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在液態(tài)硅膠（LSR）包膠金屬過程中，提高附著力需從材料匹配、表面處理、工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計等多維度系統(tǒng)優(yōu)化。以下是具體解決方案及技術(shù)細(xì)節(jié)：

一、材料體系優(yōu)化：選擇自粘接型 LSR

核心原理
自粘接型 LSR 含特殊硅烷偶聯(lián)劑（如乙烯基三甲氧基硅烷），可與金屬表面氧化物（如 Fe?O?、Al?O?）通過縮合反應(yīng)形成 Si-O-Me 化學(xué)鍵，剝離強(qiáng)度可達(dá) 8-15N/cm（非自粘接型僅 2-5N/cm）。

典型牌號與適配金屬

LSR 型號

不銹鋼 / 鋁合金    ≥12N/cm    耐黃變，適合外露件    

鈦合金 / 銅    ≥10N/cm    高抗撕（40kN/m²），耐油    

 鍍鋅鋼 / 碳鋼    ≥8N/cm    耐高溫（250℃），用于汽車部件    

注：非自粘接 LSR 需搭配底涂劑（如 3M Scotch-Weld DP100），但工藝復(fù)雜度增加 30%。    

二、金屬表面處理：構(gòu)建化學(xué) - 機(jī)械雙重錨點(diǎn)

1. 物理粗化：提升機(jī)械鎖合力

噴砂工藝

不銹鋼 / 鈦合金：氧化鋁砂（粒徑 80-120 目），粗糙度 Ra 4-6μm；

鋁合金 / 銅：玻璃珠（粒徑 150-200 目），避免過度腐蝕，Ra 3-5μm；

介質(zhì)選擇：

檢測標(biāo)準(zhǔn)：用粗糙度儀實測，局部區(qū)域 Ra＜2μm 需返工。

激光打標(biāo)
脈沖激光（波長 355nm）在金屬表面加工微米級凹坑（直徑 50-100μm，深度 20-30μm），可使附著力提升 40%，適合精密件（如醫(yī)療導(dǎo)管接口）。

2. 化學(xué)活化：增強(qiáng)化學(xué)鍵合

硅烷偶聯(lián)劑處理

步驟：金屬噴砂→乙醇清洗→浸涂 5% KH-560 乙醇溶液（pH=4-5）→120℃烘干 15 分鐘；

作用：偶聯(lián)劑一端 Si-O 鍵與金屬氧化物結(jié)合，另一端活性基團(tuán)（如環(huán)氧基）與 LSR 交聯(lián)，形成 “分子橋”。

等離子體處理
氬氣等離子體（功率 100-300W，處理時間 30-60 秒）可去除金屬表面油脂，同時引入羥基（-OH），使附著力提升 50-80%，尤其適合鋁、鎂等易氧化金屬。

三、工藝參數(shù)調(diào)控：確保充分交聯(lián)與浸潤

模具溫度

自粘接 LSR 最佳模溫：110-130℃（低于 80℃時交聯(lián)度不足，高于 150℃可能燒焦）；

建議分區(qū)控溫：進(jìn)料口區(qū)域溫度比型腔高 10-15℃，促進(jìn) LSR 流動浸潤。

注射壓力與速度

低速填充（50-80mm/s）→高速保壓（100-120MPa），避免高速湍流卷入空氣；

保壓時間：根據(jù)膠層厚度調(diào)整，1mm 厚膠層保壓 30 秒，每增加 1mm 延長 15 秒。

硫化時間

基礎(chǔ)硫化：模內(nèi)硫化時間≥90 秒（鉑金催化需足夠時間完成交聯(lián)）；

二次硫化：180℃/2 小時，可使交聯(lián)密度提升 25%，附著力穩(wěn)定性提高 20%。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計：強(qiáng)化機(jī)械鎖合效應(yīng)

鋸齒狀溝槽

尺寸：深度 0.5-1mm，齒距 2-3mm，角度 60-90°；

示例：手機(jī)卡托膠圈金屬基材設(shè)計 0.8mm 深鋸齒，剝離強(qiáng)度從 8N/cm 提升至 15N/cm。

通孔與倒扣結(jié)構(gòu)

通孔直徑 1-2mm，間距 5-8mm，LSR 固化后形成 “膠釘” 鎖合；

倒扣角度：內(nèi)側(cè) 30-45°，外側(cè) 15-20°，避免脫模時撕裂。

過渡圓角設(shè)計
包膠邊緣 R≥1.5mm，減少應(yīng)力集中，防止直角處因收縮導(dǎo)致界面開裂（實測 R=0.5mm 時脫落風(fēng)險增加 3 倍）。

五、輔助工藝：底涂劑與真空控制

底涂劑選擇（非自粘接 LSR）

金屬通用型：漢高樂泰 LOCTITE 770（促進(jìn)硅膠與不銹鋼 / 鋁粘接）；

耐高溫型：道康寧 TC-5288（耐 200℃，用于汽車引擎部件）；

涂覆量：3-5μm（濕膜厚度），烘干溫度 80-100℃，時間 10 分鐘。

真空脫泡與模具排氣

LSR 混合后在 - 0.1MPa 真空下脫泡 3-5 分鐘，避免氣泡削弱界面結(jié)合；

模具排氣槽深度 0.015-0.02mm，寬度 3-5mm，沿料流末端均勻分布，確?？諝馔耆懦?。

六、質(zhì)量驗證與失效分析

附著力測試標(biāo)準(zhǔn)

90° 剝離法（ASTM D1876）：試樣寬度 25mm，拉伸速度 50mm/min，合格值≥8N/cm；

劃格法（ISO 2409）：用 1mm 劃刀刻劃 10×10 網(wǎng)格，膠帶剝離后脫落面積＜5% 為合格。

大面積整片脫落    表面未粗化或底涂劑失效    重新噴砂 + 檢測表面粗糙度 / 底涂劑保質(zhì)期    

邊緣局部脫落    模具排氣不良 / 保壓不足    增設(shè)排氣槽 / 提高保壓壓力至 120MPa    

剝離后金屬露白    LSR 交聯(lián)不充分    提高模溫至 120℃/ 延長硫化時間至 120 秒    

七、行業(yè)案例：汽車傳感器包膠優(yōu)化

問題：鋁合金傳感器外殼包膠后耐振動測試（50Hz/24 小時）脫落率達(dá) 25%；

優(yōu)化方案：

表面處理：噴砂（Ra 5μm）+ KH-570 偶聯(lián)劑處理；

LSR 更換：道康寧 OE-6610（自粘接型，耐振動疲勞）；

結(jié)構(gòu)改進(jìn)：增加 0.7mm 深環(huán)形溝槽；

結(jié)果：剝離強(qiáng)度從 6N/cm 提升至 14N/cm，振動測試零脫落。

總結(jié)

提升 LSR 與金屬附著力的核心在于構(gòu)建化學(xué)粘接（分子鍵合）與機(jī)械鎖合（物理錨定）的協(xié)同效應(yīng)，同時通過工藝參數(shù)確保材料充分交聯(lián)。實際生產(chǎn)中需建立表面粗糙度檢測→底涂劑固化驗證→首件拉力測試的全流程管控，結(jié)合 DOE（實驗設(shè)計）方法優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)（如模溫、保壓時間），可將附著力合格率從 75% 提升至 98% 以上。

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