Lösungen zum Verkleben von flüssigem Silikonkautschuk mit Kunststoffsubstraten

Katie Tuttle | 20. Januar 2021

Spritzgegossener Flüssigsilikonkautschuk (LSR) wird bei der Herstellung vieler Güter verwendet, von medizinischen Geräten über Kochgeschirr bis hin zu Elektronik. Bei vielen LSR-Anwendungen muss das Silikon mit Kunststoffsubstraten verbunden werden. Die extrem niedrige Oberflächenenergie und chemische Beständigkeit von LSR haben jedoch in der Vergangenheit die Verbindung mit anderen Materialien erschwert.

Derzeit werden drei gängige Methoden zur Verbindung von LSR mit thermoplastischen Substraten verwendet. Primer werden seit langem verwendet, um die Verklebung von LSR mit Substraten zu ermöglichen. Als selbstklebende LSRs vor mehr als zwei Jahrzehnten auf den Markt kamen, boten sie im Vergleich zu Primern eine erhebliche Zeitersparnis. Kürzlich wurde eine neue Technologie eingeführt, die den Klebevorgang noch schneller und kostengünstiger macht, indem sie Standard-LSRs Selbstklebeeigenschaften verleiht. Diese neue Adhäsionsadditivtechnologie kann leicht in herkömmliches, nicht selbstklebendes LSR dosiert werden und verleiht ihm die Fähigkeit zur Selbstbindung. Diese Adhäsionsadditivtechnologie verwendet typische Additivdosiersysteme, die üblicherweise bei Farbstoffen verwendet werden. Die empfohlene Dosierung des Haftadditivs beträgt 1 Gew.-% bezogen auf nicht selbstklebendes LSR. Das Additiv wirkt, ohne die physikalischen Eigenschaften des LSR zu beeinträchtigen, und kann eine grundierungsfreie Haftung auf Thermoplasten wie Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamid (PPA) und mehr erreichen.

Welche Methode auch immer verwendet wird – Grundierung, selbstklebendes LSR oder Standard-LSR mit einem Haftzusatz – die Kenntnis der Fähigkeiten jeder einzelnen Methode kann bei der Konstruktion im Hinblick auf Herstellbarkeit, Materialauswahl und Kosteneinsparungen hilfreich sein.

Primer werden seit langem verwendet, um die Verklebung von LSR mit Substraten zu ermöglichen. Bei Verwendung eines Primers muss das zu verklebende Kunststoffbauteil zunächst im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Nach dem Formen wird das Teil ausgeworfen und gereinigt, um sicherzustellen, dass die Oberfläche frei von organischen und anorganischen Rückständen (z. B. Fett, Schmutz, Rost, Öle und Oxidschichten) ist, und anschließend mit der Grundierung beschichtet. Die Oberflächenvorbereitung ist einer der wichtigsten Einflussfaktoren auf die Haftung im Klebeprozess.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, ist auch die richtige Anwendung des Primers unerlässlich. Grundierungen können durch Sprühen, Tauchen oder Streichen aufgetragen werden. Jede Auftragungsmethode erfordert unterschiedliche Geräte und kann eine Herausforderung sein, wenn die Grundierung nur auf einen bestimmten Teil des Untergrunds aufgetragen werden muss. Möglicherweise ist eine Maskierung erforderlich, um mögliche Verfärbungen oder Glanz in Bereichen zu vermeiden, die nicht mit LSR überformt wurden. Für die Sprühanwendung von Grundierungen sind Spritzkabinen mit spezieller Sprühausrüstung und Belüftung erforderlich, um die mit Lösungsmittelgrundierungen verbundenen flüchtigen organischen Verbindungen zu bewältigen. Das Auftragen der Grundierung mit dem Pinsel erfordert das Beschichten aller Teile von Hand, ein sehr arbeitsintensiver Prozess, der die Zykluszeiten verlängert. Tauchmethoden, bei denen Teile in ein Bad/Tank mit Grundierung eingetaucht werden, sind wirtschaftlich, es bestehen jedoch Herausforderungen bei der Kontrolle der Filmdicke und der Vermeidung von Fischaugenfehlern und Badverunreinigungen. Wenn Sie eine feuchtigkeitsempfindliche Grundierung verwenden, vermeiden Sie die Tauchmethode, da diese die Lebensdauer der Grundierung verkürzt.

Unabhängig von der Auftragungsmethode erfordern die meisten Grundierungen einen Trocknungsschritt, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Bei Raumtemperatur dauert dies typischerweise 30 Minuten oder weniger; Bei leicht erhöhter Temperatur (z. B. 65 °C) kann die Trocknung nur wenige Minuten dauern. Nachdem die Grundierung aufgetragen und getrocknet wurde, kann das Kunststoffteil zur LSR-Injektion in eine LSR-Form geladen werden. Die Zeit zwischen dem Auftragen des Primers und dem LSR-Formen, bekannt als Layover-Stabilität, variiert je nach verwendeter Primer-Chemie; Allerdings ist die Layover-Stabilität bei herkömmlichen Grundierungen typischerweise recht kurz (normalerweise weniger als 5 Stunden).

Für die Verklebung von LSR auf schwierigen Untergründen ist die Verwendung einer Grundierung die gängige Methode. Allerdings erhöhen Primer die Herstellungskosten und Zykluszeiten drastisch.

Bei Verwendung eines selbstklebenden LSR oder eines Standard-LSR in Verbindung mit einem Haftadditiv kann das LSR durch Überformen oder Zwei-Schuss-Spritzgießen direkt auf das Kunststoffteil gespritzt werden, wodurch die Schritte zum Entfernen des Teils und zum Auftragen der Grundierung entfallen. Beim Zwei-Schuss-Spritzgießen ist es nicht erforderlich, das thermoplastische Substrat vor dem Formen des LSR zu reinigen, da die thermoplastische Komponente nicht aus der Form ausgeworfen wird.

Abhängig vom verwendeten Thermoplast und der gewünschten Bindungsstärke kann die Bindungsstärke durch eine Flammen- oder Plasmabehandlung der thermoplastischen Komponente vor dem LSR-Formen erhöht werden.

Selbstklebendes LSR und Standard-LSR mit Additiv bieten ähnliche Herstellungsverbesserungen gegenüber einem herkömmlichen Primersystem, es sind jedoch noch andere Vor- und Nachteile zwischen den beiden zu berücksichtigen. Selbstklebende LSRs sorgen für Haftung auf bestimmten Substraten und sind normalerweise in begrenzten Härtegraden erhältlich. Je nach Hersteller verfallen die meisten selbstklebenden LSRs 6 Monate nach dem Herstellungsdatum oder verschlechtern sich auf eine vernachlässigbare Klebefestigkeit.

Haftadditive können mit jedem LSR-Durometer und verschiedenen Kunststoffsubstraten verwendet werden. Angesichts der möglichen Materialkombinationen wird jedoch empfohlen, die Kompatibilität zu charakterisieren. Haftzusätze haben in der Regel eine Haltbarkeitsdauer von einem Jahr. Die Haltbarkeit von nicht selbstklebendem LSR ist im Allgemeinen doppelt so lang wie die ihrer selbstklebenden Gegenstücke. Dadurch ist bei Verwendung von Haftadditiven und nicht selbstklebenden LSRs die Haltbarkeit typischerweise länger.

Da Haftadditive zusammen mit Standard-LSRs verwendet werden, die gebräuchlicher und leichter verfügbar sind, führt das Standard-LSR in Verbindung mit einem Haftadditiv zu erheblichen Einsparungen bei den Rohmaterialkosten, was es im Allgemeinen zu einer kostengünstigeren Lösung als die Verwendung von Primern oder selbstklebenden LSRs macht .

Auch die mit selbstklebenden LSRs verbundenen Vorlaufzeiten sind wichtige Überlegungen. Selbstklebende LSRs sind in der Regel nur in bestimmten Härtegraden für bestimmte Substrate erhältlich, wobei die Lieferzeiten je nach regionaler Verfügbarkeit variieren. Einige Hersteller haben Lieferzeiten von 10–18 Wochen angegeben. Standard-LSR haben kürzere Lieferzeiten und können in Verbindung mit dem Haftzusatz bis zu 50 Prozent weniger kosten als selbstklebende LSRs.

Eine wachsende Produktpalette auf dem heutigen Markt erfordert LSR, von Soft-Touch-Tasten in der Elektronik bis hin zu Ventilen und Dichtungen in kritischen medizinischen Geräten. Bei einer solchen Vielfalt an Anwendungen sollten Hersteller die besten Bindemittel für ihre einzelnen Produkte sorgfältig prüfen und auswählen und dabei Anschaffungskosten, Prozessschritte, Verfügbarkeit und mehr berücksichtigen. Sobald ein Bindemittel ausgewählt wurde, wird das Verständnis der damit verbundenen Best Practices nicht nur ein langlebiges Endprodukt gewährleisten, sondern auch die Kapitalrendite des Unternehmens verbessern.

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