Alterung von Silikonwerkzeugen im Vakuumgießprozess: Polyamid-12-Pulver als Additiv kann die Lebensdauer erhöhen.

Der Einsatz von Silikonwerkzeugen zur Herstellung von Gussteilen aus Polyurethan ist Stand der Technik und bietet viele Vorteile, z.B. Elastizität der Form und die Möglichkeit Bauteile mit komplexen Geometrien und hoher Oberflächengüte herzustellen. Ein entscheidender Nachteil ist jedoch, dass es mit zunehmender Zahl der Abgüsse zu einer Alterung der Silikonform kommt, die sich durch ein Aushärten am Rand der Gussform auszeichnet. Dadurch kann es bei der Entnahme des fertigen Bauteils zu Rissen kommen und die Gussform wird unbrauchbar.

Im Projekt „Silimold 2.0“ von BIfAM-Mitglied Prof. Dr.-Ing. Bruno Hüsgen, welches in Kooperation mit der Firma CNC Speedform AG aus Werther und der Universität Paderborn durchgeführt wurde, ist jener Sachverhalt genauer untersucht worden und eine Lösung für das Alterungsproblem der Gussformen - mit dem Ziel die Haltbarkeit deutlich zu erhöhen - sollte erarbeitet werden.

Bei wiederholter Nutzung der Gussformen in der Bauteilproduktion kommt es zu einer Reaktion zwischen dem Silikon der Gussform und dem Polyurethanharz, aus dem das herzustellende Bauteil besteht. Hierbei dringen Bestandteile des Gießharzes in die Gussform ein, was zur Versprödung und Verfärbung der Oberfläche der Gussform führt. Zur Verringerung der Alterungseffekte wurde im Projekt eine „Sperrschicht“ entwickelt, die auf die Oberfläche des Gießwerkzeugs aufgebracht wird, um die Alterungsreaktion zu verhindern bzw. zu reduzieren. Dazu wurden Schichtsilikate verwendet. Im Laufe des Projekts konnten Professor Hüsgen und seine Mitarbeiter jedoch zeigen, dass dies einen unerwarteten Effekt auf die Alterung des Silikons hat. Es wurde zwar eine deutliche Sperrwirkung erzielt, jedoch konnten die Alterungseffekte hierdurch nicht maßgeblich reduziert werden. So musste ein neuer Ansatz gewählt werden.

Einen vielversprechenden Lösungsansatz fanden sie in Form von Polyamid-12-Pulver, welches als Abfallprodukt beim selektiven Lasersintern (SLS) entsteht. Das Pulver wird bei der Herstellung der Gießwerkzeuge unter das Silikon gemischt. Die auf diese Weise hergestellten Gießwerkzeuge haben eine bis zu 20 % längere Standzeit als reine Silikonwerkzeuge. Darüber hinaus bietet der Einsatz des Polyamid-12-Pulvers noch weitere Vorteile. Durch die Beimischung des Pulvers wird weniger Silikon für die Herstellung eines Gießwerkzeugs benötigt und die Kosten können somit gesenkt werden. Da das Polyamid-12-Pulver ein Abfallprodukt des selektiven Lasersinterns ist, bietet seine Verwendung zur Herstellung von Gießwerkzeugen aus Silikon eine Möglichkeit zum Recycling und kommt damit der Umwelt zugute.

Ihre Ergebnisse stellten die Forscher in verschiedenen Vorträgen vor Fachpublikum vor. Darüber hinaus sind zwei Fachpublikationen entstanden:

• Wortmann, M.; Frese, N.; Heide, A.; Strube, O.; Gölzhäuser, A.; Moritzer, E.; Hüsgen, B. Untersuchung der Alterungsmechanismen von Silikon-Gießwerkzeugen beim Vakuumgießen, Ingenieur Spiegel - Maschinenbau, Ausgabe 3, 2017
• Wortmann, M.; Frese, N.; Heide, A.; Brikmann, J.; Strube, O.; Dalpke, R.; Gölzhäuser, A.; Moritzer, E.; Hüsgen, B. Examination of Interpenetrating Polymer Networks of Polyurea in Silicone Molds Arising During Vacuum Casting Processes, Polym-Plast Technol., 2017 (in Begutachtung)

Das Projekt „Silimold 2.0“ wurde als ZIM-Kooperationsprojekt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.