Nicht unbedingt.

Eine geeignete Menge an Phenylgruppen kann die regelmäßige Anordnung der Molekülketten im Silikonkautschuk stören und dadurch die Flexibilität unter bestimmten Tieftemperaturbedingungen verbessern.

Die endgültige Tieftemperaturleistung hängt jedoch auch von Phenylanteil, Struktur des Rohkautschuks, Füllstoffen, Härte, Vernetzungssystem und den Abmessungen des fertigen Bauteils ab.

Bei der Materialauswahl sollte deshalb nicht nur nach dem Phenylgehalt gefragt werden. Ebenso wichtig sind Mindesttemperatur, Einsatzdauer, Verformungsart und Kontaktmedium.

1. Warum eignet sich Phenylsilikonkautschuk für Tieftemperaturanwendungen?

Konventioneller Methylvinylsilikonkautschuk kann in vielen gewöhnlichen Tieftemperaturumgebungen seine Elastizität behalten.

Sinkt die Temperatur weiter, wird die Molekülbewegung zunehmend eingeschränkt. Dadurch können sich folgende Eigenschaften verändern:

• Härte

• Rückstellvermögen

• Flexibilität

• Dynamischer Modul

• Dichtwirkung

• Ermüdungsbeständigkeit

Phenylgruppen stören die regelmäßige Anordnung der Molekülketten. Daher wird Phenylsilikonkautschuk häufig für Dichtungen, Schwingungsdämpfer und flexible Verbindungselemente mit erhöhten Anforderungen an die Tieftemperaturflexibilität geprüft.

Öffentlich verfügbare Produktinformationen zeigen, dass einige spezielle Phenylsilikonkautschuk-Formulierungen bei Temperaturen nahe oder unter −100 °C eingesetzt werden können.

Diese Angaben gelten jedoch nur für bestimmte Produkttypen, Formulierungen und Prüfbedingungen. Sie können nicht auf sämtliche Phenylsilikonkautschuke übertragen werden.

2. Warum ist ein höherer Phenylgehalt nicht automatisch besser?

Der Phenylgehalt ist eine wichtige Einflussgröße, aber nicht der einzige entscheidende Parameter.

Eine Veränderung des Phenylanteils kann gleichzeitig folgende Eigenschaften beeinflussen:

• Viskosität des Rohkautschuks

• Misch- und Verarbeitungsverhalten

• Vernetzungsgeschwindigkeit

• Vernetzungsdichte

• Härte

• Zugfestigkeit

• Reißfestigkeit

• Rückstellvermögen

• Dämpfungseigenschaften

• Verträglichkeit mit Füllstoffen und Additiven

• Wärmebeständigkeit

• Strahlungsbeständigkeit

• Verträglichkeit mit Ölen, Kraftstoffen und anderen Medien

Der Phenylanteil sollte daher auf die tatsächlichen Betriebsbedingungen abgestimmt werden. Ein möglichst hoher Zahlenwert darf kein isoliertes Entwicklungsziel sein.

3. Welche Bedingungen müssen vor der Auswahl bekannt sein?

Temperaturbedingungen

Folgende Temperaturen und Zeiträume müssen getrennt betrachtet werden:

• Niedrigste Starttemperatur

• Dauerbetriebstemperatur

• Kurzzeitige Tieftemperaturspitze

• Dauer der Kälteeinwirkung

• Wiederholte Temperaturwechsel

• Geschwindigkeit der Erwärmung und Abkühlung

Glasübergangstemperatur, Versprödungstemperatur und minimale Gebrauchstemperatur sind nicht dasselbe und dürfen nicht direkt gleichgesetzt werden.

Art der mechanischen Belastung

Unterschiedliche Bauteile erfordern unterschiedliche Prüfmerkmale.

Dichtungsringe:

• Rückstellung bei niedriger Temperatur

• Druckverformungsrest

• Härteänderung

• Erhaltung des Dichtdrucks

• Leckage nach Temperaturwechseln

Schwingungsdämpfer:

• Dynamischer Modul

• Dämpfungskoeffizient

• Rückstellvermögen

• Ermüdungslebensdauer

• Schwingungsverhalten bei verschiedenen Temperaturen

Schläuche und Membranen:

• Biegefähigkeit bei niedriger Temperatur

• Ermüdungsbeständigkeit

• Rissbeständigkeit

• Unversehrtheit nach wiederholter Verformung

Kontaktmedien

Es muss geklärt werden, ob das Material mit folgenden Medien in Kontakt kommt:

• Luft

• Feuchtigkeit

• Schmieröl

• Hydrauliköl

• Kraftstoff

• Lösemittel

• Kühlmittel

• Andere Chemikalien

Eine gute Tieftemperaturleistung bedeutet nicht automatisch, dass Phenylsilikonkautschuk mit allen Ölen, Kraftstoffen oder Lösemitteln verträglich ist.

Bei Medienkontakt sollten Volumenänderung, Härte, Zugfestigkeit und Dichtwirkung unter der tatsächlichen Temperatur und Einsatzdauer geprüft werden.

Verarbeitungsverfahren

Zusätzlich müssen Materialsystem und Formgebungsverfahren festgelegt werden:

• Festsilikonkautschuk

• Flüssigsilikonkautschuk

• Andere spezielle Formgebungssysteme

• Formpressen

• Extrusion

• Spritzgießen

Die verschiedenen Verfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an Rohkautschukviskosität, Fließverhalten, Füllstoffdispersion, Vernetzungsgeschwindigkeit und Werkzeugauslegung.

4. Welche Materialrichtungen können geprüft werden?

Phenylsilikonkautschuk

Phenylsilikonkautschuk sollte bevorzugt geprüft werden, wenn die Anwendung folgende Eigenschaften erfordert:

• Flexibilität bei extremer Kälte

• Tieftemperaturabdichtung

• Schwingungsdämpfung

• Flexible Verbindung

• Breiter Temperaturwechselbereich

• Wiederholte Verformung bei niedrigen Temperaturen

Die minimale Gebrauchstemperatur muss dennoch anhand der tatsächlichen Formulierung und des vulkanisierten Fertigteils bestätigt werden.

Konventioneller Silikonkautschuk

Wenn die Mindesttemperatur nicht besonders extrem ist, kann konventioneller Methylvinylsilikonkautschuk bereits ausreichend sein.

In diesem Fall können die zusätzlichen Material-, Verarbeitungs- und Validierungskosten einer Phenylstruktur unnötig sein.

Zunächst sollte geprüft werden, ob ein konventioneller Silikonkautschuk die tatsächlichen Anforderungen erfüllt. Erst danach ist zu entscheiden, ob ein Wechsel zu Phenylsilikonkautschuk erforderlich ist.

Fluorsilikonkautschuk

Wenn der Tieftemperatureinsatz gleichzeitig den Kontakt mit Kraftstoffen, Ölen oder bestimmten Chemikalien umfasst, kann Fluorsilikonkautschuk als mögliche Alternative geprüft werden.

Folgende Eigenschaften müssen jedoch gemeinsam bewertet werden:

• Tieftemperaturflexibilität

• Härteänderung

• Zug- und Reißfestigkeit

• Druckverformungsrest

• Kraftstoff- und Ölverträglichkeit

• Dichtwirkung nach Temperaturwechseln

Allein aufgrund der Bezeichnung „Fluor“ oder „Phenyl“ darf nicht angenommen werden, dass das Material für sämtliche extremen Kälte- und Medienbedingungen geeignet ist.

5. Häufige Fehler bei der Materialauswahl

Die Glasübergangstemperatur wird als minimale Dauergebrauchstemperatur verwendet

Die Glasübergangstemperatur beschreibt eine Änderung der molekularen Beweglichkeit. Sie entspricht jedoch nicht automatisch der minimalen Gebrauchstemperatur eines Bauteils unter realer Belastung und Verformung.

Die minimale Gebrauchstemperatur hängt zusätzlich von Belastung, Verformungsart, Einsatzdauer, Bauteilabmessungen, Prüfverfahren und Versagenskriterien ab.

Es werden nur Rohkautschukdaten verglichen

Der Rohkautschuk ist lediglich das Grundmaterial einer Formulierung.

Füllstoffe, Additive, Vernetzungsmittel, Vernetzungstemperatur, Vernetzungszeit und Nachhärtung verändern die Eigenschaften des fertigen Bauteils.

Da in der Praxis das vulkanisierte Produkt eingesetzt wird, muss die endgültige Entscheidung auf Prüfungen des Fertigteils beruhen.

Es wird nur die Tieftemperaturbiegung, aber nicht die Rückstellung der Dichtung geprüft

Ein Material kann bei niedriger Temperatur biegsam bleiben, ohne nach einer Kompression schnell genug zurückzustellen und die Dichtwirkung aufrechtzuerhalten.

Bei Dichtungen sollten zusätzlich geprüft werden:

• Tieftemperatur-Druckverformungsrest

• Rückstellgeschwindigkeit

• Kontaktdruck

• Leckagerate

• Dichtwirkung nach Temperaturwechseln

Füllstoffe, Vernetzungsmittel und Nachhärtung werden nicht berücksichtigt

Art, Menge und Dispersion der Füllstoffe sowie Vernetzungssystem und Nachhärtungsbedingungen können Tieftemperaturflexibilität und mechanische Eigenschaften deutlich beeinflussen.

Raumtemperaturprüfungen werden auf andere Temperaturen übertragen

Wenn ein Material bei Raumtemperatur nach Öl- oder Kraftstoffkontakt keine auffälligen Veränderungen zeigt, bedeutet dies nicht, dass es bei −80 °C oder hohen Temperaturen gleich reagiert.

Medienbeständigkeitsprüfungen müssen tatsächliche Temperatur, Einsatzdauer und mechanische Belastung berücksichtigen.

6. Empfohlenes Auswahlverfahren

Schritt 1: Tatsächliche Betriebsbedingungen definieren

Zu bestätigen sind:

• Mindesttemperatur

• Dauerbetriebstemperatur

• Dauer der Kälteeinwirkung

• Temperaturwechselbedingungen

• Belastungsart

• Kontaktmedium

• Abmessungen und Struktur des Bauteils

Schritt 2: Geeignete Materialfamilien auswählen

Je nach Anwendung sollten folgende Materialien verglichen werden:

• Konventioneller Silikonkautschuk

• Phenylsilikonkautschuk

• Fluorsilikonkautschuk

• Andere Spezialelastomere

Schritt 3: Prüfkörper mit der tatsächlichen Formulierung herstellen

Die Proben sollten dem späteren Produkt möglichst genau entsprechen und Folgendes enthalten:

• Tatsächlich verwendeter Rohkautschuk

• Tatsächliche Füllstoffe

• Tatsächliche Additive

• Vorgesehenes Vernetzungssystem

• Tatsächliche Formgebungs- und Nachhärtungsbedingungen

Schritt 4: Vulkanisierte Bauteile prüfen

Empfohlene Prüfungen:

• Rückstellung bei niedriger Temperatur

• Härteänderung

• Druckverformungsrest

• Tieftemperaturbiegung

• Ermüdungsverhalten

• Dynamischer Modul

• Dämpfungsverhalten

• Medienverträglichkeit

• Leistung nach Temperaturwechseln

• Tatsächliche Dicht- oder Dämpfungswirkung

Schritt 5: Material und Prozess festlegen

Erst wenn das vulkanisierte Bauteil die Anforderungen erfüllt, sollten folgende Punkte endgültig festgelegt werden:

• Rohkautschuktyp

• Phenylgehaltsbereich

• Füllstoffsystem

• Vernetzungssystem

• Formgebungsverfahren

• Nachhärtungsbedingungen

7. Welche Materialien kann IOTA anbieten?

Als Anbieter von Komplettlösungen entlang der Silikon-Wertschöpfungskette kann IOTA SILICONE OIL (Anhui) CO., LTD. bei der Auswahl folgender Materialien unterstützen:

• Phenylsilikon-Rohkautschuk

• Phenylsilikonkautschuk

• Pyrogene Kieselsäure

• Oberflächenbehandelte Kieselsäure

• Funktionelle Silikonadditive

Der konkrete Produkttyp sollte erst festgelegt werden, nachdem die Betriebsbedingungen definiert und Prüfungen mit der tatsächlichen Formulierung und dem fertigen Bauteil abgeschlossen wurden.

8. Häufig gestellte Fragen

Ist Phenylsilikonkautschuk immer kältebeständiger als konventioneller Silikonkautschuk?

Nicht unbedingt.

Bei einigen extremen Tieftemperaturanwendungen bietet Phenylsilikonkautschuk Vorteile. Die endgültige Leistung hängt jedoch von Phenylanteil, Formulierung, Vernetzungsbedingungen und Zustand des Fertigteils ab.

Verbessert ein höherer Phenylgehalt immer die Tieftemperaturleistung?

Nein.

Der Phenylgehalt beeinflusst auch Verarbeitung, mechanische Eigenschaften, Dämpfung und Vernetzungsverhalten. Diese Eigenschaften müssen gemeinsam ausbalanciert werden.

Entspricht die Glasübergangstemperatur der minimalen Gebrauchstemperatur?

Nein.

Die minimale Gebrauchstemperatur wird auch von Belastung, Verformungsart, Einsatzdauer, Prüfverfahren und Versagenskriterien beeinflusst.

Welche Eigenschaften sind bei Dichtungen für extreme Kälte am wichtigsten?

Folgende Eigenschaften sollten gemeinsam bewertet werden:

• Rückstellung bei niedriger Temperatur

• Druckverformungsrest

• Härteänderung

• Medienverträglichkeit

• Dichtwirkung nach Temperaturwechseln

Ist Phenylsilikonkautschuk gegen alle Schmieröle und Kraftstoffe beständig?

Das kann nicht grundsätzlich angenommen werden.

Bei Kontakt mit Ölen oder Kraftstoffen müssen Volumenänderung, Härteänderung, Erhaltung der mechanischen Eigenschaften und tatsächliche Dichtwirkung geprüft werden.

Können Rohkautschukdaten allein die endgültige Leistung bestimmen?

Nein.

Füllstoffe, Additive, Vernetzungssystem, Nachhärtung und Formgebungsverfahren beeinflussen die endgültigen Eigenschaften des vulkanisierten Produkts.

Der Phenylgehalt ist nur eine Variable innerhalb der Formulierungsentwicklung. Eine zuverlässige Materialauswahl für extreme Kälte muss auf der vollständigen Formulierung, Prüfungen des vulkanisierten Bauteils und den tatsächlichen Einsatzbedingungen beruhen.