液態矽膠（LSR）的設計考量
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液態矽膠在射出成型裡屬於一個奇特的角落：料筒冷、模具熱，材料在三十秒內固化完成，ABS 或 PP 那一套經驗幾乎沒有一條可以直接套用。把 LSR 當成熱塑性塑膠來對待，你很可能在拿到真正能密封的首件之前，就先因為毛邊、黏模或分模線爆料而報廢一副 USD 25,000–60,000 的模具。
LSR 真正關鍵的設計動作發生在 CAD 裡，不是在模具廠。硬度選擇、壁厚均勻性、分模線位置、倒扣幾何、冷流道與傳統澆道之間的取捨——這些全都在第一顆穴位開出之前就已經鎖定。本文會逐一拆解這些決策，告訴你為什麼有些零件能以 40 秒週期、99% 良率穩定量產，有些卻一直在黏模、出毛邊、頂出時撕裂。
從製程角度看 LSR 到底是什麼
LSR 是雙組分、鉑金催化的矽膠，以可泵送的 A、B 兩液供應，在靜態混合器會合，計量進入約 15–25 °C 的冷料筒，再射入 160–200 °C 的熱模，在 10–30 秒內完成交聯。零件頂出時就是成品彈性體——沒有冷卻段、沒有回磨、流道一旦固化在錯的地方也沒有第二次機會。
冷料筒、熱模具——這個反轉是最重要的思維模型。它決定了澆口位置、排氣設計、冷料井、以及模具與射出單元之間的熱隔離方式。忽略這一點，你得到的不是料筒內預先固化，就是未固化液體從分模線滲出。
在畫零件之前先決定硬度
硬度決定了壁厚、脫模角、倒扣容忍度與毛邊行為。一個 30 Shore A 的襯墊和一個 70 Shore A 的索環完全不共用同一套設計規則。在 CAD 幾何凍結之前先跟應用工程師鎖定硬度——每一個下游尺寸都取決於它。
| 硬度（Shore A） | 典型用途 | 最小壁厚 | 受力行為 |
|---|---|---|---|
| 20–30 | 柔性密封件、貼膚穿戴裝置、嬰兒餵食用品 | 0.4 mm | 高伸長率（600%+），夾過頭會撕裂 |
| 40–50 | 呼吸面罩、醫療隔膜、刮水器 | 0.3 mm | 平衡型——最常見的起手點 |
| 60–70 | 汽車索環、線束防護套、按鍵 | 0.25 mm | 手感偏硬，壓縮變形更低 |
| 80–85 | 結構型襯墊、減振件 | 0.3 mm | 接近熱塑性彈性體的剛度 |
壁厚、均勻性與固化時間陷阱
LSR 從外向內固化。180 °C 下 1.0 mm 壁厚約 12 秒固化；同一副模具裡 4.0 mm 的厚實區塊，可能 45 秒仍未完全固化，而旁邊的薄壁早已過度固化變脆。解法不是拉長週期——而是把壁厚做均勻。超過 3 mm 的部位要挖空、全件厚薄比控制在 2:1 以內，厚薄過渡處都要給足圓角。
LSR 的最小壁厚可以做得相當薄：40 Shore A 配合適當的排氣與澆口位置，0.25 mm 是可成型的。壁厚低於 0.4 mm 的零件，澆口必須設在薄壁 15 mm 以內，否則充填未完成前就會先固化。
分模線、封邊面與毛邊問題
未固化的 LSR 黏度約 100–1000 Pa·s，只要間隙超過約 5 微米就會滲入。封邊面必須以正角度（至少 3–5°）相接，不能是刀口對刀口；分模線必須放在毛邊痕不會影響零件功能的地方。醫療閥件常見的做法是把分模線放在非密封的肋上，絕不橫越密封面。
| 分模線位置 | 毛邊風險 | 適用時機 | 避免時機 |
|---|---|---|---|
| 對稱件的平坦赤道面 | 低 | 簡單襯墊、O 形環、波紋管 | 密封面正好在赤道的零件 |
| 偏移到非功能肋上 | 低 | 閥件、隔膜、醫療密封件 | 肋會造成不可接受厚度的場合 |
| 沿壁面做階梯 | 中 | 複雜雙料包覆件 | 光學或外觀面 |
| 橫越密封面 | 高 | 設計上絕不採用 | 始終避免——重新定位或重設計 |
冷流道與傳統澆道
LSR 是熱固性，流道內殘留的料一固化就是廢料，無法回磨。冷流道系統讓流道保持在固化溫度以下，把料直接送到澆口，完全消除流道廢料。模具建置成本約多 20–35%，但對年出貨 50 萬件的產品，省下的材料費用在四到八個月內就能回本。
| 專案量 | 建議流道 | 典型流道廢料 | 回本週期 |
|---|---|---|---|
| 每年 < 5 萬件 | 傳統澆道加流道 | 射出量的 15–30% | 冷流道通常不划算 |
| 每年 5–25 萬件 | 混合式或副流道冷塊 | 8–15% | 12–18 個月 |
| 每年 > 25 萬件 | 全冷流道配閥式澆口 | < 2% | 4–8 個月 |
倒扣、包覆成型與脫模
軟質 LSR 能承受剛性聚合物必須側抽的倒扣。40 Shore A、壁厚 2 mm、倒扣深 0.8 mm 的零件，只要脫模角與圓角做對，直拉心就能順利脫出。到了 70 Shore A 以上同樣幾何就會撕裂。包覆在剛性基材上——醫療軟握把常見——基材必須能撐過 180 °C、30 秒，實務上通常是 PPSU、PEI、PBT 或耐高溫尼龍，而不是 ABS 或 PP。
脫模策略很少靠單一手段：典型模具會綜合使用寬裕脫模角（至少 2–5°）、氣吹、剝料板，必要時人工取件。脫模劑只作為最後手段——它會遷移進零件，可能危及生物相容性認證。
三個應用、三種截然不同的設計窗口
一款在開模前就先鎖定硬度的手持手術握把
一家手術器械廠需要一個握把：要夠軟才能撐過四小時手術，同時又要夠硬以把扭矩傳到內部的鋼軸。第一版原型以 30 Shore A 成型，在 0.8 N·m 時就傳不了扭矩；第二版 70 Shore A 能傳扭矩，但在測試台模擬不到 90 分鐘就讓外科醫師手感疲勞。
關鍵設計動作： 團隊改為 50 Shore A 外壁搭配 2 mm 厚 80 Shore A 內肋，一次雙料射出完成。握感來自外層，扭矩來自內肋。模具成本從單料版的 USD 42,000 升到雙料版的 USD 78,000，但省下了第三輪原型（USD 28,000、八週）的費用，並如期趕上原訂臨床時程。
量產以 52 秒週期在 120 噸機上跑，硬料走冷流道、軟料走傳統次澆口——這提醒了我們：雙料 LSR 模具其實是兩個製程窗口共享一個熱邊界。
一款挺過鹽霧測試重工的汽車連接器密封件
一家一階供應商的 55 Shore A LSR 密封件在鹽霧測試 240 小時就失效，規格要求是 480 小時。根因是分模線處一圈 0.15 mm 的毛邊把電解液導入了密封面下方。把分模線位移 1.5 mm 到一條非功能肋上、封邊角從 2° 收緊到 5°，花了八週模具重工，最終通過 720 小時並留下安全餘裕。
一件 A-1 光學等級的 LED 車頭燈透鏡
光學級 LSR、60 Shore A，成型為 4 mm 厚的透鏡，模面 A-1 拋光，配合每射前將模腔壓力抽至 50 mbar 的真空排氣序列。首次良率因微氣泡只有 62%，在填充末段加上 0.05 mm 的壓縮保壓、並把固化溫度從 180 °C 降到 165 °C 以減緩外層固化後，良率提升到 94%。
以應用匹配 LSR 材料等級
| 應用 | 材料系列 | 關鍵認證 | 典型硬度 |
|---|---|---|---|
| 嬰兒餵食、奶嘴 | 食品接觸級 LSR | FDA 21 CFR 177.2600 | 30–50 A |
| 短期植入 | 醫療級 LSR | USP Class VI、ISO 10993-5/-10 | 40–60 A |
| 呼吸器與面罩密封 | 醫療級 LSR | ISO 10993-5、皮膚致敏 | 30–50 A |
| 汽車引擎艙 | 耐高溫 LSR | 類 AEC-Q100、OEM 規範 | 50–70 A |
| LED 光學 | 光學級 LSR | 折射率 1.40–1.41 | 50–70 A |
| 消費穿戴 | 標準或醫療級 LSR | 皮膚接觸（細胞毒性） | 30–60 A |
LSR 設計的 Do 與 Don't
| 應做 | 避免 |
|---|---|
| CAD 幾何凍結前先鎖定硬度 | 把硬度當作最後才決定的選材項目 |
| 全件厚薄比控制在 2:1 以內 | 1 mm 壁旁邊留著 4 mm 的實心柱 |
| 把分模線放在非功能特徵上 | 讓分模線橫越密封面或外觀面 |
| 排氣做到 5–10 微米，光學件加真空輔助 | 薄壁件靠自然排氣 |
| USP Class VI 零件要規劃後固化 | 為了縮短週期在醫療產品省掉後固化 |
| 年量超過 25 萬件就上冷流道 | 讓每射約 20% 的料固化為廢料 |
首次跑 LSR 專案常見的錯誤
| 錯誤 | 失敗原因 | 避免方法 |
|---|---|---|
| 把熱塑性的壁厚規則照搬到 LSR | LSR 由外向內固化，厚斷面永遠固化不完 | 厚薄比控制在 2:1，超過 3 mm 的部位挖空 |
| 指定刀口對刀口的封邊 | 低黏度 LSR 會從 5 微米以上的任何間隙溢出 | 採用 3–5° 封邊角，配對鋼材硬度 |
| 在未改質的 ABS 或 PP 上做包覆 | 基材在 180 °C 固化溫度下會變形 | 改用 PPSU、PEI、PBT 或耐高溫尼龍 |
| 醫療件省掉後固化 | 殘留揮發物無法通過 ISO 10993 細胞毒性 | 依材料資料表後固化 2–4 小時、200 °C |
| 只在分模線排氣 | 薄壁光學件與密封件中會困氣 | 在最後充填點加專用排氣，光學件加真空輔助 |
| 年量 50 萬件還用傳統流道 | 15–25% 的料會固化為廢料 | 評估冷流道，通常 8 個月內回本 |
開模前設計審查清單
- 硬度已與應用工程師鎖定，並通過手感與功能測試簽核。
- 全件壁厚比控制在 2:1 以內，無超過 3 mm 的實心段。
- 分模線已放在非功能特徵上，並與模具廠共同審查。
- 所有金屬對金屬封閉處均指定 3–5° 封邊角，非刀口相接。
- 脫模角至少 2–5°，紋面與 60 A 以上硬度要更大。
- 排氣策略明確：最後充填點設專用排氣、光學件加真空輔助。
- 依產量決定流道：年量 > 25 萬件用冷流道，5–25 萬件用混合式。
- USP Class VI 或 FDA 零件已規劃後固化步驟於量產流程中。
設計要點
LSR 獎勵那些把決策前置的團隊：硬度、壁厚均勻性、分模線位置、流道策略，在紙上很便宜，一旦開了鋼模就昂貴得驚人。把「冷料筒、熱模具」這個反轉當作主導的思維模型，在幾何凍結前就與模具廠一起驗證每一段熱過渡，把後固化與排氣當作一級製程參數、而非事後補救。做到這些的專案，通常能以 40–60 秒週期、95% 以上良率穩定量產；做不到的，則會用兩三輪模具重工把同樣的規則痛苦地再學一遍。