Flüssigsilikonkautschuk (LSR) ist ein zweikomponentiger Elastomer. Er besteht aus sechs wesentlichen Bestandteilen: Basispolymere (hauptsächlich vinyl-terminiertes PDMS). Ein Vernetzer (Wasserstoffsilikonöl). Ein Platin-Katalysator für schnelles Aushärten. Ein Inhibitor zur Kontrolle der Reaktionszeit. Verstärkende Füllstoffe (wie pyrogenes oder gefälltes Silica). Und verschiedene Additive für spezifische Funktionalitäten und Verarbeitungsverbesserungen.

Zusammensetzung von Flüssigsilikonkautschuk

Eine vollständige zweikomponentige LSR-Formulierung umfasst typischerweise:

• Basispolymere: In der Regel vinyl-terminiertes Polydimethylsiloxan (PDMS).
• Verstärkende Füllstoffe: Wie pyrogenes Silica, zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit.
• Platin-Katalysator: Zur Ermöglichung der Additionsvernetzungsreaktion.
• Vernetzer: Typischerweise wasserstofffunktionale Siloxane, die mit den Vinylgruppen des Basispolymers reagieren.
• Inhibitor: Zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit und Verlängerung der Topfzeit.
• Zusatzstoffe: Wie Pigmente, Trennmittel oder Hitzestabilisatoren, um spezifische Eigenschaften zu verleihen.

Im Folgenden betrachten wir jede Zusammensetzung im Detail.

Basispolymere (Silikonöl):

Polydimethylsiloxan – PDMS: Dimethylsilikonöl ist das grundlegendste und am weitesten verbreitete Silikonöl. Primäres Rückgratpolymer für die meisten Silikonkautschuke (einschließlich sowohl kondensationsvernetzender als auch additionsvernetzender Typen). In kondensationsvernetzenden Silikonen (wie industriellen Formenbau-Silikonen) fungiert es als Hauptkettenmaterial.

Vinylsilikonöl: Vinylsilikonöl ist das primäre Basismaterial für additionsvernetzende Silikone (auch als platinvernetzte Silikone bekannt).

• Ist der Vinylgehalt zu niedrig, ist die Vernetzungsdichte des Silikonkautschuks gering, was zu niedriger Härte und geringer Reißfestigkeit führt.
• Ist der Vinylgehalt zu hoch, wird der vulkanisierte Kautschuk härter und spröder, und seine Alterungsbeständigkeit nimmt ab. Vinylsilikonöl mit geringer Molmasse kann die Viskosität der Kautschukmischung verringern, ihre Fließfähigkeit verbessern und in gewissem Maße die Vernetzungsdichte des Silikonkautschuks erhöhen, wodurch dieser eine gewisse Zugfestigkeit und Härte erhält.

Wasserstoffsilikonöl: Wasserstoffsilikonöl ist der Schlüsselvernetzer in additionsvernetzenden und kondensationsvernetzenden Silikonen.

Phenylsilikonöl: Phenylsilikonöl ist ein „High-End-Mitglied“ der Silikonölfamilie. Durch die Einführung von Phenylgruppen übertrifft es herkömmliches Dimethylsilikonöl in Temperaturbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit und optischen Eigenschaften und dient hauptsächlich spezifischen Anwendungsbereichen mit extrem strengen Materialleistungsanforderungen. Zu seinen wichtigsten Eigenschaften zählen hervorragende Hoch-/Tiefstemperaturbeständigkeit (-70°C ~ 250°C+), herausragende Strahlungsbeständigkeit, ein höherer Brechungsindex (ca. 1.46 ~ 1.50) und relativ höhere Kosten.

Verstärkungsfüller

Pyrogenes Siliciumdioxid: Pyrogenes Siliciumdioxid ist der Kernverstärkungsfüller in LSR, hergestellt durch hochtemperaturige Hydrolyse von Siliciumtetrachlorid. Es weist nanoskalige Partikel und eine enorme spezifische Oberfläche auf. Um eine hervorragende Dispersion zu gewährleisten, eine niedrige Viskosität beizubehalten und in LSR überlegene Zug- und Reißfestigkeit zu bieten, muss seine Oberfläche hydrophobiert werden, was auch hilft, eine hohe Produkttransparenz zu erhalten.

Gefälltes Siliciumdioxid: Gefälltes Siliciumdioxid wird durch Fällung aus Natriumsilikatlösung hergestellt; seine Partikel sind größer als die von pyrogenem Siliciumdioxid und bieten eine etwas geringere Verstärkung und Transparenz. Obwohl es ebenfalls einer Oberflächenbehandlung bedarf, liegt sein Hauptvorteil in den geringeren Kosten, was es für LSR-Anwendungen mit weniger strengen Leistungsanforderungen und hoher Preissensitivität geeignet macht.

Platinkatalysator

Der von dem Platin-Katalysator in Flüssigsilikonkautschuk (LSR) katalysierte Prozess ist im Wesentlichen der Vulkanisationsprozess von LSR. Der Platin-Katalysator ist der Kern des Additionsvernetzungssystems von LSR, er katalysiert effizient die Reaktion zwischen Vinylgruppen und Si-H-Bindungen für eine schnelle Umwandlung von flüssig zu fest. Er ist temperatursensitiv, wird bei niedrigen Temperaturen durch Inhibitoren kontrolliert, aber durch Wärme rasch aktiviert, was eine schnelle, saubere Vernetzung gewährleistet (keine Nebenprodukte, Transparenz bleibt erhalten).

Inhibitor

Das Vorhandensein eines Inhibitors ist entscheidend, damit LSR hocheffizientes, automatisiertes Spritzgießen erreicht. Er löst den Widerspruch, wie man verhindert, dass der Flüssigkautschuk sofort nach dem Mischen vernetzt, ihn aber im Formwerkzeug rasch vernetzen lässt. Er wirkt synergistisch mit dem Platin-Katalysator, um das Vernetzungsverhalten von LSR zu steuern.

Additive

Die Funktionen von Additiven sind vielfältig und umfassen hauptsächlich:

• Verleihung spezieller Funktionalitäten: Ermöglicht LSR den Besitz nicht inhärenter Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Flammwidrigkeit, antimikrobielle Eigenschaften, Selbsthaftung und Schäumung.
• Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften: Optimierung der Fließfähigkeit und Entformung von LSR sowie Reduzierung von Verarbeitungsfehlern.
• Anpassung ästhetischer Merkmale: Steuerung von Farbe, Transparenz oder Oberflächenglanz.
• Erhöhung der Dauerhaftigkeit: Erhöhung der Stabilität von LSR bei Langzeitgebrauch oder in spezifischen Umgebungen, wie Beständigkeit gegen Alterung und UV-Strahlung.

Fazit

Im Wesentlichen ist Flüssigsilikonkautschuk (LSR) ein vielseitiges Material, dessen überlegene Leistung durch das synergistische Zusammenspiel seiner Kernkomponenten präzise gestaltet wird: Basispolymere (wie vinyl-terminierte Silikonöle) die die grundlegende Struktur bilden, Vernetzer (Wasserstoff-Silikonöl) das das robuste Netzwerk aufbaut, ein Platinkatalysator der eine schnelle, kontrollierte Vulkanisierung ermöglicht, und ein Inhibitor der die Verarbeitbarkeit sicherstellt. Weiter verbessert durch verstärkende Füllstoffe (hauptsächlich pyrogene Kieselsäure) für mechanische Festigkeit und eine Vielzahl von Additive für maßgeschneiderte Funktionalitäten und ästhetische Eigenschaften, LSR stellt eine hochanpassungsfähige Lösung für eine Vielzahl anspruchsvoller Anwendungen dar.