Was macht die Silikonkalandrierung so effektiv für die Herstellung hochwertiger Silikonmaterialien? Dieser Artikel gibt einen Überblick über das Verfahren, erläutert die einzelnen Schritte, vergleicht es mit anderen Verfahren und zeigt die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten kalandrierter Silikonmaterialien und Kalandriermaschinen.
Was ist Silikonkalandrierung?
Die Silikonkalandrierung ist ein mechanischer Prozess, bei dem Silikonmaterial durch eine Reihe rotierender Walzen geführt wird. Dadurch wird Druck auf das Silikonmaterial ausgeübt, wodurch es zu durchgehenden Platten oder Folien mit gleichmäßiger Dicke und spezifischer Oberflächenstruktur wird. Es ähnelt dem Ausrollen von Teig, verfügt jedoch über die elastischen und viskoelastischen Eigenschaften von Silikon. Dieses Verfahren wird häufig zur Herstellung von Silikondichtungen, Versiegelungen und Isoliermaterialien verwendet.
Was sind die wichtigsten Schritte beim Silikonkalandrieren?
Der Silikonkalandrierungsprozess umfasst im Allgemeinen die folgenden Schritte:
Materialvorbereitung
Hochtemperatur-vulkanisierter Silikonkautschuk (HCR) wird typischerweise aufgrund seines hohen Molekulargewichts und seiner guten Verarbeitungseigenschaften verwendet, wodurch er sich ideal zum Kalandrieren eignet. Je nach Endprodukt können Additive wie Füllstoffe und Farbstoffe beigemischt werden. Zur Verbesserung der Verarbeitung kann das Silikonmaterial vorgewärmt oder compoundiert werden, um es weicher zu machen und eine gleichmäßigere Plastizität zu gewährleisten.
Walzeneinstellung
Die Anzahl der Walzen, ihre Anordnung und ihr Abstand zueinander werden präzise auf die gewünschte Produktdicke und Oberflächenbeschaffenheit abgestimmt. Die Oberflächenbehandlung der Walzen beeinflusst auch das Erscheinungsbild des Endprodukts. Beispielsweise können strukturierte Walzen verwendet werden, um Muster in die Silikonfolie zu prägen. Auch die Walzentemperatur ist wichtig. Während das Kalandrieren üblicherweise bei Raumtemperatur erfolgt, ist manchmal ein Heizen oder Kühlen der Walzen erforderlich, um die Viskosität und den Fluss des Silikons zu kontrollieren.
Kalandrierung
Das vorbereitete Silikonmaterial wird kontinuierlich zwischen den rotierenden Walzen zugeführt. Beim Durchlaufen der Walzen wird das Silikon hohem Druck und Scherkräften ausgesetzt. Dadurch formt es sich allmählich zur gewünschten Platte oder Folie. Der Abstand zwischen den Walzen bestimmt die endgültige Dicke des Produkts.
Oberflächenbehandlung (optional)
Während oder nach dem Kalandrieren kann die Silikonfolie verschiedenen Oberflächenbehandlungen unterzogen werden. Dazu gehören:
- Prägen: Mithilfe von Walzen mit bestimmten Designs werden Muster oder Texturen in das Silikon gedrückt.
- Beschichtung: Eine Schicht aus einem anderen Material wird auf die Oberfläche aufgetragen, um ihre Leistung oder ihr Aussehen zu verbessern.
- Laminierung: Die Silikonfolie wird mit Stoffen, Folien oder anderen Substraten verbunden, um ihre Festigkeit oder Funktionalität zu verbessern.
Kühlung und Wicklung
Nach dem Kalandrieren kann die Silikonfolie gekühlt werden, um ihre Form zu fixieren und das Aufwickeln zu erleichtern. Die fertige Silikonfolie wird anschließend zur Lagerung, zum Transport oder zur Weiterverarbeitung aufgerollt.
Was sind die Unterschiede zwischen Silikonkalandrierung, -extrusion und -formung?
Das Kalandrieren von Silikonen unterscheidet sich deutlich von anderen gängigen Herstellungsverfahren wie Extrusion und Formgebung. Jedes Verfahren hat seine eigenen Vorteile und eignet sich für unterschiedliche Anwendungen.
Silikonkalandrierung VS Silikonextrusion
| Besonderheit | Silikonkalandrierung | Silikonextrusion |
| Verfahren | Verwendet Präzisionswalzen zum Formen von Platten/Folien | Verwendet einen Schneckenextruder zum Formen von Streifen/Röhren |
| Oberflächenqualität | Hohe Oberflächenglätte | Hat oft Oberflächenfehler |
| Produktionsgeschwindigkeit | Mittel (10–30 Meter/Minute) | Schnell (50–100 Meter/Minute) |
| Ideal für | Kleinserienfertigung nach Maß | Standardisierte Großserienproduktion |
| Kosten | Höhere Anfangsinvestition, 95% Materialverbrauch | Geringere Gerätekosten, 10-15% Materialabfall |
| Am besten für | Ultradünne, hochpräzise Anwendungen | Komplexe Querschnittsformen |
Beim Silikonkalandrieren werden mehrere Präzisionswalzen eingesetzt, um Scherkräfte und Druck auf das zusammengesetzte Silikon auszuüben. Dadurch wird das Material zu einer dünnen, gleichmäßigen Platte oder Folie gedehnt. Der Hauptvorteil ist die hohe Oberflächenglätte. Beim Extrusionsverfahren hingegen wird niedrigviskoses Silikon mithilfe eines Schneckenextruders kontinuierlich durch eine Form gepresst, wodurch Produkte wie Streifen oder Schläuche entstehen. Durch die Extrusion können zwar komplexe Querschnitte erzeugt werden, es treten jedoch häufig Oberflächenfehler auf.
Hinsichtlich der Produktionseffizienz ist die Extrusion schneller (50–100 Meter pro Minute) und besser für die standardisierte Großproduktion geeignet. Im Gegensatz dazu erreicht das Kalandrieren eine mittlere Geschwindigkeit (10–30 Meter pro Minute) und eignet sich besser für kundenspezifische Kleinserien, wie beispielsweise medizinische Verbände aus Verbundgewebesubstraten.
Kalandrieranlagen erfordern zwar eine höhere Anfangsinvestition, die Materialausnutzung kann jedoch bis zu 951 TP3T erreichen. Extrusionsanlagen sind günstiger, produzieren jedoch Kantenabfall mit einer Abfallrate von etwa 10–151 TP3T.
Insgesamt ist das Kalandrieren bei ultradünnen, hochpräzisen Anwendungen unersetzlich, während sich die Extrusion hervorragend für die Herstellung komplexer linearer Produkte eignet.
Silikonkalandrierung VS Silikonkompressionsformen
| Besonderheit | Silikonkalandrierung | Silikon-Formpressen |
| Verfahren | Kontinuierlicher Prozess, keine Vulkanisationswartezeit | Batch-Prozess mit Vulkanisationszeit |
| Produktform | Flache oder einfach gebogene Produkte | Komplexe 3D-Formen |
| Produktionsgeschwindigkeit | Schnelle, große Rollen | Langsamere Präzisionsteile in kleinen Chargen |
| Materialverwendung | Minimaler Ausschuss, wiederverwendbar | 5-10% Materialabfall |
| Gerätegröße | Benötigt viel Stellfläche | Kompakter, auf Formen fokussiert |
| Am besten für | Dünne Filme und Folien | Funktionsteile wie Dichtungen und Dichtungsringe |
Beim Silikon-Pressformen wird ein vorgeformtes Silikonmaterial in eine Form gefüllt und anschließend durch Hitze und Druck vulkanisiert, wodurch komplexe dreidimensionale Formen entstehen. Der Hauptvorteil liegt in der hohen Maßgenauigkeit und der Möglichkeit, 3D-Formen zu erzeugen. Das Kalandrieren ist jedoch auf flache oder einfach gekrümmte Produkte beschränkt.
Kalandrieren ist ein kontinuierlicher Produktionsprozess ohne Vulkanisationswartezeiten und eignet sich daher für die schnelle Produktion großer Rollen. Formpressen hingegen ist eine Chargenproduktion mit Vulkanisationszeiten von 3 bis 15 Minuten pro Stück und eignet sich daher besser für Präzisionsteile in kleinen Chargen.
Was den Materialverbrauch betrifft, entsteht beim Kalandrieren nur minimaler Abfall und jeglicher Abfall kann wiederverwendet werden, während beim Formpressen aufgrund von überschüssigem Silikon oft 5-10%-Materialabfall entsteht.
Was die Ausrüstung betrifft, so basiert das Kalandrieren auf hochpräzisen Walzensystemen und benötigt einen größeren Platzbedarf. Im Gegensatz dazu fallen beim Formpressen die Hauptkosten in die Formentwicklung, die Ausrüstung selbst ist jedoch kompakter.
Bei typischen Anwendungen wird vor allem der Kalandrierungs-, also der Dünnschicht-, und der Formpress-Bereich bevorzugt, während der Schwerpunkt auf Funktionsteilen liegt.
Was sind die Anwendungen der Silikonkalandrierung?
Aufgrund der hohen Präzision, Oberflächengüte und kontinuierlichen Produktion wird das Silikonkalandrieren in zahlreichen Anwendungen eingesetzt.
| Feld | Anwendungen | Produkt | Prozess & Funktionen |
| Medizinische Gesundheit | Medizinische Silikonfolie | Chirurgische Isolationsfolien, Wundauflagen, Arzneimittelfreisetzungspflaster | Präzise Dickenkontrolle (0,05–0,3 mm ± 0,02 mm), ausgewogene Biokompatibilität und Atmungsaktivität, bakterienfreie Oberfläche |
| Medizinische Katheterauskleidung | Kardiovaskuläre und respiratorische Katheterauskleidungen | Dünne Silikonschichten (0,1 mm) verbessern die Flexibilität und die gerinnungshemmenden Eigenschaften, Platinhärtungssystem | |
| Industrielle Abdichtung und Isolierung | Hochpräzise Dichtungen | Dichtungen für Luft- und Raumfahrtmotoren, Dichtungen für Halbleiterausrüstung | Beständig gegen extreme Temperaturen (-60 °C bis 250 °C), Phenylsilikon, mit zugesetzter Kieselsäure für geringen Druckverformungsrest |
| Isolierplatten | Hochspannungskabelisolierung, Motornutisolierung | Eingebettete Glasfaser (0,2 mm), verbesserte Lichtbogenbeständigkeit mit Aluminiumoxidbeschichtung | |
| Unterhaltungselektronik und Haushaltsgeräte | Silikon-Tastaturmembranen | Schutz für Laptop-Tastatur, Fernbedienungstasten | Beidseitige Kalandrierung, verschleißfeste Oberschicht, antistatische Unterschicht, Laserperforationsgenauigkeit ±0,05 mm |
| Wasserdichte Rollen | Smartwatch-Dichtungen, Drohnen-Elektronik-Imprägnierung | Kalandrierter Verbund mit TPU, Schälfestigkeit >5N/mm, UV-Alterungsbeständigkeit mit Zinkoxid | |
| Neue Energie & Umwelt | Dichtungen für Power-Batterien | Dichtungen für Batterien von Elektrofahrzeugen, Membranen für Wasserstoffbrennstoffzellen | UL 94 V-0 flammhemmend, beständig gegen Elektrolytkorrosion (LiPF₆, Quellung <3%) |
| Photovoltaik-Verkapselung | Flexible Einkapselungsfolie für Solarmodule | Kalandrierter Silikonfilm (0,2 mm) ersetzt EVA, Lichtdurchlässigkeit >92%, verbesserte Witterungsbeständigkeit |
Welche verschiedenen Arten von Silikon-Kalandermaschinen gibt es?
Die Wahl der Kalandriermaschine ist im Silikonkalandrierprozess entscheidend. Verschiedene Maschinentypen eignen sich für unterschiedliche Materialien und Produktionsanforderungen. Gängige Typen sind Einwalzen-, Zweiwalzen-, Dreiwalzen- und Mehrwalzen-Kalandriermaschinen. Jeder Typ verfügt über einzigartige Eigenschaften, Anpassungsmöglichkeiten und Auswirkungen auf die Produktionseffizienz.
Einwalzen-Kalandermaschine
Wie es funktioniert: Eine einzelne Walze und ihr Presssystem pressen das Silikonmaterial zu einem dünnen Film.
Vorteile: Einfache Bedienung, kompakte Bauweise, geeignet für Kleinserien oder Prototypenproduktion. Es bietet gute Kontrolle über Materialstärke und Oberflächenglätte.
Nachteile: Mit nur einer Walze ist die Gleichmäßigkeit nicht gewährleistet und die Anforderungen für die Produktion großer Mengen werden möglicherweise nicht erfüllt.
Anwendung: Wird hauptsächlich in der Produktion im Labormaßstab, bei kundenspezifischen Produkten in kleinen Stückzahlen oder in kleinen Fabriken mit geringen Produktionsmengen verwendet.
Doppelwalzen-Kalandermaschine
Wie es funktioniert: Verwendet zwei rotierende Walzen, um das Silikonmaterial zu pressen und zu dehnen.
Vorteile: Effizienter als die Einwalzenmaschine, ermöglicht die Herstellung von Folien mit gleichmäßigerer Dicke. Ermöglicht eine präzise Kontrolle von Dicke und Gleichmäßigkeit durch Anpassung von Walzenspalt und -geschwindigkeit.
Nachteile: Bei hochpräzisen Anwendungen bietet es möglicherweise nicht das gleiche Maß an Kontrolle wie Drei- oder Mehrrollenmaschinen.
Anwendung: Wird häufig in mittelgroßen Produktionslinien für verschiedene Silikonprodukte wie Folien, Dichtungen und Verschlüsse verwendet, die eine hohe Präzision erfordern.
Dreiwalzen-Kalandermaschine
Wie es funktioniert: Verwendet drei Walzen, wobei sich eine Walze deutlich schneller bewegt als die anderen. Zwischen den Walzen werden unterschiedliche Drücke und Geschwindigkeiten angewendet, um die Dicke und Glätte der Folie zu steuern.
Vorteile: Bietet präzise Steuerung, insbesondere für hochpräzise Anwendungen, die eine gleichmäßige Dicke und glatte Oberflächen erfordern. Es eignet sich gut für Silikonmaterialien mit höherer Viskosität und bietet eine gute Produktionsgeschwindigkeit.
Nachteile: Die Maschine ist komplexer und teurer und hat einen höheren Wartungsbedarf.
Anwendung: Am besten für Anwendungen mit hoher Oberflächenglätte und Dickenpräzision, wie z. B. elektronische Verpackungsmaterialien und medizinische Silikonfolien.
Mehrwalzen-Kalandermaschine
Wie es funktioniert: Verwendet vier oder mehr Walzen, die zusammenarbeiten, um das Silikonmaterial zu pressen und fein einzustellen.
VorteileMehrwalzenmaschinen erreichen durch das Zusammenspiel mehrerer Walzen eine sehr hohe Präzision, steigern die Effizienz und ermöglichen die Herstellung ultradünner Silikonfolien. Die gleichmäßige Druckverteilung macht sie ideal für hochwertige Produkte.
Nachteile: Die Geräte- und Wartungskosten sind hoch und der Betrieb kann komplexer sein.
Anwendung: Wird bei der Herstellung von Hightech-Produkten verwendet, die höchste Präzision erfordern, wie z. B. optische Filme und Sensorschutzfilme.
Wie wählt man eine Kalandermaschine aus?
Materialanpassungsfähigkeit: Ein- und Zweiwalzenmaschinen eignen sich besser für Silikon mit niedriger bis mittlerer Viskosität. Für Materialien mit höherer Viskosität, die eine präzisere Steuerung erfordern, sind Drei- oder Mehrwalzenmaschinen besser geeignet.
Produktionseffizienz: Doppelwalzenmaschinen sind effizienter und besser für die Massenproduktion geeignet. Drei- und Mehrwalzenmaschinen sind zwar hinsichtlich der Geschwindigkeit weniger effizient, zeichnen sich jedoch durch die Herstellung hochwertiger Produkte mit präziser Steuerung aus.
Kontrolle der Dicke und GleichmäßigkeitEinwalzenmaschinen sind zwar einfach, weisen aber eine weniger präzise Dickenkontrolle auf und eignen sich daher für die Kleinserien- oder Versuchsproduktion. Zweiwalzenmaschinen schaffen ein Gleichgewicht zwischen Effizienz und Präzision. Drei- und Mehrwalzenmaschinen bieten unübertroffene Vorteile bei der Dicken- und Gleichmäßigkeitskontrolle, insbesondere für High-End-Anwendungen.
Die Wahl der Kalandermaschine hängt von den spezifischen Produktanforderungen ab. Ist eine hohe Produktionseffizienz bei mittlerer Qualität erforderlich, ist eine Doppelwalzen-Kalandriermaschine ideal. Für Produkte, die hohe Präzision und Glätte erfordern, sollte eine Drei- oder Mehrwalzen-Kalandriermaschine in Betracht gezogen werden.
Abschluss
Die Silikonkalandrierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung hochwertiger Silikonprodukte mit präziser Kontrolle von Dicke und Textur. Ob für medizinische, industrielle oder Verbraucherprodukte – dieses Verfahren bietet hervorragende Kontrolle über Dicke, Textur und Gleichmäßigkeit.
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