Struktur-Prozess-Eigenschaftsbeziehungen von spritzgegossenen Thermoplast-Flüssigsilikon-Verbunden

Titelangaben

Baumgart, Christin:
Struktur-Prozess-Eigenschaftsbeziehungen von spritzgegossenen Thermoplast-Flüssigsilikon-Verbunden.
Bayreuth , 2024 . - IX, 130 S.
( Dissertation, 2023 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)

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Abstract

Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von Flüssigsilikon (liquid silicone rubber – LSR) reicht das Anwendungsfeld vom Haushaltswarensektor mit Backformen über medizinische Anwendungen, wie z. B. als Schläuche, bis hin zu Zweikomponentensystemen mit einem Thermoplast (Regen-Licht-Sensor oder Duschkopf). Für einen Hart-Weich-Verbund ist die Haftung zwischen dem Flüssigsilikon und dem Thermoplast ausschlaggebend. Diese wird nicht nur von den verwendeten Polymeren beeinflusst, sondern auch von Spritzgießparametern, Nach- und Oberflächenbehandlungen, sowie Lagerungsbedingungen und Umwelteinflüssen. Ziel dieser Arbeit ist es die Haftungsmechanismen zwischen Silikon und Thermoplast im Zweikomponentenspritzgießen im Sinne von Struktur-Prozess-Eigenschafts-Beziehungen aufzuklären. Der Fokus soll auf dem direkten Einfluss der Faktoren Vernetzungsgrad, Beschaffenheit des thermoplastischen Trägermaterials, Oberflächenbehandlung und thermische Nachbehandlung liegen. Dazu werden verschiedene Thermoplastmaterialien als harte Trägerkomponente und Flüssigsilikone als Weichkomponente ausgewählt. Die gewählten Thermoplaste unterscheiden sich hinsichtlich ihres strukturellen Aufbaus (teilkristallin und amorph) sowie in ihren funktionellen Gruppen. Als Flüssigsilikone werden zwei verschiedene Typen ausgewählt. Diese beiden Flüssigsilikon unterscheiden sich im enthaltenen Haftvermittlersystem, welches für eine Haftungsausbildung zu dem Thermoplast benötigt wird. Der Fokus in der Arbeit lag dabei auf dem Flüssigsilikon mit einem lebensmitteltauglichen Haftvermittler. Der Vernetzungsgrad des Flüssigsilikons hat einen direkten Einfluss auf die Haftung des Flüssigsilikons auf dem Thermoplast. Mit steigendem Vernetzungsgrad kann die Haftung zwischen den beiden Komponenten verbessert werden, wobei festzuhalten ist, dass die Vernetzungstemperatur einen größeren Einfluss zeigt als die Vernetzungszeit. Weiterhin spielen die funktionellen Gruppen auf dem Thermoplast eine größere Rolle als die Struktur des Thermoplasts. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die entstehende Haftung zwischen Thermoplast und Flüssigsilikon auf kovalenten Bindungen basiert und somit chemisch getrieben ist. Durch eine Oberflächenbehandlung können die funktionellen Gruppen auf einer Oberfläche beeinflusst werden. Es kann sogar eine starkte Haftung zu einem Polyolefin (cyclisches Olefin-Copolymer) generiert werden. Weiterhin zeigt eine Warmlagerung der Verbunde bei den 60 °C und 120 °C über einen Monat hinweg im Vergleich zur Lagerung bei Raumtemperatur über vier Monate einen deutlichen Einfluss auf die Haftung der Verbunde. Während sich die Haftung mit steigender Temperatur (60 °C und 120 °C) verschlechterte, zeigte die Haftung bei einer Lagerung bei Raumtemperatur mit steigender Lagerzeit eine Abnahme der Haftung.

Abstract in weiterer Sprache

Because of the unique properties of liquid silicone rubber (LSR) the application varies from household consumer (e.g. baking tins) or medical devices (e.g. tubes) to two component systems usage with a thermoplastic (e.g. shower head or rain sensor). Decisive for a hard-soft-combination is the adhesion between LSR and thermoplastic. This adhesion is not only influenced by the applied polymers, but also by the injection molding parameters, the oven cure or surface treatment as well as the storage conditions or environmental impacts. Object of this thesis was to investigate the adhesion mechanisms between the LSR and thermoplastics produced via two component injection molding to illustrated by the structure-process-properties relationships. The emphasis of this scientific work was on investigating the direct influence of the factors cross-linking degree, the thermoplastic carrier material, surface treatment and thermal aftertreatment in the form of storage. For that purpose, different thermoplastic materials were used as hard carrier material and different LSR systems were chosen as soft component. The chosen thermoplastics differed regarding their structure (semi-crystalline and amorphous) as well as in their functional groups. As liquid silicone rubber two different types were chosen. These LSR systems differed in the used adhesion promoter which is needed for the adhesion to the thermoplastic. The focus of this scientific work was on the LSR with a food compatible adhesion promoter. The cross-linking degree of the LSR directly influences the adhesion of the LSR on the thermoplastic. By increasing the cross-linking degree, the adhesion between the two components can be enhanced, although the cross-linking temperature has a stronger impact than the cross-linking time. Furthermore, the functional groups of the thermoplastic have more impact compared to the structure of the thermoplastic. The stronger impact of the functional groups can be observed because the adhesion between the liquid silicone rubber and thermoplastic is based on covalent bindings and is therefore chemical driven. A strong adhesion between a polyolefine (cyclic olefin copolymer) and liquid silicone rubber can be achieved as a result from surface treatment that influences the functional groups on the surface of the polyolefine and generate a good adhesion. As last result the warm storage of the combinations had also a clear influence on the adhesion. , With raising temperature (60 °C and 120 °C) the adhesion decreases. With raising storage time (four month) the adhesion between the LSR and the thermoplastic decreases at room temperature.