100% Fluor-Flüssigsiliconkautschuk

100 % Fluor-Flüssigsiliconkautschuk:
ein kraftstoff- und ölbeständiger LSR
Einzigartige Werkstoffe vereinen die Vorteile von FSR und LSR
Marco Pagliani – Dow Corning S.p.A. – Sesto – Italien
Emmanuel Bravais – Dow Corning Ltd – Barry – Großbritannien
Lauren Tonge – Dow Corning Corporation – Midland, Michigan – USA
Zusammenfassung
Aufgrund seiner einzigartigen physikalischen
Eigenschaften besteht heute mehr denn je eine große
Nachfrage für Fluorsiliconkautschuk (FVMQ).
Fluorsiliconkautschuk (FSR) findet neben Anwendungen,
die mit Flugzeugtreibstoff oder Kfz-Kraftstoffen,
Lösungsmitteln und/oder Motorölen in Kontakt kommen,
auch zunehmend in einer Reihe von
Automobilanwendungen mit hohen Stückzahlen Einsatz.
Da die Stückzahlen der mit FSR gefertigten Produkte
stetig zunehmen, haben sich Prozessoptimierung und
Teileertrag zu wichtigen Faktoren entwickelt, wobei
jedoch gerade diese schwierige Herausforderungen
darstellen. Die FSR-Compound-Technologie von Dow
Corning bietet eine größere Flexibilität bei der
Festsiliconkautschuk-Verarbeitung. Gleichzeitig hat
Dow Corning erkannt, dass Bedarf an einem fluoriertem
Material besteht, das in Maschinen für FlüssigsiliconSpritzguß eingesetzt werden kann.
Flüssigsiliconkautschuk (LSR) auf Dimethylbasis wurde
ursprünglich entwickelt, um die Herstellung von
Gummiteilen durch kurze Zykluszeiten, einen sauberen
Betrieb in geschlossenen Systemen, reduzierten
Materialabfall und automatisierte Verarbeitung
effektiver zu gestalten. OEM- und
Fahrzeugteilehersteller konnten eine lange Lebensdauer
von LSR-Formteilen in bestimmten Umgebungen jedoch
nicht garantieren, da sie eine geringe Beständigkeit
gegen Kraftstoffe oder andere aggressive Medien
aufweisen.
Dow Corning hat daraufhin einen neuen, vollständig
fluorierten LSR entwickelt, der die hohe
Prozesseffizienz von LSR mit den
Leistungseigenschaften von FSR vereint, um somit die
Stärken beider Technologien zu nutzen. Diese
Veröffentlichung behandelt die innovativen
Möglichkeiten und Vorteile der Produktreihe F-LSR der
Marke Silastic®.
Was ist ein 100 % F-LSR?
Dow Corning hat neue F-LSR-Produkte mit ähnlichen
technischen Eigenschaften wie FSR entwickelt, indem
eine der beiden Methylgruppen an der Siloxanhauptkette
durch eine Trifluorpropylgruppe ersetzt wurde.
Zusätzlich zu diesen Eigenschaften weisen die Produkte
ein gutes Fließverhalten und die Verarbeitbarkeit eines
LSR auf.
Diagramm 1. Neue Silastic® Flüssigsilicone von Dow Corning nach
Mol % von Trifluorpropylmethyl
Dow Corning arbeitet weiter an der Erweiterung der
Medienbeständigkeit und des Härtebereichs von auf dem
Markt erhältlichen Werkstoffen. Die ursprünglichen
Copolymer F-LSRs nutzen eine Technologie, die die
Kautschukeigenschaften und Kraftstoff-/Ölbeständigkeit
im Vergleich zu Polymermischungen verbessert.
Polymermischungen weisen eine schlechte Mischbarkeit
auf, wohingegen Copolymere Wechselwirkungen auf
Molekularebene bieten. Die neuen Silastic 100 % FLSRs (vollständig fluorierter Flüssigsiliconkautschuk)
und die Copolymer F-LSRs weisen die folgenden
gemeinsamen Eigenschaften auf:
• Niedrigere Anwendungstemperatur durch
Eliminierung des Polymer-Schmelzpunktes (kein Tm!)
• Copolymer F-LSR Tg ~ –100 °C
• 100 % F-LSR Tg ~ –70 °C
• Großer Temperaturstabilitätsbereich
• Gute mechanische Eigenschaften wie Reiß- und
Weiterreißfestigkeit
Die neuen Silastic 100 % F-LSRs bieten die folgenden
signifikanten Vorteile gegenüber der Copolymer-Reihe:
• Ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen unpolare
Kohlenwasserstoff-Kraftstoffe, Öle und Lösungsmittel
• Verbesserte Lösbarkeit in polaren Flüssigkeiten wie
Estern und Ketonen
• Gleiche Medienbeständigkeit wie FluorFestsiliconkautschuk (FSR)
Beide Silastic F-LSR-Klassen weisen Flexibilität bei
niedrigen Temperaturen sowie eine gute Stabilität bei
hohen Anwendungstemperaturen auf. Selbst 5 MolProzent Trifluoropropylgruppen an der
Siloxanhauptkette eliminieren die Kristallisation von
Dimethylsilicon bei –40 °C. Die TieftemperaturEinsatzfähigkeit der fluorierten Reihe reicht von
~ –70 °C für Silastic FL 30-6201 und Silastic FL
40-9201 bis zu –100 °C für Silastic FL 45-9001 und
Silastic FL 65-9001. Die neuen Silastic F-LSRs sind
außerdem hervorragend für den Einsatz bei sehr hohen
Temperaturen geeignet.
Die vier F-LSRs der Marke Silastic wurden gemäß des
Standardklassifizierungssystems ASTM D2000-06ae1
für Kautschukprodukte in Automobilanwendungen
geprüft, das die Kautschukeigenschaften in
charakteristische Werkstoffbezeichnungen einteilt. Der
erste Buchstabe (Typ) gibt die Beständigkeit gegen
Wärmealterung und der zweite Buchstabe (Klasse) die
Quellbeständigkeit in Öl an.
Kautschuk aufzuzeigen. Die Gasdichtigkeit des
Copolymers ist bedeutend besser als die des DimethylHCR, während die Silastic 100 % F-LSR- und FSRProdukte nochmals deutlich niedrigere Permeationsraten
aufweisen.
Diagramm 3: Ergebnisse der Permeationsprüfung von
unkomprimierten Kautschukplatten – CE10 bei 60 °C
Tabelle 1. Ergebnisse der 70-Stunden-Wärmealterungs- und
Ölbeständigkeitsprüfungen nach ASTM
Silastic
F-LSR
ASTM D2000
Bezeichnung
FL 30-9201
FK
Typ
FL 40-9201
GK
F = 200 °C
Klasse
J = <20 % Quellung 150 °C
FL 45-9001
GJ
G = 225 °C
K = <10 % Quellung 150 °C
FL 65-9001
GJ
Diagramm 2 zeigt die Beständigkeit der
unterschiedlichen Silastic F-LSR-Typen in einer
Auswahl unterschiedlicher Medien und die sehr gute
Quellbeständigkeit bei längeren Prüfungen. Auffällig ist
die sehr gute Quellbeständigkeit in aggressiven
Dieselflüssigkeiten. Im gesamten Prüfungsverlauf
konnten insbesondere für die beiden Silastic 100 % FLSRs gute mechanische Eigenschaften beibehalten
werden.
Diagramm 2: Volumenquellung bei Alterungsprüfungen mit
verschiedenen Flüssigkeiten
Anschließend wurde die Permeation an O-Ringen
gemessen, da die tatsächliche Dichtungs- oder O-RingKonfiguration bei der Plattenprüfung nicht
berücksichtigt wird. Mithilfe der O-RingTestvorrichtung kann der Einfluss von Komprimierung
bewertet werden. Die Ergebnisse in Diagramm 4 zeigen
deutlich, dass der Einfluss der Komprimierung von
Werkstoff zu Werkstoff unterschiedlich ist. Sowohl
Silastic 100 % F-LSR- als auch das FSR-Produkt weisen
beispielsweise nach einer anfänglichen Abnahme bei
10 % Komprimierung eine geringere Reduzierung der
Permeation durch Komprimierung der Dichtung auf als
die Dimethyl- oder Copolymer-Werkstoffe. Die beiden
vollständig fluorierten Werkstoffe haben eine deutlich
niedrigere Permeation und verhalten sich auch bei
diesem Messverfahren ähnlich.
Diagramm 4. Auswirkung der Komprimierung auf die Permeation in
CE10 bei 60 °C
Die Auswirkungen der Fluorsubstitution zeigen sich in
der niedrigeren Quellung der vollständig fluorierten
Werkstoffe. Diese niedrigere Quellung resultiert in
niedrigerer Permeation. Die Permeabilität wurde mithilfe
zweier unterschiedlicher Verfahren gemessen. Zunächst
wurde auf dem Permeationsbecher mit dem zu
bewertenden Kraftstoff eine Kautschukplatte
eingespannt und der Gewichtsverlust gemessen. Die
Permeationsprüfung wurde in Referenzkraftstoff C mit
10 % Ethanol (CE10) bei 60 °C durchgeführt, um die
Unterschiede in Fluorsilicon- und Dimethylsilicon-
Des Weiteren wurden zwei unterschiedliche Silastic FLSR-Typen und ein FSR einer Alterungsprüfung über
1.000 Stunden bei 150 ºC in der Getriebeflüssigkeit
ATF+4, einem äußerst aggressiven Öl, unterzogen. Das
Copolymer F-LSR wurde dabei beinahe vollständig
degradiert, wohingegen das Silastic 100 % F-LSR und
das FSR trotz des Verlustes der Reißfestigkeit noch
einige elastische Eigenschaften bewahrten. Die
Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass die Quellung für
beide 100 % Typen sehr niedrig ist.
Tabelle 2: Ergebnisse der Alterungsprüfung über 1.000 Stunden bei 150 ºC in Getriebeöl ATF+4
Durometer (Shore A)
Reißfestigkeit (MPa)
Reißdehnung (%)
Volumenquellung (%)
FCM 45-49XX BLACK
(100 % hochkonsistenter FSR)
Original
Nach Alterung
Differenz
41
48
+7 ShA
8,6
3,4
-60 %
458
244
-47 %
0%
Durometer (Shore A)
Reißfestigkeit (MPa)
Reißdehnung (%)
Volumenquellung (%)
FCM 45-49XX BLACK
(100 % hochkonsistenter FSR)
Original
Nach Alterung
Differenz
41
48
+7 ShA
8,6
3,4
-60 %
458
244
-47 %
0%
Original
37
10
366
Original
37
10
366
FL 40-9201
(100 % F-LSR)
Nach Alterung
40
4,1
286
-0,60 %
FL 40-9201
(100 % F-LSR)
Nach Alterung
40
4,1
286
-0,60 %
Differenz
+3ShA
-59 %
-22 %
Differenz
+3 ShA
-59 %
-22 %
Original
53
6,8
365
Original
53
6,8
365
FL 45-9001
(F-LSR Copolymer)
Nach Alterung
42
1,1
65
4,60 %
FL 45-9001
(F-LSR Copolymer)
Nach Alterung
42
1,1
65
4,60 %
Zusätzlich zu den aufgeführten Alterungsdaten weisen die Silastic F-LSRs, insbesondere die 100 % Typen, gute
mechanische Eigenschaften und selbst ohne Nachtempern einen geringen Druckverformungsrest auf, was sie
insbesondere für Dichtungsanwendungen geeignet macht. In Tabelle 3 sind die Eigenschaften für solche Silastic
F-LSRs zusammengefasst.
Tabelle 3: Zusammenfassung der Eigenschaften für F-LSR-Typen
Werkstoff
Silastic FL
Silastic FL
Silastic FL
Silastic FL
45-9001
65-9001
30-9201
40-9201
45
143
5 - 10
5,5
17,5
300
17(1)
125
65
110
5 - 10
5
12
200
17(1)
100
30
20
0-5
8,3
16
300
25(2)
65
40
20
3
8,3
17,5
300
30(2)
25
Härte (Shore A)
Quellung – Prüfkraftstoff C (%)
Quellung – Öl (%)
Reißfestigkeit (MPa)
Weiterreißfestigkeit (N/mm)
Reißdehnung (%)
DVR 22 Stdn. bei 177 °C (%)
Extrusionsrate
(1) Eigenschaften ohne Nachtempern
(2) Eigenschaften bei 4 Stunden Nachtempern bei 200 ºC
Die mit Silastic FL 30-9201 und Silastic FL40-9201 erzielten Quell- und technischen Leistungsmerkmale
lösen einige der technischen Herausforderungen und stellen neue Lösungen für den Markt bereit.
Differenz
-11 ShA
-84 %
-82 %
Differenz
-11 ShA
-84 %
-82 %
Einsatz von Silastic 100% F-LSR
Konstrukteure von kraftstoffbeständigen
Teilen werden heute nicht mehr durch
Verarbeitungslimitationen eingeschränkt, die
durch kleine oder komplizierte Teile auferlegt
werden. Die Vorteile des FlüssigsiliconSpritzgießens aus der Herstellerperspektive
sind nun auch für fluorierte Silicone verfügbar.
Silastic 100 % F-LSR kann wie ein DimethylFlüssigsiliconkautschuk verarbeitet werden.
Das bedeutet, dass herkömmliche LSRMaschinen verwendet werden können und
keine speziellen Maschinen oder Werkzeuge
erforderlich sind.
Silastic F-LSR ist eine einzigartige Kombination aus den
besten Eigenschaften von FSR und LSR und bietet somit
eine höhere Kraftstoffbeständigkeit sowie die
verbesserte Verarbeitbarkeit von
Flüssigsiliconkautschuk:
• Sehr niedrige Viskosität
• Kurze Zykluszeit
• Lange Topfzeit
• Umspritzungsfähigkeit
die Auswirkungen des Vernetzungsgrades und der
reduzierten Temperatur auf die Endeigenschaften zu
verbessern und die Vulkanisationsdauer zu reduzieren.
Diese Eigenschaften werden im Folgenden detailliert
beschrieben:
Niedrige Viskosität
Aufgrund der bei der Verwendung von Silastic 100 % FLSR erzielten Viskositätsverringerung können Hersteller
ihre Fertigungsanlagen schneller betreiben und effektiver
ausnutzen. Die niedrigere Viskosität von Silastic 100 %
F-LSR hat zahlreiche unmittelbare Vorteile:
• Vorteile bei den Verarbeitungsbedingungen
(geringerer Druck und Geschwindigkeit)
• Gratfreie Artikel
• Höhere Anzahl von Kavitäten in der Form
Beim Einsatz von Fluor-Festsiliconkautschuk sind
Hersteller durch die hohe Viskosität des Werkstoffs
häufig gezwungen, die Temperaturen zu reduzieren, um
die Form vollständig und ohne Trenn- oder Fliesslinien
zu füllen. Diese niedrigeren Temperaturen erhöhen die
Vernetzungszeit und verringern die Produktivität.
Hersteller können daher durch den Wechsel zu Silastic
100 % F-LSR die Fertigung effektiver gestalten. Die
Werkzeugtemperatur kann höher eingestellt werden, um
Ein weiteres Problem bei der Verwendung von
Fluorsiliconkautschuk ist die oft unvollständige
Vernetzung. Aufgrund der
Werkzeugtemperatureinstellungen wirken Teile häufig
„unfertig“ und „unelastisch“, Das kann dazu führen, dass
Hersteller zur Vermeidung dieser Probleme die Heizzeit
erhöhen.
Kurze Zykluszeit
Anwendungsbereiche in der Automobilindustrie
Silastic 100 % F-LSR von Dow Corning bietet äußerst
kurze Zykluszeiten und verbessert damit die
Produktivität von Prozessen sowie die Flexibilität der
Fertigung. Diese Eigenschaft ermöglicht die Arbeit mit
niedrigeren Formtemperaturen, um angemessen kurze
Formzyklen zu gewährleisten. Das erweist sich
insbesondere als nützlich, wenn Silastic F-LSR zum
Umspritzen eines technischen Kunststoffes verwendet
wird.
Fluor-Flüssigsiliconkautschuk ermöglicht die
Herstellung von Dichtungen, Dichtringen, Membranen,
Durchführungshülsen, dreidimensionalen Teilen,
kleineren Teilen, komplizierten Teilen und
maßgenaueren Teilen, die eine Reihe von Vorteilen
bieten.
Lange Topfzeit
Die Topfzeit von Flüssigsiliconkautschuk stellt
Hersteller und Verarbeiter häufig vor eine große
Herausforderung. Da die beiden Komponenten nach dem
Mischen schnell anvernetzen, muss gewährleistet sein,
dass das Material nach dem Mischen in den Maschinen
über das Wochenende pumpfähig bleibt, ohne dass mit
frischem Material gespült werden muss. Die Topfzeit
von Silastic 100 % F-LSR ist länger als die von
standardmäßigen LSRs.
Umspritzungsfähigkeit
Als Flüssigsiliconkautschuk kann Silastic F-LSR zum
Umspritzen von Kunststoffteilen eingesetzt werden. Das
Umspritzen kann entweder in einem separaten Verfahren
oder in einem nachfolgenden Einspritzvorgang im selben
Formwerkzeug erfolgen.
Umspritzverfahren rationalisieren die Komplexität der
Vorsorgungskette, da zahlreiche Vorgänge entweder
vom Silicon- oder vom Kunststoff-Spritzgießer integriert
werden können. Umspritzen erhöht die
Herstellungsflexibilität durch:
• Einsparung von Zeit
• Einsparung von Kosten für Versand und Lagerung von
Zwischenteilen
• Reduzierung von Qualitätssicherungsproblemen bei
Fremdteilen
• Eliminierung der Montagekosten für Teile
Angesichts des aktuellen Trends in der
Automobilbranche hin zu kleinen Motoren und erhöhter
Wirtschaftlichkeit, Umweltfokus und längeren Garantien
ist das Design von Teilen von fundamentaler Bedeutung.
Die Verfügbarkeit eines innovativen Werkstoffes wird
somit zum Schlüssel für die Erfüllung der
Marktanforderungen.
Mit Silastic 100 % F-LSR hergestellte Komponenten
weisen gute Beständigkeit in öl- oder kraftstoffhaltiger
Umgebung auf, quellen bei Kontakt mit Kraftstoff und
Öl weniger auf und verfügen über einen großen
Betriebstemperaturbereich. Dies ist insbesondere bei
Anwendungen in der Automobilindustrie von Bedeutung,
da die Komponenten bei diesen Anwendungen unter
unterschiedlichsten Bedingungen gleichbleibende
Eigenschaften aufweisen müssen: im abgestellten, kalten
Zustand, im Leerlauf bei kalter Witterung oder bei
Volllast in den Sommermonaten.
Fluor-Flüssigsiliconkautschuk bietet Spritzgießern und
Teileherstellern in der Automobilindustrie eine Reihe
von Vorteilen:
Höhere Produktivität durch FlüssigsiliconSpritzgießen, das im Vergleich zur Verarbeitung von
Fluor-Festsiliconkautschuk eine um das Dreifache
erhöhte Produktivität bietet:
•
•
•
•
•
Weniger Personal pro hergestelltem Teil;
Kein Personal für die Teilenachbehandlung;
Gratfreie Formteile;
Kein Nachtempern;
Stark verkürzte Zykluszeiten durch schnellere
Vernetzungsreaktion;
• Mehr Kavitäten pro Werkzeug als beim
Festkautschukspritzgießen möglich
• Höherer Automatisierungsgrad beim Einspritzen und
Entformen.
Höhere Zuverlässigkeit der Teile aufgrund besserer
Maßhaltigkeit.
Einsparung von Wartungskosten durch geringere
Drücke in Maschine und Werkzeug. Die LSRFertigung reduziert damit die Belastung der
Spritzgießmaschine und -werkzeuge.
Einsparung von Investitionen: Bereits vorhandene
Spritzgießmaschinen und Dosieranlagen für die LSR-
Verarbeitung können auch für Silastic F-LSR
verwendet werden.
Eine bessere Arbeitsumgebung durch platinkatalysierte Silastic F-LSRs, bei denen bei der
Vernetzung keine Gerüche entstehen.
Schlussfolgerung
Dow Corning bietet seit vielen Jahren teilfluorierte
Flüssigkautschuke auf Basis von TrifluorpropylmethylDimethyl-Copolymeren an. In einigen Anwendungen
sind diese Produkte jedoch nicht zufriedenstellend,
insbesondere in Kontakt mit Kraftstoffen. Dow Corning
hat nun die FSR- und LSR-Technologie in den neuen
100 % fluorierten Flüssigsiliconkautschuken vereint, die
mit herkömmlichen Flüssigsilicon-Spritzgießmaschinen
verarbeitet werden können. Damit sind wir nun in der
Lage, dem Markt die Vorteile der FluorFestsiliconkautschukeigenschaften und die Vorteile der
LSR-Verarbeitung in einem Werkstoff anzubieten.
Mit zunehmender Verbreitung von Silastic F-LSR auf
dem Markt wird Dow Corning den Bedarf für einen
weiteren Ausbau der Silastic Flüssigproduktreihe im
Hinblick auf die folgenden Faktoren prüfen:
• Höhere Shore A Härte;
• Selbstschmierender Silastic F-LSR;
• Selbsthaftender Silastic F-LSR;
• Spezialtypen für Anwendungen in der Automobil-,
Luftfahrt- und Elektroindustrie.
Silastic 100 % F-LSR bietet Automobilherstellern die
Möglichkeit, Innovationen auf Designebene umzusetzen,
neue Fertigungseffizienzen zu erzielen und kleine,
komplizierte Teile herzustellen, die dem Kontakt mit
aggressiven Kraftstoffen und Ölen widerstehen und
gleichzeitig zuverlässig unter extremen Temperaturen
funktionieren.
HAFTUNGSBESCHRÄNKUNG – BITTE SORGFÄLTIG LESEN
Die in dieser Broschüre enthaltenen Angaben werden aufgrund der bei Dow Corning durchgeführten
Forschung nach bestem Wissen gemacht. Da Dow Corning keinen Einfluss auf die Verwendungsart der
Produkte und auf die Bedingungen hat, unter denen sie eingesetzt werden, ist trotz dieser
Produktinformationen vor dem Einsatz der Produkte unbedingt die Durchführung von Tests erforderlich,
um sicherzustellen, dass die Produkte von Dow Corning im Hinblick auf die Leistung, Wirkung und
Sicherheit für die spezifische Verwendung durch den Kunden geeignet sind. Vorschläge zur
Produktverwendung sind nicht als Verleitung zu Patentrechtsverletzungen zu verstehen.
Dow Corning gewährleistet nur, dass die Produkte der zum Lieferzeitpunkt aktuellen
Produktbeschreibung von Dow Corning entsprechen. Gewährleistungsansprüche des Kunden und die
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