1、Rubber Keypad Research Report1目 錄第一章. 問題的提出第二章. Rubber Keypad 材料第三章. 熱壓模具第四 章. Rubber Keypad 生產工藝及設備第五章. Rubber Keypad 力度曲 線第六章. Rubber Keypad 結构第七章. Rubber Keypad 絲印及 Coating.第八章. Rubber Keypad 測試与設備第九章. 常見問題分析第十章. New Spec 及設計參考圖紙第十一章. 附錄一: 液態硅橡膠注射成型 系統簡介附錄二: 測試情 簡介第一章 問題的提出Rubber Keypad Research
2、Report2一. Out of Spec 問題.一直以來, 很 多 Rubber Keypad 來貨 Out of Spec, 包括 Force, Click 等導致一系列的品質問題.一方面由于模具生產維修造成的變化及老化; 另一方面由于我公司部分圖紙規定的 Spec 不恰 當, Vendor 根本做不到或者很 難做到. 例如某 Model KeypadP/N: 39-4033, 圖紙規定 AF 值為 135(20, RF 為 90(10, 未規定 Click 值,Vendor 做不到.二. 對 Silicone Rubber Keypad 的認識.長期以來, 我們對 Silicone Ru
3、bber Keypad 彈力曲線缺乏認識, 對 Tooling 的制作和維護,對 Rubber Keypad 成型 工藝等認識不深 , 這需 要我們全面地, 深層地認識它.三. 期望對一些長期以來, 懸而未 的問題進行解. 如我公司 RMA 机 Rubber Keypad表面油污的產生及防止.本報告根据我們多年來積累的經驗以及對 Vendor 訪問的記錄,希望能對我公司以后設計 Rubber Keypad 及對其品 質控制有所 助. 同時, 也可能有不确切或不完善的地方. 我們希望今后能進一步對 Keypad 進行深入的分析, 使本報告不斷完善.第二章 Rubber Keypad 材料Rubb
4、er Keypad 的原材料主要為硅橡膠, 另還有硫化劑 , 色劑和硅油等附加成分.一. 硅橡膠.硅橡膠即聚硅酮橡膠(Silicone Rubber), 它是一种分子鏈兼具無机和有机性質的高分子彈性材料. 柔軟且透明, 具有較好的抗疲勞強度和抗撕裂強度.(一). 硅橡膠的合成 .合成工藝路線.CH3|硅粉 單体合成 精餾 水解 重組 -(-Si(O?n (線狀) |CH3氯甲烷 Cat: Cu CH3 HCl Cat| CH3 ( Si? Cl|Rubber Keypad Research Report3CH31. 單体合成. 硅橡膠的單体為二甲基二氯硅烷 , 目前制取二甲基二氯硅烷的工藝路線
5、普遍是以氯甲烷及硅粉在氯化亞銅催化劑作用下一步直接合成, 生成甲基硅烷混合物, 經精餾提純得產品 二甲基二氯硅烷. CH3|CH3 CH3 CH3SiClCu | | |Si + CH3Cl Cl(Si(Cl + CH3( Si(Cl 精餾 CH3300320C | | CH3 CH3 CH3 |Cl SiCl|CH32. 水 解, 聚合二甲基二氯硅烷經水解后成環狀硅氧聚合物, 再經催化劑催化作用, 形成線性的硅氧聚合物, 即硅橡膠.CH3 CH3 CH3 CH3 | 水解 | 水洗 | Cat |Cl( Si(Cl ? Si (O?n (環狀) + HCl ? Si(O?n (環狀) -Si
6、(O?n (線狀) | | -HCl | |CH3 CH3 CH3 CH3 (二). 硅橡膠的結构和主要性能.1. 硅橡膠的結构: CH3|硅橡膠的化學結构式為: ? Si (O?n |CH3(1). 由分子式看, 硅橡膠的主鏈均由 Si(O 組成,鍵角為 109160(,其結合距离大, 電子密度小, 故鏈內旋轉較易, 呈現出良好的柔軟性, 也造成透气,透油等特性.(2). 由于 Si(O 的燃燒值 106Kcal/mol, 所 以硅橡膠具有良好的耐熱性(熱光分解穩定性)和 耐候性.(3). Si(O 的燃燒熱(結合力)大 ,使硅橡膠對化學藥物的不活潑性增加,但由于+ + +Rubber Ke
7、ypad Research Report4三 Si(O(Si 三(分极), 使酸鹽較易切斷硅橡膠的分子鏈 ,故其耐化學藥品性 較差 .(4). 由于硅橡膠為無机物主骨格构造, 使其具有較好的硬度.并且在受熱時分解為 SiO2 產物, 故有較好的難燃性和絕緣性.2. 硅橡膠的主要特性.(1). 物理机械性能:項目 比重(25C)硬度 抗張強度(kg/cm)延 伸率(%)抗拉強度(kg/cm)壓縮量(%)硅橡膠 1.111.18 40805 70 100 10 100M(250VDC 100MA)2x1014(-cm) 2925kv/mm 2.635Mhz 14x10-3103Mhz(二). 硅膠
8、類型 .1. 硅膠按 生產地域可分為兩大系統: 日本系統和歐美系統 .日本系統材料較為粘手, 但成型性 能較好.歐美系統材料較不粘手, 但成型性 能稍差于日本系統.2. 硅膠按 其分子結构和性能不同可分為以下四大類:(1). 二甲基系 (發展 初期)CH3 CH3 CH3| | | ?O(Si(O(Si(O(Si(O?n | | |CH3 CH3 CH3(2). 甲基 -乙烯基系 : 該系對硅膠強度及壓縮永久變形量方面進行了改良 . CH3 CH3 | | ?O(Si(O(Si(O?n | | CH3 CH=CH2 (3). 甲基 -苯基-乙烯基系 : 該系具有良好的耐寒性,耐放射性.C6H5
9、 CH3 CH3| | | ?O(Si(O(Si(O(Si(O?n | | |Rubber Keypad Research Report5CH3 CH3 CH=CH2(4). 甲基 -氟化烷基- 乙烯基系: 其特性為耐油, 耐溶劑性.CH3 CH3 CH3| | | ?O(Si(O(Si(O(Si(O?n | | |C2H4 CH3 CH=CH2|CF3(三) . 應用.由于各种品 牌的硅橡膠質量參差不齊, 為保証質量, 我們現階段指 定 Shinetsu(信越 ),Dow Corning (道康宁),Toshiba(東芝)三种品 牌,而我們 keypad 供應商大多使用信 越原料(Shine
10、tsu). 常見的硅膠硬度有 40(, 50(, 70(, 80(. 硬度 越高, Keypad 手感越好.但硬度太高會影Keypad 的壽命 . 硬度越低, 相應成形后的 keypad 越軟,手感較差 , 且 key 与塑膠孔位摩擦力會增大, 易 造成 Jamkey. 故此,我們一般要求材料硬度為 60(5(.為達到我們的要求,供應商現最常使用信越品牌的 KE971U(硬度 70()和 KE951U(硬度 50()硅膠各一半混合調配成 60(硅膠, 而不直接采用 KE961U(硬度 60()硅膠.這是因為 KE961U 的成型性 能較差, 成型 后較脆, 導致脫模時較易撕裂. 現將 KE97
11、1U, KE961U, KE951U 特性列表如下: 色澤 塑性 比重 硬度 強度 v 強度 u(%)壓縮量(%)化 強度KE951U 透明 250 1.14 51 9.3 380 13 72 10 C82 phr 3.1E5KE961U 灰 290 1.22 62 9.0 310 14 65 10 C82 phr 1.8E5KE971U 灰 350 1.30 71 7.3 230 15 58 11 C82 phr 2.1E4二. 架橋劑 (硫化劑).硫化劑作用為在硅膠中与硅膠分子發生交聯反應, 改變分子鏈結构, 而改變生膠性 能,使之在一次硫化時能夠良好成型.(一). 反應過程 .硫化劑用量
12、的多少會影 硫化反應速率的快慢 , 常用配比為 100:0.5,其反應主要為以下几种: 1. 架橋反應. (-1)| | | | (Si(CH3 +CH3(Si( (Si(CH2 + CH2(Si( (C-2 以此反應為优先反應). | | | |Rubber Keypad Research Report62. 架橋反應(-2) OR| | | | | (Si(CH=CH2 + CH3(Si( (Si(CH2CH2CH(Si( (C-8 以此反應為优先反應). | | | |(二). 分類.硫化劑有多种形態及物態, 但其作用相同. 我們常用的硫化劑為信越 C-8 和C-2. 各种類硫化劑和用途
13、列表如下:品名 外觀 加硫化劑成分 加量 用途C-1 白色膏 狀 苯羬氧化物 50%. 1.0phr 120125C 一般 mold(薄物)用.C-2 白色膏 狀 二-2,4,二氯苯羬氧化物 50% 1.5phr 120125C 常壓熱空气加硫用C-3 白色油灰狀 Dicumyl peroxide 20%. 3.0phr 155160C 水蒸汽加硫用.C-4 灰白硬膏 狀 Di-t-butl peroxide 20%. 2.7phr 165170C 一般 mold 用.C-7 白色硬膏 狀 單氯苯苯羬氧化物 50%. 1.5phr 常壓熱空气和水蒸汽加硫用.C-8 灰色膏 狀 2.5-dime
14、thyl-2.5-bis(t-butylperoxy) 80%.2phr 165170C 一般 mold (厚) 用 .C-8A 半透明膏 狀 成份同上(80%) 0.6phr 165170C 一般 mold (厚) 用 .C-10 褐色硬膏 狀 含有金 鹽. 無 150170C 附加 mold (厚) 用 .C-14 灰白色硬膏 狀 成份同 C-4 4.0phr 165170C 一般 mold 用, 臭气除去品.C-15 乳白色膏 狀 成份同 C-11 50% 1.5phr 165170C 一般 mold, 防止黃變.C-16 淡黃色透明液体 成份同 C-11 50% 0.4phr 1651
15、70C 透明成型用.三. 色母.加入色母, 以達到我們要求的 Keypad 顏色. 現主要為 Toshiba 及信 越色母.四 . 硅油.主要為羥基硅油, 為無色或黃色透明油狀物, 是一种低分子有机硅化合物. 它是一种硅橡膠結构控制劑,可簡化硅膠加工工藝, 改善加工性能, 防止膠料發生結构性變硬. 但由于硅油為一种中性物質, 本身不發生化學反應,在 Keypad 成形后也會以原狀態存在 Keypad 中; 而 Keypad 使用過程中, 硅油會滲透或揮發出產品 表面,影 電子產品的導電性能, 因此我們的產品 對硅油含量有嚴格的規定,即成品 中其含量必須低于 2.5%含量. 第三章. 熱壓模具.
16、Rubber Keypad Research Report7一. 模具材料.模具鋼材必須具有足夠的硬度和 耐磨性, 足夠的強度和韌性. 具備良好的加工性能,良好的花紋可蝕 性. 故一般選用中碳合金鋼.常用的有日本大同 YK-30, 黃牌 55CC, 一般為出厂狀態使用, 調質處理后使用效果更佳.二. 模具結构.模具由模板, 活頁, 定位銷等組成.模板分公模和母模, 均為整体式結构. 由 CNC 銑切加工及 EDM 火花加工成形. 斜壁部分由 CNC 銑加工成形 . 模板厚度一般為 3045. 模具面積為机台面積 7585%. 尺寸一般有以下几种: 350x350, 350x400, 400x4
17、50, 450x450, 500x500.活頁為連接公母模開合之用.定位銷用于合模時,對模具定位以保証公母模之間的相對位置准确不偏移.三. 模具的表面處理.1. 電火花紋: 通過電火花机床進行電蝕 而在型 腔表面形成不同粗糙度的花紋 . 放電后 模具表面呈霧狀. 2. 噴砂.1). 噴砂的种類.A. 噴玻璃砂: 模具表面光亮. 不易損傷模具.一般為 120 目.B. 噴金鋼砂: 模具表面呈霧狀, 有砂紋. 容易損傷模具 ,特別是損傷斜壁尖角部分.一般為 80 目.C. 噴混合砂: 模具表面呈霧狀,無光澤.2). 噴砂的作用.A. 產品表面紋路要求. B. 模具生產一段時間后, 表面會粘附一層低
18、分子物, 利用噴砂對其進行清洗.3). 噴砂的時間.一般來說, 大量生產時, 母模變臟后會隨時噴砂清洗. 而公模每隔一段時間噴一次砂, 以保養模具. 噴砂每次三十分鐘左右.4). 噴砂對 Key 的影.噴砂會使斜壁厚度增加, 增大 Force, 手感變差 . 可通過改變料的硬度來調整噴砂對 Key 的影.5). 噴砂的优 和缺.Rubber Keypad Research Report8噴砂成本低,操作方便, 且不會造成模具變形, 但是噴砂清洗, 使斜壁厚度增加,造成力度變化, 影 質量.3. 電鍍.1). 電鍍的种類.A. 鍍鉻: 鍍鉻層表面較硬,因為放電關系, 表面鍍層厚度 較不一致.且施
19、工期較長, 鍍鉻層厚度為 0.015mm.B. 鍍鎳: 鍍鎳層表面較軟, 易 受損 ,但鍍層厚度一致 . 鍍鎳層厚度為 0.005mm.2). 電鍍的作用.當批量很 大時, 在大量生產之前, 可以對模具表面進行電鍍處理. 當表面被低分子物污染時, 用片 即可清理, 不會因噴砂而使斜壁增加 , 影 質量.3). 電鍍對 Key 的影.電鍍因為鍍層很薄, 對 Force 几乎沒有影 , 但當模板變形, 而修模時, 需 退鍍, 退鍍對模具損害較大.4). 電鍍的缺.成本太高, 一般為 56 千元, 一般模具電鍍會外發電鍍厂電鍍, 故很多公司不采用電鍍方式, 而采用噴砂.四 . 模具壽命.模具使用壽命
20、由材料, 生產 件而定, 一般為 10 万次左右, 或保証 2 年使用期 .模具一般不能翻新.五. 模具縮水率的設定.Keypad 的收縮率 定于原料厂商及硬度, 一般在一次成型后 2.53%. 二次加硫后為 3.24%. 采用熱壓成形均需二次硫化.六. 模具的 Cavity 數.模具面積一般為机台面積的 7585%為宜. 而 cavity 的面積為模具面積的 80%為宜. 一般無繩電話 cavity 數為 1518 為宜. Cavity 數過多, 成形溫度及壓力分布不均, 品質難以控制,Cavity 數過少, 成本會增加.七.模具中的孔成形.由于模具制作及成型 工藝的限制, RubberKe
21、ypad 在成形時不能直接成形通孔.故對于電話机 Keypad 的定位孔Rubber Keypad Research Report9成型只能先成盲孔,然后 Vendor 撕掉孔表面一層薄料,此种方法叫 “ 自拆.(如圖一 )另一种方法是通過 模 裁成型. “ 自拆孔保 証孔与 Key 中心 圖一 自拆孔形式位置的尺寸,但不一定能保 証定位孔与定位孔之間的尺寸. 孔能保 証定位孔与定位孔之間的尺寸, 但不一定 能保 証定位孔与 Key 中心位置尺寸.故“自拆更能滿足我們的尺寸要求, 但成本稍高于 孔. 可考慮先成形盲孔,然后用 模 掉多于薄料.八. 模具內的溢料槽為了使 Cavity 之間膠料有良好的流動性, 一般在模具上 Cavity 之間開有溢料槽. 溢料槽一般根据試模后膠料在模內的流動情 來設計作出. Key 高度越深, 溢料槽間距應設計得越大 .(如圖二).圖二 . 表示 CAVITY 的排位及溢料槽 溢料槽Rubber Keypad Research Report10
