Das Silikonkautschuk-Spritzgussverfahren

Flüssigsilikonkautschuk (LSR) Spritzguss ist ein Verfahren zur Herstellung biegsamer, langlebiger Produkte in großen Stückzahlen.

Flüssigsilikonkautschuk ist ein hochreines, platingehärtetes Silikon mit niedrigem Druckverformungsrest, großer Stabilität und der Fähigkeit, extremen Hitze- und Kältetemperaturen standzuhalten. Es eignet sich ideal für die Herstellung von Teilen, bei denen es auf hohe Qualität ankommt. Aufgrund der duroplastischen Beschaffenheit des Materials erfordert das Spritzgießen von Flüssigsilikon eine spezielle Behandlung, wie z. B. intensives Verteilungsmischen, wobei das Material auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird, bevor es in den beheizten Hohlraum gedrückt und vulkanisiert wird.

Chemisch gesehen handelt es sich bei Silikonkautschuk um eine Familie duroplastischer Elastomere, deren Grundgerüst aus abwechselnden Silizium- und Sauerstoffatomen sowie Methyl- oder Vinylseitengruppen besteht. Silikonkautschuke machen etwa 30 % der Silikonfamilie aus und sind damit die größte Gruppe dieser Familie. Silikonkautschuke behalten ihre mechanischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich bei und das Vorhandensein von Methylgruppen in Silikonkautschuken macht diese Materialien extrem hydrophob und eignet sich daher für elektrische Oberflächenisolierungen.

Typische Anwendungen für flüssigen Silikonkautschuk sind Produkte, die eine hohe Präzision erfordern, wie z. B. Dichtungen, Dichtungsmembranen, elektrische Steckverbinder, mehrpolige Steckverbinder, Säuglingsprodukte, bei denen glatte Oberflächen erwünscht sind, wie z. B. Flaschensauger, medizinische Anwendungen sowie Küchenartikel wie Backwaren Pfannen, Spatel usw. Oft wird Silikonkautschuk auf andere Teile aus anderen Kunststoffen aufgegossen. Beispielsweise könnte eine Tastenoberfläche aus Silikon auf ein Gehäuse aus Nylon 6,6 aufgeformt werden.

1. Der Liquid-Injection-Molding-Prozess (LIM) beginnt mit einer zweiteiligen flüssigen Silikonmischungsformel (A- und B-Teile), die in einem festen Verhältnis, typischerweise 1:1, aus Materialfässern oder -eimern durch eine hydraulische oder pneumatische Dosierpumpe gefördert wird System zu einem statischen Mischer. Flüssigsilikonkautschuke werden normalerweise in Fässern geliefert. Aufgrund ihrer niedrigen Viskosität kann das Material durch Rohrleitungen und Schläuche zu Vulkanisationsgeräten gepumpt werden.

Die Form wird normalerweise durch in der Form fließendes Wasser oder durch elektrische Heizgeräte erhitzt. Zusätzlich kann ein Kaltkanalsystem eingesetzt werden, um das vorzeitige Aushärten des fließenden Silikons in den Kanälen oder in deren Umgebung zu verhindern. Der statische Mischer vermischt die beiden Komponenten zu einer homogenen Suspension; Dieser Mischvorgang aktiviert das Platin-Härtungssystem der Verbindung.

2. Das flüssige Silikonmaterial aus dem Statikmischer fließt zur Einspritzeinheit. Das LSR-Material wird dann über ein Anguss- und Anschnittsystem in den Formhohlraum eingespritzt, wo es unter hohem Druck und erhöhter Temperatur in der Form gehalten wird, bis das Material ausgehärtet ist (Gummi vulkanisiert). Die Zykluszeit wird so festgelegt, dass ein optimaler Aushärtungsgrad erreicht wird. Am Ende des Zyklus werden die Teile aus den Kavitäten entnommen bzw. ausgeworfen und der nächste Zyklus beginnt. Im zweiten Schritt wird das Werkzeug durch eine Schließmaschine geschlossen und der Einspritzvorgang beginnt.

Damit der Flüssigspritzgussprozess vollständig ablaufen kann, müssen mehrere mechanische Komponenten vorhanden sein. Typischerweise erfordert eine Formmaschine eine dosierte Pumpvorrichtung in Verbindung mit einer Einspritzeinheit – ein dynamischer oder statischer Mischer ist angeschlossen. Ein integriertes System kann zu Präzision und Prozesseffizienz beitragen. Zu den kritischen Komponenten einer Flüssigkeitsspritzgießmaschine gehören:

Einspritzdüsen. Eine Einspritzvorrichtung ist dafür verantwortlich, das flüssige Silikon unter Druck zu setzen, um die Einspritzung des Materials in den Pumpbereich der Maschine zu unterstützen. Druck und Injektionsrate können nach Ermessen des Bedieners angepasst werden.

Dosiereinheiten. Dosiereinheiten pumpen die beiden primären flüssigen Materialien, den Katalysator und das basisbildende Silikon, und stellen so sicher, dass die beiden Materialien ein konstantes Verhältnis beibehalten und gleichzeitig abgegeben werden.

Liefertrommeln. Vorratsfässer, auch Kolben genannt, dienen als Primärbehälter zum Mischen von Materialien. Sowohl die Vorratsfässer als auch ein Pigmentbehälter sind an das Hauptpumpsystem angeschlossen.

Mixer. Ein statischer oder dynamischer Mischer kombiniert Materialien, nachdem sie die Dosiereinheiten verlassen haben. Nach dem Mischen wird die Mischung mit Druck in eine dafür vorgesehene Form gepresst.

Düse. Um das Auftragen der Mischung in die Form zu erleichtern, wird eine Düse verwendet. Oft ist die Düse mit einem automatischen Absperrventil ausgestattet, um ein Auslaufen und Überfüllen der Form zu verhindern.

Formklemme. Eine Formklemme sichert die Form während des Spritzgussvorgangs und öffnet die Form nach Abschluss.

Mit der Spritzgießmaschine mit dieser Ausstattung kann die Einspritzung entweder unter atmosphärischem Druck (ein effizientes Belüftungssystem ist erforderlich) oder unter Vakuumbedingungen erfolgen. Die Einspritzzeit richtet sich nach dem Einspritzdruck, bestimmt durch das herzustellende Produkt und den Silikoneigenschaften, wie z. B. der Viskosität. Letzteres hängt sowohl von der während der Strömung zunehmenden Schergeschwindigkeit als auch von der Temperatur ab.

Sobald die Form mit Silikon gefüllt ist, wird die Formtemperatur erhöht, um den Vernetzungsprozess des Silikonkautschuks zu beschleunigen, was zu einer Materialumwandlung vom flüssigen in den festen Zustand führt; Dieser Schritt wird als Aushärtephase bezeichnet. Der Zeitpunkt der Aushärtung hängt von der jeweiligen Silikonsorte und natürlich vom jeweiligen Produkt ab. Dies ist ein weiterer kritischer Schritt in der Verarbeitung, da aufgrund des exothermen Effekts einer Aushärtungsreaktion und der hohen Wärmeausdehnung von Silikon eine Überhitzung des Materials und ein erheblicher Druckanstieg im Inneren der Form beobachtet werden können.

Der letzte Schritt des Spritzgussprozesses von Silikonkautschuk ist das Abkühlen des Produkts in der Form, gefolgt von der Entformung des Produkts und der abschließenden Abkühlung bei Umgebungsbedingungen.

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