0841652RDRubberKeypad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 | CH31. 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 CH3SiCl Cu | | | Si + CH3Cl Cl(Si(Cl + CH3( Si(Cl 精餾 CH3 300320C | | CH3 CH3 CH3 | Cl SiCl | 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 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(25C)硬度抗張強度(kg/cm)延 伸率(%)抗拉強度(kg/cm)壓縮量(%)硅橡膠1.111.18408057010010 100MW(250VDC 100MA)2x1014(W-cm)2925kv/mm2.635Mhz14x10-3103Mhz (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 v強度u(%)壓縮量(%)化強度KE951U透明2501.14519.3380137210C82 phr3.1E5KE961U灰2901.22629.0310146510C82 phr1.8E5KE971U灰3501.30717.3230155811C82 phr2.1E4二. 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用途C-1白色膏 狀苯羬氧化物50%.1.0phr120125C一般mold(薄物)用.C-2白色膏 狀二-2,4,二氯苯羬氧化物50%1.5phr120125C常壓熱空气加硫用C-3白色油灰狀Dicumyl peroxide 20%.3.0phr155160C水蒸汽加硫用.C-4灰白硬膏 狀Di-t-butl peroxide 20%.2.7phr165170C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%.2phr165170C一般mold (厚)用.C-8A半透明膏 狀成份同上(80%)0.6phr165170C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-44.0phr165170C一般mold用, 臭气除去品.C-15乳白色膏 狀成份同C-11 50%1.5phr165170C一般mold, 防止黃變.C-16淡黃色透明液体成份同C-11 50%0.4phr165170C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3045. 模具面積為机台面積7585%. 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, 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).第四 章 RubberKeypad生產工藝流程及設備一. RubberKeypad生產工藝流程圖.二. 工藝流程及設備. 1. 原料采購. 硅膠原料常用品牌有SHIN ETSU, DOW CORNING, TOSHIBA, TORAY, GE, WALKEY, BUYER等. 產品現在使用SHIN ETSU, DOW CORNING, TOSHIBA三個厂家的Silicone Rubber, 此三個厂家 的原料質量較好且較穩定.常用 的Silicone Rubber硬度由40度到80度.(邵氏Shore A硬度).其具体細節請參看Rubber Keypad材料一章. 2. QC1, 指 來料檢查 對Silicone Rubber原料的主要檢查項目有: A.顏色, 硬度和密度.B.清洁度.C.收縮率. D.抗拉強度, 伸長率及撕裂強度等物理特性. 對黑粒原料主要檢查項目有: A.直徑和厚度.B.導電電阻. C.清洁度, 有無雜質.3. 原料入庫. 檢查合格的原料入庫待生產. 庫內要求干淨整洁, 物品 分類分區擺放,標識清楚. 4. 領 料稱量. 原料領 出去生產時, 其稱量須嚴格按 配 方數据. Silicone Rubber原料用電子秤稱量,每次稱量最好大于5KG,以減小誤差. 色母和硫化劑稱量須用高精度電子秤, 其精度 須達到0.0001g. 因色母和硫化劑稱量稍有偏差, 對Keypad顏色及硫化質量有很大影響. 5. 混煉. 將Silicone Rubber与其助劑混合均勻的過程稱為混煉.Keypad生產中混煉的目 的是為了讓色母与硫化劑均勻分散到Silicone Rubber之中,色母的作用是將Rubber 色. 硫化劑的作用是使Rubber分子鏈之間產生交聯,使Rubber固化從而保持 形狀和性 能.混煉常用雙輥机,煉膠時輥筒溫度應控制在30(C之下.輥筒溫度越低,混煉效果 越好, 故混煉机械通常沒有水冷裝置, 以吸收混煉過程中產生的熱.混煉好的物料在 熱壓成型前 應停留一段時間, 稱預停留時間.預留作用是使硫化劑在Rubber中分散 更均勻. 适宜時間為2472小時. 時間太短, 硫化劑均勻性差 生產質量不穩定.但時間太 長物料流動性變差,生產時須重新設定 參數.所以預停留時間如超過72小時,則須重新 混煉后才可使用. 常用的硫化劑有兩种: A.C-8 (C-8E), 用于一般制品. B.C-20, 用于透明抗黃制品中. 6. QC2. 混料檢查, 其主要檢查項目有: A. 硬度. B. 顏色. C. 混料均勻度. D. 清洁度. 硬度 測量用邵A (Shore A)硬度計, 常用型號為TECLOCK GS-706. 顏色用目測為多, 但也可 使用色差計分析. 7. 切料稱量. 將片料壓成要求寬度 的條料后再准确稱量后, 待熱壓成型. 稱量常用托盤天平, 其精度須達到0.1g以上. 8. QC3. 切料檢查. 檢查項目有: A.切料寬度和厚度. B. 物料清洁度. 不允許有雜質混入. C. 稱量是否准确.9. 熱壓成型.(一次硫化) 將料條按落料要求放于下模板上, 再合模熱壓成半成品. 落料方式有兩 种,一 种將料直接擺放在下模模腔, 第二种用鐵氟龍托盤擺放, 避免未冷的模腔提前 將 料硫化.成型 條件 一般為: 上模溫度165(C左右下模溫度160(C左右.上,下模溫差 為5(C為佳. 上模高于下模溫度,是因為Keypad是留在上模, 剝片時用風槍吹,上模 散 熱較下模快.故加熱時溫度 高一些.模溫的高低主要取決于Key的大小及高度: Key 越細越高, 走料越難,要求走料時間長, 模具溫度須低一些成型 時間較長.Key越大越 低, 走料越容易, 需 要走料時間短,模具溫度 可以高一些, 成型 時間短, 生產效率高. 此工序注意控制的工藝參數: 上下模溫, 成型壓力, 硫化時間, 排气時間, 落料 方式. 常用的熱壓成型 机見下表 制造商面積100T150T200T250T300T霖城机台面積400x150150x500500x550550x600600x650模板面積300x350350x400400x450450x500500x550巨 荃机台面積400x450450x500500x550550x600600x650模板面積300x350350x400400x450450x500500x550敬隆机台面積400x400450x450500x500550x550600x600模板面積300x300350x350400x400450x450500x500信 多机台面積400x400450x450500x500550x550600x600模板面積300x300350x350400x400450x450500x500 注: 模板面積指 用此型號机時模具最大面積. 10. QC4, 熱壓成型 后半成品 檢查, 主要檢查項目有: A.尺寸.此工序僅測量Keypad基片厚度, 模具正常情況下, 基片厚度 尺寸跟 斜壁 厚度成線性關系, 從基片厚度變化可看出斜壁厚度變化. B. 力度. 一般用力度 計全檢, 力度 計常用AIKOH 7002B, 精度須高于5g. C. 外觀 , 如困气, 沖色, 料雜質等. D. 斜壁均勻度. KEY兩側斜壁厚相差不能超過15%. 11. 表面印刷. 產品 全部使用絲网印刷. Vendor按我司所給Spec印上文字, 圖案等. 使用的絲印油墨有兩類: A. 單液型. 指買回的油墨已加了硫化劑.開包后只須調色后就可 使用的油墨. B. 液型. 指買回的油墨須自己調配硫化劑后才使用的油墨. 單液型油墨优點是使用方便,品質穩定,由于此類油墨已加入硫化劑,故須低溫保 存, 且在Spec規定的時間內使用.一旦開包使用, 須在Spec規定的時間內用完.(不超過5天). 液型 优點是生產時即配即用,生產需多少就調配多少.不象單液型開包后如用不完,造成浪費或品質下降.液型 的配量由厂家定,用多少,配多少.這是因為配好的液型油墨存放時間比單液型 短得多.液型 的配方,需 嚴格按照油墨厂家的Spec來做.不然,將會影絲印的質量,如附力下降等.比較各Vendor目前 使用的效果來看,液型 要好于單液型. 絲印的質量,除了与油墨的質量有關外, Keypad表面不能有污物, 脫模劑也會影絲印的質量. 12. QC5. 印刷檢查主要項目有: A. 油墨顏色是否符合Spec或Sample. B. 印刷是否有缺陷, 如毛邊, 砂孔等. Keypad是否干淨, 如有無絲印油漬或 其它污 漬.13. 烘烤固化. 此工序目的是將絲印油烘干,烘干后的絲印油附著力仍不強 ,用手指 甲可剝落. 使絲印油完全固化要到二次硫化后.14. 沖模成型. 此工序是沖孔, 除批峰. 產品 的通孔全部要求做成自折孔(模具原生 出). 所以 無沖孔工序. 但Vendor仍有可能用沖模去批峰(邊角料).15. QC6. 沖型 檢查. A. 形狀檢查, 是否有漏沖. B. 尺寸檢查, 如孔位是否沖偏. C. 毛邊檢查. D. 中心距檢查.16. 二次硫化. 二次硫化是指 在高溫下,使Silicone Rubber分子鍵在硫化劑作用下, 產生交聯 固化,使形狀,性 能穩定,并且讓低分子物質揮發出去. Keypad的二次加硫條件: 溫度201(C. 時間4小時.17. QC7. 二次硫化后檢查項目有: A.力度: 要求用力度計100%檢查AF和RF. 并且每批貨均需用力度曲線儀 抽 查 模具力度曲線情況. 常用力度 計有AIKOH 7002B. 曲線儀 常用AIKOH 1012/1305D. GRADH TEC WX1100. B. 尺寸檢查: 因二次硫化后的產品 已全部定型, 其尺寸為最終尺寸, 所以此時 尺寸應在Spec范圍內,無法Rework, 不合格品 只有拋棄.常用檢測儀器:卡尺, X.Y二維 坐標儀, 三維投影儀. C. 外觀 , 顏色, 絲印, 沖色是否符合要求. 有無污漬等. D. 絲印壽命:絲印壽命常用RCA衡量,有自己的測試方法及標准.RCA測 試有標准測試儀器, 具体方法見Rubber Keypad測試一章. 測試絲印壽命是用 自行設計的机架. 壽命高于1000次為合格. E. 硅油含量. 產品硅油含量須低于2.5%. 測試方法見Rubber Keypad測試一章. F. 机械壽命. 產品机械壽命須大于20万次. 具体測試方法見Rubber Keypad測試一章.18. 表面噴涂. 為了提高絲印壽命及裝飾Keypad表面, 常用的有Silicone涂料及PU涂料, PU Coating 也可以阻止油類物質通過keypad滲透. 19. QC8. 表面噴涂檢查項目.A. 表面質量: 是否有亮斑, 暗斑,黑砂孔或顆粒等表面缺陷.表面光澤是否符合 要求. B. 噴涂的附力: 表面加Coating應緊密附在Rubber表面而不脫落.C. 噴涂位置: 不同part有不同的Coating要求, 如有些全表面Coating,而有些僅 Coating Key上部分而不能到斜壁, 有的Keypad別Key不Coating, 而有些所有Key都 同樣Coating.20. 包裝工序: 將合格產品按 要求方式裝袋, 標貼, 裝箱.21. QC9. 包裝檢查主要項目有: A. 排列, 包裝方法. B. 數量. C. 型號, 標示, 所需設備: 電子 秤. 檢查合格產品 就可以入庫待 出貨. 第五章 Rubber Keypad力度曲线一. Silicon Rubber力度曲线. Silicon Rubber Keypad的Click Feeling(手感).Force(力度)及Stroke(行程)是Silicon Rubber Ke