Steinbeis-Experten entwickeln den neuen Ansatz in der Vernetzung von Flüssigsilikonkautschuk im Spritzgießprozess mit
Die Bedeutung des in den 1970er-Jahren entwickelten Liquid Silicone Rubber (LSR), zu Deutsch Flüssigsilikonkautschuk, hat in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen. Grund dafür sind die gleichbleibenden mechanischen sowie elektrischen Eigenschaften über einen großen Temperaturbereich hinweg, die gute Alterungs-, UV-, Ozon- und Chemikalienbeständigkeit sowie die Biokompatibilität. Das Expertenteam der Hochschule Esslingen und des Steinbeis-Transferzentrums Kunststoffcenter hat nun eine innovative Methode entwickelt, mit der die Vernetzung von LSR während des Spritzgießprozesses in Echtzeit und mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmt werden kann. Diese innovative Erfindung verkürzt nicht nur Produktionszeiten erheblich, sondern stellt auch sicher, dass die hergestellten Bauteile eine optimale Vernetzung aufweisen und höchsten Qualitätsstandards genügen.
Mit zwei Spritzgießmaschinen für die Verarbeitung von Flüssigsilikonkautschuk und 2K-Verbundbauteilen ist das Steinbeis-Transferzentrum Kunststoffcenter für die LSR-Forschung gut aufgestellt.
Dank seiner Eigenschaften kann LSR beispielsweise für Dichtungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, als Kabelisolierung für die Elektroindustrie, für Backformen in der Lebensmittelindustrie oder auch für medizinische Implantate und Geräte eingesetzt werden. Hinzu kommen hervorragende optische Eigenschaften, die den Einsatz in LED und Matrixscheinwerfern ermöglichen. Zu diesen herausragenden Anwendungseigenschaften kommen Vorteile bei der Verarbeitung hinzu. So lässt sich LSR in kurzen Zykluszeiten, teilweise ohne Nachvulkanisieren, im Spritzgießprozess präzise verarbeiten und hat bei Raumtemperatur dennoch eine lange Topfzeit von über drei Tagen.
Kosten sparen und Qualität verbessern
Das Steinbeis-Transferzentrum Kunststoffcenter beschäftigt sich intensiv mit LSR, dessen Eigenschaften sowie der Verarbeitung im Spritzgießprozess und hat einen neuen Ansatz entwickelt, um die Vernetzung von Flüssigsilikonkautschuk während des Spritzgießprozesses präzise bestimmen zu können. Die wissenschaftliche Basis dafür bietet die analytische Untersuchung der Werkzeuginnendruckkurve während des Spritzgießprozesses, die von den Experten der Hochschule Esslingen durchgeführt und durch die Baden-Württemberg Stiftung im Rahmen des Forschungsprogramms „Biofunktionelle Materialien und Oberflächen“ finanziert worden ist. Hierbei gelang es den Forschenden, den für die Vernetzung entscheidenden Punkt im Verlauf des Werkzeuginnendrucks zu identifizieren. An diesem Punkt überlagert sich die vernetzungsbedingte Dichtezunahme des Flüssigsilikons mit dessen Wärmeausdehnung. Die präzise Bestimmung dieses Knickpunkts aus der Werkzeuginnendruckkurve ermöglicht eine genaue Einschätzung darüber, wann das Material im Werkzeug vollständig vernetzt ist. Durch Vergleichsmessungen mit der dynamischen Differenzkalorimetrie konnte das Steinbeis-Team eine übereinstimmende Verbindung zwischen den Knickpunkten der Werkzeuginnendruckkurven und den Vernetzungsverläufen nachweisen.
Die Vorteile dieser Innovation sind wegweisend: Zunächst verkürzt sich die Zykluszeit erheblich, da der Spritzgießprozess nun effizienter gesteuert werden kann. Durch die Kenntnis des optimalen Zeitpunkts für das Aushärten des LSR können die bisher eingesetzten Sicherheitsaufschläge bei der Vernetzungszeit vermieden werden. Dies führt nicht nur zu Kosteneinsparungen, sondern ermöglicht auch eine schnellere Bereitstellung von Bauteilen.
Darüber hinaus bietet die neue Technologie ein bisher unerreichtes Maß an Qualitätssicherung. Da der Vernetzungsgrad des LSR während des Prozesses kontinuierlich überwacht wird, können potenzielle Mängel oder Qualitätsabweichungen frühzeitig erkannt und korrigiert werden – falls gewünscht, für jedes Bauteil in situ. Das reduziert Ausschussquoten und steigert die Gesamtzuverlässigkeit des Herstellprozesses erheblich.
Anwendung der Methode als Detektion der Vernetzung des Bauteils im Rahmen des Prozess-Monitoring-Systems: Die Zykluszeit kann hier deutlich reduziert werden.
Steinbeis-Unternehmer Professor Dr.-Ing. Matthias Deckert betont die breite Anwendungspalette dieser Technologie: „Unsere Erfindung hat das Potenzial, die Herstellung von LSR-Bauteilen in zahlreichen Branchen zu revolutionieren. Die Kombination aus verkürzter Produktionszeit, höherer Qualität und zuverlässiger Qualitätskontrolle macht diese Technologie zu einem wertvollen Werkzeug für Industrieunternehmen weltweit.”
Von der Forschung in die Praxis
Während das Hochschulteam die wissenschaftliche Grundlage liefert, arbeiten die Steinbeis-Experten aktuell daran, die Technologie auch auf andere heißvernetzende Werkstoffe zu übertragen. Das nächste Ziel ist es, interessierte Unternehmen zu finden, um mit ihnen die bereits durch die Baden-Württemberg Stiftung zum Patent angemeldete Methode zur Marktreife weiterzuentwickeln.