Hitzebeständig bis 220 Grad Celsius

Eine direkte, weniger aufwendige Formgebung – etwa durch Spritzgießen – scheiterte bislang sowohl an geeigneten Bindemitteln als auch an den ungenügenden mechanischen Eigenschaften der ausgehärteten Siliconharzmassen. Und konkurrierende Werkstoffe, die in eine ähnliche Hitzebeständigkeitsklasse kommen – wie PTFE (Polytetrafluorethylen), bekannt als Teflon™, und PEEK (Polyetheretherketon) – sind kompliziert zu verarbeiten oder es mangelt ihnen an den nötigen Duroplast-Eigenschaften.

Mit SILRES^® LR 700 beziehungsweise POWERSIL^® Resin 700 rückt nun auch für hochtemperaturbeständige Formteile eine effiziente und kostengünstige Verarbeitung in Reichweite. „Mit diesen beiden Siliconharzen bringen wir Werkstoffe auf den Markt, die ähnlich leicht zu verarbeiten sind wie beispielsweise Polyurethan- oder Epoxidharze – Kunststoffe, die in der Produktion thermisch geringer beanspruchter Bauteile weit verbreitet sind“, betont Lambrecht.

Dem WACKER-Chemiker Dr. Frank Sandmeyer, der für die Entwicklung des zugrunde liegenden Siliconharzes verantwortlich war, ist es gelungen, auf geschickte Weise sogenannte Phenylgruppen in das Polysiloxan-Gerüst einzubauen. Dadurch reduziert sich die Sprödigkeit der ausgehärteten Siliconformteile deutlich. „Gefordert war ein flüssiges, leicht zu handhabendes Siliconharz mit ausgeprägter Hitzebeständigkeit, das zudem relativ reaktiv sein sollte“, erinnert sich Dr. Sandmeyer an das Lastenheft, das ihm bei der Entwicklung vorgelegt wurde.

Für hohe mechanische Festigkeiten sorgen wiederum entsprechende Füllstoffe. Dr. Jens Lambrecht aus der WACKER-Anwendungstechnik und Technologiemanager Dr. Markus Winterer haben in zahlreichen Versuchsreihen mit hochdisperser Kieselsäure, Quarz und Glasfasern eine erste optimierte Füllstoffmischung entwickelt. Das flüssige Siliconharz, die Füllstoffmischung und ein Peroxid als Vernetzer bilden die Bestandteile des compoundierten POWERSIL^® Resin 710 – ein Angebot an Anwender, die auf eine gebrauchsfertige Materiallösung zugreifen möchten.

Die neue Siliconharz-Technologie ist zugleich eine vorteilhafte Alternative zu hochtemperaturfesten Polymeren wie PTFE und PEEK. Beispielsweise lässt sich PTFE nicht durch Spritzguss verarbeiten, sondern muss gepresst oder bei Temperaturen von über 360 °C gesintert werden. Ähnlich hoch liegen die Temperaturen beim Spritzguss von PEEK. Die Vernetzung des Siliconharzes im POWERSIL^® Resin 710 läuft dagegen schon bei rund 160 °C ab.

„Mit dieser Innovation geben wir eine Antwort auf den steigenden Bedarf der Industrie an hochtemperaturfesten Polymeren“, erklärt Jens Lambrecht. Weil technische Systeme ständig leistungsfähiger und zugleich aber auch kleiner werden, setzten sie pro Volumeneinheit mehr Wärme frei. Ein Beispiel dafür liefern wiederum Elektromotoren in Automobilen. Elektrisch isolierende, polymere Bauteile, die sich in oder in der Nähe solcher Wärmequellen befinden, sollen mehrere Jahre ihre Funktion einwandfrei erfüllen und müssen bei den auftretenden hohen Temperaturen ihre Eigenschaften beibehalten.

„Eine solche Verarbeitungstechnologie bietet zwei Vorteile“, listet WACKER-Entwickler Jens Lambrecht auf. „Sie lässt sich bei niedrigeren Temperaturen einsetzen und die Geschwindigkeit, mit der das Harz vernetzt, kann durch Variation der Temperatur reguliert werden.“

Wie immer bei solchen Produktentwicklungen beginnen die Chemiker und Ingenieure mit einem Batchansatz im Labormaßstab, um erste Muster für interne Tests und für potenzielle Kunden zu generieren. Angesichts des sehr positiven Feedbacks, das die Entwickler intern wie extern auf das herausragende Eigenschaftsprofil der beiden Siliconharze-Bindemittel erhielten, stellte sich nun die Herausforderung, möglichst schnell ein kontinuierliches Herstellungsverfahren zu entwickeln.

Für die Aufgabe – nämlich den Prozess nach oben zu skalieren – ist bei WACKER SILICONES der Bereich Technology Management zuständig, in diesem speziellen Fall das Labor Alkoxy/P-Harze von Dr. Georg Lössel. Der Fokus in dieser Entwicklungsphase liegt nun darauf, mittels eines kontinuierlichen Prozesses, auch in der Phasentrennung und der Produktwaschung, ein effizientes Herstellungsverfahren zu ermöglichen. Da sich der Mengendurchsatz, gemessen in produzierten Kilogramm pro Stunde, gegenüber einem Batchansatz sehr deutlich erhöht – um den Faktor fünf bis zehn – profitieren auch zukünftige Kunden von einem solchen, sauber skalierten Prozess. „Damit haben wir die Grundlagen geschaffen, um den aktuell betriebenen Scale-up zur Herstellung dieser Siliconharze in drei Stufen durchführen zu können – vom Labor über unser Technikum bei WACKER SILICONES bis zum großtechnischen Prozess“, sagt Laborleiter Georg Lössel.