Silikon-Kautschuk

Silikon-Kautschuk ist der Sammelbegriff für eine Vielzahl von Elastomeren, die, ausgehend von Dimethyldichlorsilan, durch Polykondensation von entsprechenden Folgeprodukten entstehen. Anders als bei organischen Kautschuken besteht die Molekülhauptkette bei den Silikonelastomeren nicht aus Kohlenstoff, sondern setzt sich stattdessen aus alternierenden Sauerstoff- und Siliziumatomen zusammen. Die Vulkanisation von VMQ erfolgt üblicherweise mit Peroxiden. Zur Stabilisierung ihrer mechanischen Eigenschaften müssen die Vulkanisate getempert werden.

Silikon-Kautschuk bietet eine gute Temperaturbeständigkeit bis 225 °C, gute Kälteflexibilität bei Tieftemperaturen und eine gute Ozon- und Witterungsbeständigkeit.

Die RADO verfügt über das Know-how alle Silikon-Compounds nach der Herstellung zu strainern.

Seine Gasdurchlässigkeit bei Raumtemperatur ist höher als bei anderen Kautschuken, die elektrischen Isoliereigenschaften sehr gut und seine physiologische Inertheit hoch.

Aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften dienen Silikon-Kautschuke als Basis für unterschiedlichste Erzeugnisse, beispielsweise Schläuche und Dichtungen für den Automotive-Bereich oder Produkte zur Lebensmittelverarbeitung, zum Backen und zum Kochen. In Sportbekleidung und Schuhen ist VMQ ebenso zu finden wie in elektrischen Geräten und in der Medizintechnik. Im Heimwerkerbereich kommt er darüber hinaus in Form von Silikon-Dichtstoffen zur Anwendung.

Silikon-Kautschuk - der Aufbau bestimmt die Eigenschaften

Silikon-Kautschuk unterscheidet sich von anderen Elastomeren dadurch, dass es sich nicht um rein organische Verbindungen handelt. Anders als die Kohlenstoff-Polymerkette der herkömmlichen Elastomere besteht die Silikon-Polymerkette aus abwechselnd angeordneten Silizium- und Sauerstoffatomen (Siloxane). Silikonelastomere enthalten verstärkende Substanzen und Füllstoffe, deren Art und Menge die mechanischen und chemischen Eigenschaften der durch die Vernetzung entstehenden Vulkanisate in großem Maße beeinflussen.

Herstellung von Silikon-Kautschuk

Silikon-Kautschuk wird durch Polykondensation hergestellt. Ausgangspunkt hierfür ist Dimethyldichlorsilan. Durch Einbau von Vinyl-, Methyl-, Phenyl- oder Fluoralkylgruppen erhalten die jeweiligen Silikonkautschuktypen ihre speziellen Eigenschaften. Hiernach werden auch die in der Praxis eingesetzten Silikonpolymere unterschieden:

  • MQ oder Polydimethylsiloxan (PDMS) : An das Siloxangerüst sind zwei Methylgruppen angebunden.
  • VMQ: Bei einem Polydimethylsiloxan wurden die Methylgruppen zum Teil durch Vinylgruppen ersetzt.
  • PVMQ: Die Methylgruppen eines VMQ wurden teilweise durch Phenylgruppen ersetzt.
  • FVMQ: Die Methylgruppen eines VMQ wurden teilweise durch Fluorsubstituenten ersetzt.

Ein wichtiges Merkmal zur Klassifizierung von Silikonen ist ihre Viskosität, nach der zwischen flüssigem und festem Silikon-Kautschuk unterschieden wird. Festsilikon-Kautschuk, auch als HTV (= hochtemperaturvernetzt) bezeichnet, ist charakterisiert durch Polymere mit höherem Molekulargewicht und längere Polymerketten. Beim Flüssigsilikon-Kautschuk sind die Polymerketten kürzer, woraus bessere Fließeigenschaften resultieren. Das Molekulargewicht der einzelnen Polymere ist niedriger als beim Festkautschuk.

Materialvorteile von Silikonelastomeren

Silikon-Kautschuk unterscheidet sich von anderen Elastomeren durch sein einzigartiges Eigenschaftsprofil. Besonders hervorzuheben sind dabei charakteristische Merkmale, die sich unmittelbar aus der Polymer- und Füllstoffstruktur ergeben und sich nicht durch Additive oder eine spezielle Oberflächenbehandlung erzielen lassen.

Silikonelastomere bieten:

  • gute Temperaturbeständigkeit bis 260 °C,
  • gute Tieftemperaturbeständigkeit bis – 100°C
  • nahezu temperaturunabhängige Flexibilität und Elastizität,
  • herausragende Witterungs- und UV-Beständigkeit,
  • hohe Lebensdauer auch unter mechanisch und chemisch ungünstigen Bedingungen,
  • elektrisch isolierend,
  • Geruchs- und Geschmacklosigkeit,
  • flexibel und einfach in Herstellung und Handhabung.

Im Vergleich zu anderen Elastomeren zeigt Silikon-Kautschuk eine außergewöhnliche Reinheit und eignet sich daher besonders für eine Verwendung im Lebensmittel- und Medizinsektor.

Lagerung von Silikon-Kautschuk - was ist zu beachten?

Bei sachgemäßer Lagerung ist Silikon-Kautschuk bis zu zwölf Monate lang lagerbar. Allerdings kann die Mooney-Viskosität im Laufe der Zeit ansteigen. Ursache hierfür ist das Bestreben von Polymer und Füllstoff, eine verstärkte Wechselbeziehung einzugehen. Dies ist jedoch jederzeit reversibel. Überlagerter Silikon-Kautschuk lässt sich meist durch Replastizieren auf einem Walzwerk wieder verarbeitbar machen. In schweren Fällen kann zusätzlich der Einsatz einer Mastizierhilfe erforderlich sein.

Allgemeine Hinweise zur Lagerung von Silikon-Kautschuk:

  • in geschlossenen Gebinden bei Temperaturen von 0 bis 30 °C lagern,
  • nicht der prallen Sonne aussetzen,
  • Festkautschuk getrennt von organischem Kautschuk und Vernetzerchemikalien aufbewahren,
  • beim Öffnen von Flüssigkautschukgebinden darauf achten, dass kein Schmutz auf die Materialoberfläche gelangt.

Vernetzung von Silikon-Kautschuk

Abhängig von ihrer Vernetzungsart werden Silikone in zwei große Gruppen eingeteilt:

  • additionsvernetzende Silikone und
  • kondensationsvernetzende Silikone.

Additionsvernetzender Silikon-Kautschuk

Additionsvernetzende Silikone bestehen aus einem 1K- oder 2K-System. Das Zwei-Komponenten-Silikone wird kurz vor der Verarbeitung vermischt und kann je nach Rezeptierung schon bei Raumtemperatur ohne die Entstehung von Reaktionswärme vernetzen (vulkanisieren>. Sie härten zu Silikonelastomeren aus, die sich unter anderem durch physiologische und toxikologische Unbedenklichkeit, hohe Elastizität, relativ hohe Temperaturbeständigkeit, höchste Maßtreue nach der Ausvernetzung und selbsttrennende Eigenschaften auszeichnen.
Das Ein-Komponenten-System steht ohne weitere Vermischung zur Verarbeitung bereit, ist aber in der Lagerfähigkeit begrenzt.

Peroxidische Vernetzung von Silikon-Kautschuk

Bei der Peroxidvernetzung werden organische Peroxide eingesetzt. Sie zerfallen bei erhöhter Temperatur in hochreaktive Radikale, welche die chemische Vernetzung der Polymerketten bewirken. Dadurch entsteht ein hochelastisches dreidimensionales Netzwerk.

Kondensationsvernetzender Silikon-Kautschuk

Die Kondensationsvernetzung ist immer mit einem starken Schrumpf (bis 3 Prozent) des Materials verbunden. Eingeleitet wird der Vernetzungsprozess durch Zugabe eines Härters. Während der Vulkanisation werden Spaltprodukte freigesetzt, bei denen es sich größtenteils um kurzkettige Alkohole, meist Propanol oder Ethanol handelt. Zwar sind kondensationsvernetzende Silikone in aller Regel preiswerter in der Anschaffung, dafür haben sie jedoch eine verhältnismäßig lange Topfzeit, eine sehr hohe Schrumpfrate und sind durch die austretenden Abfallprodukte gesundheitsschädlich.

Verarbeitungsmöglichkeiten für Silikon-Kautschuk

Mit welchem Verfahren Silikonelastomere verarbeitet werden, richtet sich unter anderem danach, welche mechanischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften die Vulkanisate aufweisen sollen, ob es sich um Flüssig- oder Festsilikon-Kautschuk handelt, ob die Teilegeometrie einfach oder komplex ist und welche Stückzahl produziert werden soll. Während sich für komplizierte Teilegeometrien und hohe Stückzahlen beispielsweise der Spritzguss empfiehlt, eignet sich zur Herstellung von Endlosartikeln die Extrusion besser.

Formpressverfahren

Formpressverfahren, bei denen Festsilikon-Kautschuk unter Druck und hohen Temperaturen in Formen vulkanisiert, kommen für ein breites Anwendungsspektrum zum Einsatz. Als Hauptverfahren bieten sich das Compression- und das Transfer- Molding an. Die Vulkanisationszeit richtet sich nach der Temperatur der Ausgangsmaterialien, der Werkzeugtemperatur und der Dicke der Formteile.

Extrusion

Bei der Extrusion wird der Kautschuk durch eine formgebende Düse gepresst und anschließend vulkanisiert. Der dafür erforderliche Druck wird mithilfe einer Förderschnecke erzielt, in der das Ausgangsmaterial homogenisiert, entlüftet und verdichtet wird. Im Extrusionsverfahren entstehen beispielsweise Schläuche, Rundschnüre und Flachbänder.

Spritzguss

Geht es um große Stückzahlen und eine konstant hohe Produktqualität, ist das Spritzgießen das Verfahren der Wahl. Der Spritzguss liefert vollautomatisch fast nachbearbeitungsfreie Vulkanisate in hoher Formgenauigkeit und ermöglicht dadurch deutlich kürzere Produktionszyklen als die zuvor genannten Methoden. Die höheren Werkzeug- und Maschinenkosten werden in der Regel durch die hohe Produktivität ausgeglichen.

Anwendungsmöglichkeiten für Silikonelastomere

Das Einsatzspektrum für Silikone ist nahezu unüberschaubar. Da diese Elastomere biologisch neutral sind, haben sie mittlerweile in fast jedem Bereich des täglichen Lebens Einzug gehalten.

Silikone in der Automobilindustrie

Im Fahrzeugbau findet sich Silikon-Kautschuk vor allem in Form von Dichtungen, beispielsweise:

  • Motorabdichtungen,
  • Zylinderkopfdichtungen,
  • Ölfilterdichtungen,
  • Ölwannenabdichtungen,
  • Kühlerdichtungen,
  • Getriebe- und Achsabdichtungen.
  • Auspuffaufhängung
  • Schwingungstilger

Es werden aber auch Schläuche wie Turbolader-Schläuche und Kühler-Schläuche, Unterdruckmembranen, Torsionsschwingungsdämpfer und Ummantelungen für Zündkabel daraus hergestellt.

Silikone in der Bauindustrie

Im Baugewerbe dienen Silikone beispielsweise als Dichtstoff zum Befüllen von Fugen, werden aber auch als Beschichtungsmasse für Gewebe oder zum Herstellen von Abform- und Vergussmassen verwendet.

Silikone in der Medizin- und Pharmaindustrie

Die Zahnmedizin nutzt Flüssigsilikon-Kautschuke, um exakte Abdrücke und Präzisionsmodelle von Zähnen und Kiefern herzustellen. Darüber hinaus dienen Silikone als Füllungen oder Implantate.

In der Orthopädie kommen Silikonelastomere bei der Herstellung von Linern oder Protheseninnenschäften und zur Fertigung von Exoprothesen zur Anwendung.

Silikone dienen außerdem als Grundlage für:

  • Schläuche,
  • Katheter,
  • Beatmungsbälge,
  • Herzschrittmacher und
  • Herzklappenventile.

Sonstige Verwendung von Silikonelastomeren

Silikon-Kautschuk ist der gängigste Werkstoff für die Beschichtung von Walzen. Ein besonderer Vorteil besteht hierbei in der einfachen Handhabung. Leichte Defekte können in der Regel ohne Walzenausbau repariert werden, während sich bei größeren Schäden die gesamte Ummantelung schnell und kostengünstig erneuern lässt. Da Silikon-Kautschuk gut aufschäumbar ist, dient er außerdem als Ausgangsmaterial für Schäume wie Moosgummi-Schaumstoff.

Rolf Müller
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