RTV-2矽膠製作模具注意事項

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  • 作者 林輝明
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RTV-2(雙組分室溫硫化)矽膠是一種專業的模具製作材料,它由A、B兩種液態組分構成,在室溫下混合後便能固化成型為富有彈性的矽膠模具。儘管其操作簡便,但在使用過程中仍需注意多個操作細節,以確保模具品質和操作安全。

1. 基礎知識

在使用RTV-2矽膠之前,首先要了解兩種主要的RTV-2矽膠體系:縮合型(錫催化)和加成型(鉑催化)。它們的化學原理、性能和操作要求截然不同,混用或誤用可能導致嚴重問題。

縮合型矽膠:此類矽膠固化時有約0.3%-0.5%的收縮率,且模具長期存放會老化變脆。注意: 它不適用於要求高尺寸精度或需要長期保存的專案。但其對操作環境容錯率高,不易「中毒」,適合常規翻模。

縮合型矽膠縮合型矽膠

加成型矽膠: 此類矽膠收縮率極低(<0.1%),精度高,可達食品級。但請高度注意: 它對雜質極為敏感,極易發生「固化中毒」,對操作要求遠高於縮合型。

加成型矽膠加成型矽膠

注意避免「越貴越好」的誤區: 並非所有專案都需要加成型矽膠。請根據您的最終用途(精度要求、是否接觸食物、成本預算、模具使用壽命)來做決策,避免不必要的成本和操作風險。縮合型矽膠的初始抗撕裂強度(一項衡量材料韌性的即時物理指標,符合ASTM D624標準)可能更高,但加成型矽膠的「封存壽命」(衡量材料長期化學穩定性的指標)卻更久。這是因為錫固化過程中釋放的副產物會隨著時間推移持續降解矽膠的聚合物結構,導致其最終變脆。

2. 安全防護

雖然大多數RTV-2矽膠在固化後是無毒的,但在液態時,尤其是縮合型矽膠的錫固化劑可能對皮膚和眼睛產生刺激。為確保安全,建議採取以下防護措施:

手部防護:雖然接觸矽膠導致過敏的人群機率極低,但是依然建議佩戴乙烯基或丁腈手套,也方便清洗。若不慎接觸皮膚,應立即用肥皂和水沖洗。

通風:工作區域應保持良好通風,縮合型(錫固化)矽膠在混合與固化過程中,可能會釋放微量的化學副產物(如醇類)或氣味。持續的空氣流通,能夠有效驅散這些揮發物,維持空氣品質,避免操作人員因長時間吸入而感到不適。

眼部防護:佩戴帶有側護罩的安全眼鏡或護目鏡,以防止液態矽膠意外飛濺入眼。

身體防護:穿著長袖工作服或化學防護服,以最大程度減少皮膚暴露的風險。

3. 混合比例

這是最容易出錯的環節,使用RTV-2矽膠時應嚴格按照產品說明書中的推薦比例進行混合。通常,縮合型矽膠的混合比例為100:2至100:4,而加成型矽膠則為1:1或10:1。

精確秤重: 使用精度至少為0.1克的電子秤,嚴格按照重量比進行配比,而非體積比。用量杯估算體積極易導致比例誤差。

預先攪拌:在使用白色液態矽膠前,應分別充分攪拌A組分和B組分,特別是A組分,因為其中的填料在儲存期間可能會發生沉降。

4. 混合攪拌

均勻混合是確保矽膠固化效果的關鍵。以下是攪拌時需要注意的要點:

刮邊刮底: 使用乾淨的攪拌棒,反覆刮擦容器的側壁和底部,確保沒有未混合到的死角。

顏色判斷: 攪拌至混合物顏色完全均勻,無任何條紋或色差。建議攪拌2-3分鐘。

容器分離: 混合不同類型的矽膠(特別是縮合型和加成型)時,必須使用不同的容器和工具,避免交叉污染。

5. 真空脫泡

攪拌過程不可避免地會帶入大量氣泡。要想獲得鏡面般光滑、無瑕疵的模具表面,真空脫泡是必不可少的步驟。可使用真空脫泡機,將混合物放入真空室中,抽真空至-0.1MPa,保持1-2分鐘左右,直到氣泡完全消失。

6. 正確澆注

澆注時應選擇模具的最低點,以細細的、連續的線流方式將矽膠緩慢倒入。讓矽膠自然地覆蓋原型,這樣可以最大限度地減少新氣泡的產生。不要直接倒在原型的最高點,這很容易將空氣帶入進去。

對於細節豐富的模型,可先用毛刷沾取少量矽膠,在模型表面薄薄地塗刷一層,確保覆蓋所有角落,然後再進行整體澆注。

模具液體矽膠模具液體矽膠

7. 固化環境

很多人會忽略環境因素,但其實,溫度和濕度是影響固化速度和效果的關鍵因素。理想的操作溫度為20°C至25°C。溫度過低,固化反應會變得異常緩慢,甚至停滯;而溫度過高,則會急劇縮短你的操作時間,讓你手忙腳亂。

高溫環境 (>25 °C):會顯著縮短矽膠的可操作時間,但同時也會加快固化速度。對於經驗豐富的操作者來說,這可以用來有意識地加速鉑金級矽膠的固化進程,從而提高生產效率。

低溫環境 (<15°C):則會大大延長可操作時間,但固化過程會變得異常緩慢。不過值得注意的是,當環境溫度低於 10°C (50°F) 時,固化反應甚至可能停滯。

濕度對縮合型矽膠有著至關重要的影響,這類矽膠依賴空氣中的水氣進行固化。因此,在過於乾燥的環境下,它的固化會不完全。

建議將模具放置在水平、無震動的檯面固化,避免外界因素影響其形態和品質。為了減少模具的收縮,建議在室溫下固化,若需要加速固化過程,可透過溫和的升溫(40-60°C)來實現。

8. 固化抑制

縮合型矽膠:對操作環境的容錯率高,不易受雜質影響而導致固化失敗(即不易「中毒」),更適合初學者或在非理想環境下操作。

加成型矽膠:其鉑金催化劑對雜質極為敏感,極易發生「固化抑制」或「中毒」現象,導致與污染物接觸的介面永久發黏、無法固化。這對操作環境、工具和原型材料的潔淨度要求遠高於縮合型。

常見抑制劑清單

以下物質是已知的鉑金催化劑抑制劑,必須避免直接接觸:

含硫化合物:這是最常見的抑制劑來源。包括:含硫的塑形油土、乳膠手套、天然橡膠、部分硫化橡膠製品。

含錫化合物:包括:錫催化的縮合型矽膠本身(嚴禁混用工具)、某些PVC塑膠中的穩定劑、有機錫化合物。

含氮化合物:主要是胺類、醯胺類和聚氨酯(PU)樹脂。

其他常見材料:

某些3D列印光敏樹脂:SLA/DLP列印件未完全固化的單體是強效抑制劑,這是近年來非常普遍的問題來源。

聚酯樹脂、某些油漆、清漆、膠帶和焊錫膏殘留物。

如何預防中毒?

進行樣品測試:在對整個模型進行澆注前,務必先混合少量矽膠,塗抹在模型一個不顯眼的角落或一塊與模型材質相同的廢料上,等待數小時觀察其是否能正常固化。這是最可靠的預防方法。

使用隔離劑/封閉塗層:如果確定原型材質存在抑制風險,最有效的解決辦法是在原型表面噴塗一層物理屏障。常用的隔離劑包括PVA(聚乙烯醇)脫模水或丙烯酸清漆。

針對3D列印件的特殊處理:對於光敏樹脂列印件,必須進行徹底的清洗和長時間的二次紫外光固化。在某些情況下,甚至需要對列印件進行低溫烘烤,以確保所有揮發性的抑制物被完全去除。

如果已經發生中毒怎麼辦?

固化抑制反應是不可逆的,唯一的處理方法是:用工具盡可能地刮除所有未固化的黏稠物,然後用溶劑(如異丙醇)清洗原型。在確認原型被徹底清潔並有效隔離(噴塗隔離劑)之後,才能重新進行澆注。

9. 固化時間

不同類型的矽膠固化時間不同,但RTV-2矽膠通常能在24小時內完成固化,如果24小時後未完全固化或未見固化跡象,需要排除原因,重新製作模具。

請勿過早脫模。必須耐心等待TDS上標明的完全固化時間。注意: 即使表面看似已乾,內部可能仍在進行緩慢的交聯反應,提前脫模會影響模具最終的物理性能和尺寸。

掌握RTV-2矽膠模具製作的精髓,關鍵在於理解其核心原理並細心執行每一步。在使用過程中,了解不同類型矽膠的特性、嚴格遵循混合比例、保障操作安全以及控制固化環境是確保模具品質的關鍵。

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關於作者

林輝明(Aaron)

林輝明(Aaron)是一名矽膠顧問,自 2013 年以來專注於 RTV-2 矽膠材料應用和模具製造,擅長分析和解決各種矽膠相關的問題,幫助他人成功完成項目…

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