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高性能硅橡胶按键的制造

阅读次数：次　　发布人：原创　　添加时间：2013-7-18

电子设备的控制开关、按键及各种消费电子产品的遥控器，都选用高性能硅橡胶按键.这是因为硅橡胶具有良好的回弹性和优异的手感，以及表面能较低不易污染，抗老化性能好等独特的优点。硅橡胶导电按键已成为新型电子产品所必需的配套部件，在橡胶行业中也发展成一项专用的一大类产品满足各式各样的电子设备及消费电子产品的需求。

该项技术国外在7O年代初已开发应用，8O年代已完全成熟。广泛应用于军用电子设备、电话机、电子琴、计算机和量大面广的消费电子产品的遥控器。国内8O年代后期引进国外成熟技术由合资厂在沿海一带建厂生产，主要是以生产遥控器按键为主。对量小、要求高的尤其是军用电子设备硅橡胶按键的研究仍处在试制阶段。

技术要求及主要参数

硅橡胶按键是以硅橡胶的回弹性代替金属弹簧构件，并将键与簧一体化都由硅橡胶构成。因此，对硅橡胶按键提出以下技术要求：

(1)产品使用寿命：大于15万次(试验条件为1～2次／秒)。

(2)反弹性起好能迅速复位。

(3)行程0．3～1．5mm，负荷力(50~250

(4)标准接触电阻值：≤100n。

(5)按键绝缘电阻值≥1×101~／500VDC。

(6)产品外观平滑，表面平整，无缺路，色调一致零件尺寸应符合设计图纸要求。

对于硅橡胶导电按键而言，按键材料分为两个部分：一是具有高弹性、高强度、高抗撕性能的绝缘硅橡胶；二是具有良好导电性和具有一定物理机械性能的弹性导电硅橡胶。成品应能通过规定的环境试验和寿命试验。

1.胶料主要性能与参数

按键绝缘部分的成品要求具有良好的反弹性，而反弹性好坏取决于两个因素：一是胶料本身的特性指标；二是构形设计。通常按键的优劣，能否正常工作的主要考核指的就是衡量其反弹性太小和手感。该参数的含义是当用50～250克力作用于按键，将按键按至一定行程，这时需要成品对外力有高的反应灵敏度，而当外力除去之后，成品要在规定的时间内反弹回原始位置，反弹力要大。最佳的反弹力除与胶料材料固有的特性有关外，产品的结构形状将是起决定的因素之一。图2是不同结构形式的硅橡胶按键负荷行程特性曲线。

曲线图可视为行程和受力的力学关系，这将由材料特性和结构形式所决定。归结到材料特性主要是指弹性、硬度、强度和抗撕强度等指标。经分析国外产品与经大量试验结果，提出以下材料性能指标，作为高性能硅橡胶按键绝缘胶料的质量控制指标。

拉伸强度(MPa)：5．0～8．0

扯断伸长率( )：>300

撕裂强度(KN／m)：>20

硬度(邵A)：50～60

导电胶料除强度及硬度有一定要求外，接触电阻值应小于100n，还应考虑在受应力、应变和高低温下阻抗不应发生变化。

2.制造工艺路线的确定

遥控器按键的生产工艺较为特殊，它是由绝缘胶和导电胶料复合而成，两种胶科不能互串。目前生产质量和效率较高的公司均采用二次硫化工艺。这种工艺方法是先将导电胶料硫化，再用冲头冲至成胶粒，生产时将胶粒采用自动化装料法，将导电胶粒装入模具规定的位置，最后将绝缘胶料覆盖上，再次硫化而成另一种方法是一次硫化工艺，就是将导电胶先压成一定厚度，用手辊将导电胶片挤压到模具导电腔内，把多余的胶边撕下后，覆盖上绝缘胶一次硫化而成。

一次硫化工艺特点：效率高、成本易操作。

缺点：不清洁、导电胶易漏装

二次硫化工艺特点：清洁、导电胶与绝缘胶分明、效率高。

缺点：设备投资大，成本略高。

众所周知，未经填充补强的硅橡胶强度很低，因而无使用价值，要达到高性能指标，必需在补强方法和助剂选择上深入研究才能达到预期的效果。

A. 绝缘硅胶料的研制

(1)气相法SIO：品种对胶料力学性能的影响

我们围绕如何提高材料力学性能和弹性开展了对补强剂的选择试验。多年来，很多科开展了对补强剂的选择试验。多年来，很多科实际使用中白碳黑品种与量之间相互渗透，积累了一定的经验，对开展本项工作有一定的帮助。我们选用2号、4号白碳黑，经D．处理的2号白碳黑和西德产R972白碳黑及沉淀法SiO2等材料，基本配方如下：

●硅胶 110一2 100

●结构控制剂 3-5

●气相法白碳黑 40-50

●DCP 1

性能白炭黑种类	2#	4#	2#、4#并用	R972（西德）
硬度(日陋 )	58	52	50	58
拉仲强度(MPa)	6.1	6.2	5.8	10.1
扯断伸长率(%)	240	400	370	410
撕裂强度(KN／m)		29	10	15
冲击弹性( )	45	31	36	41

试验结果表明，白碳黑品种对胶料的物理机械性能影响甚大，其中综合性能最佳的

是西德进口的R 972白碳黑。但考虑到料源的稳定因素等，还是选用2#和4#白碳黑并用，调整比例，使抗撕强度提高到20 K N ／m以上，达到实用化要求。

(2)结构控制剂对硅胶性能的影响为了获得优异的抗撕、扯断强度及高弹性胶料，我们对结构控制剂进行了筛选，我们选用的结构控制剂有：

●六甲基二硅氮烷

●八甲基环四硅氧烷

●羟基硅油

●硅二醇等

结构控制剂对硅胶性能的影响

种类性能	硬度 (邵A)	强度 (MPa)	撕裂（KN/m）	伸长率 (%)	冲弹 (%)	压变20% 150℃×24 h
羟基硅油	56	5.5	11	300	40	20
硅二醇	52	6.1	29	370	31	23
硅氮烷A	48	6.8	32	480	35	32
硅氮烷B	46	6.6	35	530	34	13

实验表明采用硅氮烷类及硅二醇都能使硅胶料获得良好的力学性能。但考虑到胶料

的综合性能及加工工艺，成本等因素，我们选用了以硅二醇为主的结构控制剂，用量控制在二氧化硅用量的10%左右。

硅二醇用量对硅胶性能的影响

用量性能	硬度 (邵A)	伸长率 (%)	强度 (MPa)	撕裂（KN/m）	冲弹 (%)
硅二醇 5	56	310	6.7	10	37
硅二醇 7	38	560	5.4	25	22
硅二醇 9	32	630	5.1	24	21

以上试验表明，在气相法Si O 2按一定量填充情况下，适当增加硅二醇等结构控制剂的量，能使气相法Sl O在胶料中充分分散。同时胶料中硅醇基浓度增加可使硅橡胶与气相

SiO2的结合程度增加，从而提高硅胶的物理机械强度。

(3)胶料其他性能的综合试验

在解决上述二大问题之后，我们又围绕如何进一步提高胶料的抗撕和强度等问题进行了一系列试验。在国外发达国家这个问题已基本解决，但在国内目前虽然建立了多种理论，并在一定程度上指导生产实践，但至今尚未得到同行一致认可的完整的理论。因而在国内高强度、高抗撕胶料一直处在试制阶段，没有形成定型的批量生产。表4是采用含乙烯基有机硅化合物对胶料改性的结果。

乙烯基硅化合物对胶科性能的影响

种类性能	硬度 (邵A)	强度 (MPa)	抗撕（KN/m）	伸长率 (%)	冲弹 (%)	压变20% 150℃×24 h
羟基硅油乙烯基硅油	50	6.4	33	810	31
硅二醇硅氨烷	52	11.9	30	330	46	18
硅氨烷 A151	46	6.6	35	530	34	13

B.导电硅胶科

导电性高分子材料，按其结构分为两种类型，一种是本身能呈现导电性能的高分子料,另一种是在高分子化合物中配合导电填充剂。考虑到在硅胶中填充导电填充剂，不但要考虑到胶的导电性，而且还要考虑到综合力学性能和性能／成本价格比等因素，我们选择以填充导电碳黑为主的技术路线。填充碳黑的高分子材料的导电机理是异常复杂的，其导电机理主要归纳为以下两种：

(1)碳黑粒子互相联接成键产生导电通路。

(2)除了粒子之间接触，又由于电子分散于基体中碳黑粒子问隙迁移所产生的电子导通，即由导电微粒提供的自由电子载流子产生的导通现象。

根据这些机理，我们确定选择能用于绝缘胶料必需相容的硅橡胶为基料，乙炔碳黑为导电填充料，在试验中我们曾选择性地填加一些金属料末，结果并不理想。

乙炔碳黑用量与电阻值的相关性

炭黑用料性能	体积电阻率	接触电阻
50	2.7*100	300
60	3.2*10	160
70	1.0*1000	80

当乙炔黑用量达到一个临界值时，胶料的电阻值急剧下降，这一现象可解释为只有当碳黑用量超过这一临界值时，才足以形成一个连续的导电链状结构，而低于这一用量时，只能形成部分连续的结构。

决定导电胶的导电性能由以下几个因素决定：

●碳黑的品种及表面状态

●是否对碳黑作过表面处理

●碳黑在硅橡胶中能否分散均匀，这将取决于混炼时间、方法、及硫化温度等因素。

四、结论

(1) 通过大量配方试验，掌握了不同种类白碳黑、结构控制剂对胶料力学性能的影响，研制出具有高弹性、低压缩变形和具有综合物理机械性能的硅橡胶按键绝缘胶料，达到实用化要求。

(2) 以硅橡胶为基料，乙炔黑为导电填充料，研制成具有适合于按键专用的导电胶料，接触电阻可控制在i00 欧姆以内。

(3) 初步确定出一条适合于大批量产的工艺方法、并已在扩大试生产中验证。

(4 ) 硅橡胶导电按键除应用于遥控器生产外，还可推广应用于军用电子设备的各种

按键，具有可靠，手感好，防潮密封等特点。

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