Wenn Siliconkautschuk nach hoher Temperatur hart, weich oder rissig wird, ist nicht zwangsläufig der Rohkautschuk falsch gewählt. Zunächst muss zwischen heißer Luft mit Sauerstoff und einem geschlossenen, sauerstoffarmen System unterschieden werden. Danach sind Temperatur, Kieselsäure, Vinylgehalt, Strukturregler, Wärmestabilisator, Feuchtigkeit und Nachtemperung gemeinsam zu bewerten.

Wie unterscheiden sich die Alterungsmechanismen?

Heißluft und sauerstoffhaltige Umgebung

Bei längerer Heißlufteinwirkung können thermooxidative Reaktionen, zusätzliche Vernetzung und Kettenspaltung gleichzeitig auftreten.

Überwiegt die Nachvernetzung, steigen häufig Härte und Sprödigkeit, während Bruchdehnung und Rückstellelastizität sinken. Schließlich können Risse entstehen.

Geschlossene oder sauerstoffarme Umgebung

In O-Ringen, vergossenen Bauteilen oder Kabeln kann die Sauerstoffzufuhr begrenzt sein. Dann können Umlagerung, Kettenspaltung oder Depolymerisation unter Beteiligung von Hydroxylendgruppen wichtiger werden.

Überwiegt der Abbau, kann das Elastomer weich werden, Festigkeit verlieren, klebrig werden oder seine Dichtwirkung verlieren. Feuchtigkeit, Hydroxylgruppen und katalytische Verunreinigungen können diese Reaktionen beeinflussen.

Welche Einsatzbedingungen müssen bekannt sein?

Zu klären sind:

• Dauer- und Spitzentemperatur;
• Sauerstoffkontakt oder geschlossenes System;
• Temperaturwechsel;
• Kontaktmedien;
• Zug-, Druck- oder Biegebeanspruchung;
• Art des Schadens;
• Rohkautschuk, Vinylgehalt, Kieselsäure und Stabilisator;
• Strukturregler und Vernetzungssystem;
• Bauteildicke und Temperaturverteilung;
• Farbanforderungen;
• Feuchtigkeit, pH-Wert und Lagerbedingungen.

Welche Rolle spielt die Kieselsäure?

Pyrogene Kieselsäure

Pyrogene Kieselsäure bietet in der Regel eine hohe spezifische Oberfläche und gute Verstärkung. Für geschlossene, feuchtigkeitsempfindliche Systeme können wasserarme und geeignet oberflächenbehandelte Typen bevorzugt geprüft werden.

Gefällte Kieselsäure

Gefällte Kieselsäure unterscheidet sich hinsichtlich Feuchtigkeit, Oberflächenhydroxylgruppen, Verarbeitung und Kosten. Eine unzureichende Feuchte- und Entgasungskontrolle kann bei Extrusion oder hoher Temperatur Blasen begünstigen.

Keine der beiden Kieselsäurearten ist unter allen Bedingungen automatisch überlegen. Entscheidend sind der konkrete Typ, die Rezeptur und die Einsatzumgebung.

Warum ist der Vinylgehalt wichtig?

Vinylgruppen beeinflussen Vernetzungsgeschwindigkeit und Vernetzungsdichte. Ein zu hoher Gehalt oder eine ungeeignete Vernetzerdosierung kann zu einem zu dichten Netzwerk und schnellerer Verhärtung führen. Ein zu niedriger Gehalt kann eine unzureichende Vernetzung verursachen.

Ein Bereich von etwa 0,1–0,2% wird bei bestimmten Methylvinyl-Siliconkautschuken untersucht, ist jedoch keine allgemeingültige Spezifikation.

Welche Wärmestabilisatoren kommen infrage?

Mögliche Richtungen sind Eisenoxid, Titandioxid, Ceroxid, zirkoniumhaltige Oxide, Cer-Zirkonium-Mischoxide und formulierte Stabilisatorpakete.

Etwa 0,5–4 Teile je 100 Teile Rohkautschuk können in bestimmten Entwicklungen als Versuchsgradient dienen. Dies ist keine allgemeine Dosierungsempfehlung. Farbe, Vernetzung und mechanische Eigenschaften müssen mitgeprüft werden.

Quellen: Cer-Eisen-Mischoxid und Vergleich von Fe₂O₃, CeO₂ und CeZrO₂.

Welche Bedeutung haben Strukturregler, Feuchtigkeit und pH?

Hydroxyl-Siliconöle können als Strukturregler dienen. Eine zu geringe Dosierung kann zur Strukturierung und Verhärtung der Mischung während der Lagerung führen; eine zu hohe Dosierung kann Vernetzung, Flüchtigkeit und Wärmealterung beeinflussen.

Zusätzlich sind Feuchtigkeit der Füllstoffe, Restkatalysatoren, pH-Wert, Mischervakuum, Entgasungszeit und Austragstemperatur zu kontrollieren.

Wie sollte nachgetempert werden?

Einige peroxidisch vernetzte Siliconkautschuke werden bei etwa 180–200°C mehrere Stunden nachgetempert. Dadurch können flüchtige Rückstände entfernt und Eigenschaften stabilisiert werden.

Eine höhere Temperatur ist nicht automatisch besser. Zu hohe Temperaturen oder zu lange Zeiten können Übervernetzung, Verhärtung oder Abbau verursachen. Bedingungen wie 250°C für drei bis fünf Stunden dürfen ohne produktspezifische Nachweise nicht allgemein empfohlen werden.

Quelle: WACKER-Leitfaden zur Nachtemperung.

Wie wird die Ursache systematisch ermittelt?

Zu vergleichen sind Originalrezeptur, optimierte Vernetzung, veränderte Kieselsäure, Stabilisatorvarianten und alternative Rohkautschuke.

Vor und nach der Alterung sollten Härte, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Masseänderung, Druckverformungsrest, Risse und Farbe geprüft werden.

Relevante Verfahren: ISO 188:2023, ASTM D573, GB/T 3512—2014 und GB/T 7759.1—2015.

IOTA Silicone Oil (Anhui) Co., Ltd. unterstützt als Anbieter von Lösungen entlang der Silicon-Wertschöpfungskette bei der Auswahl von Rohkautschuken, Phenylsiliconkautschuk, Kieselsäuren, Strukturreglern und Additiven. Die endgültige Lösung muss am realen Bauteil validiert werden.

FAQ

Bedeutet Verhärtung immer unzureichende Wärmebeständigkeit des Rohkautschuks?

Nein. Auch Oxidation, Nachvernetzung, Kieselsäure, Feuchtigkeit und Nachtemperung können verantwortlich sein.

Wird Siliconkautschuk in geschlossenen Systemen immer hart?

Nein. Kettenspaltung oder Depolymerisation können auch Erweichung und Festigkeitsverlust verursachen.

Ist pyrogene Kieselsäure immer wärmebeständiger?

Nein. Entscheidend sind Typ, Feuchtigkeit, Oberfläche, Rezeptur und Umgebung.

Ist ein höherer Vinylgehalt immer besser?

Nein. Er muss zum Vernetzungssystem und zur gewünschten Vernetzungsdichte passen.

Ist mehr Wärmestabilisator grundsätzlich besser?

Nein. Eine Überdosierung kann Farbe, Vernetzung und Mechanik beeinträchtigen.

Ist eine höhere Nachtemperungstemperatur besser?

Nein. Zu hohe Temperatur oder zu lange Zeit kann Übervernetzung und Abbau verursachen.