Das ist möglich. Allein anhand des Erscheinungsbildes des Belags lässt sich jedoch nicht feststellen, ob die Verunreinigung tatsächlich von einem Silikonmaterial stammt. Beim Erwärmen geschlossener Geräte können flüchtige Bestandteile aus Silikonölen, Klebstoffen, Dichtstoffen, Schmierfetten, Trennmitteln, Kunststoffadditiven oder Reinigungsrückständen freigesetzt werden und anschließend auf kühleren Linsen, Sichtfenstern oder Sensoroberflächen kondensieren.

Die richtige Vorgehensweise besteht darin, zunächst die Zusammensetzung des Belags, die Kontaminationsquelle und den Migrationsweg zu bestimmen. Erst danach sollte entschieden werden, ob ein niedrigflüchtiges Silikonmaterial eingesetzt werden muss.

Was ist der grundlegende Mechanismus der Beschlagbildung?

Beim Erwärmen eines Geräts können Lösemittel, nicht umgesetzte Bestandteile, niedermolekulare Stoffe oder thermische Zersetzungsprodukte aus den Materialien in die Gasphase übergehen. Liegt die Temperatur einer Linse oder eines transparenten Fensters unter der Temperatur im Bereich der Kontaminationsquelle, können sich diese Stoffe auf der kühleren Oberfläche niederschlagen.

Dadurch können sich ein Ölfilm, ein weißlicher Schleier oder eine verringerte optische Transmission bilden.

Das Ausmaß der Beschlagbildung wird normalerweise durch mehrere Faktoren beeinflusst:

• Gehalt an flüchtigen und kondensierbaren Bestandteilen im Material

• Dauerbetriebstemperatur, Spitzentemperatur und Erwärmungsdauer

• Abstand zwischen Kontaminationsquelle und Linse

• Grad der Abdichtung und interner Luftaustausch des Geräts

• Temperaturunterschied zwischen Linse und Kontaminationsquelle

• Materialmenge, exponierte Oberfläche und Aushärtungsgrad

Wenn ein Material in einem offenen Gerät keine sichtbaren Probleme verursacht, bedeutet das daher nicht, dass es auch in einem geschlossenen optischen Gerät keine Verunreinigungen hervorruft.

Wird die Beschlagbildung immer durch Silikonöl verursacht?

Nein. Die Ursachenanalyse sollte mindestens folgende Materialien und Rückstände einbeziehen:

• Silikonöle, Silikonfette und Wärmeleitmaterialien

• Silikonbasierte und andere Kleb- und Dichtstoffe

• Unvollständig ausgehärtete Vergussmassen und Beschichtungen

• Kunststoffe, Elastomere und deren Weichmacher

• Im Fertigungsprozess verwendete Trennmittel

• Rückstände von Reinigungsmitteln, Flussmitteln und Bearbeitungsölen

• Nicht silikonbasierte Materialien, die sich bei hohen Temperaturen zersetzen

Wird nur das Silikonöl ersetzt, ohne Klebstoffe, Kunststoffe, Schmierfette und Reinigungsrückstände zu untersuchen, kann das Problem weiterhin auftreten.

Welche Kennwerte sind bei niedrigflüchtigem Silikonöl wichtig?

Flüchtigkeitsverlust

Angaben zur Flüchtigkeit müssen immer zusammen mit Prüftemperatur, Prüfdauer, Probenmenge und Prüfverfahren betrachtet werden. Werte, die unter unterschiedlichen Bedingungen ermittelt wurden, können nicht direkt miteinander verglichen werden.

Auch wenn zwei Materialien als „niedrigflüchtig“ bezeichnet werden, sind ihre Daten möglicherweise nicht vergleichbar, wenn unterschiedliche Temperaturen oder Prüfzeiten verwendet wurden.

Niedermolekulare Bestandteile

Silikonöle mit ähnlicher konventioneller Viskosität können unterschiedliche Zusammensetzungen niedermolekularer Bestandteile aufweisen.

Bei Silikonmaterialien bezeichnet D3–D10 üblicherweise cyclische Siloxane mit unterschiedlichen Polymerisationsgraden. Bei elektronischen, optischen und geschlossenen Geräten sollte neben dem gesamten Flüchtigkeitsverlust je nach Kontaminationsrisiko auch der Gehalt an niedermolekularen cyclischen Siloxanen wie D3–D10 sowie an anderen flüchtigen oder kondensierbaren Bestandteilen geprüft werden.

Ein geringer Gehalt an niedermolekularen Stoffen kann bestimmte Risiken flüchtiger Verunreinigungen reduzieren. Er beweist jedoch nicht, dass das Material im vollständigen Gerät keine Beschlagbildung verursacht.

Kondensierbare flüchtige Stoffe

In optisch empfindlichen Umgebungen müssen zwei Aspekte unterschieden werden:

• Welche Materialmenge in die Umgebung verdampft

• Welcher Anteil der freigesetzten Stoffe auf empfindlichen Oberflächen wie Linsen kondensiert

Der erste Wert beschreibt den Masseverlust des Materials. Der zweite steht in einem direkteren Zusammenhang mit optischer Kontamination. Ein geringer Gesamtmasseverlust bedeutet nicht zwangsläufig, dass sich auch nur wenig Material auf der Linse ablagert.

Bei der NASA-Ausgasungsbewertung werden der gesamte Masseverlust TML (Total Mass Loss) und die kondensierbaren flüchtigen Stoffe CVCM (Collected Volatile Condensable Materials) separat erfasst.

Diese Unterscheidung zeigt, dass „geringe Gesamtflüchtigkeit“ und „geringes Kontaminationsrisiko für empfindliche Oberflächen“ nicht dasselbe sind. Entsprechende Daten sind in der NASA Outgassing Database verfügbar.

ASTM E595 dient hauptsächlich zur Bewertung der Materialausgasung unter Vakuumbedingungen. Das Verfahren kann eine reale Beschlagprüfung für geschlossene elektronische oder optische Geräte unter atmosphärischem Druck nicht direkt ersetzen.

Welche Einsatzbedingungen müssen vor der Materialauswahl geklärt werden?

Mindestens folgende Informationen werden benötigt:

1. Offene, teilweise geschlossene oder vollständig gekapselte Bauweise des Geräts

2. Dauerbetriebstemperatur und kurzfristige Spitzentemperatur

3. Temperaturverteilung an Linse, Lichtquelle, Leiterplatte und Dichtungsbereich

4. Zeitpunkt, Ort und Erscheinungsbild der Beschlagbildung

5. Sämtliche im Gerät verwendeten Klebstoffe, Öle, Fette, Kunststoffe und Reinigungsmaterialien

6. Vollständiger Aushärtungszustand von Klebstoffen, Dichtstoffen und Vergussmassen

7. Anforderungen an Transmission, Trübung, Oberflächenrückstände und elektrische Eigenschaften

8. Derzeit verwendete Prüfverfahren für Flüchtigkeit, Ausgasung oder Beschlagbildung

Wenn diese Bedingungen nicht bekannt sind, sollte kein bestimmter Typ von Silikonöl, Klebstoff oder Vergussmaterial direkt empfohlen werden.

Wie lässt sich die tatsächliche Kontaminationsquelle bestimmen?

Schritt 1: Eine vollständige Materialliste erstellen

Alle im Gerät verwendeten nichtmetallischen Materialien müssen dokumentiert werden. Dazu gehören auch geringe Mengen an Trennmitteln, Schmierstoffen, Klebebändern, Flussmitteln und Reinigungsrückständen.

Ein Material darf nicht allein deshalb als mögliche Kontaminationsquelle ausgeschlossen werden, weil nur eine kleine Menge davon verwendet wird.

Schritt 2: Einzelmaterial-Vergleichsgruppen einrichten

Jedes potenziell verdächtige Material wird separat unter identischen Temperatur-, Zeit- und Kapselungsbedingungen in einem Behälter geprüft. Eine gereinigte Glasplatte oder die tatsächliche Linse dient dabei als Kondensations- beziehungsweise Sammelfläche.

Die Prüfbedingungen sollten dem tatsächlichen Betriebszustand des Geräts so weit wie möglich entsprechen.

Schritt 3: Eine Blindprobe einrichten

Der leere Referenzbehälter muss denselben Reinigungs-, Montage- und Erwärmungsprozess durchlaufen wie die Materialproben. Dadurch lassen sich Verunreinigungen aus dem Behälter, der Arbeitsumgebung oder dem Prüfprozess selbst erkennen.

Ohne Blindprobe kann eine Hintergrundverunreinigung fälschlicherweise der Materialausgasung zugeschrieben werden.

Schritt 4: Zusammensetzung des Belags analysieren

Wenn möglich, sollte die Zusammensetzung der Ablagerung mittels Infrarotspektroskopie, Chromatographie-Massenspektrometrie oder eines anderen geeigneten Analyseverfahrens untersucht werden.

Farbe, Geruch oder Haptik des Belags reichen normalerweise nicht aus, um zuverlässig festzustellen, ob die Verunreinigung aus einem Silikonöl, einem Klebstoff oder einem anderen Material stammt.

Schritt 5: Materialkombinationen und das vollständige Gerät erneut prüfen

Nachdem die einzelnen Materialien ihre Prüfungen bestanden haben, müssen zusätzlich Materialkombinationen und das vollständige Gerät einer thermischen Alterungsprüfung unterzogen werden.

Wenn mehrere Materialien gemeinsam eingesetzt werden, können sich Verdampfung, Migration, Adsorption und Kondensation im System verändern. Ein bestandenes Einzelmaterial-Ergebnis garantiert daher nicht, dass das vollständige Gerät beschlagfrei bleibt.

Welche Materiallösungen können geprüft werden?

Niedrigflüchtiges Silikonöl

Niedrigflüchtiges Silikonöl eignet sich für Anwendungen, in denen Schmierung, Dämpfung, elektrische Isolation oder ein Formulierungsbasisöl benötigt werden und gleichzeitig hohe Anforderungen an Flüchtigkeit und optische Sauberkeit bestehen.

Bei der Auswahl sind Flüchtigkeitsverlust, niedermolekulare Bestandteile und kondensierbare Stoffe unter festgelegten Prüfbedingungen zu vergleichen. Viskosität oder Produktbezeichnung allein reichen nicht aus.

Niedrigflüchtiger Silikonkautschuk oder Klebstoff

Stammt die Kontamination aus einem Dichtungs-, Klebe- oder Vergussmaterial, sollten folgende Punkte geprüft werden:

• Niedermolekulare Bestandteile in den Rohstoffen

• Mischungsverhältnis bei Zweikomponentenmaterialien

• Aushärtungstemperatur und Aushärtungsdauer

• Vollständige Aushärtung im Inneren des Materials

• Notwendigkeit einer Nachhärtung

Der Austausch des Silikonöls allein kann eine Kontamination durch Kleb- oder Vergussmaterialien nicht beheben.

Silikonharz oder andere härtende Materialien

Soll eine feste Schutzschicht gebildet werden und ist keine flüssige Schmier- oder Dämpfungsfunktion erforderlich, können geeignete Silikonharze oder andere härtende Materialien geprüft werden.

Auch dabei müssen Haftung, Aushärtungsgrad, thermische Stabilität und das Risiko flüchtiger Verunreinigungen validiert werden.

Häufige Fehler

Nur die Viskosität berücksichtigen

Es reicht nicht aus, lediglich die Viskosität bei Raumtemperatur zu vergleichen und Flüchtigkeitsverlust, niedermolekulare Bestandteile und Hochtemperaturstabilität zu ignorieren.

Silikonöle mit gleicher Viskosität können unterschiedliche Beschlagrisiken aufweisen.

Geringen Geruch mit geringer Beschlagbildung gleichsetzen

Ein geruchsarmes Material enthält nicht zwangsläufig weniger kondensierbare flüchtige Stoffe. Geruch und optische Verunreinigung sind nicht gleichbedeutend.

Nur das Silikonöl untersuchen

Werden ausschließlich Silikonöle geprüft und Klebstoffe, Schmierfette, Kunststoffe, Klebebänder, Flussmittel und Reinigungsrückstände ignoriert, kann die tatsächliche Kontaminationsquelle übersehen werden.

Nur Einzelmaterialprüfungen durchführen

Ein Material, das eine Einzelprüfung bestanden hat, kann in Kombination mit anderen Materialien dennoch Probleme verursachen. Bei optisch empfindlichen Geräten sind Prüfungen von Materialkombinationen und des vollständigen Geräts erforderlich.

Vakuum-Ausgasungsdaten falsch anwenden

Ausgasungsdaten nach ASTM E595 oder ähnlichen Verfahren können zur ersten Materialauswahl dienen. Sie beweisen jedoch nicht, dass unter atmosphärischem Druck in einem geschlossenen Gerät keine Beschlagbildung auftritt.

Vor vollständiger Aushärtung prüfen

Ein oberflächentrockener Klebstoff ist im Inneren nicht zwangsläufig vollständig ausgehärtet. Unzureichend ausgehärtete Materialien können weiterhin Lösemittel, Reaktionsnebenprodukte oder niedermolekulare Restbestandteile freisetzen.

Empfohlener Auswahl- und Prüfablauf

Schritt 1: Gerätestruktur, interne Temperaturverteilung und sämtliche nichtmetallischen Materialien erfassen.

Schritt 2: Blindproben sowie Einzelmaterial- und Materialkombinationsgruppen einrichten, um die Kontaminationsquelle schrittweise einzugrenzen.

Schritt 3: Je nach tatsächlicher Funktion des Materials niedrigflüchtige Silikonöle, Silikonkautschuke, Klebstoffe, Vergussmassen oder Silikonharze auswählen.

Schritt 4: Die Kandidaten unter festgelegten oder realitätsnah simulierten Bedingungen auf Flüchtigkeit, Kondensation und thermische Alterung prüfen.

Schritt 5: Materialkombinationen und das vollständige Gerät erneut prüfen, bevor der endgültige Materialtyp und Prozess festgelegt werden.

Als Anbieter von Lösungen entlang der gesamten Silikon-Wertschöpfungskette kann IOTA SILICONE OIL (Anhui) CO., LTD. bei der Auswahl von Silikonölen, Silikonkautschuken, Silikonharzen und verwandten Silikonadditiven unterstützen.

Der konkrete Produkttyp sollte erst festgelegt werden, nachdem die Kontaminationsquelle identifiziert, die Prüfbedingungen definiert und die relevanten Produktdaten überprüft wurden.

Häufig gestellte Fragen

Wird das Beschlagen einer Linse immer durch flüchtiges Silikonöl verursacht?

Nein. Auch Klebstoffe, Dichtstoffe, Schmierfette, Kunststoffadditive, Trennmittel, Flussmittel und Reinigungsrückstände können kondensierbare Stoffe freisetzen.

Ist das Beschlagrisiko bei einem höher viskosen Silikonöl geringer?

Die Viskosität allein reicht für diese Beurteilung nicht aus. Niedermolekulare Bestandteile, Flüchtigkeitsverlust, Prüfbedingungen, Einsatztemperatur und thermische Stabilität müssen ebenfalls verglichen werden.

Bedeutet niedrige Flüchtigkeit, dass keine Beschlagbildung auftreten kann?

Nein. Die Beschlagbildung hängt außerdem von der Kondensierbarkeit der flüchtigen Stoffe, der Linsentemperatur, dem Kapselungsgrad, der Materialmenge und den internen Temperaturunterschieden ab.

Garantiert ein niedriger D3–D10-Gehalt, dass ein optisches Gerät nicht beschlägt?

Nein. Niedermolekulare cyclische Siloxane wie D3–D10 sind nur einige der möglichen Kontaminationsquellen. Andere flüchtige Bestandteile müssen ebenfalls geprüft werden. Zusätzlich sind Materialkombinations- und vollständige Geräteprüfungen erforderlich.

Worin unterscheiden sich TML und CVCM?

TML bezeichnet den gesamten Masseverlust eines Materials unter festgelegten Bedingungen. CVCM bezeichnet den Anteil der freigesetzten flüchtigen Stoffe, der auf einer Sammelfläche kondensiert.

Für optische Verunreinigungen steht CVCM normalerweise in einem direkteren Zusammenhang mit dem Ablagerungsrisiko auf empfindlichen Oberflächen. Der Wert ersetzt jedoch keine Prüfung im tatsächlichen Gerät.

Können ASTM-E595-Daten direkt auf elektronische Geräte unter atmosphärischem Druck übertragen werden?

Nein. Das Verfahren dient hauptsächlich zur Bewertung der Materialausgasung unter Vakuumbedingungen. Geschlossene Geräte unter atmosphärischem Druck müssen weiterhin unter Berücksichtigung der tatsächlichen Temperatur, Konstruktion und Materialmengen auf Beschlagbildung geprüft werden.

Kann eine thermische Alterungsprüfung im geschlossenen Gerät beginnen, sobald der Klebstoff oberflächentrocken ist?

Oberflächentrockenheit bedeutet nicht, dass das Material im Inneren vollständig ausgehärtet ist. Unzureichend ausgehärtete Materialien können weiterhin Reaktionsnebenprodukte, Lösemittel oder niedermolekulare Restbestandteile freisetzen.

Vor der Prüfung muss die vorgeschriebene Aushärtung oder Nachhärtung abgeschlossen sein.

Wie lässt sich feststellen, welches Material den Belag verursacht hat?

Es sollten Blindproben sowie Einzelmaterial- und Materialkombinationsgruppen eingerichtet werden. Wenn möglich, ist zusätzlich die Zusammensetzung der Ablagerung zu analysieren. Das Ergebnis muss anschließend durch eine erneute Prüfung des vollständigen Geräts bestätigt werden.