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导电硅胶成型推进医疗可穿戴设备的发展【导电硅胶】

Michael Nesnidal

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2024/02/01

导电有机硅结合了有机硅性能

自70年代后期以来，可穿戴技术已经从模仿手表的可穿戴计算器进入主流人群的视野。自那时以来，可穿戴电子设备的技术已广泛应用于各个领域，包括智能手表监测心率、虚拟现实耳机提供娱乐体验、传感器设备测量血糖水平，以及带有传感器的皮肤贴片，可以无线传输佩戴者的生命体征。

在医疗设备行业中，可穿戴设备成为一个不断增长的细分市场，因为它们能够收集和提供大量的实时数据。该技术的许多方面已经应用于医疗设备，用于帮助患者监测和提高依从性，或者实现患者与从业者之间的即时沟通。在最新的创新浪潮中，设备制造商开始寻求通过可穿戴设备提供积极治疗的方法。

百迈公司已与多家创新医疗设备制造商合作，以应对开发可穿戴设备的挑战。这些设备使用导电有机硅弹性体为患者提供热疗或电疗。从用于非手术治疗牙周炎的护齿器到减少与帕金森病相关的震颤的腕带，ProMed公司为每种应用开发了一种定制制造方法，以成功将其设备推向商业阶段。本文将介绍在开发过程中采取的方法以及克服的挑战。

导电有机硅是一种新型材料，它结合了有机硅弹性体的稳定性、生物相容性和患者舒适度，以及导电添加剂提高的导电性能。使用导电有机硅的挑战在于选择合适的有机硅配方、导电添加剂类型和负载水平，以及成型方法和工具设计的正确组合和平衡，以生产出从机械和导电角度满足应用要求的组件。

有机硅配方选择

医用成型中使用的常用有机硅弹性体配方有三种，即高稠度橡胶（HCR）、液态硅橡胶（LSR）和室温硫化（RTV）材料。HCR材料是一种高粘度配方，通常是压缩成型或传递模塑。LSR 和 RTV 配方具有较低的粘度，通常采用注塑成型。为应用选择基础有机硅材料的初始选择取决于应用要求，例如设备所需的强度、柔韧性或硬度，以达到设计人员的意图。有机硅弹性体配方所决定的成型风格将对使用EC有机硅时采用的制造方法产生重大影响。

导电添加剂的选择和负载水平

有机硅弹性体本身具有绝缘性，需要临界浓度或渗滤阈值才能表现出导电或导热特性。在渗流阈值处，有机硅基体内有足够的添加剂与添加剂连接来传递热量或电荷。为确保模制有机硅组件的导电性能均匀，具有均匀的添加剂分散和适当的添加剂有机硅附着力至关重要。碳纤维（CF）和碳纳米管（CNT）是经过验证的用于改变有机硅电性能的添加剂选择，但 CNT 需要添加较低的重量百分比（wt%）才能达到渗流阈值。实现必要的导电性能所需的重量百分比很重要，因为有机硅的机械属性会随着添加剂重量%的增加而降解。

成型方法和模具设计

在注塑和压缩成型工艺之间，有机硅弹性体可能会受到非常不同的力和温度，从而影响EC有机硅的导电性能。具体来说，当弹性体注入模具时，施加在弹性体上的剪切力与所选导电添加剂的渗滤阈值直接相关。随着剪切力的增加，渗流阈值也会增加，进而模塑弹性体的表面电阻率也会增加。了解如何通过模具设计和工艺优化将剪切效应降至最低对于开发导电有机硅组件至关重要。在注塑和压缩成型工艺之间，注射工艺中引入了更大的剪切力，而压缩成型由于所需的剪切力较低，因此会产生非常各向同性的产品。虽然压缩成型可以产生更一致的产品，但该工艺不利于包覆成型应用。在此类应用中，有必要通过模具设计来减轻注塑成型工艺的剪切力，其中可能包括对所用浇口样式或尺寸的调整。

总的来说，了解弹性体选择、导电添加剂材料选择和成型工艺参数的影响和相互作用对于使用可穿戴设备应用的 EC 有机硅材料制造至关重要。对于终端设备设计人员和制造商来说，根据性能要求和潜在限制密切合作，以确定开发一致导电元件的最佳途径至关重要。为了避免代价高昂的错误或项目延误，建议在项目的早期阶段采取迭代方法，以找到在特定治疗设备中取得成功的正确组合。

导电硅胶成型推进医疗可穿戴设备的发展【导电硅胶】

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