Solutions pour le collage du caoutchouc de silicone liquide sur des substrats plastiques

Katie Tuttle | 20 janvier 2021

Le caoutchouc de silicone liquide (LSR) moulé par injection est utilisé dans la fabrication de nombreux produits, des dispositifs médicaux aux ustensiles de cuisine en passant par l'électronique. De nombreuses applications LSR nécessitent que le silicone soit lié à des substrats en plastique. Cependant, l’énergie de surface et la résistance chimique ultra faibles du LSR ont historiquement rendu difficile sa liaison avec d’autres matériaux.

Trois méthodes courantes pour lier le LSR à des substrats thermoplastiques sont actuellement utilisées. Les apprêts sont utilisés depuis longtemps pour permettre la liaison du LSR aux substrats. Les LSR auto-adhésifs, lorsqu'ils ont été introduits sur le marché il y a plus de vingt ans, offraient un gain de temps considérable par rapport aux amorces. Récemment, une nouvelle technologie a été introduite qui rend le processus de collage encore plus rapide et plus rentable en conférant des propriétés d'auto-liaison aux LSR standard. Cette nouvelle technologie d’additifs d’adhésion peut être facilement dosée dans des LSR non auto-adhésifs courants, conférant ainsi une capacité d’auto-adhérence. Cette technologie d’additifs d’adhésion utilise des systèmes de dosage d’additifs typiques, couramment utilisés avec les colorants. Le niveau de dosage d’additif d’adhérence recommandé est de 1 % en poids pour du LSR non auto-adhésif. L'additif agit sans affecter les propriétés physiques du LSR et peut obtenir une adhérence sans apprêt sur les thermoplastiques, notamment le polyamide (PA), le polytéréphtalate de butylène (PBT), le sulfure de polyphénylène (PPS), le polyphtalamide (PPA), etc.

Quelle que soit la méthode utilisée (apprêt, LSR auto-adhésif ou LSR standard utilisé avec un additif d'adhésion), connaître les capacités de chacun peut aider à concevoir pour la fabricabilité, la sélection des matériaux et les économies de coûts.

Les apprêts sont utilisés depuis longtemps pour permettre la liaison du LSR aux substrats. Si vous utilisez un apprêt, le composant en plastique à coller doit d'abord être moulé par injection. Après le moulage, la pièce sera éjectée et nettoyée pour garantir que la surface est exempte de confinements organiques et inorganiques (c'est-à-dire graisse, saleté, rouille, huiles et couches d'oxyde), puis recouverte d'un apprêt. La préparation de la surface est l’un des facteurs les plus importants qui influencent l’adhérence lors du processus de collage.

Une bonne application de l’apprêt est également essentielle pour obtenir des résultats optimaux. Les apprêts peuvent être appliqués par pulvérisation, trempage ou pinceau. Chaque méthode d'application nécessite un équipement différent et peut s'avérer difficile si l'apprêt ne doit être appliqué que sur une partie spécifique du substrat. Un masquage peut être nécessaire pour éviter une décoloration ou un brillant potentiel dans les zones non trop moulées avec du LSR. L'application par pulvérisation d'apprêts nécessite des cabines de pulvérisation dotées d'un équipement de pulvérisation spécialisé et d'une ventilation pour gérer les composés organiques volatils associés aux apprêts à base de solvant. L'application de l'apprêt au pinceau nécessite de recouvrir chaque pièce à la main, un processus très laborieux qui augmente les temps de cycle. Les méthodes de trempage, dans lesquelles les pièces sont immergées dans un bain/réservoir d'apprêt, sont économiques, mais il existe des difficultés à contrôler l'épaisseur du film et à éviter les défauts fish-eye et la contamination du bain. Si vous utilisez un apprêt sensible à l'humidité, évitez d'utiliser une méthode de trempage car cela limiterait la durée de vie de l'apprêt.

Quelle que soit la méthode d'application, la plupart des apprêts nécessitent une étape de séchage pour évaporer le solvant. À température ambiante, cela prend généralement 30 minutes ou moins ; si le séchage est effectué à une température légèrement élevée (par exemple 65 degrés C), cela peut ne prendre que quelques minutes. Une fois le primaire appliqué et séché, la pièce en plastique peut être chargée dans un moule LSR pour injection LSR. Le temps entre l'application de l'apprêt et le moulage du LSR, appelé stabilité de la couche, varie en fonction de la chimie de l'apprêt utilisée ; cependant, la stabilité au repos est généralement assez courte pour les amorces traditionnelles (généralement moins de 5 heures).

L’utilisation d’un apprêt a été la méthode de prédilection pour coller le LSR sur des substrats difficiles. Cependant, les apprêts augmentent considérablement les coûts de fabrication et les temps de cycle.

Lors de l'utilisation d'un LSR auto-adhésif, ou d'un LSR standard couplé à un additif d'adhésion, le LSR peut être injecté directement sur la pièce en plastique par surmoulage ou moulage par injection en deux temps, éliminant ainsi les étapes de retrait de la pièce et d'application de l'apprêt. Avec le moulage par injection en deux temps, il n'est pas nécessaire de nettoyer le substrat thermoplastique avant de mouler le LSR car le composant thermoplastique ne sera pas éjecté du moule.