Selbstklebendes LSR auf PC: Haftverfahren und Konstruktionsregeln – Kunshan Fuhongying Electronic Materials Co., Ltd.

Durch das Umspritzen von Polycarbonat mit selbsthaftendem Flüssigsilikonkautschuk lässt sich ein starres Bauteil mit einer flexiblen Dichtungs-, Dämpfungs-, Griff- oder Isolieroberfläche in einem einzigen integrierten Bauteil vereinen.

Diese Kombination aus harten und weichen Materialien findet breite Anwendung bei medizinischen Geräten, Atemwegsprodukten, Elektronik, Wearables, wasserdichten Gehäusen, optischen Komponenten, Sensoren für die Automobilindustrie, Steckverbindern und Baugruppen für die Fluidtechnik. Polycarbonat sorgt für die starre Tragstruktur, während LSR Elastizität, Dichtungsleistung und eine weiche Schnittstelle bietet.

Eine erfolgreiche Haftung zwischen LSR und PC sollte jedoch niemals als selbstverständlich vorausgesetzt werden.

Der Begriff “selbsthaftend” bedeutet nicht, dass jedes selbsthaftende LSR unter allen Formbedingungen an jeder Polycarbonat-Sorte haftet. Die Haftung hängt von der genauen LSR-Rezeptur, der PC-Harzsorte, den Additiven, dem Oberflächenzustand, der Formtemperatur, der Aushärtungszeit, der Temperatur der Einlegeteile, der Fugengeometrie, der Kontaminationskontrolle und den Umgebungsbedingungen nach dem Formvorgang ab.

Die Materiallieferanten empfehlen ausdrücklich, jede Kombination aus LSR und Substrat vor der Serienfertigung zu testen, da verschiedene Kunststoffsorten unterschiedliche Oberflächeneigenschaften aufweisen können.

In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Klebeverfahren, Anforderungen an die Materialauswahl, Grundsätze der Formkonstruktion, Prozesssteuerungen, Prüfverfahren sowie häufige Fehlerarten beim selbstklebenden LSR-zu-PC-Überformen erläutert.

Was ist selbstverklebendes LSR?

Selbsthaftendes LSR ist ein speziell formulierter Flüssigsilikonkautschuk, der so konzipiert ist, dass er während des Formungs- und Aushärtungsprozesses eine Haftung an ausgewählten Thermoplasten oder Metallen entwickelt.

Standard-LSR sorgt in der Regel nicht für eine zuverlässige chemische Haftung auf unbehandeltem Polycarbonat. Bei einer herkömmlichen Montage kann daher Folgendes erforderlich sein:

Mechanische Verriegelung
Eine separate Einführung
Plasmabehandlung
Ein Klebstoff
Sekundärbaugruppe
Zusätzliche Dichtungskomponenten

Selbsthaftendes oder grundierungsfreies LSR kann einige dieser Arbeitsschritte überflüssig machen, da es beim Umspritzen direkt auf einem kompatiblen Substrat haftet.

Momentive definiert selbsthaftendes LSR als ein Material, das so formuliert ist, dass es beim Formpressen ohne Grundierung oder zusätzlichen Haftungsschritt direkt auf bestimmten Substraten haftet.

Das Wort “spezifisch” ist wichtig. Der Käufer muss sich vergewissern, dass die ausgewählte LSR-Sorte für genau das PC-Harz ausgelegt und getestet wurde, das im Endprodukt verwendet wird.

Warum LSR mit Polycarbonat kombinieren?

Polycarbonat wird häufig für starre Bauteile in den Bereichen Medizin, Elektronik, Industrie und Optik verwendet. Je nach Zusammensetzung bietet es folgende Eigenschaften:

Hohe Schlagfestigkeit
Formstabilität
Formbarkeit
Transparenz
Strukturelle Steifigkeit
Verfügbarkeit in medizinischen Qualitäten
Erhältlich in sterilisierbaren Werkstoffen
Einbindung von Clips, Rippen, Vorsprüngen, Kanälen und optischen Merkmalen

Polycarbonat-Typen für den Gesundheitsbereich sind mit Biokompatibilitätsbewertungen und kontrollierten Change-Management-Programmen erhältlich; die genaue Typenbezeichnung und die regionale Verfügbarkeit müssen jedoch mit dem Kunststofflieferanten abgeklärt werden.

LSR kann hinzufügen:

Wasserdichte Abdichtung
Flexible Ventile
Soft-Touch-Oberflächen
Schwingungsisolierung
Elektrische Isolierung
Dämpfung
Flexible Membranen
Schnittstellen mit Hautkontakt
Integrierte Dichtungen
Staubschutz
Druckempfindliche Funktionen

Durch das Umspritzen der beiden Materialien lässt sich die Anzahl der Bauteile reduzieren und auf eine separat anzubringende Dichtung verzichten.

Gängige Anwendungen für die Übertragung von LSR auf den PC

Zu den typischen Zweikomponenten-Anwendungen gehören:

Rahmen und Gesichtsdichtungen für Atemschutzmasken
Gehäuse für medizinische Geräte
Dichtungen für Diagnosegeräte
Komponenten für die Arzneimittelabgabe
Fluidregelventile
Gehäuse für tragbare Geräte
Elektronische Tasten und Membranen
Wasserdichte Steckergehäuse
Sensorgehäuse
Beleuchtungskomponenten
Batterie- und Elektronikgehäuse
Optische Baugruppen
Dichtungen für Radarsysteme und Kameras in der Automobilindustrie
Griffe für Handgeräte
Wiederverwendbare Produkte für das Gesundheitswesen

Das Umspritzen von Polycarbonat mit LSR kommt bei medizinischen Produkten wie Atemmasken und anderen Geräten zum Einsatz, die eingegossene Dichtungselemente erfordern.

Wichtigste Haftverfahren

Es gibt vier Hauptstrategien für die Verbindung von LSR mit PC:

Primerfreies, selbsthaftendes LSR
Grundierungsgestützte Verklebung
Oberflächenaktivierung oder -behandlung
Mechanische Verriegelung

Ein robustes Design kann mehr als eine Methode verwenden.

Methode 1: Selbsthaftendes LSR ohne Grundierung

Selbsthaftendes LSR ohne Grundierung ist häufig die bevorzugte Methode für den Zweikomponenten-Spritzguss in Großserien.

Der PC-Einsatz bzw. das Erstspritzteil wird in die LSR-Form eingelegt, und das selbsthaftende Silikon wird direkt auf die freiliegende Klebefläche aufgespritzt. Während des Aushärtens entwickelt das LSR eine Haftung am kompatiblen Polycarbonat.

Zu den potenziellen Vorteilen zählen:

Weniger Fertigungsschritte
Kein manuelles Auftragen der Grundierung
Geringeres Kontaminationsrisiko
Reduzierter Umgang mit Lösungsmitteln
Verbesserte Automatisierung
Kürzerer Produktionsablauf
Geringerer Arbeitsaufwand bei der Montage
Gleichmäßigere Klebstoffverteilung
Bessere Eignung für das Zweikomponenten-Spritzgießen
Reduzierung des Bestands an unfertigen Erzeugnissen

WACKER berichtet, dass bestimmte selbstklebende LSR-Typen ohne Vorbehandlung des Substrats auf PC haften und für die automatisierte Mehrkomponentenfertigung geeignet sind.

Momentive bietet außerdem selbstklebende LSR-Produktfamilien an, die für die primervermittelte Haftung auf PC und anderen ausgewählten Thermoplasten entwickelt wurden.

Einschränkungen der primerlosen Verklebung

Die Verklebung ohne Grundierung kann in folgenden Fällen fehlschlagen:

Die PC-Qualität ist nicht kompatibel
Das Harz enthält ungeeignete Zusatzstoffe
Die Oberfläche ist verschmutzt
Der Einsatz ist zu kalt.
Die Aushärtungszeit ist zu kurz
An der Schnittstelle herrscht ein zu geringer Druck.
Das LSR wird auf die falsche Seite einer Folie oder eines beschichteten Bauteils aufgespritzt.
Der PC ist in die Jahre gekommen oder hat während der Lagerung Verunreinigungen aufgenommen
Die Grenzfläche ist einer Abziehspannung ausgesetzt
Die Formoberfläche wird verunreinigt
Die Materialkombination wurde nicht validiert.

Ein erfolgreicher Test mit einer bestimmten PC-Sorte belegt nicht die Kompatibilität mit einer anderen Sorte aus derselben Harzfamilie.

Methode 2: Primer-unterstützte Verklebung

Vor dem LSR-Formguss kann auf die PC-Klebefläche eine Grundierung aufgetragen werden.

Die Grundierung dient als haftvermittelnde Schicht zwischen dem Silikon und dem thermoplastischen Untergrund.

Eine Grundierung kann in folgenden Fällen in Betracht gezogen werden:

Das ausgewählte LSR ist nicht selbstklebend.
Die Haftung ohne Grundierung ist uneinheitlich
Die Oberfläche von PC lässt sich nur schwer verkleben
Für die Anwendung ist ein zusätzlicher Klebeüberhang erforderlich.
Das Projekt nutzt eine bereits vorhandene LSR-Qualität
Das Produktionsvolumen rechtfertigt kein neues Materialsystem
Die mechanische Verriegelung ist eingeschränkt

Im Handel sind Silikon-Grundierungen erhältlich, die die Haftung auf Kunststoffen und anderen Untergründen verbessern; die Verträglichkeit muss jedoch für das jeweilige PC- und LSR-System überprüft werden.

Risiken im Grundierungsverfahren

Durch das Auftragen der Grundierung werden zusätzliche Kontrollmechanismen eingeführt:

Oberflächenreinigung
Auftragsdicke
Gleichmäßigkeit der Abdeckung
Trocknungszeit
Haltbarkeit der Grundierung
Umgang mit Lösungsmitteln
Bedienerschulung
Umgebungsbedingungen
Abdecken von nicht zu beschichtenden Bereichen
Rückverfolgbarkeit von Chargen
Behördliche Bewertung
Mögliche optische Mängel
Gestiegene Zyklus- und Arbeitskosten

Zu viel Grundierung kann zu Ablagerungen, sichtbaren Spuren, schwachen Grenzschichten oder Maßabweichungen führen.

Zu wenig Grundierung kann dazu führen, dass Bereiche nicht richtig haften.

Bei Produkten für medizinische Zwecke oder für den Kontakt mit Lebensmitteln müssen alle Grundierungen und Lösungsmittel in die Material- und Zulassungsprüfung einbezogen werden.

Methode 3: Oberflächenaktivierung

Eine Oberflächenbehandlung kann die Oberflächenenergie erhöhen und die Haftung in bestimmten Systemen verbessern.

Mögliche Methoden sind unter anderem:

Atmosphärisches Plasma
Niederdruckplasma
Corona-Behandlung
Flammbehandlung
UV-Ozon-Behandlung
Chemische Oberflächenbehandlung

Bei einigen Silikon-Klebesystemen wird eine Plasmabehandlung eingesetzt, um die Haftung zu verbessern, wenn die Haftung auf unbehandeltem Untergrund unzureichend ist.

Die Oberflächenaktivierung ist jedoch zeitkritisch. Die behandelte Oberfläche kann ihren aktivierten Zustand vor dem Umspritzen allmählich verlieren.

Ein validierter Prozess sollte Folgendes definieren:

Behandlungsmethode
Leistung
Gas
Entfernung
Behandlungsgeschwindigkeit
Anzahl der Fahrkarten
Maximale Verzögerung vor dem Formen
Lagerumgebung
Anforderungen an die Oberflächenreinheit
Prüf- oder Überwachungsverfahren

Eine Oberflächenbehandlung sollte nicht ohne einen kontrollierten Validierungsplan durchgeführt werden.

Methode 4: Mechanische Verriegelung

Bei der mechanischen Verriegelung wird das ausgehärtete Silikon mithilfe der Form des PC-Bauteils physisch festgehalten.

Zu den gemeinsamen Merkmalen gehören:

Durchgangsbohrungen
Spielautomaten
Unterschnitte
Rillen
Windows
Perforationen
Halte-Rippen
Funktionen von Dovetail
Umlaufende Kanten
Befestigte Flansche
Vergrößerte Ankerfächer

Das LSR fließt durch oder um diese Strukturen herum und verbindet sich nach dem Aushärten mechanisch mit ihnen.

Eine mechanische Verriegelung ist sinnvoll, wenn:

Die chemische Haftung ist ungewiss
Die Anwendung ist einer Abziehbelastung ausgesetzt
Die Verbindung ist sicherheitskritisch
Das Produkt wird wiederholt gebogen
Die Schnittstelle kommt mit Wasser oder Chemikalien in Berührung
Eine langfristige Lagerung kann die Haftfähigkeit beeinträchtigen
Die Konstruktion erfordert eine redundante Sicherungsmethode.

Eine mechanische Verriegelung kann die chemische Bindung unterstützen, sollte jedoch keinen unkontrollierten Formungsprozess ausgleichen.

Die Materialauswahl ist die erste Designentscheidung

Die LSR- und PC-Typen sollten als erprobtes Materialpaar ausgewählt werden.

Wählen Sie den PC nicht ausschließlich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften aus und wählen Sie das LSR erst zu einem späteren Zeitpunkt separat aus.

Die Bewertung sollte Folgendes umfassen:

Genaue LSR-Handelsbezeichnung und -Qualität
Genaue Handelsbezeichnung und Güteklasse des PC
PC-Farbe
LSR-Farbe
PC-Additive
Flammschutzsystem
UV-Stabilisatoren
Interne Formtrennmittel
Glasverstärkung
Status in Bezug auf medizinische Anwendungen oder den Kontakt mit Lebensmitteln
Anforderungen an die Sterilisation
Transparenzanforderungen
Verträglichkeit mit der Verarbeitungstemperatur
Anforderungen an die Änderungskontrolle

WACKER weist darauf hin, dass selbst wenn eine LSR-Serie für die Haftung auf PC und anderen Hochleistungskunststoffen ausgelegt ist, jedes Substrat vor der Serienfertigung getestet werden sollte, da sich die Oberflächeneigenschaften unterscheiden.

Behandeln Sie nicht alle PC-Qualitäten als gleichwertig

Zwei Polycarbonat-Typen können sich in folgenden Punkten unterscheiden:

Molekulargewicht
Schmelzindex
Hitzebeständigkeit
Formtrennmittel-Set
Farbstoffe
Flammschutzmittel
Verstärkung
UV-Additive
Schlagzähmodifikatoren
Dokumentation im Gesundheitswesen
Sterilisierbarkeit

Diese Unterschiede können das Formverhalten und die Haftung an der Grenzfläche beeinflussen.

Ein naturfarbener PC-Typ und ein schwarzer, flammhemmender PC-Typ sollten bei der Haftungsprüfung als zwei separate Substrate behandelt werden.

Ein Wechsel des Harzlieferanten, der Harzsorte, des Pigments, des Recyclinganteils oder der Additivzusammensetzung sollte eine technische Überprüfung auslösen.

Temperaturverträglichkeit

LSR benötigt Wärme zum Aushärten, während PC bei ungeeigneten Formbedingungen weich werden, sich verformen, verfärben oder innere Spannungen aufbauen kann.

Der ausgewählte PC muss folgenden Anforderungen genügen:

LSR-Formtemperatur
Vorheizen einlegen
Einspritzdruck
Aushärtungszeit
Wiederholte Formzyklen
Lokale Erwärmung an der Grenzfläche
Nachhärtung, falls erforderlich
Sterilisation
Thermische Alterung

Wenn herkömmliche PCs die erforderlichen Aushärtungsbedingungen für LSR nicht erfüllen, kann ein Polycarbonat mit höherer Wärmebeständigkeit oder ein LSR mit niedrigerer Aushärtungstemperatur in Betracht gezogen werden.

Für LSR-Umspritzungsanwendungen, bei denen die Standard-Wärmebeständigkeit möglicherweise nicht ausreicht, wurden spezielle, besonders hitzebeständige Polycarbonat-Typen entwickelt.

Dow bietet außerdem LSR-Varianten mit niedrigerer Aushärtungstemperatur an, die für wärmeempfindliche Substrate und dicke Umspritzteile vorgesehen sind.

Trocknen und Handhabung des PC-Einsatzes

PC ist während des Formungsprozesses feuchtigkeitsempfindlich, daher müssen bei der Herstellung des starren Einsatzes die Empfehlungen des Thermoplast-Lieferanten zur Trocknung und Verarbeitung befolgt werden.

Nach dem Formpressen sollte der Einsatz vor folgenden Einflüssen geschützt werden:

Öl
Staub
Fingerabdrücke
Formtrennsprays
Reinigungsrückstände
Verunreinigungen der Verpackung
Kondensation
Zu lange Lagerzeit
Kontakt mit ungeeigneten Handschuhen
Silikonöle aus anderen Betrieben

Der Klebebereich sollte vor dem LSR-Umspritzen sauber und trocken bleiben.

Das genehmigte Reinigungsverfahren sollte Folgendes festlegen:

Reinigungsmittel
Konzentration
Anwendungsweise
Trocknungsverfahren
Maximale Haltezeit
Verpackung
Arbeitshandschuhe
Abnahmekriterien

Vermeiden Sie den Einsatz eines aggressiven Reinigungsmittels, ohne dessen Auswirkungen auf die Spannungsrissbildung bei PC und die Oberflächenchemie zu prüfen.

Ein-Komponenten-, Insert- und Zwei-Komponenten-Spritzguss

Einsatz-Umspritzung

Das PC-Bauteil wird in einem separaten Arbeitsgang gespritzt, geprüft, gelagert und später in die LSR-Form eingelegt.

Zu den Vorteilen gehören:

Separate Optimierung jedes einzelnen Formungsprozesses
Flexible Produktionsplanung
Geringere Investitionen in Mehrkomponentenanlagen
Einfachere anfängliche Entwicklung

Zu den Nachteilen können gehören:

Zusätzliche Bearbeitung
Oberflächenverunreinigung
Kühlung einfügen
Bestand
Manuelles Laden
Positionierungsfehler
Längere Zeitspanne zwischen den Formungsschritten

Zweistufen-Spritzguss

Das PC-Teil wird im ersten Spritzgussvorgang geformt und direkt in eine andere Formkammer zum LSR-Umspritzen befördert.

Zu den potenziellen Vorteilen zählen:

Warme, frisch geformte PC-Oberfläche
Geringere Kontamination
Kurze Verzögerung zwischen den Formstufen
Verbesserte Automatisierung
Geringerer Handhabungsaufwand
Höhere Produktionskonsistenz
Reduzierung des Bestands an unfertigen Erzeugnissen

WACKER beschreibt selbstklebendes LSR als geeignet für großserienmäßig hergestellte Umspritzteile, die im Mehrkomponenten- oder Shuttle-Molding-Verfahren gefertigt werden.

Rotations- oder Shuttle-Form

Eine Rotationsform, eine Indexplatte oder ein Shuttle-System befördert das PC-Bauteil aus der Thermoplast-Formkammer in die LSR-Formkammer.

Bei der Konzeption muss Folgendes berücksichtigt werden:

Unterschiedliche Formtemperaturen
PC-Kühlung und Schrumpfung
Aushärtungstemperatur von LSR
Positionierung des Einsatzes
Ausrichtung der Kavität
Auswuchten
Zugang für Roboter
Isolierung der Formoberfläche
Differenzielle Wärmeausdehnung

Die Schnittstelle auf Scherung auslegen, nicht auf Ablösung

Klebeverbindungen weisen in der Regel eine bessere Leistungsfähigkeit auf, wenn die Belastungen eher in Form von Scher- oder Druckkräften wirken, anstatt das Silikon von der PC-Kante abzuziehen.

Vermeiden Sie Designs, bei denen:

Eine dünne Silikonlippe lässt sich leicht anheben
Die Klebefuge endet an einer scharfen, freiliegenden Kante
Wiederholte Berührungen durch den Benutzer wirken sich direkt auf die Benutzeroberfläche aus
Die Montagekraft zieht das Silikon nach hinten ab
Durch den Flüssigkeitsdruck wird die Klebefuge geöffnet
Ein Kabel verläuft senkrecht zur Schnittstelle

Bevorzugen Sie Designs, bei denen:

Das LSR legt sich um die Kante des PCs
Die Schnittstelle weist eine ausreichende Überlappung auf
Die Lasten verteilen sich über ein großes Gebiet
Mechanische Verankerungen sichern den Verbund
Die Kante der Anleihe ist abgesichert
Der Dichtungsdruck drückt das LSR in Richtung des PC

Die Haftfläche vorsichtig vergrößern

Eine größere Haftfläche kann die Gesamthaftung verbessern, doch eine größere Fläche ist nicht automatisch die Lösung für eine schlechte Haftung.

Die Schnittstelle sollte wie folgt aussehen:

Breit genug für eine stabile Verklebung
Für LSR-Durchfluss zugänglich
Ordnungsgemäß belüftet
Ohne abrupte Änderungen der Dicke
Geschützt vor eingeschlossener Luft
Für eine gleichmäßige Erwärmung konzipiert
Leicht zu überprüfen

Lange, schmale Klebebahnen können Luft einschließen oder zu einer unvollständigen Befüllung führen.

An kritischen Stellen mechanische Verankerungen anbringen

Mechanische Verriegelungsvorrichtungen sollten in der Nähe folgender Stellen vorgesehen werden:

Aufreißlaschen
Scharniere
Kanten, die mit dem Benutzer in Kontakt kommen
Kabelausgänge
Ventilbereiche
Dünne Membranen
Ecken
Hochdruckdichtungsbereiche
Bereiche, die wiederholten Biegebelastungen ausgesetzt sind

Durchgangsbohrungen ermöglichen die Verbindung zwischen dem LSR auf der einen Seite der Leiterplatte und dem Silikon auf der gegenüberliegenden Seite, wodurch eine feste mechanische Verriegelung entsteht.

Der Durchmesser und der Abstand der Löcher müssen eine vollständige Befüllung ermöglichen, ohne die Kunststoffstruktur zu schwächen.

Scharfe Ecken vermeiden

Scharfe Ecken an PCs können:

LSR-Durchfluss begrenzen
Luftblasen bilden
Konzentrationsbelastung
Schneiden oder reißen Sie das Silikon ab
Verringerung der effektiven Haftfläche
Dünnschnitte erstellen
Die Rissbildung fördern

Verwenden Sie an der Schnittstelle geeignete Radien.

Der Radius muss groß genug sein, um die Strömung und die Spannungsverteilung zu verbessern und gleichzeitig die funktionale Geometrie zu gewährleisten.

LSR-Dicke steuern

Sehr dünne LSR-Abschnitte können:

An der Oberfläche zu schnell aushärten
Nicht vollständig ausfüllen
Riss beim Entformen
Die Breite des Abzieh-Tests ist unzureichend
Uneinheitliche Haftfestigkeit erzeugen
während des Gebrauchs beschädigt werden

Sehr dicke Querschnitte können:

Erfordert eine längere Aushärtungszeit
Taktzeit erhöhen
Temperaturgradienten erzeugen
Schrumpfungseffekte verstärken
Den PC-Einsatz verzerren
Luft in der Falle

Die Dicke sollte nach Möglichkeit einheitlich sein.

Allmähliche Übergänge sind plötzlichen Veränderungen vorzuziehen.

Standort des Tors

Das LSR-Ventil sollte so positioniert werden, dass eine vollständige und gleichmäßige Befüllung der Klebefläche gewährleistet ist.

Eine ungünstige Position des Tors kann folgende Folgen haben:

Luftansammlung
Durchflussstockung
Ungleichmäßiger Anpressdruck
Vorzeitige Aushärtung
Schwache Schweißnähte
Unvollständige Kapselung
Übermäßiger Druck auf den PC-Einsatz
Verschiebung einfügen

Das Tor sollte keinen Materialstrom mit hoher Geschwindigkeit gegen eine empfindliche PC-Wand richten.

Die Überreste des Tors sollten außerdem in ausreichendem Abstand zu folgenden Stellen positioniert werden:

Dichtflächen
Dekorative Oberflächen
Dünne Membranen
Bereiche mit Benutzerkontakt
Kritische Anleihekurven

Entlüftung und Unterdruck

LSR kann zwar in sehr kleine Spalten eindringen, doch eingeschlossene Luft kann dennoch einen vollständigen Kontakt mit der PC-Oberfläche verhindern.

Luftblasen können folgende Probleme verursachen:

Lokale nicht gebundene Stellen
Blasen
Oberflächenverbrennungen
Unterfüllung
Schwache Anknüpfungspunkte
Leckagewege

Das vakuumunterstützte Formpressen und richtig platzierte Entlüftungsöffnungen können die Gleichmäßigkeit der Füllung verbessern.

Entlüftungsöffnungen müssen sorgfältig ausgelegt werden, da unvulkanisiertes LSR mit niedriger Viskosität zu Gratbildung führen kann.

Schützen Sie die nicht zu verklebenden Bereiche

Selbsthaftendes LSR sollte an dem PC-Bauteil haften, sich aber sauber aus der Form lösen lassen.

Für die Form sind möglicherweise folgende Teile erforderlich:

Geeigneter Werkzeugstahl
Oberflächenbeschichtung
Kontrolliertes Polieren
Ausgeprägte Textur
Temperaturbilanz
Behandlung mit selektiver Freisetzung
Geschützte Abschaltbereiche

WACKER berichtet, dass seine PC-Bonding-LSR-Technologie so konzipiert ist, dass sie an der Hartkomponente haftet, ohne sich mit der Form zu verbinden, und somit die automatisierte Fertigung unterstützt.

Die tatsächliche Release-Leistung muss jedoch mit dem Produktionswerkzeug nachgewiesen werden.

Absperrkonstruktion

Die Grenze zwischen freiliegendem PC und umspritztem LSR erfordert eine präzise Absperrgeometrie.

Mangelhafte Absperrvorrichtungen können folgende Probleme verursachen:

Silikonblitz auf der PC-Oberfläche
Kosmetische Mängel
Leckagepfade
Schwieriges Zuschneiden
Beschädigungen an optischen Bereichen
Unkontrollierte Anleihekanten
Verformung des PC

Die Absperrung sollte:

Halterung für den PC-Einsatz
Bewegung des Einsatzes verhindern
Vermeiden Sie übermäßige Spannkräfte
Blitz begrenzen
Geschützte Oberflächen
Berücksichtigung der Maßtoleranzen des PCs
Während der gesamten Lebensdauer des Werkzeugs wartungsfähig bleiben

PC-Einschubtemperatur

Ein warmer PC-Einsatz kann in manchen Systemen die Haftung verbessern, da die Grenzfläche schneller die erforderliche Reaktionstemperatur erreicht.

Ein zu kalter Einsatz kann:

Die Adhäsionsbildung verzögern
Erhöhung der Anforderungen an die Aushärtungszeit
Schwachstellen schaffen
Verursacht Kondenswasserbildung in feuchten Umgebungen
Führt zu einer ungleichmäßigen Verbindung zwischen den Zyklen

Ein zu heißer Einsatz kann:

Verformen
Stress ansammeln
Verlust der Maßgenauigkeit
Haftung verbessern
Beeinträchtigen die optische Qualität

Der validierte Prozess sollte den zulässigen Temperaturbereich des Einsatzteils zum Zeitpunkt des Umspritzens festlegen.

Formtemperatur und Aushärtungszeit

Selbstklebendes LSR benötigt ausreichend Zeit und Temperatur, um auszuhärten und eine Haftung zu entwickeln.

Eine unzureichende Aushärtung kann zu folgenden Problemen führen:

Haftversagen
Weiches oder klebriges Silikon
Schlechte mechanische Eigenschaften
Unstabile Maße
Geringe Schälfestigkeit

Übermäßige Hitzeeinwirkung kann:

PC verformen
Taktzeit erhöhen
Den Kunststoff verfärben
Additive mit Einfluss auf die Wirkung
Erhöhung der inneren Spannung
Die Produktionseffizienz verringern

Nehmen Sie das vom Materiallieferanten empfohlene Verarbeitungsfenster als Ausgangspunkt und erarbeiten Sie durch Versuche ein validiertes Produktionsfenster.

Druck an der Grenzfläche

Das LSR muss vor dem Aushärten ständig Kontakt mit der PC-Oberfläche haben.

Ein unzureichender Anpressdruck kann folgende Folgen haben:

Trockene Stellen
Lufteinschlüsse
Teilweise Adhäsion
Schwache Kanten
Leckagewege

Ein zu hoher Einspritzdruck kann:

Den Einsatz verschieben
Dünne PC-Wände verformen
Absperrventile öffnen
Flash erstellen
Beschädigung optischer Oberflächen

Eine gleichmäßige Befüllung ist in der Regel wichtiger als der maximale Einspritzdruck.

Aushärtungshemmung und Verunreinigung

Mit Platin ausgehärtetes LSR kann durch bestimmte Verunreinigungen beeinträchtigt werden.

Mögliche Quellen sind unter anderem:

Schwefelhaltige Materialien
Amine
Phosphorverbindungen
Einige Klebstoffe
Einige Pigmente
Gummihandschuhe
Schmierstoffe
Reinigungsmittel
Rückstände aus anderen Elastomeren
Verpackungsmaterialien

WACKER weist darauf hin, dass Amine sowie Schwefel- und Phosphorverbindungen die platinkatalysierten LSR-Systeme beeinträchtigen können.

Im Produktionsbereich sollten Kontaktmaterialien und Kreuzkontaminationen kontrolliert werden.

Arten von Haftversagen

Haftversagen

Das Silikon lässt sich sauber von der PC-Oberfläche ablösen.

Dies deutet in der Regel darauf hin, dass die Haftverbindung schwächer ist als das Silikon selbst.

Mögliche Ursachen sind unter anderem:

Unverträgliches Materialpaar
Oberflächenverunreinigung
Zu niedrige Temperatur
Kurze Aushärtungszeit
Falsche LSR-Mischung
Veraltete oder ungeeignete PC-Oberfläche
Unzureichende Behandlung
Falsche Grundierung
Mangelhafte Grundierung

Kohäsionsversagen

Das Silikon reißt, während eine Schicht am PC haften bleibt.

Dies deutet darauf hin, dass die Haftfestigkeit an der Grenzfläche stärker ist als die lokale Festigkeit des Silikons.

Bei Abziehprüfungen wird häufig ein kohäsives Versagen als Ergebnis angestrebt.

WACKER berichtet von einem kohäsiven Versagen bei Abziehversuchen mit ausgewählten Kombinationen aus PC und selbsthaftendem LSR, bei denen das Silikon riss, während die Grenzfläche intakt blieb.

Gemischtes Scheitern

Ein Teil der Oberfläche lässt sich sauber ablösen, während ein anderer Bereich das Silikon durchreißt.

Ein gemischter Fehler kann auf Folgendes hindeuten:

Unebenheiten der Fahrbahn
Temperaturschwankung
Teilweise Verunreinigung
Luftansammlung
Unebenheit der Grundierung
Uneinheitlicher Anpressdruck
Variable Aushärtung

Ausfall des PC-Substrats

Der PC bekommt Risse oder bricht, bevor sich die Silikonverbindung löst.

Dies kann auf eine starke Haftung hindeuten, aber auch Folgendes offenbaren:

Übermäßige Spannungskonzentration
Schwache PC-Geometrie
Innere Formspannung
Chemischer Angriff
Mangelhafte mechanische Konstruktion

Abziehprüfung

Ein 90-Grad- oder 180-Grad-Abziehversuch wird häufig eingesetzt, um die Haftfestigkeit verschiedener Materialkombinationen und Prozessbedingungen zu vergleichen.

Ein kontrollierter Test sollte Folgendes definieren:

Geometrie der Probe
Klebefläche
LSR-Dicke
PC-Dicke
Schälwinkel
Zuggeschwindigkeit
Konditionierungszeit
Prüftemperatur
Probenmenge
Fehlermodus
Mindestschälfestigkeit

Geben Sie sowohl die Kraft als auch die Versagensart an.

Eine hohe Kraft, gefolgt von einer sauberen Ablösung der Klebeverbindung, kann auf ein anderes Risiko hindeuten als eine geringere Kraft bei gleichbleibendem kohäsivem Reißen.

WACKER gibt die Ergebnisse von Schälversuchen für ausgewählte Kombinationen aus selbstklebendem LSR und PC an; diese vom Lieferanten angegebenen Werte sollten jedoch nicht als automatische Abnahmekriterien für eine andere Produktgeometrie oder einen anderen Harztyp herangezogen werden.

Zugversuch

Bei Knöpfen, Einsätzen, Verbindungselementen und ringförmigen Dichtungen spiegelt eine Zug- oder Ausdrückprüfung die tatsächliche Belastung möglicherweise besser wider.

Die Prüfvorrichtung sollte die erwartete Betriebsrichtung nachbilden.

Zu den möglichen Messungen gehören:

Maximale Zugkraft
Kraft bei der ersten Trennung
Verformung bei Versagen
Ort des Ausfalls
Prozentsatz des kohäsiven Versagens

Dichtheitsprüfung

Wenn das LSR als wasserdichte Dichtung dient, reicht eine Prüfung der Haftfestigkeit allein nicht aus.

Die Versammlung kann außerdem Folgendes verlangen:

Luftdruckabfallprüfung
Vakuum-Abklingprüfung
Wassersprühprüfung
Tauchprüfung
Blasenprüfung
Berstdruckprüfung
Druckprüfung mit Flüssigkeit

Die Dichtheitsprüfung sollte nach der Umgebungsanpassung wiederholt werden.

Umgebungsvalidierung

Die Verbindung zwischen LSR und PC sollte nach entsprechenden Belastungen überprüft werden, wie zum Beispiel:

Temperaturwechselbeanspruchung
Hochtemperaturalterung
Einwirkung niedriger Temperaturen
Hohe Luftfeuchtigkeit
Eintauchen in Wasser
Waschmittel
Desinfektionsmittel
Hautfette
Kfz-Flüssigkeiten
UV-Belastung
Vibration
Mechanischer Stoß
Wiederholtes Beugen und Strecken
Sterilisation
Beschleunigte Alterung

Eine Verbindung, die unmittelbar nach dem Formen eine gute Leistung aufweist, kann nach einer gewissen Zeit oder durch chemische Einwirkung an Festigkeit verlieren.

Hinweise zur Sterilisation

Bei Medizinprodukten ist die gesamte PC-LSR-Baugruppe nach dem vorgesehenen Sterilisationsverfahren zu prüfen.

Zu den möglichen Methoden gehören:

Ethylenoxid
Dampf
Gammastrahlung
Elektronenstrahl
Röntgen
Verdampftes Wasserstoffperoxid

Der Sterilisationsprozess kann folgende Auswirkungen haben:

Transparenz im PC-Bereich
Spannungsrisse bei PC
Silikonhärte
Dehnung von Silikon
Haftfestigkeit
Farbe
Abmessungen
Anpresskraft
Extrahierbare Stoffe
Langzeitalterung

Bestimmte selbstverklebende LSR- und PC-Systeme haben sich als kompatibel mit wiederholter Dampfsterilisation erwiesen, doch hängt diese Eignung von der jeweiligen Materialsorte ab und gilt nicht automatisch für alle Kombinationen.

Qualitätskontrollplan

Ein Produktionskontrollplan kann Folgendes umfassen:

Überprüfung des PC-Harzes
LSR-Chargenprüfung
Pigmentüberprüfung
Maße einfügen
Sauberkeit einfügen
Temperatur eingeben
Formtemperatur
Einspritzdruck
Aushärtungszeit
Sichtprüfung
Blitzinspektion
Prüfung der Klebekante
Schäl- oder Zugprüfung
Dichtheitsprüfung
Funktionsprüfung
Rückverfolgbarkeit von Chargen

Legen Sie bei medizinischen, automobilen oder sicherheitskritischen Produkten vor Beginn der Serienfertigung die Prüfhäufigkeit und die Abnahmekriterien fest.

Änderungskontrolle

Die Haftung reagiert empfindlich auf Material- und Prozessänderungen.

Vor einer Änderung Benachrichtigung anfordern:

PC-Qualität
PC-Anbieter
PC-Produktionsstandort
PC-Farbe
Additivpaket
Formtrennmittel-Set
Anteil an recyceltem Material
LSR-Typ
LSR-Lieferant
LSR-Pigment
Grundierung
Reinigungsmittel
Oberflächenbehandlung
Formbeschichtung
Formtemperatur
Heilungsbedingungen
Produktionsstandort
Sterilisationsverfahren

SABIC weist darauf hin, dass sein Polycarbonat-Portfolio für den Gesundheitsbereich mit „Formula-Lock“- und „Management-of-Change“-Kontrollmaßnahmen ausgestattet ist, was verdeutlicht, warum eine kontrollierte Beschaffung von Kunststoffen bei regulierten Anwendungen von Bedeutung ist.

Empfohlener Entwicklungsprozess

Phase 1: Definition der Anwendung

Dokument:

Produktfunktion
Zweck der Verklebung
Anforderungen an die Abdichtung
Erwartete Belastung
Temperatur
Exposition gegenüber Chemikalien
Sterilisation
Lebensdauer
Regulierter Markt
Jahresvolumen

Phase 2: Materialpaare prüfen

Wählen Sie mehrere mögliche Kombinationen aus:

Selbstklebende LSR-Sorte
PC-Qualität
Farbe
Härte
Hitzebeständigkeit
Zulassungsstatus

Fordern Sie gegebenenfalls die Hafttabellen des Herstellers oder technische Unterstützung an.

Phase 3: Herstellung von Testplatten

Standardisierte Platten unter Verwendung repräsentativer:

Verarbeitungsbedingungen für PCs
Verarbeitungsbedingungen für LSR
Oberflächenbeschaffenheit
Dicke der Grenzfläche
Aushärtungszeit
Temperatur eingeben

Vergleichen Sie die Schälfestigkeit und die Versagensart.

Phase 4: Erstellung eines Prototyps der tatsächlichen Geometrie

Testen Sie die tatsächlichen Komponenten, da die Ergebnisse der Plaque-Messung möglicherweise nicht repräsentativ sind:

Eckdurchfluss
Dünnschnitte
Standort des Tors
Bewegung einfügen
Geometrie der Bindungskante
Mechanische Beanspruchungen
Dichtdruck

Phase 5: Festlegung des Prozessfensters

Testen Sie Kombinationen aus:

Niedrige und hohe Formtemperatur
Kurze und lange Aushärtungszeit
Niedrige und hohe Einlegetemperatur
Mindest- und Höchsthaltedauer
Schwankungen bei den Materialchargen
Farbabweichungen beim PC
Pigmentabweichungen bei LSR

Phase 6: Umgebungsprüfungen abschließen

Bewerten Sie die verklebten Proben nach der vorgeschriebenen Alterung sowie unter den vorgeschriebenen Bedingungen hinsichtlich Flüssigkeit, Temperatur, mechanischer Beanspruchung und Sterilisation.

Phase 7: Validierung der Produktion

Überprüfen:

Materialtransport
PC-Formteile
Lagerung einfügen
Oberflächenreinigung
Überweisung einfügen
Dosierung und Vermischung von LSR
Formparameter
Entformen
Prüfung
Verpackung
Rückverfolgbarkeit

Angaben, die in einer Angebotsanfrage enthalten sein sollten

Stellen Sie dem Spritzgusslieferanten Folgendes zur Verfügung:

PC-Handelsname und genaue Güteklasse
Markenname und genaue LSR-Sorte (sofern ausgewählt)
Zweidimensionale Zeichnung
Dreidimensionales Modell
Abmessungen der Lötfläche
Erforderliche LSR-Härte
PC- und LSR-Farben
Richtung der mechanischen Belastung
Erforderliche Abzieh- oder Zugfestigkeit
Anforderungen an die Wasserdichtigkeit oder Dichtheit
Betriebstemperatur
Exposition gegenüber Chemikalien
Sterilisationsverfahren
Gesetzliche Anforderungen
Jährliche Menge
Prototypenmenge
Kosmetische Anforderungen
Zulässiger Blitz
Prüfanforderungen
Anforderungen an Verpackung und Sauberkeit
Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit
Anforderungen an die Änderungsmitteilung

Wenn die Materialien noch nicht ausgewählt wurden, bitten Sie den Lieferanten, mindestens zwei kompatible LSR-zu-PC-Kombinationen vorzuschlagen und zu testen.

Fragen zur Lieferantenqualifizierung

Fragen Sie den LSR-Umspritzungsanbieter:

Welche selbsthaftenden LSR-Typen haben Sie bereits auf PC gespritzt?
Welche PC-Klassen genau wurden validiert?
Können Sie Proben für einen Abzieh-Test bereitstellen?
Verwenden Sie das Insert-Molding-Verfahren oder das Zwei-Komponenten-Spritzgießen?
Wie regelt man die Temperatur des Einsatzes?
Wie verhindert man eine Kontamination der PC-Oberfläche?
Ist eine Grundierung erforderlich?
Ist eine Plasmabehandlung erforderlich?
Wie wird das Mischungsverhältnis von LSR überwacht?
Wie lässt sich die Aushärtungshemmung kontrollieren?
Welche Formbeschichtungen werden verwendet?
Wie überprüft man die Klebefuge?
Können Sie Abzieh-, Zug- und Dichtheitsprüfungen durchführen?
Wie gehen Sie mit wesentlichen Änderungen um?
Lassen sich die Produktionschargen auf beide Rohstoffchargen zurückverfolgen?

Fazit

Eine erfolgreiche Selbstverklebung von LSR auf Polycarbonat hängt vom gesamten Material- und Prozesssystem ab.

Die wichtigsten Regeln lauten:

Wählen Sie den LSR und den PC als getestetes Paar aus.
Gehen Sie nicht davon aus, dass sich alle PC-Güten gleich verhalten.
Halten Sie die Klebefläche sauber und in ordentlichem Zustand.
Die Verbindung sollte so ausgelegt sein, dass sie eher gegen Scherkräfte als gegen Ablösung beständig ist.
Fügen Sie für kritische Anwendungen eine mechanische Verriegelung hinzu.
Schützen Sie die Kanten der Verbindung vor Berührungen durch den Benutzer und vor Flüssigkeitsdruck.
Stellen Sie ein Gleichgewicht zwischen Formtemperatur, Einsatztemperatur, Aushärtungszeit und der Hitzebeständigkeit von PC her.
Testen Sie die tatsächliche Produktionsgeometrie und nicht nur Materialproben.
Überprüfen Sie die Haftfestigkeit nach Alterung, Chemikalieneinwirkung, Temperaturwechselbeanspruchung und Sterilisation.
Behalten Sie jede Material- und Prozessänderung im Blick.

Primerfreies, selbsthaftendes LSR kann Montageschritte reduzieren und die automatisierte Fertigung unterstützen; allerdings muss die zuverlässige Haftung unter genau den Material-, Werkzeug-, Prozess- und Einsatzbedingungen nachgewiesen werden, die für das Endprodukt vorgesehen sind.

Häufig gestellte Fragen

Haftet jedes selbsthaftende LSR auf Polycarbonat?

Nein. Selbsthaftende LSR-Typen werden für ausgewählte Substrate entwickelt. Die genaue Kombination aus LSR und PC muss vor der Serienfertigung getestet werden.

Ist beim Umspritzen von PC mit LSR eine Grundierung erforderlich?

Nicht immer. Ein kompatibles, selbsthaftendes LSR kann ohne Grundierung auf PC haften. Eine Grundierung kann erforderlich sein, wenn die Materialkombination keine ausreichende Haftung ohne Grundierung gewährleistet.

Kann eine Plasmabehandlung die Haftung von LSR auf PC verbessern?

Es kann zwar die Haftung in bestimmten Systemen verbessern, jedoch müssen die Behandlungsparameter und die maximale Verzögerungszeit vor dem Formen validiert werden.

Was ist die stabilste Verbindungsausführung zwischen LSR und PC?

Eine breite, hauptsächlich auf Scherung beanspruchte Schnittfläche sorgt in Kombination mit geschützten Kanten und mechanischer Verriegelung in der Regel für eine robustere Konstruktion als eine dünne, auf Ablösung beanspruchte, freiliegende Kante.

Warum lässt sich das Silikon sauber vom PC ablösen?

Eine saubere Ablösung deutet auf ein Versagen der Klebeverbindung hin. Häufige Ursachen sind inkompatible Materialien, Verunreinigungen, unzureichende Wärme, eine zu kurze Aushärtungszeit, eine zu niedrige Temperatur des Einlegeteils oder eine unzureichende Oberflächenbehandlung.

Was ist ein Kohäsionsversagen?

Ein Kohäsionsversagen tritt auf, wenn das Silikon reißt, während ein Teil des Silikons am PC haften bleibt. Dies deutet darauf hin, dass die Grenzfläche an der Bruchstelle fester ist als das Silikon.

Kann eine PC-LSR-Baugruppe dampfsterilisiert werden?

Einige Materialkombinationen eignen sich für wiederholte Dampfsterilisation, die Verträglichkeit hängt jedoch von der jeweiligen Materialklasse ab. Die gesamte Formbaugruppe muss nach der vorgesehenen Anzahl von Zyklen geprüft werden.

Sollten bei der Verwendung von selbstverklebendem LSR mechanische Verriegelungen angebracht werden?

Mechanische Verriegelungen werden für kritische Bereiche empfohlen, die Abziehkräften, Druck, wiederholter Biegung oder sicherheitsrelevanten Belastungen ausgesetzt sind. Sie bieten zusätzlichen Halt, falls die chemische Haftung nachlässt.

Kann ein in PC enthaltener Formtrennzusatz die Haftung beeinträchtigen?

Möglicherweise. Additive können die Oberflächeneigenschaften des Kunststoffs verändern. Die genaue Kunststoffsorte, die Farbe und die Additivzusammensetzung sollten daher im Rahmen der zugelassenen Materialkombination getestet werden.

Wie sollte die Haftfestigkeit geprüft werden?

Führen Sie einen definierten Abzieh-, Zug-, Ausdrück- oder Funktionstest durch, der die tatsächliche Belastung des Produkts widerspiegelt. Erfassen Sie sowohl die maximale Kraft als auch die Versagensart.

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