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矽膠（Silicone Rubber）因兼具‐60 °C 低溫延展性與 250 °C 高溫穩定度，被稱為「製造業的萬用膠」。從汽車、電子、醫療到廚具，幾乎所有對耐熱、耐寒、絕緣或生物相容性有要求的場景，都能看見矽膠材料的身影。本文將帶你快速掌握矽膠的分子結構、加工方法、應用案例，以及工程師最關心的設計參數，讓你在開發產品時不再只憑經驗摸索。
矽膠的分子結構與關鍵物性
矽膠屬於矽氧主鏈（–Si–O–Si–）交替排列的彈性體。這條主鏈擁有比碳鏈長約 1.6 倍的鍵長與更大的鍵角，提供了極高的柔軟度與旋轉自由度，同時 Si–O 鍵能（約 444 kJ/mol）又遠高於 C–C 鍵（約 348 kJ/mol），賦予材料優異的熱穩定性與化學惰性。因此矽膠具備以下特點：
- 寬廣的工作溫度：可長期在 -60 °C 至 +250 °C 間維持彈性。
- 極佳的電氣絕緣：體積電阻率 10¹⁴ Ω·cm 以上，適合高頻或耐電暈環境。
- 耐候抗紫外線：Si–O 鍵不易被 UV 能量破壞，戶外壽命遠勝傳統橡膠。
- 生物相容：醫療級矽膠對人體組織呈惰性，可植入或長期接觸皮膚。
成形與加工：從液態矽膠射出到壓縮成形
加工方式決定了產品的尺寸精度與經濟性，常見流程比較如下：
| 成形方法 | 黏度範圍 (Pa·s) | 模具溫度 (°C) | 固化時間 (s) | 特性 |
|---|---|---|---|---|
| LSR 射出成形 | 20–50 | 170–200 | 30–60 | 兩液混合後直接射出，適合大批量微結構件 |
| 壓縮成形 | 1000–5000 | 150–180 | 120–300 | 模具費低，可製作厚壁或大尺寸零件 |
| 擠出成形 | 200–800 | 120–150 | 連續 | 連續生產管材、線材或密封條 |
在參數設定上，LSR 射出若模具溫度過低會導致充填不足；壓縮成形則需留意加硫時間過長導致焦化。對高精度應用（如按鍵墊片）建議使用 LSR 搭配冷流道系統，以減少邊料與縮水。
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主要應用領域：從耐高溫墊片到醫療級植入物
- 汽車與航太密封：渦輪增壓管路、O-ring 需承受高溫與潤滑油，50 Shore A 的耐油矽膠可連續工作 220 °C。
- 消費電子：智慧手錶防水圈、手機保護殼，利用矽膠的耐候與色彩自由度。
- 食品與家電：烘焙模具、奶嘴與煮水壺密封圈需通過 FDA／LFGB 認證，選擇鉑金加成型醫療/食品級配方。
- 醫療植入：心臟導管、人工關節墊片要求長期生物相容，高純度矽膠在 γ 射線或環氧乙烷滅菌後仍保持彈性。
- 半導體製程：等離子蝕刻室 O-ring 採用氟矽膠（FVMQ），以對抗氟等活性氣體腐蝕。
設計參考表：硬度、拉伸強度與溫度範圍
下表彙整常用等級，供快速選材：
| 硬度 (Shore A) | 密度 (g/cm³) | 拉伸強度 (MPa) | 連續使用溫度 (°C) | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
| 30 | 1.12 | 7.0 | -60 ~ 200 | 嬰兒奶嘴、醫療導管 |
| 50 | 1.14 | 8.5 | -60 ~ 220 | 汽車 O-ring、食品烤模 |
| 70 | 1.17 | 9.0 | -60 ~ 250 | 高壓密封墊片、半導體夾具 |
工程小訣竅：設計壓縮型密封圈時，建議壓縮量控制在 15–30 %；若操作溫度超過 200 °C，應降低至 10–20 %，以避免永久變形。
結語
矽膠之所以能在工業、消費與醫療市場全面開花，核心就在於 Si–O 主鏈帶來的耐熱、耐候與化學惰性，再加上多元的成形工藝，使設計師可在硬度、顏色、透明度與加工效率間靈活取捨。透過本文的性質表與工藝比較，你可以更精準地決定是選擇 30 Shore A 的醫療級軟管，還是 70 Shore A 的高压密封件。掌握這些科學原理與參考參數，不但能縮短開發週期，也能讓產品品質一次到位。
