Fortschritte bei der Reinigung von LSR-Teilen und Formen

Düsseldorf, Deutschland – Die Reinigung von Formteilen aus flüssigem Silikonkautschuk kann schwierig sein, ist aber für einige Anwendungen erforderlich. Beim jüngsten Silicone Elastomers World Summit in Düsseldorf hielten zwei Referenten Vorträge zu neuen Reinigungsmethoden.

Leopold Pühringer, Produktentwicklungsleiter bei Starlim Sterner Spritzguss GmbH, sprach von einem „einzigartigen marktreifen“ SCD Starlim Kohlendioxid-Reinigungsprozess. Starlim ist ein in Marcher, Österreich, ansässiger Silikonkautschukformer mit weltweiten Niederlassungen, der 14 Milliarden Teile pro Jahr herstellt.

Das Unternehmen setzt SCD-Cleaning bei der Herstellung von Silikonkomponenten ein, die sehr spezifische Anforderungen an den Restgehalt an flüchtigen Bestandteilen erfüllen müssen. Es nutzt die sehr niedrige Oberflächenenergie von flüssigem CO2, sodass es wie ein Lösungsmittel wirkt, das flüchtige und auslaugbare unpolare, polare, nicht chemisch vernetzte Siloxan- und Silikonöle mit niedrigem Molekulargewicht aus geformten Silikonkautschukteilen extrahiert.

Das CO2 wird unter einem Druck von 50 bar bei einer Temperatur zwischen 0 °C (32 °F) und 15 °C (59 °F) verwendet, wenn es sich um eine unterkritische Flüssigkeit zwischen fester, flüssiger und gasförmiger Phase handelt.

Pühringer sagte, SCD sei ein kostengünstiges Verfahren in einer speziellen „Waschmaschine“, das flüchtige und auslaugbare niedermolekulare Substanzen auf LSR-Formteilen innerhalb von 30 Minuten auf einen nicht nachweisbaren Wert von unter 20 Teilen pro Million reduziert. Dies würde sonst vier Stunden durch Nachhärten bei 200 °C erfordern und selbst dann nicht von 1.500–3.000 ppm auf unter 200–400 ppm herunterkommen.

Laut Pühringer hat SCD keinen Einfluss auf die anfänglichen Eigenschaften wie Bruchdehnung, Zugfestigkeit, Druckverformungsrest und Härte. Die Dichte erhöht sich geringfügig um etwa 0,003 Kilogramm pro Liter und die Ölbeständigkeit ist um einen einstelligen Prozentsatz höher.

Rainer Konrad, der seit 10 Jahren im Forschungs- und Entwicklungsteam von Starlim arbeitet und Kunden nun von der Produktentwicklung bis zum fertigen Teil begleitet, betont, dass SCD kein vollständiger Ersatz für die Nachhärtung sei, sondern als „Paralleltechnologie“ gelte. "

SCD kann sowohl ein- als auch mehrkomponentige Formteile reinigen, um Klebrigkeit zu beseitigen oder zu reduzieren, ohne dass es zu einer Wärmeverformung von LSR-Sekundärkomponenten oder wärmeempfindlicheren thermoplastischen Primärkomponenten kommt, auf die LSR umspritzt wird, was bei der Nachhärtung bei hohen Temperaturen auftreten kann.

Ebenso besteht ein geringeres Risiko, dass feine eingeformte Funktionsschlitze durch „Heilung“ nach der Polymerisation versiegeln, was durch die Nachhärtung nicht immer vollständig beseitigt werden kann. Relativ große Formteile und Formteile mit großer Wandstärke können in „akzeptabler Zeit“ per SCD gereinigt werden, so Pühringer.

Im Gegensatz zur Hochtemperaturhärtung kommt es bei der SCD-Reinigung aufgrund der niedrigen Betriebstemperatur zu keiner Sterilisation der Formteile, außer durch druckempfindliche Bakterien.

Die Reinigung von LSR-Primäroptiklinsen mit komplexen Geometrien ist dort wirksam, wo dies durch Nachhärten möglicherweise nicht möglich ist, und gewährleistet einen niedrigen Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), der zum Beschlagen der Sekundäroptik führen kann. Eine Massennachhärtung durch Trommeln mit relativ hoher Produktivität wäre ohnehin nicht akzeptabel, da optische Oberflächen aneinander haften und nachpolymerisieren könnten.

Pühringer zeigte eine „RMJ Mixing Dome“-Primäroptik-LSR-Linse, die von Starlim für Aldrans, den in Österreich ansässigen Lichtsystemspezialisten Bartenbach GmbH, hergestellt wurde, als guten Kandidaten für die SCD-Reinigung, da sie trotz hoher Hitzeeinwirkung ihre hohe Transparenz behalten muss auf die Nähe zu LEDs.

In der anderen Reinigungspräsentation sprach Dietmar Juchmes, Vizepräsident für Geschäftsentwicklung und Vertrieb bei Cold Jet LLC mit Sitz in Loveland, Ohio, über nachhaltiges Trockeneisstrahlen mit recyceltem CO2 zur Reinigung von Formen, die zum Formen von LSR-Teilen verwendet werden.

Da noch nicht ausgehärtetes Silikon eine extrem niedrige Viskosität aufweist, könne es bei Formteilen leicht zu Gratbildung kommen, sagte Juchmes. Aus diesem Grund werden Formen für LSR mit sehr engen Maßtoleranzen hergestellt, die durch Ablagerungen auf der Formoberfläche beeinflusst werden können, da die Toleranzen oft nur ±0,0005 mm betragen müssen.

Laut Juchmes gewährleistet die Trockeneisreinigung die wirksame Entfernung von Ablagerungen auf Formen mit komplexer Geometrie und in Entlüftungsöffnungen, ohne die Formtoleranzen zu beeinträchtigen.

Die Produktivität wird durch die Beibehaltung enger Toleranzen erhöht, die für niedrige Ausschussraten sorgen, und durch eine geringere Produktionsausfallzeit von 30 Minuten statt sechs bis acht Stunden.

Die Reinigung erfolgt „in situ“ bei Betriebstemperatur im auf der Spritzgießmaschine montierten Werkzeug, ohne dass dieses zur Reinigung abgekühlt werden muss.

Bei diesem Verfahren wird Druckluft verwendet, um die Trockeneisanwendung auf Überschallgeschwindigkeit bei einer Temperatur von -79 °C (-109 °F) zu beschleunigen und so einen thermodynamischen Schock zu erzeugen, der die Bindung zwischen der Formoberfläche und den Verunreinigungen schwächt, die dann entfernt werden durch eine „Mini-CO2-Explosion“, bei der das CO2 ohne Sekundärabfall in die Atmosphäre sublimiert.

Durch die Verwendung von recyceltem CO2 wird nicht davon ausgegangen, dass dies zu einer erhöhten Treibhausgasbelastung beiträgt.

Ein bedeutender Fortschritt seit der Gründung von Cold Jet im Jahr 1988 war die Einführung der PCS 60-Ausrüstung „Partikelkontrollsystem“ im Jahr 2019. Diese nimmt 3 mm große Trockeneispellets auf und der Bediener schneidet sie in rautenförmige Partikel in einer von 28 Größen zwischen 3,0 mm und 0,3 mm.

Im Jahr 2021 stellte das Unternehmen gleichzeitig ein i3 MicroClean 2-Gerät mit erhöhter Leistung, höherer Effizienz und einem integrierten Trockeneis-Dosiersystem vor – Vorteile gegenüber dem ersten i3 MicroClean-Gerät aus dem Jahr 2005.

2021 war auch das Jahr, in dem Cold Jet seine Geräte um „Connect“-Industrie-4.0-Funktionen erweiterte, mit Funktionen wie Fernunterstützung, virtuell geführten Reparaturen, Maschinenanalysen und Schulungsvideos.

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