Bei der Herstellung von Silikonprodukten ist die Nachhärtung ebenso wichtig wie die Auswahl der Rezeptur und die Formgebung. Nach der ersten Vulkanisation ist die innere Struktur des Silikons noch nicht vollständig stabil, und die Vernetzung der Molekülketten sowie die Oberflächeneigenschaften können noch weiter verbessert werden. Die Nachhärtung ist ein Schlüsselprozess, der speziell für diese Phase entwickelt wurde.
Dieser Artikel befasst sich eingehend mit der Nachhärtung von Silikon und bietet eine umfassende Perspektive zum Verständnis und zur Optimierung der Silikonleistung.
Warum ist eine Nachhärtung bei Silikon notwendig?
Die Nachhärtung spielt bei der Silikonverarbeitung eine zentrale Rolle. Dabei wird das Silikon erhitzt, um die Vernetzung abzuschließen und flüchtige Reststoffe zu entfernen. Dies verbessert sowohl die Leistung als auch die Sicherheit.
Vorteile der Nachhärtung:
- Verbesserte mechanische Eigenschaften: Durch die Nachhärtung wird das Silikon gestärkt und die Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und elastische Rückstellkraft erhöht. Dadurch wird sichergestellt, dass Dichtungen und Dämpfungspolster auch bei hohen Temperaturen oder längerem Gebrauch stabil bleiben.
- Sicherheit und Reinheit: Der Prozess entfernt niedermolekulare Siloxanrückstände und Katalysatornebenprodukte. Er reduziert Gerüche, verbessert die Transparenz und trägt dazu bei, dass Produkte die Lebensmittel- und Medizinstandards wie FDA, LFGB und USP Klasse VI erfüllen.
- Thermische und Alterungsstabilität: Durch die Nachhärtung wird die Beständigkeit des Silikons gegen Hitze, Feuchtigkeit und Licht erhöht. Dies ist für Backmatten, Autodichtungen und elektrische Isolierteile von entscheidender Bedeutung.
- Dimensions- und Oberflächenstabilität: Die Behandlung verbessert die Größenkonsistenz und Oberflächenglätte und verhindert so ein Schrumpfen, Verziehen oder Vergilben.
Verschiedene Anwendungen erfordern unterschiedliche Schwerpunkte bei der Nachhärtung. Bei lebensmittelechtem Silikon stehen Sicherheit und Haptik im Vordergrund. Bei medizinischem Silikon steht Biokompatibilität im Vordergrund. Bei industriellem und elektrischem Silikon stehen mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit im Vordergrund.
Kurz gesagt: Durch die Nachhärtung wird Silikon von einfach brauchbarem zu zuverlässig hochwertigem Material. Wird dieser Schritt übersprungen, kann es passieren, dass Hochleistungs- oder Hochsicherheitsprodukte die Standards nicht erfüllen.
Wie wird die Nachhärtung durchgeführt?
Geräteauswahl
Die Nachhärtung von Silikon erfolgt üblicherweise in Wärmeöfen. Die Wahl der Geräte beeinflusst das Ergebnis maßgeblich. Zu den häufig verwendeten Geräten gehören:
- Umluftofen: Dieser Ofen sorgt durch zirkulierende Heißluft für eine gleichmäßige Erwärmung. Er eignet sich für große Chargen von Silikonprodukten. Der gleichmäßige Luftstrom reduziert lokale Überhitzung oder ungleichmäßige Vernetzung.
- Vakuumofen: Dieser Ofen entfernt flüchtige Bestandteile unter niedrigem Druck und vervollständigt gleichzeitig die Vernetzung. Er ist ideal für geruchsempfindliches oder medizinisches Silikon.
- Durchlaufofen: Dieser Ofen ist für den Betrieb in Produktionslinien geeignet und kann dünne Platten oder profilartige Silikonprodukte kontinuierlich verarbeiten, wobei stabile Temperaturen und eine hohe Effizienz gewährleistet werden.
Bei der Auswahl der Geräte sollten Produktgröße, Form, Anwendung und Produktionsmaßstab berücksichtigt werden, um konsistente und kontrollierte Nachhärtungsergebnisse zu gewährleisten.
Temperatur- und Zeitkontrolle
Die Nachhärtungstemperatur liegt typischerweise zwischen 150 °C und 250 °C und die Dauer beträgt 2 bis 8 Stunden. Die genauen Parameter hängen ab von:
- Produktdicke: Dickere Produkte leiten Wärme langsamer und erfordern längere Haltezeiten, um die interne Vernetzung abzuschließen.
- Silikonformulierung: Verschiedene Systeme, wie etwa peroxidgehärtetes oder platinkatalysiertes Flüssigsilikon (LSR), weisen unterschiedliche Temperaturempfindlichkeiten auf und benötigen angepasste Temperaturprofile.
- Bewerbungsvoraussetzungen: Für Silikone in Lebensmittelqualität, medizinischer Qualität und Industriequalität gelten unterschiedliche Standards hinsichtlich der Restflüchtigkeit und der mechanischen Leistung. Diese bestimmen die Haltezeit.
Die richtige Kontrolle von Temperatur und Zeit ist entscheidend, um eine stabile Silikonleistung aufrechtzuerhalten und Defekte zu vermeiden.
Nachhärtungsphasen
Ein Standard-Nachhärtungsprozess ist in drei Phasen unterteilt, die jeweils klare Ziele verfolgen:
- Heizphase: Erhöhen Sie die Temperatur langsam, um eine Überhitzung der Oberfläche oder lokaler Bereiche zu vermeiden, die zu Verformungen oder Verwerfungen führen kann. Das Heizprofil sollte auf der Grundlage der Produktdicke und der Ofentemperaturverteilung erstellt werden und kann eine segmentierte Steuerung beinhalten.
- Haltephase: Halten Sie die eingestellte Temperatur für einen bestimmten Zeitraum aufrecht, um eine vollständige interne Vernetzung zu gewährleisten. Dieser Schritt ist auch für die Entfernung flüchtiger Bestandteile entscheidend. Eine ausreichende Luftzirkulation ist unerlässlich.
- Kühlphase: Kühlen Sie die Produkte langsam ab, um thermische Spannungen zu reduzieren und Risse oder Oberflächendefekte zu vermeiden. Dicke oder komplexe Profile erfordern möglicherweise eine längere Abkühlung, um die Dimensionsstabilität zu verbessern.
Klar definierte Phasen tragen zur Verbesserung der Produktkonsistenz und -ausbeute bei.
Luftstrom und Temperaturgleichmäßigkeit
- Luftstrom: Eine ausreichende Luftzirkulation entfernt flüchtige Bestandteile und sorgt für eine gleichmäßige Temperatur. Eine schlechte Luftzirkulation kann zu unter- oder übervernetzten Bereichen führen.
- Temperaturgleichmäßigkeit: Große Temperaturunterschiede im Ofen können zu ungleichmäßiger Härte oder Vergilbung der Oberfläche führen. Um die Gleichmäßigkeit zu gewährleisten, sind eine regelmäßige Kalibrierung der Temperaturregelsysteme, eine optimierte Kanalkonstruktion und Sensoren an wichtigen Punkten erforderlich.
Die Beachtung der Luftströmung und Temperaturkontrolle wirkt sich direkt auf die Produktqualität aus und ist ein entscheidender Faktor für eine erfolgreiche Nachhärtung.
Häufige Fehler und Lösungen
Während der Produktion können beim Nachhärten häufig auftretende Probleme auftreten. Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Mängel und die entsprechenden Lösungen zusammen:
| Fehlertyp | Mögliche Ursache | Lösung |
| Vergilbung der Oberfläche | Temperatur zu hoch oder Oxidationsreaktion | Senken Sie die Temperatur oder verkürzen Sie die Aushärtezeit |
| Restgeruch | Flüchtige Bestandteile nicht vollständig entfernt | Erhöhen Sie die Luftzirkulation oder verlängern Sie die Haltezeit |
| Rissbildung oder Verformung | Schnelle Erwärmung oder mangelnde Unterstützung | Erhitzen Sie langsam und fügen Sie geeignete Stützstrukturen hinzu |
| Ungleichmäßige Vernetzung | Ungleichmäßige Temperatur oder schlechte Luftzirkulation | Optimieren Sie die Luftkanalgestaltung oder passen Sie die Produktplatzierung im Ofen an |
| Reduzierte Elastizität | Überhärtung | Kontrollieren Sie Haltezeit und Temperatur sorgfältig |
Durch ordnungsgemäße Überwachung und rechtzeitige Anpassungen können die meisten dieser Probleme verhindert und sichergestellt werden, dass das Silikon seine Leistung und sein Aussehen stabil behält.
Abschluss
Die Nachhärtung von Silikon ist ein wesentlicher Schritt, um Produktleistung, Sicherheit und Konformität zu gewährleisten. Durch die sorgfältige Kontrolle von Temperatur, Zeit, Luftstrom und Formulierungsparametern können Hersteller die Vernetzung abschließen, flüchtige Rückstände entfernen und sowohl die mechanischen als auch die thermischen Eigenschaften verbessern. Dieser Prozess trägt auch dazu bei, die erforderlichen Standards für Lebensmittel-, Medizin- und Industrieanwendungen zu erfüllen. Die Nachhärtung ist nicht nur eine technische Anforderung in der Silikonproduktion, sondern auch ein Schlüsselfaktor für die Gewährleistung hochwertiger Silikonprodukte.
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