Kunststoff und Gummiverarbeitung

Drang zur Vielfalt

28.09.2006 | Redakteur:

Die LSR-Verarbeitung verhilft Silikonelastomeren zu weiteren anspruchsvollen Anwendungen.

Die LSR-Verarbeitung verhilft Silikonelastomeren zu weiteren anspruchsvollen AnwendungenWill man im Feld der Spezialkautschuke den Vertretern der LSR-Reihe (Liquid Silicone Rubber) ein „Charakterprofil“ geben, so lautet das Fazit: „Immer dabei, nie im Vordergrund.“ Im Prinzip hat diese Werkstoffklasse lange Zeit ein verstecktes Dasein geführt. Die Hersteller und Verarbeiter wussten, dass sie ein verlässliches und mit vielen maßgeschneiderten Funktionalitäten ausgestattetes Material zur Verfügung haben, um die geforderten technischen Herausforderungen – die häufig nur im Detail liegen – zu lösen. Deren Kunden und letztendlich auch die Konsumenten der Endprodukte haben den versteckten „Problemsolver“ oft gar nicht wahrgenommen, weil er nahezu immer perfekt funktionierte und so selten einen Anlass zu Reklamationen geliefert hat.Verlässlichkeit und Vielfältigkeit sind interessante „Charakterzüge“, die sicherlich dazu beigetragen haben, dass sich in den letzten Jahren für den Markt von Silikonkautschuken ein stetiges Wachstum beobachten ließ – entgegen dem allgemeinen Wirtschaftstrend. Die Optimierung und Aufweitung der Produktpalette durch die Rohstoffhersteller einerseits und wegweisende Innovationen im Bereich der Werkzeug- und Maschinentechnik andererseits haben dieses Phänomen unterstützt und soweit entwickelt, dass Silikone jetzt aus der Nische heraus auch weitere anspruchsvolle Marktforderungen erfüllen sollen. Als praxis- und marktrelevante Beispiele dafür sind das Mehrkomponenten-Spritzgießen, das Schäumen und die Silikonbeschichtung von technischen Textilien zu nennen.Als Zukunftstrend (Kastentext) lässt sich die Pyrolyse von Silikonen anführen. Dieses als Polymerpyrolyse bezeichnete Verfahren, mit dem sich Silikone thermisch in amorphe SiCO-Keramiken umwandeln lassen – ist ein aktuelles Forschungsgebiet, das mittelfristig ebenfalls zu interessanten Anwendungen führen könnte. Es wird angestrebt, aus Silikonen keramische Formkörper mit komplexer Geometrie oder definierte Mikrostrukturen im Spritzgießverfahren zu fertigen [1 und 2].Breites Eigenschaftsspektrum deckt viele Anwendungen abDie Flüssigsilikone lassen sich hinsichtlich ihrer Eigenschaften folgendermaßen zusammenfassend charakterisieren [3 und 4]:- Sie halten Temperaturen von -50 bis 250 °C dauerhaft stand.- Die mechanischen Eigenschaften sind wenig temperaturabhängig.- Die Alterungs- und Witterungsbeständigkeit - auch gegenüber Ozon und UV-Strahlung - ist ausgesprochen hoch.- Die Werkstoffe sind geruchs- und geschmacksneutral.- Exzellente physiologische Eigenschaften und sehr gute elektrische Isolationseigenschaften sind vorhanden. Die Sterilisierbarkeit ist gut.- Die optischen Eigenschaften lassen sich in weiten Grenzen variieren.Es liegt auf der Hand, dass dieses Eigenschaftsbündel die Anforderungen für zahlreiche Einsatzfälle befriedigt. Im Automobilbereich werden beispielsweise Zündkerzenstecker, Kühler- und Steckerdichtungen, Einzeldrahtabdichtungen und pneumatische Aktoren aus LSR hergestellt.Die Elektronikindustrie nutzt es, um Tastaturen, Schaltmatten, Anodenkappen oder diverse Isolatoren funktionssicher zu produzieren. Im Bereich der Medizintechnik sind Katheter, Beatmungsbälge und -masken sowie Körperelektroden vielfältige Anwendungen. Nicht zuletzt profitieren auch die Hersteller weißer Waren von dieser Materialklasse, die neuartige Backformen, Teigschaber, haltbare Dichtungssätze für diverse Haushaltsgeräte und vieles andere mehr zulässt.Chemische Modifizierung beschleunigt VulkanisationNeue Einsatzgebiete für LSR werden sicherlich in naher Zukunft erschlossen, wenn man sich die aktuellen Entwicklungen auf der Rohstoffseite genauer betrachtet. So bietet Wacker Silicone, München, schon leitfähige Mischungen (LR 3162), besonders hitzestabile (LR 3094) und hochkerbfeste (LR 3043) Qualitäten an. Relativ neue Entwicklungen, wie LR 3015/70, das durch reduzierten abrassiven Charakter das Werkzeug und die Maschine schont, sowie temperfreie und schnellvernetzende Spezifikationen runden die Produktpalette marktkonform ab [3]. GE Bayer Silicones, Leverkusen, hat kürzlich mit der Reihe LSR 27xx eine neue Serie von selbsthaftenden Flüssigsilikonkautschuken auf den Markt gebracht [4].Mit diesen Varianten ist es möglich, Produkte durch 2-Komponenten-Spritzgießen mit direkter Haftung zwischen LSR und Substrat effektiver und zuverlässiger als bisher herzustellen. Nach der Aussage von führenden Herstellern konzentrieren sich die aktuellen Forschungsarbeiten darauf, die Zykluszeiten beim Verarbeiter signifikant zu verkürzen - nach neuestem Stand können diese um bis zu 70% reduziert werden [3]. Dies wird hauptsächlich durch einen schnelleren Vulkanisationsprozess erreicht, der auf eine chemische Modifizierung des Systems zurückzuführen ist.Ebenso wird eine Ausweitung der Medienbeständigkeit angestrebt, um weitere Anwendungsfelder - die beispielsweise in der chemischen Industrie oder im Life-Science-Bereich liegen können - sicher zu erschließen. Auch entwickelt der Markt zur Zeit eine verstärkte Nachfrage nach Sonderverfahren, mit denen großvolumige Formteile mit großer Wanddicke sicher und reproduzierbar hergestellt werden können [4].Hart-Weich-Verbunde haben aufgrund der Kombinationsmöglichkeiten einen hohen Marktanteil erreicht. Flüssigsilikone werden diese Entwicklung in Zukunft noch weiter verstärken, weil sie höheren Anforderungen hinsichtlich Medien- und Temperaturbeständigkeit gerecht werden [5]. Die hohen Ansprüche, die beim Verbund-Spritzgießen an die Verarbeitungsbedingungen und an die Maschinen- und Werkzeugtechnik gestellt werden, stehen der Wirtschaftlichkeit aber scheinbar nicht mehr im Weg, weil der Markt einerseits nach immer „intelligenteren“ Produkten verlangt, die mehrere Funktionen in sich integrieren können. Andererseits ermöglicht dieses Verfahren eine Verkürzung der Prozesskette. Darüber hinaus kann auf bestimmte Fertigungs- und Montageschritte verzichtet werden.So lassen sich Dichtungen direkt anspritzen, Verklebungen oder Verklipsungen können komplett entfallen.Ein Beispiel dafür sind Gehäusedeckel mit eingespritzter und umlaufender Elastomerdichtung. Sie werden von der Gebr. Krallmann GmbH, Hiddesheim, in einem 2-Komponenten-Verfahren spritzgegossen, das der Maschinenbauer Krauss-Maffei Kunststofftechnik, München, entwickelte und patentieren ließ [5]. In einer begleitend durchgeführten Wirtschaftlichkeitsanalyse konnte sich das Mehrkomponenten-Spritzgießen gegenüber der Handmontage und dem Umsetzverfahren beweisen [6].Herstellung von Verschlüssen im 3-Komponenten-VerfahrenVon vergleichbarer Tragweite ist die Herstellung von Mittelspannungs-Endverschlüssen bei der ABB Energiekabel GmbH, Mannheim. Das geschieht auf einer 3-Komponenten-LSR-Anlage des österreichischen Maschinenbauers Engel Austria, Schwertberg. Durch Spritzgießen werden dabei drei LSR-Schichten in einem Arbeitsgang fest miteinander verbunden, wobei sogar elektrisch leitende und elektrisch isolierende Segmente zuverlässig zu kombinieren sind [7]. In der Vergangenheit war zur Herstellung dieses Produkts „viel Handarbeit“ notwendig - jetzt gelingt die Produktion bei ABB als mannlose Serienfertigung.Die Charakterisierung der Haftungs- und Verbindungseigenschaften von Bauteilen, die über das Mehrkomponenten-Spritzgießen hergestellt werden, ist ein industrierelevantes Qualitätsmerkmal. Derartige Untersuchungen gehören zu den Forschungsaufgaben von Prof. Edmund Haberstroh vom Institut für Kunststoffverarbeitung der RWTH Aachen. Gegenstand aktueller Arbeiten ist die Prüfung und der Vergleich von Verbunden von Thermoplasten in Kombination mit thermoplastischen Elastomeren (TPE), organischen Kautschuken und Flüssigsilikonen. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass LSR in dieser entscheidenden Frage ebenfalls durch ein Eigenschaftsbündel besticht, das es für innovative Anwendungen im Hightech-Bereich zu einem attraktiven Kandidaten macht.Dazu tragen auf der Materialseite das anspruchsvolle mechanische oder thermomechanische Verhalten, die ausgeprägte Medienbeständigkeit und die hohe chemische Resistenz bei. So ist zwischenzeitlich ein Verfahren patentiert worden, das dauerhafte Verbindungen zwischen LSR und Kunststoffen im Temperaturbereich von -50 bis 200 °C garantiert. Der Aufschwung von Liquid Silicone Rubber würde sich mit weiteren interessanten Beispielen fortführen lassen. Dies ist hier aber nicht das Ziel. Vielmehr soll die gezeigte Auswahl unterstreichen, dass nicht nur ein Material allein aufgrund seines Eigenschaftsprofils für den Markt interessant sein kann. Entscheidender ist es, die Anforderungen, die durch Ideen für neue Produktlösungen gefordert werden, mit den Eigenschaften aller beteiligten Materialien, den Eigenheiten der gewählten Prozesse und den spezifischen Merkmalen der Formen, Werkzeuge und Maschinen zur Deckung zu bringen. Dies ist nur durch das Engagement und die Kreativität der beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure möglich, die auf allen Etappen - von der Idee bis zum Produkt - effektiv kooperieren, sich stets informieren und regelmäßig kommunizieren.Literatur[1] Hönack, F., R. Riedel: Herstellung und Eigenschaften von Precursorkeramiken aus titangefüllten Polysiloxanen. Proceedings zum 7. Arbeitskreistreffen Polymerkeramik, 22. Mai 2002. EMPA, Dübendorf/Schweiz.[2] Sorarù, G.D.: The Science and Technology of polymer-derived Si-C-O ceramics. Proceedings zum 7. Arbeitskreistreffen Polymerkeramik, 22. Mai 2002, EMPA, Dübendorf/Schweiz.3] Wieczorek, K., und andere: Elastosil-Silikonkautschuke - Eigenschaften und Anwendungen. LSR-Symposium in Neustadt-Fernthal, 11. und 12. Juni 2002. Dr. Boy GmbH & Co. KG.[4] Trumm, C.: Spritzgießen von Silopren-Flüssigsiliconkautschuk. Dokumentation zum LSR-Symposium in Neustadt-Fernthal, 11. und 12. Juni 2002. Dr. Boy GmbH & Co. KG.[5] Lange, C.: Thermoplast und LSR-Verbundspritzgießen - Wirtschaftlichkeit und innovative Konzepte. Fachtagung „Siliconelastomere - ein erfolgreicher Hochleistungswerkstoff in der Praxis“ in Würzburg, 2. und 3. April 2003. SKZ - ConSem GmbH.[6] Hungerkamp, T.: Wirtschaftlichkeitsuntersuchung von Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren für Thermoplast-Elastomer-Verbunde. Diplomarbeit Berufsakademie Mannheim 2000.[7] N.N.: Injection. Kundenzeitung der Engel Austria GmbH, März 2003.[8] Haberstroh, E., und C. Lettowsky: Eine gute Kombination. Plastverarbeiter 1/2003, S. 30-31.[9]Götz, W.: Not macht erfinderisch. Plastverarbeiter 10/2002, S. 66-70.