Abformmassen aus Silikonkautschuk

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Einsatzgebiete

Hochflexible Formen aus Silikonkautschuk erlauben die Reproduktion komplizierter Formteile mit Hinterschneidungen.

Hauptsächlich für die Herstellung von Modellteilen, Möbelverzierungen, Reliefbildern, Schmuckkerzen, Architekturmodellen, Zierknöpfen, Puppenkörpern, Dichtungsprofilen sowie Reproduktionen in der Denkmalpflege.
Urmodelle aus den üblichen Werkstoffen wie Holz, Metall, Kunststoff, Gips, Stein und Wachs sind für Abformungen mit Silikonkautschuk gut geeignet. Bei glatten, nichtsaugenden Oberflächen wie z.B. Kunststoff oder Metall, sind Trennmittel in der Regel nicht notwendig (lediglich Silikon auf Silikon verklebt, so dass mit einem Trennmittel vorbehandelt werden muss).
Poröse Modelle aus Gips, Holz oder Stein sollten vor der Abformung versiegelt werden, um den Saugeffekt zu beheben. Üblich sind für diesen Zweck wasserlösliche Kunstharze, z.B. Methylzellulose (Tapetenkleister), Polyvinyl-
alkohol oder Acryl-Tiefgrund bzw. Nitro-Schnellschliffgrund. Aufgrund der hohen Flexibilität des Kautschuks ist die Abformung starker Hinterschneidungen möglich.


Abformungen

In den Formen aus Silikonkautschuk können Positiv-Gießlinge aus Polyester-, Epoxyd- und Polyurethanharzen sowie Gips, Wachs und Beton hergestellt werden. Hierzu sind besondere Trennmittel für die Form in der Regel nicht erforderlich (mit Ausnahme von Epoxydharzen).
Mit der Silikon-Abformmasse KDSV M 4470 ist der Verguss von niedrigschmelzenden Metalllegierungen (Schmelzpunkt maximal 300 °C) auf Basis von Blei, Zinn und Zink möglich.

Mit Polyester- und Polyurethanharzen können größere Stückzahlen abgeformt werden. Amingehärtete Epoxydharze greifen das Silikon an. Um die Lebensdauer der Formen zu erhöhen, können geeignete Trennmittel verwendet werden.

Dieses Trennmittel ist auch erforderlich, wenn als erste Schicht EP- oder UP-Deckschichtharze in die Silikonform gestrichen werden sollen, da sonst aufgrund schlechter Benetzbarkeit Fehlstellen in Form von Augen oder Pinselstrichen entstehen können.


Allgemeines

Hinsichtlich der Konsistenz unterscheidet man zwischen gießbaren, streichbaren, streichbar-standfesten und knetbaren Systemen. Die Viskosität beschreibt näherungsweise das Fließverhalten. Je höher der Zahlenwert, desto
dickflüssiger ist die Gieß- bzw. steifpastöser die Streichmasse.

Die Reaktivität wird durch die Kenngrößen Verarbeitungs- (Topf-) und Vulkanisationszeit beschrieben. Als Verarbeitungszeit wird üblicherweise die Zeitspanne angegeben, an deren Ende die katalysierte Kautschukmasse gerade noch gieß-, streich- oder knetbar ist. Bei Anwendungen, die sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Fließfähigkeit stellen, wie z.B. beim Vergießen elektronischer Bauteile mit engen Spalten, wird aber meist die Zeitspanne bis zur Verdoppelung der Ausgangsviskosität als Verarbeitungszeit angeführt.
Die Vulkanisationszeiten geben in der Regel nur die Zeitspanne an, nach der der Kautschuk klebfrei ausvulkanisiert und damit handhabbar ist. Die endgültigen Vulkanisateigenschaften werden bei Raumtemperaturvulkanisation meist erst nach einigen Tagen erreicht.

Auch bei höheren Temperaturen hergestellte Vulkanisate vernetzen in der Regel während der anschließenden Raum-temperaturlagerung noch in unterschiedlichem Ausmaß nach.
Die endgültigen Vulkanisateigenschaften stellen sich am schnellsten durch eine mehrstündige Lagerung bei nicht zu hohen Temperaturen (100 - 120 °C), das sogenannte Tempern, ein.

Während der Vulkanisation entsteht keinerlei Reaktionswärme, sodass auch große Mengen (> 5 kg) gefahrlos verarbeitet werden können. Ein Anheben der Temperatur während der Verarbeitung wird jedoch die Vulkansation beschleunigen, folgend der Regel, dass eine Erhöhung um 7 °C die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt.


Vulkanisateigenschaften

Zu den wichtigsten Vulkanisateigenschaften gehören die mechanischen und elektrischen Werte.
Bei den mechanischen Vulkanisateigenschaften stellt, neben der meist in Shore A-Punkten angegebenen Eindruckhärte (je höher der Shore A-Wert, desto härter das Vulkanisat!), der Weiterreißwiderstand eine der wesentlichsten Kenngrößen dar. Werte über etwa 10 N/mm bedeuten, dass es sich um eine sogenannte „kerbfeste“ Type handelt, d.h. sie weist eine deutlich höhere Ein- und Weiterreißfestigkeit auf als die Typen mit „Standardmechanik“.

Die elastischen Eigenschaften von Silikonkautschuken bleiben in einem Bereich von ca. - 50 °C bis + 200 °C erhalten. Mit Spezialtypen lässt sich dieser Bereich bis zu - 100 °C in der Kälte ausweiten.

Die Beständigkeit gegen hohe Temperaturen ist einerseits typenabhängig und andererseits abhängig von der Umgebung des Materials. Im Allgemeinen bleiben Silikonkautschuk-Vulkanisate bei extremen Temperaturen elastisch, jedoch
spielt die Anwesenheit von Luftsauerstoff für die Langzeit-alterung eine wichtige Rolle. Unter Luftzutritt sind RTV-2 Silikonkautschuk-Vulkanisate bis zu + 200 °C dauerbeständig. Bei besonders hitzestabilen RTV-2 Produkten bleibt die Elastizität selbst bei + 250 °C noch bis 1000 Stunden erhalten. Kurzfristig ertragen sie sogar Temperaturen über + 300 °C. Bei längerer Hitzeeinwirkung über + 180 °C werden in Gegenwart von Sauerstoff durch Oxydation langsam Vernetzungsstellen zwischen den Polymerketten geschaffen.

Dieser irreversible Prozess zeigt sich durch Gewichtsverlust, Schrumpfung und zunehmende Versprödung. Er ist verbunden mit einem Anstieg der Härte, einem Abfall der Reißfestigkeit und Reißdehnung sowie einer Verschlechterung des Weiterreißwiederstandes. Unter Luftausschluss in geschlossenen Systemen dominiren bei erhöhter Temperatur Alterungsprozesse durch Polymerisation oder Reversion.

Dies gilt insbesondere in Gegenwart von Feuchtigkeitsspuren (bzw. Hydroxylgruppen) oder zinnorganischen Verbindungen, die in den Härtern von kondensationsvernetzenden Kautschuken enthalten sind. Bei kondensationsvernetzenden Typen muss deshalb auf eine vollständige Entfernung der Spaltprodukte geachtet werden. In dieser Hinsicht sind die meisten additionsvernetzenden Produkte wegen der Abwesenheit von zinnorganischen Verbindungen den kondensationsvernetzenden Produkten überlegen.

Die elektrischen Vulkanisateigenschaften sind weitgehend unabhängig von Konsistenz, Reaktivität, mechanischen Eigenschaften oder Vernetzungssystemen. Die meisten Verarbeitungs- und Vulkanisateigenschaften werden jedoch wesentlich von der Art des Vernetzungssystems mitbestimmt.


Man unterscheidet zwei Vernetzungssysteme:

1. Kondensationsvernetzung (KDSV-25, KDSV THX-30 und KDSV M 44709)

Die Vulkanisation von kondensationsvernetzenden Silikonkautschuken erfolgt durch Zugabe eines flüssigen oder pastenförmigen Härters zur Kautschukmasse.
Je nach Type und zugesetzter Menge des Härters ergeben sich längere oder kürzere Verarbeitungs- und Vulkanisationszeiten, wobei für jede Kautschuktype bestimmte Härter und Mengenbereiche festgelegt sind.
Wird der vorgeschriebene Mengenbereich des Härters unterschritten (Unterdosierung), kommt es zur Unter-vulkanisation: Der Kautschuk bleibt weich oder sogar klebrig; die mechanische Festigkeit ist wesentlich geringer; die Beständigkeit gegen Quellung durch Lösemittel und Gießharzbestandteile ist deutlich reduziert.

Wird der vorgeschriebene Mengenbereich des Härters überschritten (Überdosierung), liegt ein Überschuss des Vernetzers im Vulkanisat vor. Die Trennfähigkeit des Kautschuks nimmt ab. Außerdem kommt es durch Einwirkung von Luftfeuchtigkeit zu einer Nachhärtung des Vulkanisates, die zum weitgehenden Verlust seiner mechanischen Festigkeit führen kann.

Die Vulkanisation der kondensationsvernetzenden Silikonkautschuke kann bei Temperaturen zwischen 0 °C und max. 70 °C vorgenommen werden (bei Temperaturen > 80 °C kommt es zu einer Umkehrung der Vernetzungsreaktion, der sogenannten Reversion: das System bleibt oder wird wieder klebrig bis flüssig!).
Zur ordnungsgemäßen Vulkanisation werden zusätzlich zu dem im Härter enthaltenen Organozinn-Katalysator geringe Mengen an Feuchtigkeit sowohl in der Kautschukmasse als auch in der Umgebungsluft benötigt. Bei der Vernetzung entsteht als Reaktionsprodukt ein niederer Alkohol, meist Ethanol oder Propanol. Erst wenn sich der gesamte gebildete Alkohol aus dem Vulkanisat verflüchtigt hat, ist dieses einsatzfähig. Durch die Verflüchtigung des Alkohols kommt es zu einem Masseverlust, der zu einer dreidimensionalen Schrumpfung des Vulkanisates im Bereich von < 5 Volumenprozent führt.

Verdickungsadditiv C dient zur Modifizierung der Fließfähigkeit bzw. zur Standfest-Einstellung der Silikon-Typen KDSV-25 und KDSV THX-30, um z.B. bei der Herstellung von Hautformen die Silikonkautschukmasse im Streichverfahren auf nicht ebene bzw. senkrechte Formoberflächen ohne Ablaufen bzw. Absacken mittels Pinsel oder Spachtel auftragen zu können. In Abhängigkeit von der zugesetzten Menge lässt sich, je nach Bedarf, die Konsistenz der Kautschukmasse gezielt von nur verminderter Fließfähigkeit bis zur völligen Standfestigkeit einstellen.


Lagerung kondensationsvernetzender Silikonkautschuke

Kondensationsvernetzende Silikonkautschuke benötigen, wie bereits erwähnt, zur ordnungsgemäßen Vulkanisation, besonders in dickerer Schicht, geringe Mengen an Wasserdampf in der Kautschukmasse. Um ein Entweichen der bei der Herstellung zugesetzten Feuchtigkeit aus dem unvulkanisierten Kautschuk zu verhindern, müssen die Gebinde dicht verschlossen bei Temperaturenzwischen 5 und 30 °C gelagert werden.

Nach der Entnahme von Teilmengen der Kautschukmasse muss das Gebinde sofort wieder dicht verschlossen werden, darf also keinesfalls längere Zeit offen bzw. mit nur locker aufgelegtem Deckel gelagert werden. Anderenfalls kann es zu Untervulkanisation kommen, d.h. deutlich verlängerten Zeiten bis zur Entformbarkeit bzw. Klebfreiheit, verzögerter Durchhärtung in dicker Schicht und starker Haftungstendenz an der Form. Treten derartige, durch Feuchtigkeitsmangel hervorgerufene Vulkanisationsstörungen auf, kann durch eine einfache Maßnahme ein ordnungsgemäßes Vulkanisationsverhalten wieder hergestellt werden:
Dazu rührt man 1 - 2 g Wasser pro Kilogramm Kautschuk in die unvulkanisierte, noch nicht mit dem Härter versetzte Kautschukmasse ein, und lagert diese anschließend im dicht verschlossenen Gebinde mindestens 24 Stunden bei
Raumtemperatur. Dabei verdunstet das flüssige Wasser und sättigt den Kautschuk mit der benötigten Feuchtigkeit.
Die Vernetzer reagieren dagegen mit Feuchtigkeit unter Bildung eines flockigen Niederschlags. Die Härterflaschen müssen deshalb sofort nach Entnahme einer Teilmenge wieder dicht verschlossen werden. Die Lagerung sollte möglichst kühl, am besten zwischen 5 °C und 25 °C, erfolgen. Geringe Mengen des Niederschlags haben aber keine Auswirkungen auf Verarbeitungs- und Vulkanisateigenschaften.

Überlagerte Härter (älter als 6 Monate) können die Verarbeitungszeit des Silikons erheblich verkürzen! Daher sollten gelieferte Gebinde innerhalb dieses Zeitraums verarbeitet werden.


2. Additionsvernetzung (ADDV-25, ADDV-42, ADDV M 4601, ADDV M 4641 und  KNETBAR 30 Min.)

Die Vulkanisation der additionsvernetzenden Silikonkautschuke erfolgt durch Vermischen der beiden Komponenten A und B.

Die beiden Komponenten sind genau aufeinander abgestimmt und werden deshalb nur zusammen ausgeliefert, d.h. ein Einzelbezug ist nicht möglich.
Die Komponenten A und B dürfen ausschließlich im vorgeschriebenen Gewichtsverhältnis verarbeitet werden! Ein abweichendes Mischungsverhältnis A : B führt im Allgemeinen zur Untervulkanisation mit ähnlichen Folgen, wie bereits bei den
kondensationsvernetzenden Typen beschrieben.

Die Vulkanisation der additionsvernetzenden Silikonkautschuke kann bei Temperaturen zwischen 10 °C und 200 °C vorgenommen werden. Da bei der Vernetzung keine flüchtigen Reaktionsprodukte gebildet werden, kommt es weder zu einer
Umkehrung der Vernetzungsreaktion bei höheren Temperaturen noch zu einer chemischen Schrumpfung des Vulkanisates durch einen Masseverlust. Vulkanisate aus additionsvernetzenden Silikonkautschuken sind daher unmittelbar nach Entformung einsatzfähig.

Mit dem unvulkanisierten Kautschuk in Kontakt kommende, sogenannte „inhibierende“, d.h. die Vernetzung durch Reaktivitätshemmung des Platinkomplex-Katalysators störende Substanzen können jedoch den Einsatz von additionsvernetzenden
Silikonkautschuken erschweren oder sogar unmöglich machen.

Verdickungsadditiv ADDV-43 dient zur Modifizierung der Fließfähigkeit bzw. zur Standfest-Einstellung der Silikon-Typen ADDV-25, ADDV-42, ADDV M 4601 und ADDV M 4641, um z.B. bei der Herstellung von Hautformen die Silikonkautschukmasse im Streichverfahren auf nicht ebene bzw. senkrechte Formoberflächen ohne Ablaufen bzw. Absacken mittels Pinsel oder Spachtel auftragen zu können. In Abhängigkeit von der zugesetzten Menge lässt sich, je nach Bedarf, die Konsistenz der Kautschukmasse gezielt von nur verminderter Fließfähigkeit bis zur völligen Standfestigkeit einstellen.


Lagerung additionsvernetzender Silikonkautschuke

Die Komponenten der additionsvernetzenden Silikonkautschuke sollten bei Temperaturen zwischen 5 °C und 30 °C gut verschlossen gelagert werden.

Achtung! Bereits winzige Mengen des Platinkatalysators reichen aus um, falls sie -versehentlich- in die vernetzerhaltige Komponente gelangen, eine Reaktion zu bewirken. Man findet dann vulkanisierte Partikel bis zu mehreren
Zentimetern Durchmesser im unvulkanisierten Material oder es kommt möglicherweise zur Freisetzung von Wasserstoff. Eine derartige Verunreinigung mit Platinkatalysator („Kontamination“) kann bereits dann stattfinden, wenn die Gebinde von A- und B-Komponente offen nebeneinander stehengelassen werden. Daher müssen die Gebinde nach der Entnahme einer Teilmenge sofort wieder dicht verschlossen werden!

Es ist auch unbedingt darauf zu achten, dass Verarbeitungsgeräte, die jemals mit der katalysatorhaltigen Komponente oder der Mischung der beiden Komponenten in Berührung gekommen sind, keinesfalls in Kontakt mit der vernetzerhaltigen Komponente kommen! Es wird daher dringend empfohlen, die nur getrennt zu verwendenden Verarbeitungsgeräte jeweils unterschiedlich und gut sichtbar zu kennzeichnen, um Verwechslungen zu vermeiden.


Eigenschaften kondensations-und additionsvernetzender Silikonkautschuke

Tabelle
Tabelle Silikonkautschuke.jpg

Sicherheitshinweise/Sicherheitsvorkehrungen

Die in mehreren Jahrzehnten Anwendung gewonnene Erfahrung mit Silikonkautschuken hat ergeben, dass diekondensationsvernetzenden und additionsvernetzenden Kautschukmassen im Lieferzustand weder als toxisch noch als aggressiv anzusehen sind. Daher erübrigen sich besondere, über die allgemeinen arbeitshygienischen Vorschriften hinausgehende Vorsichtsmaßnahmen.

Dagegen kann der zur Verarbeitung derkondensationsvernetzenden Typen eingesetzte Vernetzer Reizerscheinungen auslösen, wenn er unverdünnt auf die Haut oder gar in die Augen gelangt. Bei besonders disponierten Personen können auch allergische Symptome auftreten. Daher sind entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen.


Weitere Hinweise

Unvulkanisierte Reste von Silikonkautschuk lassen sich problemlos mit fettlösenden Lösemitteln wie Benzin oder Aceton aus Gefäßen oder von Kleidungsstücken entfernen. Topfreste lässt man am besten vulkanisieren; danach kann man sie mühelos aus den Arbeitsgefäßen entnehmen. Bereits an- oder gar ausvulkanisiertes Material lässt sich nur mehr nach vorherigem Anquellen in einem der oben genannten Lösemittel durch mechanische Einwirkung
entfernen; ein Auflösen ist nicht mehr möglich! Dies sollte bei der Wahl einer zweckmäßigen Arbeitskleidung berücksichtigt werden.
Beim Umgang mit Lösemitteln muss für eine ausreichende Belüftung des Arbeitsplatzes gesorgt werden.


Verarbeitung

Silikonkautschuke sind hochentwickelte technische Produkte, deren Verwendung gewisse Kenntnisse erfordert, um das gesamte Leistungsvermögen der jeweiligen Type ausnützen bzw. grundsätzliche Anwendungsfehler vermeiden zu können.

Vor Beginn der Verarbeitung sollte man sich daher unbedingt davon überzeugen, dass alle notwendigen Produktinformationen vorliegen.

Achtung! Kondensationsvernetzende Kautschuke (KDSV) müssen chargenweise zueinander passend verarbeitet werden. Keinesfalls dürfen Komponenten aus einer älteren Lieferung mit Komponenten einer neuen Lieferung vermischt werden, wenn es sich nicht um die gleiche Charge handelt.
Im Zweifelsfall kann das sonst dazu führen, dass das Silikon nicht richtig, zu langsam oder zu schnell aushärtet.


Empfohlene Grundausstattung

Für die Verarbeitung kleinerer Mengen empfehlen wir folgende Grundausstattung:

  • Waage (Genauigkeit 0,1 g) oder Messgefäß oder
  • Pipette bzw. Einwegspritze
  • Saubere Mischgefäße aus Metall oder Kunststoff (am besten PE oder PP) oder Papp-Mischbecher
  • Spatel aus Metall, Holz oder Kunststoff
  • Steifer Kurzhaarpinsel
  • Mechanisches Rührgerät (z.B. Bohrmaschine mit Blattrührer)
  • Vakuumpumpe und Exsikkator
  • FettlösendesLösemittel (z.B. Benzin, Aceton, MEK)


Vorbereiten der Komponenten

Die gießbaren Massen bzw. Komponenten (ausgenommen die glasklar transparenten Typen) müssen vor jeder Entnahme einer Teilmenge aus dem Gebinde bzw. vor der Verarbeitung im Gebinde gründlich durchgerührt werden, um eine gleichmäßige Verteilung der enthaltenen Füllstoffe zu gewährleisten, die sich während der Lagerung abgesetzt haben könnten. Bei den Typen mit hoher Weiterreißfestigkeit, die bei längerer Lagerung etwas verdicken können, wird durch das Aufrühren wieder die optimale Fließfähigkeit erzielt.


Dosieren der Komponenten

Es wird dringend empfohlen, die Komponenten exakt zu dosieren, da nur bei genauer Einhaltung des Mischungsverhältnisses reproduzierbare Verarbeitungs- und Vulkanisationszeiten sowie, noch wichtiger, spezifikationsgerechte Vulkanisateigenschaften erhalten werden. Die Dosierung kann entweder über das Gewicht (Waage) oder das Volumen (Messgefäß, Pipette oder Einwegspritze) erfolgen.

Da in den Verarbeitungsunterlagen das Mischungsverhältnis meist nur in Gewichtsteilen angegeben ist, muss für die Volumendosierung zuvor das Volumenverhältnis mittels der in den Produktmerk- sowie Sicherheitsdatenblättern angeführten Dichten errechnet werden.

Achtung! Wird die Entlüftung der katalysierten Masse im Einwaagegefäß vorgenommen, muss dessen Fassungsvermögen mindestens dem vierfachen Volumen der katalysierten Kautschukmasse entsprechen (siehe unter „Entfernen der eingemischten Luft“!). Bei den kondensationsvernetzenden Silikonkautschuken führen Härter-Fehldosierungen zu folgenden Problemen:


Überdosierung

  • Verkürzte Verarbeitungszeiten (bei sehr großer Überdosierung keine Vulkanisation!)
  • Haftungstendenz auf Kontaktmaterialien (Grundierungseffekt!)
  • Drastisch erhöhte chemische Schrumpfung
  • Nachhärtung der Vulkanisate unter Einwirkung von
  • Luftfeuchtigkeit („Versprödung“)
  • Bei hoch ein- und weiterreißfesten Typen nach kurzer Zeit starker Rückgang des Weiterreißwiderstandes


Unterdosierung

  • Verzögerte Vernetzungsreaktion (im Extremfall gar keine oder keine vollständige Ausvulkanisation!)
  • Haftungstendenz auf Kontaktmaterial (Klebeeffekt!)
  • Weiche, „lappige“ Vulkanisate mit geringer mechanischer Festigkeit und stark erhöhter Quellbarkeit

Bei den additionsvernetzenden Silikonkautschuken sind die konkreten Auswirkungen einer Fehldosierung der Komponente B unterschiedlich, abhängig vom Mischungsverhältnis A : B sowie davon, in welcher Komponente sich der Vernetzer bzw. der Platin-Katalysator befindet. In jedem Fall kommt es jedoch zu einer Veränderung des optimalen Polymer/Vernetzer-Verhältnisses sowie der Katalysator-Konzentration.


Die Folgen sind:

  • Verlängerte oder verkürzte Verarbeitungszeiten (bei sehr starker Abweichung vom vorgeschriebenen Mischungsverhältnis, keine oder keine vollständige Vulkanisation!)
  • Weiche, „lappige“ Vulkanisate mit geringer mechanischer Festigkeit und stark erhöhter Quellbarkeit
  • Nachhärtung der Vulkanisate (bei Vernetzerüberschuss!)
  • Verstärkte Inhibierbarkeit (bei Katalysatormangel!)


Vermischen der Komponenten (Katalysierung)

Es ist darauf zu achten, dass die beiden Komponenten Kautschuk und Härter bei den kondensationsvernetzenden Typen völlig gleichmäßig (homogen) vermischt werden. Dies lässt sich bei den gieß- und streichbaren Produkten per Hand mit dem Spatel bzw. bei größeren Mengen mittels eines mechanischen Rührwerkes oder einer automatischen Misch- und Dosieranlage erreichen. Als Rührwerkzeuge für mechanische Rührwerke haben sich mehrfach gelochte, leicht aus der Achsenebene gekantete Blattrührer bewährt, im Fall von Hochgeschwindigkeitsrührwerken (Dissolvern) auch Zahnscheiben.

Achtung! Sind die Viskositäten der beiden zu vermischenden Komponenten deutlich verschieden, wie z.B. beim Einmischen eines flüssigen Härters in eine Kautschukmasse, dann neigt die dünnerflüssige Komponente dazu, sich an der Wand des Mischgefäßes anzureichern. Um eine örtliche Überkonzentration mit ihren negativen Folgen (ungleichmäßige Ausvulkanisation, Inhomogenitäten) zu vermeiden, muss die Gefäßwand während des gesamten Mischvorganges mit einem Spatel in kurzen Abständen abgestreift werden, auch bei einer Vermischung mit Hilfe eines mechanischen Rührwerkes!


Entfernen der eingemischten Luft

Durch die Vermischung von Masse und Härter bzw. der beiden Komponenten A und B unter Luftzutritt wird zwangsläufig eine bestimmte Menge Luft in die Kautschukmasse eingetragen. Nur in wenigen Fällen ist aber die Viskosität der katalysierten Mischung so niedrig, dass sich innerhalb der jeweiligen Verarbeitungszeit eine vollständige bzw. ausreichende Selbstentlüftung der Kautschukmasse ergibt. Zur Erzielung völlig luftblasenfreier Vulkanisate müssen daher gießbare, d.h. fließfähige Mischungen (Viskositätswerte bis 200.000 mPa.s) unter vermindertem Druck (10 - 20 mbar!) in einem Exsikkator oder Vakuumschrank entlüftet (evakuiert) werden.
Da sich die katalysierte Masse während des Evakuierens sehr stark ausdehnt, darf das verwendete Gefäß nur zu höchstens einem Viertel seines Gesamtvolumens mit dieser gefüllt werden, um eine maximale Expansion der Kautschukmasse zu erlauben und damit die kürzestmögliche Entlüftungszeit zu gewährleisten. Während des Evakuierens steigt die Masse zunächst hoch und fällt dann, bei ausreichendem Volumen des Mischgefäßes, von selbst zusammen, bevor der Gefäßrand erreicht wird. Droht die Masse dennoch überzulaufen, muss kurz belüftet werden, wobei dieser Vorgang so oft zu wiederholen ist, bis die Masse bei vollem Vakuum in sich zusammenfällt. Kurz darauf wird das Evakuieren
abgebrochen.
Die gesamte Dauer des Evakuiervorganges sollte 5 Minuten nicht überschreiten. Es sollte keinesfalls so lange evakuiert werden, bis sich keine Blasen mehr bilden, da in diesem Fall für die ordnungsgemäße Vulkanisation notwendige flüchtige Bestandteile entfernt werden könnten. Außerdem geht durch zu langes Evakuieren Verarbeitungszeit verloren.

Im Gegensatz zu Gießmassen können höherviskose Streichmassen nicht durch Evakuieren entlüftet werden. In diesem Fall sollte entweder versucht werden, die Luftbläschen durch intensives Rühren klein und damit wenig störend zu halten, oder aber man bringt auf die Kontaktflächen (die abzuformende Oberfläche) zuerst eine dünne, blasenfreie Schicht einer Gießmasse auf, lässt diese leicht anvulkanisieren (nicht bis zur Klebfreiheit!) und appliziert dann erst die luftblasenhaltige Streichmasse.


Applikation

Gießbare Silikonkautschuke werden- nach dem Entlüften im Vakuum- aus möglichst geringer Höhe in dünnem Strahl auf- bzw. eingegossen.

Falls keine Evakuiermöglichkeit besteht, wird ein gewisser Entlüftungseffekt erreicht, wenn die Masse aus größerer Höhe in möglichst dünnem Strahl gegossen wird. Sollen jedoch völlig blasenfreie Kontaktflächen erzielt werden oder handelt es sich um eine streichbare Type, wird zuerst eine dünne Schicht katalysierte Gießmasse mit Hilfe eines steifen Kurzhaarpinsels luftblasenfrei aufgetragen. Nachdem diese Schicht leicht anvulkanisiert, aber noch klebrig ist, wird ein gießbares System, wie oben beschrieben, aufgegossen, eine streichbare Type mit einem Spatel aufgestrichen. Knetmassen werden von Hand oder mittels einer Walze appliziert.


Verarbeitungs- und Vulkanisationszeit

Die Verarbeitungs- oder Topfzeit, also jene Zeitspanne, innerhalb der sich die katalysierte Kautschukmasse noch gut verarbeiten lässt, hängt sowohl bei den kondensations- wie auch den additionsvernetzenden Typen stark von der Temperatur ab. Durch Erwärmen der Masse verkürzt, durch Abkühlen verlängert sich der Verarbeitungsspielraum wesentlich. Als Faustregel gilt eine Halbierung bzw. Verdoppelung der Topfzeit bei einer Erwärmung bzw. Abkühlung um etwa 7 °C.
Die beginnende Vulkanisation macht sich durch einen zunehmenden Anstieg der Viskosität (Verdickung, Abnahme der Fließfähigkeit bzw. der Plastizität) bemerkbar. Daher sollte der gesamte Topfzeitspielraum nicht vollständig ausgenutzt werden. Vielmehr sollte die katalysierte Masse in möglichst niedrigviskosem, d.h. dünnflüssigem bzw. weichpastösem Zustand angewendet werden. Auch die Vulkanisationszeit hängt, bei den kondensationsvernetzenden weniger, bei den additionsvernetzenden Typen jedoch sehr stark von der Temperatur ab.
Man unterscheidet die Zeit bis zur Klebfreiheit des Vulkanisates, nach der z.B. entformt werden bzw. das vergossene oder beschichtete Teil ohne Beschädigung manipuliert werden kann, und die Zeit bis zur vollständigen Ausvulkanisation. Letztere kann, je nach Temperatur, von wenigen Minuten bei additionsvernetzenden bis zu mehreren Monaten bei kondensationsvernetzenden den Produkten reichen. So lange die Vulkanisation nicht vollständig abgeschlossen ist, können längerdauernde
Verformungen des Vulkanisates durch Nachvernetzung zu bleibenden Verformungen führen!

Wird die Vulkanisation durch Anwendung höherer Temperaturen beschleunigt (Achtung! Bei kondensationsvernetzenden Typen dürfen 70 °C wegen der Gefahr einer Reversion des Vernetzungsprozesses nicht überschritten werden!), kommt es beim Abkühlen des Vulkanisates zu einer thermischen Volumen-Schrumpfung, entsprechend dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kautschuks. Je nachdem, ob die thermische Ausdehnung des Kautschuks im unvernetzten oder vernetzten Zustand erfolgt, was u.a. von der Topfzeit abhängt, kann es beim Abkühlen auf Raumtemperatur zu Verzerrungen der Vulkanisationsgeometrie kommen. Dies gilt sowohl für kondensations- (hier kommt noch die chemische
Schrumpfung hinzu!) als auch für additionsvernetzende Produkte. Ist höchste Maßgenauigkeit gefordert, muss daher entweder die Vulkanisation bei der späteren Einsatztemperatur des Kautschuks vorgenommen, oder aber die Dimensionsänderung durch Berechnung oder Vorversuche ermittelt und entsprechend berücksichtigt werden.


Vulkanisationsstörungen

Kondensationsvernetzende Silikonkautschuke benötigen für eine schnelle und vollständige Aushärtung geringe Mengen an Feuchtigkeit. Informationen zum Fall eines Feuchtigkeitsmangels in der Kautschukmasse finden Sie unter „Lagerung“.

Enthält die Umgebungsluft weniger als 40 % relative Feuchtigkeit, können die der Luft zugewandten Vulkanisatoberflächen klebrig bis flüssig bleiben. In diesem Fall muss der Feuchtigkeitsgehalt der Raumluft durch geeignete Maßnahmen (Verdunster, Zerstäuber, feuchte Tücher) entsprechend angehoben werden, was sich leicht mittels eines Hygrometers kontrollieren lässt. Ein Wasserzusatz zur Masse stellt in diesem Fall keine geeignete Maßnahme dar!

Bei den additionsvernetzenden Silikonkautschuken kann es durch eine Reihe von Substanzen oder Werkstoffen, die die Funktion des Platin-Komplexkatalysators beeinträchtigen, im Falle eines Kontaktes mit der unvulkanisierten Mischung zu Vulkanisationsstörungen kommen, auch „Inhibierung“ genannt. Diese Substanzen können sich sowohl an der Oberfläche eines mit der Kautschukmasse in Kontakt kommenden Substrates (Modell, Mischwerkzeug etc.) als auch in der Umgebungsluft befinden, u.a. in Temperöfen oder Wärmeschränken, in denen Gießharze ausgehärtet wurden, die inhibierende Stoffe freisetzen.


Die wichtigsten dieser inhibierenden Stoffe sind:

  • Schwefel, bestimmte Schwefelverbindungen wie Polysulfide und Polysulfone sowie andere schwefelhaltige Stoffe wie Natur- und bestimmte Synthesekautschuke (u.a. EPDM)
  • Amine, Urethane und aminhaltige Stoffe wie aminge-härtete Epoxydharze, bestimmte Polyurethane etc.
  • Organometall- speziell Organozinn-Verbindungen und solche Substanzen enthaltende Stoffe wie z.B. Vulkanisate und Härter kondensations-vernetzender Silikonkautschuke
  • Diverse natürliche und synthetische Öle, Fette, Wachse und Harze sowie solche Substanzen ent-haltende Stoffe wie z.B. viele Trennmittel und fast alle Plastillinsorten

Es wird daher dringend empfohlen, über entsprechende Vorversuche abzusichern, dass die mit dem unvulkanisierten additionsvernetzenden Kautschuk in Berührung kom-menden Materialien keine Inhibierung verursachen. Flüssige Anteile, klebrige oder deutlich weichere Vulkanisatoberflächen im Kontaktbereich oder eine deutlich verzögerte Ausvulkanisation weisen auf das Vorliegen einer Inhibierung hin.


Vorbereitung des Vulkanisates

Vor dem ersten Einsatz eines vulkanisierten Silikonkautschukes müssen je nach Vernetzungssystem, Vulkanisations- und Einsatzbedingungen im einzelnen Fall bestimmte Voraussetzungen erfüllt bzw. spezielle Maßnahmen getroffen werden:
Vulkanisate kondensationsvernetzender Kautschuke müssen absolut frei sein vom bei der Vernetzungsreaktion gebildeten flüchtigem Alkohol, bevor sie:

  • Dauernd verformt werden, z.B. als Dichtung; anderen-falls kommt es zu einem Druckverformungsrest von bis zu 100 %, d.h. es ist kein Rückstellvermögen mehr vorhanden
  • Auf Temperaturen über 90 °C erhitzt werden, da sonst Reversion eintritt, d.h. eine Umkehrung der Vernetzungsreaktion, die zur Erweichung bis Verflüssigung des Kautschuks innerhalb dickerer Schichten bzw. im geschlossenen System führt
  • Alkoholdampfdicht verschlossen werden, z.B. im gekapselten Elektroverguss, da es sonst zu massiver Metall- und Kunststoffkorrosion kommt, als Langzeiteffekt auch bei Raumtemperatur
  • Mit chemisch aggressiven oder physikalisch quel-lenden Agentien in Kontakt gebracht werden, z.B. als Formen zur Gießharzverarbeitung, da daraus sonst eine drastische Erniedrigung der erreichbaren Abformzahlen resultiert


Die Alkoholfreiheit frischer kondensationsvernetzter Vulkanisate lässt sich entweder durch mehrtägige Lagerung bei Raumtemperatur (Faustregel: ca. 24 Stunden je cm Schichtdicke bis zur nächstliegenden freien Oberfläche) oder mehrstündige Lagerung bei maximal 70 °C (Faustregel: ca. 6 Stunden je cm Schichtdicke bis zur nächstliegenden freien Oberfläche) erreichen, wobei das Vulkanisat offen, mit möglichst großer freier Oberfläche gelagert werden sollte.

Vulkanisate additionsvernetzender Kautschuke enthalten kein Reaktionsprodukt und sind deshalb im Prinzip sofort nach vollständiger Vernetzung einsatzfähig. Da dieser Vorgang bei Raumtemperatur jedoch ebenfalls einige Tage dauern kann, empfiehlt sich eine anschließende mehrstündige Wärmebehandlung bei 100 °C, um die Vernetzung abzuschließen, insbesondere dann, wenn ein möglichst niedriger Druckverformungsrest gefordert wird. Generell lässt sich sagen, dass sich eine mehrstündige Wärmebehandlung, zumindest bei der künftigen Einsatztemperatur, maximal aber bei 180 °C, sowohl für alkoholfreie kondensations- wie auch für additionsvernetzende Vulkanisate im Hinblick auf das Erreichen ihrer höchstmöglichen Leistungsfähigkeit als günstig erwiesen hat.


Verkleben mit verschiedenen Materialien

Bereits vulkanisierte Silikonkautschuke lassen sich mit Hilfe von unter Einwirkung von Luftfeuchtigkeit ausvulkanisierenden Silikonkautschuk-Klebern mit anderen Werkstoffen verbinden. Besonders bewährt haben sich dafür die Produkte ELASTOSIL® E 4 (standfest) und ELASTOSIL® 43 (fließfähig).

Zur Verklebung wird der Einkomponenten-Kautschuk dünn auf die vorbehandelte und entsprechend grundierte Werkstoff-Haftfläche sowie auf die mit Aceton oder Benzin gereinigte Silikonkautschuk-Vulkanisatober-fläche aufgetragen, worauf beide Teile ohne Wartezeit zusammengefügt werden. Durch seitliches Verschieben kann die Passung, falls erforderlich, noch korrigiert werden. Der seitlich herausquellende, überschüssige Kleber wird anschließend abgestreift. Bereits nach 1 - 2 Stunden ist meist eine gute Haftung gegeben, wobei allerdings die Schichtdicke des Kautschukvulkanisates, der Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft und die Temperatur einen starken Einfluss auf die Vulkanisationszeit des Klebers ausüben. Der bei der Vernetzung der ELASTOSIL® E-Typen auftretende Geruch nach Essigsäure verschwindet nach abgeschlossener Vulkanisation vollständig.

Sollen Silikonkautschuk-Vulkanisate miteinander verklebt werden, so bestreicht man die mit Aceton oder Benzin gereinigten Haftflächen jeweils mit einer möglichst dünnen Schicht ELASTOSIL® E 4 oder ELASTOSIL® 43 und fügt sie ohne Wartezeit zusammen. Im Übrigen gilt das bereits beim Verkleben von RTV-2 Silikonkautschuk-Vulkanisaten mit Nicht-Silikon-Werkstoffen erwähnte.