液態硅膠（lsr）模具設計是一項與熱塑性塑料模具邏輯幾乎完全相反的專業工程。LSR是熱固性材料，在模腔內通過加熱（通常150-200℃）發生交聯反應（硫化）而固化；而熱塑性塑料則是“加熱-冷卻”的物理過程。如果直接套用塑料模的設計經驗，極易導致飛邊、困氣、尺寸超差等問題，廢品率可能高達15%以上。

圖 盈泰液態硅膠模具加工車間生產設備：沙迪克鏡面火花機

以下從七個核心維度，系統性地介紹設計建議與注意事項：

一、收縮率的精準補償

LSR在模內不會收縮，但脫模冷卻后通常會發生2.5%-4.0% 的收縮。具體收縮率受多種因素影響：

各向異性：膠料流動方向的收縮率通常大于垂直方向，差異可達0.2%-0.5%。

制品壁厚：厚壁制品收縮率一般小于薄壁制品。

二次硫化：若需二次硫化（200℃/4h），可能額外收縮0.5%-0.7%。

設計建議：借助Moldflow等LSR專用模流分析模塊進行仿真，并根據同類型產品的歷史數據進行經驗補償。

二、分型面設計——排氣是第一優先級

對于熱塑性塑料，分型面主要考慮脫模方向與外觀；但對于LSR，分型面就是最主要的排氣通道。LSR在注塑過程中會產生大量氣體（硫化副產物），若排氣不暢，必然出現氣泡、缺料、燒焦。

設計建議：

分型面盡可能設置在產品最大輪廓處。

分型面平面度要求≤0.005mm，閉合間隙≤0.01mm，否則低粘度的LSR極易溢膠。

分型面鎖緊面寬度控制在3-5mm，其余區域做避空0.02-0.03mm以輔助排氣。

脫模斜度：內表面3-5°，外表面1-3°。

三、排氣系統——深度決定成敗

LSR粘度極低（約30000-100000 mPa·s），排氣槽深度稍有偏差就會出問題。

關鍵參數：

主流排氣槽深度：0.005-0.012mm（視LSR牌號而定），超過0.015mm即會產生毛邊。部分資料建議范圍更寬（0.004-0.03mm），但寧淺勿深是基本原則。

排氣槽寬度：4-6mm，槽后連接深1mm的排氣通道到大氣。

排氣槽必須設置在膠料最后到達的區域。

進階方案：

對于復雜件，采用分段可變深度排氣或燒結金屬排氣鑲件。

抽真空排氣是最佳方案——在分型線上設計密封墊圈，用真空泵將模腔抽成真空后再注壓。這是高透明度醫療產品的標配。

可變閉合力操作：低壓合模至模腔90%-95% 被LSR充滿（便于排氣），再切換高閉合力防止溢膠。

四、冷流道系統——lsr模具的核心

LSR是熱固性材料，不能使用傳統熱流道（會讓膠料在流道中提前硫化）。冷流道系統通過循環冷水將流道溫度維持在15-25℃，保證膠料保持液態；而型腔部分則加熱至170-200℃進行硫化。

設計要點：

熱隔離：冷流道板與模芯之間必須完全隔熱，通常采用空氣間隙（3-10mm）、鈦合金或陶瓷隔熱墊塊。若流道太熱，膠料在注射前便開始硫化；若冷卻太急，則會從澆口區吸收過多熱量，導致硫化不完全。

流道尺寸：流道直徑通常Φ4-6mm（部分設計達Φ6-12mm），轉角處采用大圓弧過渡減少壓力損失。

澆口形式：針閥式冷嘴是最理想的選擇，可精準控制注射時序，防止流涎（漏膠）和流道固化堵塞。

冷流道系統可將材料利用率從傳統方式的60%-70%提升至98%以上。

五、溫控系統——“冰火兩重天”

一套LSR模具內同時存在低溫區（冷流道）和高溫區（型腔）。

型腔加熱：

模溫必須恒定在140-220℃（常見160-180℃）。

溫控精度需達到±1℃以內，溫差超過±3℃會導致硫化程度不一致。

溫控點分布要均勻，較大模具建議分區控溫。

采用導熱油或電熱棒加熱。

冷流道冷卻：

冷流道板溫度控制在20-40℃（部分設計30-60℃）。

溫差需≤2℃，避免局部固化或流動性不足。

流道板內設計高效冷卻水道，優先選擇鈹銅等高導熱材料。

六、脫模系統——LSR易粘模，頂出要“溫柔”

LSR具有優異的彈性，但同時極易粘附在模具表面（尤其是高溫區域）。強制硬頂會拉傷產品或導致變形。

設計建議：

優先采用氣動頂出（壓縮空氣輔助脫模），尤其適合薄壁件。

次選大面積推板或大直徑頂針（Φ6以上），減小壓強。

模具表面進行Ni-PTFE涂層或類金剛石涂層（DLC），降低摩擦系數。

設計足夠的脫模斜度（通常1.5°-3°），遠大于塑料模。

型腔表面鏡面拋光至Ra≤0.1μm。

七、模具材料與表面處理

推薦鋼材：

S136：鏡面拋光性能優異（Ra≤0.1μm），耐腐蝕性強，適合醫療/食品級制品。

NAK80：預硬鋼（HRC38-41），免熱處理，兼顧耐磨性和加工效率。

模架/模板：718H（HRC30-35），成本適中，適合大批量生產。

冷流道部分優先選擇鈹銅等高導熱材料。

表面處理：

精密件（如光學透鏡）：鍍硬鉻（5-10μm）或DLC涂層，降低摩擦系數（μ≤0.1）。

易粘模區域：PTFE涂層（2-3μm），脫模力降低30%。

總結

液態硅膠模具設計的核心邏輯可以概括為：為“液體”和“彈性”而設計——精確引導低粘度液體、高效排出空氣、均勻傳導熱量、讓柔軟的產品順利脫模。與熱塑性塑料模具相比，LSR模具在溫控邏輯（加熱 vs 冷卻）、流道系統（冷流道 vs 熱流道）、排氣精度（微米級 vs 絲級）、脫模方式（氣動為主 vs 頂針為主） 等方面存在本質差異。理解這些差異，是成為一名合格LSR模具設計工程師的第一步。