rubber和手机按键讲解.doc

1Rubber Keypad Research Report

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

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 Keypad
P/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 Rubber 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

Rubber 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
|
CH3
1. 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 CH3¾Si¾Cl
Cu | | |
Si + CH3Cl Cl(Si(Cl + CH3( Si(Cl 精餾 CH3
300~320°C | |
CH3 CH3 CH3
|
Cl¾ Si¾Cl
|
CH3
2. 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(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109~160(,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
d+ d+ d+
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
(25°C)
硬度
抗張強度
(kg/cm)
延 伸率
(%)
抗拉強度
(kg/cm)
壓縮量(%)
硅橡膠
1.11~1.18
40~80±5
70
>100
>10
<35

(2). 電气性能
項目
接触電阻
体積電阻
擊穿電壓
介電常數
介電損耗
硅橡膠
>100MW
(250VDC 100MA)
>2x1014(W-cm)
29~25kv/mm
2.6~35Mhz
14x10-3~103Mhz

(二). 硅膠類型.
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 CH3 CH3
| | |
?O(Si(O(Si(O(Si(O?n
| | |
CH3 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(Shinetsu).
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KE971U, KE961U, KE951U特性列表如下:

色澤
塑性
比重
硬度
強度
©µ ¦ù²v
強度
¦^¼u©Ê
(%)
壓縮量
(%)
化
強度
KE951U
透明
250
1.14
51
9.3
380
13
72
10
C82 phr
3.1E5
KE961U
灰
290
1.22
62
9.0
310
14
65
10
C82 phr
1.8E5
KE971U
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).
| | | |

2. 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列表如下:
品名
外觀
加硫化劑成分
加量
¨Ï¥Î·Å«×
用途
C-1
白色膏 狀
苯羬氧化物50%.
1.0phr
120~125°C
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
120~125°C
常壓熱空气加硫用
C-3
白色油灰狀
Dicumyl peroxide 20%.
3.0phr
155~160°C
水蒸汽加硫用.
C-4
灰白硬膏 狀
Di-t-butl peroxide 20%.
2.7phr
165~170°C
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-dimethyl-2.5-bis
(t-butylperoxy) 80%.
2phr
165~170°C
一般mold (厚)用.
C-8A
半透明膏 狀
成份同上(80%)
0.6phr
165~170°C
一般mold (厚)用.
C-10
褐色硬膏 狀
含有金鹽.
無
150~170°C
附加mold (厚)用.
C-14
灰白色硬膏 狀
成份同C-4
4.0phr
165~170°C
一般mold用, 臭气除去品.
C-15
乳白色膏 狀
成份同C-11 50%
1.5phr
165~170°C
一般mold, 防止黃變.
C-16
淡黃色透明液体
成份同C-11 50%
0.4phr
165~170°C
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.
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30~45. 模具面積為机台面積75~85%. 尺寸
一般有以下几种: 350x350, 350x400, 400x450, 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.
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5~6千元, 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2.5~3%. 二次加
硫后為3.2~4%. 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75~85%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15~18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,
RubberKeypad在成形時不能直接成形
通孔.故對于電話机Keypad的定位孔
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.

溢料槽
圖二 . 表示CAVITY的排位及溢料槽
Key高度越深, 溢料槽間距應設計得越大 .(如圖二).

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