矽膠如何生產？工業應用機械操作分步指南與常見問題解答

矽膠生產的關鍵原料

• 金屬硅（從矽砂中提取）
• 氯氣（用於生產四氯化硅）
• 水（用於水解反應）
• 乙烯基矽油（製造矽橡膠的主要原料）
• 催化劑（例如：用於加成固化的白金）
• 強化填料（例如：增強強度的氣相二氧化矽）

逐步矽製程：從原料到成品

步驟 1：從矽砂中提取金屬矽

主要機器與用途

• 電弧爐:
  • 它的作用：使用強烈的電熱（1,800-2,000°C）將矽砂還原為金屬矽。矽砂和碳（焦炭或煤）的混合物被送入熔爐，碳與矽砂中的氧發生反應生成二氧化碳，留下純矽。.
  • 如何使用：將二氧化矽-碳混合物裝入熔爐的石墨電極。施加電流以產生所需的溫度。反應需要 6-8 小時，之後熔融的矽會從熔爐中被取出。讓矽冷卻並凝固成錠狀。.

步驟 2：生產氯矽烷（四氯化硅）

主要機器與用途

• 流化床反應器:
  • 它的作用：促進金屬矽與氯氣反應形成氯硅烷。金屬矽粉流動化（懸浮在氣流中），同時注入氯氣，形成均勻的反應環境。.
  • 如何使用：將硅錠研磨成細粉末，裝入反應器。將反應器加熱至 250-300°C。將氯氣注入流化床。反應生成四氯化硅蒸氣，蒸氣冷卻後冷凝成液體收集。.
• 冷凝器系統:將氯矽烷蒸氣冷卻成液態，以便儲存和進一步處理。確保冷凝器溫度設定為 -20°C 至 -30°C，以便有效冷凝。.

步驟 3：氯矽烷水解形成矽氧烷單體

主要機器與用途

• 水解反應器:
  • 它的作用：在受控環境中將氯代矽烷與水混合，引發水解反應。反應生成矽氧烷單體（例如，二甲基二氯硅烷水解生成二甲基矽氧烷）和鹽酸 (HCl)。.
  • 如何使用：以 1:2 的比例向反應器中加入液態氯代硅烷和水。保持溫度在 20-40°C 以防止 HCl 蒸氣釋放過多。持續攪拌混合物 1-2 小時，以確保完全反應。使用分離器將矽氧烷單體層與 HCl 水層分離。.
• HCl 洗滌器:去除並中和鹽酸副產品，以符合環保規定。將 HCl 蒸氣通過氫氧化鈉 (NaOH) 溶液，形成鹽和水。.

步驟 4：聚合矽氧烷單體

主要機器與用途

• 聚合反應器:
  • 它的作用：使用熱能和催化劑來啟動聚合作用，使矽氧烷單體形成可交聯的長聚合物鏈。常見的催化劑包括用於縮合聚合的氫氧化鉀 (KOH) 或用於加成聚合的鉑。.
  • 如何使用：將矽氧烷單體和適當的催化劑加入反應器中。將混合物加熱至 100-150°C 進行縮合聚合，或 80-120°C 進行加成聚合。持續攪拌 4-6 小時，以確保鏈的均勻成長。加入鏈終止劑（如三甲基氯硅烷）以控制聚合物長度和特性。.
• 真空系統:從聚合物混合物中去除未反應的單體和揮發性副產品。在聚合的最後階段，將真空度設定在 0.1-1 mbar，以提高聚合物的純度。.

步驟 5：混料（添加填料和添加劑）

主要機器與用途

• 內部混音器（班伯里混音器）:
  • 它的作用將聚合物與強化填料（如氣相二氧化矽）、增塑劑、抗氧化劑及著色劑混合，製成均勻的矽化合物。攪拌機使用旋轉刀片來施加剪切力，確保添加劑徹底分散。.
  • 如何使用：將基本聚合物裝入混合器。將攪拌室加熱至 80-100°C 以軟化聚合物。當葉片以 50-100 RPM 的速度旋轉時，逐漸加入填料和添加劑。攪拌 20-30 分鐘，然後將混合物排放到碾磨機上進行進一步加工。.
• 雙輥研磨機:精煉已複合的矽膠，以去除氣泡並確保一致性。將混合物在兩個旋轉的滾筒（溫度：60-80°C）之間傳送 5-10 分鐘，調整滾筒間距，以達到所需厚度。.

步驟 6：塑形（成型/擠出）矽膠化合物

主要機器與用途：射出成型、押出成型及熱成型

• 矽膠射出成型機 (適用於 LSR 和 HCR）：
  • 作用：將熔融矽膠注入預熱的模具中，製造出精確、複雜的形狀（如醫療導管、汽車密封件）。常見機型包括柱塞式、螺旋式、直接驅動式和全電動機型，請參閱我們的詳細資訊。 矽膠射出成型機種類及使用指南.
  • 如何使用：
    • 用於液態矽橡膠 (LSR)：將兩種 LSR 成分（催化劑和交聯劑）裝入定量供料裝置。在靜態/動態混合器中混合，然後注入預熱至 180-220°C 的模具中。施加壓力 (100-200 bar) 以填充模具，然後再固化 1-5 分鐘。 .
    • 用於高濃度橡膠 (HCR)：將預成型的 HCR 條料送入螺杆擠出機中。加熱並混合混合物，然後在 150-250 bar 的壓力下注入加熱的模具 (160-180°C)。固化 5-15 分鐘 .
• 矽膠押出機:
  • 它的作用：將化合物強制通過所需形狀的模具，生產連續矽膠產品（如軟管、墊片、型材）。.
  • 如何使用：將混合好的矽膠送入擠出機料桶。螺杆將矽膠（80-120°C）輸送並加熱至柔軟狀態。以 50-100 bar 的壓力將矽橡膠擠出模具。用水冷卻擠出的產品，使其定型，然後切長。.
• 矽膠熱成型機:
  • 功能： 將矽膠片加熱至柔軟，然後在模具上利用真空或壓力成型（適合包裝、汽車零件）。 .
  • 如何使用：將矽膠片放入機器中。將薄片加熱至 120-160°C 直至柔軟。放下模具，並使用真空（將矽膠片吸在模具上）或壓力（用於細緻的形狀）。冷卻成型的產品，然後修邊多餘的材料。.

步驟 7：固化（硫化）

主要機器與用途

• 熱風烤箱:
  • 它的作用：使用乾熱來固化矽膠產品。適用於中小批量（如密封件、墊片）。.
  • 如何使用將成型的矽膠產品放在烤箱的架子上。將溫度設定為 150-200°C，固化 10-30 分鐘（視產品厚度而定）。確保適當的空氣循環，以達到均勻固化的效果。.
• 連續硫化線（CV 線）:
  • 功能在大批量生產中高效固化連續性矽膠產品（例如擠出軟管）。.
  • 如何使用：以恆定的速度（1-5 m/min）將擠出的矽膠送入加熱室（180-220°C）。產品在通過腔體時固化，然後在捲取或切割前冷卻。.

步驟 8：矽膠製造的後加工與品質控制方法

主要機器與用途

• 修邊機:切掉模塑/擠壓產品上的多餘材質（例如，射出成型時產生的飛邊）。使用雷射修邊機以達到精確度，或使用機械修邊機以達到大量生產。.
• 品質控制設備:
  • 硬度測試儀：測量邵氏硬度（例如軟性矽膠的邵氏A），以確保產品的一致性。.
  • 拉伸試驗機：評估拉伸強度和伸長特性。.
  • 視覺檢驗站：使用放大鏡或自動攝影機檢查表面瑕疵（氣泡、裂縫）。.

有關矽膠生產的常見問題 (FAQ)

Q1: 為什麼矽膠比其他橡膠更貴？

Q2: 加工矽化合物需要哪些設備？

Q3: 矽膠需要多久才能固化？

Q4: 矽膠在生產過程中有毒嗎？

Q5: LSR 和 HCR 矽膠生產有什麼不同？

Q6: 環境如何影響矽膠生產？

有關矽膠生產的最終想法