSR在模内不会收缩，但脱模冷却后通常会发生2.5%-4.0% 的收缩。具体收缩率受多种因素影响：

各向异性：胶料流动方向的收缩率通常大于垂直方向，差异可达0.2%-0.5%。

制品壁厚：厚壁制品收缩率一般小于薄壁制品。

二次硫化：若需二次硫化（200℃/4h），可能额外收缩0.5%-0.7%。

设计建议：借助Moldflow等LSR专用模流分析模块进行仿真，并根据同类型产品的历史数据进行经验补偿。

二、分型面设计——排气是第一优先级

对于热塑性塑料，分型面主要考虑脱模方向与外观；但对于LSR，分型面就是最主要的排气通道。LSR在注塑过程中会产生大量气体（硫化副产物），若排气不畅，必然出现气泡、缺料、烧焦。

设计建议：

分型面尽可能设置在产品最大轮廓处。

分型面平面度要求≤0.005mm，闭合间隙≤0.01mm，否则低粘度的LSR极易溢胶。

分型面锁紧面宽度控制在3-5mm，其余区域做避空0.02-0.03mm以辅助排气。

脱模斜度：内表面3-5°，外表面1-3°。

三、排气系统——深度决定成败

LSR粘度极低（约30000-100000 mPa·s），排气槽深度稍有偏差就会出问题。

关键参数：

主流排气槽深度：0.005-0.012mm（视LSR牌号而定），超过0.015mm即会产生毛边。部分资料建议范围更宽（0.004-0.03mm），但宁浅勿深是基本原则。

排气槽宽度：4-6mm，槽后连接深1mm的排气通道到大气。

排气槽必须设置在胶料最后到达的区域。

进阶方案：

对于复杂件，采用分段可变深度排气或烧结金属排气镶件。

抽真空排气是最佳方案——在分型线上设计密封垫圈，用真空泵将模腔抽成真空后再注压。这是高透明度医疗产品的标配。

可变闭合力操作：低压合模至模腔90%-95% 被LSR充满（便于排气），再切换高闭合力防止溢胶。

四、冷流道系统——lsr模具的核心

LSR是热固性材料，不能使用传统热流道（会让胶料在流道中提前硫化）。冷流道系统通过循环冷水将流道温度维持在15-25℃，保证胶料保持液态；而型腔部分则加热至170-200℃进行硫化。

设计要点：

热隔离：冷流道板与模芯之间必须完全隔热，通常采用空气间隙（3-10mm）、钛合金或陶瓷隔热垫块。若流道太热，胶料在注射前便开始硫化；若冷却太急，则会从浇口区吸收过多热量，导致硫化不完全。

流道尺寸：流道直径通常Φ4-6mm（部分设计达Φ6-12mm），转角处采用大圆弧过渡减少压力损失。

浇口形式：针阀式冷嘴是最理想的选择，可精准控制注射时序，防止流涎（漏胶）和流道固化堵塞。

冷流道系统可将材料利用率从传统方式的60%-70%提升至98%以上。

五、温控系统——“冰火两重天”

一套LSR模具内同时存在低温区（冷流道）和高温区（型腔）。

型腔加热：

模温必须恒定在140-220℃（常见160-180℃）。

温控精度需达到±1℃以内，温差超过±3℃会导致硫化程度不一致。

温控点分布要均匀，较大模具建议分区控温。

采用导热油或电热棒加热。

冷流道冷却：

冷流道板温度控制在20-40℃（部分设计30-60℃）。

温差需≤2℃，避免局部固化或流动性不足。

流道板内设计高效冷却水道，优先选择铍铜等高导热材料。

六、脱模系统——LSR易粘模，顶出要“温柔”

LSR具有优异的弹性，但同时极易粘附在模具表面（尤其是高温区域）。强制硬顶会拉伤产品或导致变形。

设计建议：

优先采用气动顶出（压缩空气辅助脱模），尤其适合薄壁件。

次选大面积推板或大直径顶针（Φ6以上），减小压强。

模具表面进行Ni-PTFE涂层或类金刚石涂层（DLC），降低摩擦系数。

设计足够的脱模斜度（通常1.5°-3°），远大于塑料模。

型腔表面镜面抛光至Ra≤0.1μm。

七、模具材料与表面处理

推荐钢材：

S136：镜面抛光性能优异（Ra≤0.1μm），耐腐蚀性强，适合医疗/食品级制品。

NAK80：预硬钢（HRC38-41），免热处理，兼顾耐磨性和加工效率。

模架/模板：718H（HRC30-35），成本适中，适合大批量生产。

冷流道部分优先选择铍铜等高导热材料。

表面处理：

精密件（如光学透镜）：镀硬铬（5-10μm）或DLC涂层，降低摩擦系数（μ≤0.1）。

易粘模区域：PTFE涂层（2-3μm），脱模力降低30%。

总结

液态硅胶模具设计的核心逻辑可以概括为：为“液体”和“弹性”而设计——精确引导低粘度液体、高效排出空气、均匀传导热量、让柔软的产品顺利脱模。与热塑性塑料模具相比，LSR模具在温控逻辑（加热 vs 冷却）、流道系统（冷流道 vs 热流道）、排气精度（微米级 vs 丝级）、脱模方式（气动为主 vs 顶针为主） 等方面存在本质差异。理解这些差异，是成为一名合格LSR模具设计工程师的第一步。