Entstehung und Untersuchung eines interpenetrierenden Polymernetzwerks aus Polyharnstoff und Silikonkautschuk beim Vakuumgießverfahren

Der Einsatz von Silikon-Gießwerkzeugen im Vakuumgießverfahren zur Replikation von dreidimensionalen Prototypen-Bauteilen aus Polyurethan ist Stand der Technik. Mit diesem Verfahren soll zukünftig in der Kunststoffverarbeitung die Lücke zwischen sehr geringen Stückzahlen (Rapid Prototyping) und sehr großen Stückzahlen (Spritzgießen) geschlossen werden. Die Entwicklung eines vielseitigen, wirtschaftlichen Kleinserien-verfahrens birgt für die Zukunft der Kunststoffverarbeitung und den alltäglichen Um-gang mit Kunststoffprodukten enorme Vorteile. Beim Vakuumgießen wird mit Hilfe eines Urmodells eine Gießform aus Silikon aufge-baut. Diese wird dann mit einem Polyurethanharz gefüllt, welches anschließend durch Polyaddition reagiert und erstarrt. Zur Entformung des Bauteils wird das Werkzeug ge-öffnet und das Bauteil entnommen. Für den potentiellen Einsatz des Verfahrens in der Kleinserienproduktion entscheidet die maximal erzielbare Ausbringungsmenge der Werkzeuge über die Wirtschaftlichkeit. Nach aktuellem Stand der Technik versagen die Werkzeuge jedoch durch Alterung des Silikons schon nach wenigen Gießvorgängen. Es konnte gezeigt werden, dass die Alterung der Werkzeuge durch die Diffusion einer Polyurethanharz-Komponente bedingt ist. Beim Gießprozess migriert Isocyanat in die Silikonoberfläche und reagiert dort mit Restfeuchtigkeit zu Harnstoffderivaten, was schnell zu einer Verhärtung der Silikonmatrix und zum Versagen des Werkzeugs führt. Der Vortrag beschreibt die chemischen und physikalischen Mechanismen des Diffusi-ons- und Alterungsprozesses. Mit Hilfe der thermogravimetrischen Analyse (TGA) so-wie spektroskopischen Verfahren wie Röntgenfotoelektronenspektroskopie (XPS) und Infrarot-Spektroskopie (FTIR) konnte die Harnstoffbildung innerhalb der Silikonmatrix nachgewiesen werden. Der Einsatz eines Helium-Ionen-Mikroskops (HIM) ermöglichte die Visualisierung eines bei der Alterung entstehenden interpenetrierenden Polymer-netzwerks (IPN) aus Polyurethan und Silikon.