DE19831122A1 - Anordnung und Verfahren zur Verarbeitung von Silikonkautschuk - Google Patents

Anordnung und Verfahren zur Verarbeitung von Silikonkautschuk

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Abstract

Die Erfindung betrifft Anordnung und Verfahren zur Verarbeitung von bei erhöhter Temperatur aushärtbarem Silikonkautschuk, insbesondere für Flüssigsilikonkautschuk. Es wird eine Anordnung und ein entsprechendes Verfahren beschrieben zur Herstellung von Formteilen 30 aus mindestens zwei Silikonkautschuk-Komponenten A, B, mit getrennten Vorratsbehältern und Fördereinrichtungen 10', 10'', 12', 12'' für die Komponenten A, B, einem Mischer 15, 16 und einer Fülleinrichtung, bei denen der Fülleinrichtung 15, 16 eine Vorwärmzone 12', 12'' vorgeordnet ist und die Anordnung 10', 10'', 12', 12'', 15, 16, 20 kontinuierlich zur Füllung der auf Vulkanisationstemperatur T¶o¶ befindlichen Form 20 betreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft Anordnung und Verfahren zur Verarbeitung von bei erhöhter Temperatur aushärtbarem Silikonkautschuk, insbesondere für Flüssigsilikonkautschuk (Liquid Silicone Rubber, LSR).
Silikonkautschuke werden seit Jahrzehnten in verschiedenen Verfahrenstechniken verarbeitet (Gießen, Pressen, Spritzgießen). Spezielle Silikonkautschuke für Isolieranwendungen in der Elektrotechnik (insbesondere Hochspannungstechnik) werden als raumtemperaturhärtende Systeme in Formen vergossen (Gießtechnik). Mit der Einführung von LSR wurde die Anwen­ dung von Spritzgießmaschinen ermöglicht, durch die die kalte Reaktionsmasse dosiert und die dosierte Menge in einem Schuß in die beheizte Form gespritzt wird. Typische Vulkanisations­ temperaturen liegen im Bereich 120 bis 180°C, es stehen jedoch auch Silikone zur Verfügung mit Vulkanisationstemperaturen über 200°C. Mit den bekannten Techniken der Spritzgießma­ schine werden die sich bildenden Forminnendrücke geregelt und benötigte Zuhaltekräfte auf­ gebracht. Diese Prozeßtechnik ist für relativ kleine Formteile in großer Serie wirtschaftlich. Für großvolumige Formteile in relativ kleiner Serie werden die benötigten Maschinen aufgrund der proportional zur Querschnittsfläche des Formteils wachsenden Zuhaltekräfte unwirtschaftlich. Die für diesen Prozeß typischen Werkzeuginnendrücke können 150 bar oder mehr erreichen.
Es ist schon ein Verfahren bekannt, wobei anstelle einer Spritzgießmaschine die kalten Kom­ ponenten getrennt in großvolumigen Zylindern dosiert werden, die dann die Füllung der beheizten Kavität mit dosiertem Schußvolumen übemehmen (K. Kurda "Neue Verarbeitungs­ technik zur Herstellung von großvolumigen HS-Garnituren aus LSR" in Elektrizitätswirtschaft 97, 1998, Heft 7). Zur Beherrschung der sich aufgrund thermischer Expansion bildenden hohen Forminnendrücke werden zusätzliche hydraulische oder mechanische Schließ- bzw. Zuhaltemechanismen benötigt. Die Zeit für die Vulkanisation ist besonders lang, da bei groß­ volumigen Teilen ein langsamer Temperaturausgleich des kalten Materialvolumens durch die Wärmezufuhr von den beheizten oder temperierten Kavitätswänden stattfindet. Bei den genannten Verfahren betragen die Temperaturdifferenzen zwischen Vulkanisationstemperatur und Ausgangstemperatur zum Teil 100 K und mehr.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Anordnung und Verfahren zur Verbesserung und Beschleuni­ gung der Verarbeitung von Silikonkautschuk für die Fertigung vorzugsweise großvolumiger Teile anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe findet sich in den beiden nebengeordneten Patentansprüchen. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die wesentlichen Elemente (Module) der Anordnung sind: getrennte Vorratsbehälter und För­ dereinrichtungen für die Komponenten des Silikonkautschuk, mindestens eine dem Mischer vorgeordnete Vorwärmzone, wobei Fördereinrichtungen, Vorwärmeinrichtungen und Mischer kontinuierlich zur Füllung einer auf Vulkanisationstemperatur befindlichen Form betreibbar sind. Die Vorerwärmung liefert ein Silikon-Gemisch, dessen Temperatur bei Eintritt in die Form möglichst der Vulkanisationstemperatur entspricht. Je nach Materialmenge, Vulkanisations­ dauer und/oder Dauer des Temperaturausgleichs zwischen der Form und der Formmasse kann die Vorwärmtemperatur unterhalb oder auch oberhalb der Vulkanisationstemperaturen liegen. Je nach Anlagenbetrieb können Temperaturdifferenzen von bis zu ± 40 K auftreten. Als Werkstoffe kommen alle handelsüblichen Silikonkautschuke, insbesondere LSR-Produkte infrage.
Da das Silikon-Gemisch mit einer Temperatur möglichst nahe der Vulkanisationstemperatur in die Form eintritt, bleibt der Forminnendruck wegen der noch verbleibenden geringen Tempe­ raturänderung klein. Daher kann die Form durch einfachste Hilfsmittel wie Verschraubungen oder Spannvorrichtungen verschlossen werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung und das zugeordnete Verfahren sind vorzugsweise so angelegt, daß durch geeignete Fördereinrichtungen mit zugeordneter Vorwärmzone, Mischen und Füllen einer Form kontinuierlich erfolgen kann. Man kann ohne Vordosierung des Füllvo­ lumens auskommen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß mit der Vorerwärmung auch die Vulkanisationszeit reduziert ist.
Die Vorwärmzone sollte so eingerichtet sein, daß der Wärmeübergang und die Verweildauer optimiert ist. Vorzugsweise erfolgt die Vorwärmung und Temperatureinstellung über Wärmelei­ tung und Konvektion durch elektrisch beheizte oder mit Wärmeträgeröl temperierte Wandun­ gen, wobei die thermische Homogenität im Massestrom der Einzelkomponenten (A, B) und/oder des Silikon-Gemisches durch geeignete Verwirbelungs- oder Mischelemente hergestellt wird.
Die Erfindung hat noch weitere vorzugsweise Ausgestaltungen:
In der Vorwärmzone ist ein Temperaturgradient einstellbar, so daß je nach Betriebsart zum Ausgang hin die Temperatur entweder zunimmt oder auch abnimmt. Die Vorwärmzone kann jedoch auch auf mehrere Bereiche mit unterschiedlichen, jedoch konstanten Temperaturen eingestellt werden. Eine Kombination der genannten Temperaturprofile ist selbstverständlich ebenfalls möglich. Weiterhin kann eine Temperierung des Mischers vorgenommen werden, so daß sich die Vorwärmzone bis zum Mischer erstreckt.
Zur Beschleunigung der Erwärmung der Komponenten kann ein Modul in der Vorwärmzone noch Elemente zur Materialverwirbelung enthalten.
Weiterhin kann durch Einstellung der Masseströme die Anordnung so betrieben werden, daß das Füllvolumen nicht vordosiert werden muß.
Die Einzelkomponenten können nach Austritt aus den Vorwärmzonen durch eine nachgeord­ nete Umschalteinheit wahlweise in die Vorratsbehälter zurückgeführt werden (Rezirkulations­ betrieb).
Über die Fördereinrichtungen sollte auch der Druck in der Form kontrollierbar sein, entweder zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Wertes oder auch zur zusätzlichen Druckerhöhung nach der Füllung über kurze Zeit.
Im Massestrom zur Form kann eine Schließeinrichtung vorhanden sein, mit der die Form dicht verschlossen werden kann. Die gefüllte Form soll vorzugsweise auch von der Anordnung abtrennbar und entfernbar sein. Damit können mehrere Formen nacheinander gefüllt werden, ohne die Zeit für Vulkanisation und Entformung abwarten zu müssen.
Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Herstellung eines Formteils 30 (beispielsweise einer Muffe für ein elektrisches Kabel) wird in der einzigen Figur dargestellt. Die Figur zeigt den Fluß zweier Silikon-Komponenten A und B aus nicht dargestellten Vorratsbehältern über Fördereinrichtungen (Dosierzylinder und Pumpen) 10', 10" durch je eine Vorwärmzone 12', 12". Die Vorwärmzonen bestehen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils aus zwei Bereichen 12.1', 12,2', 12.1", 12,2", die auf zwei unterschiedliche Temperaturen (Tv) eingestellt sein können. In der Vorwärmzone 12' sind Mischelemente 13 angedeutet, die den Weg der Komponente A umlenken, so daß eine verbesserte Durchmischung und Vergleichmäßigung der Temperatur stattfindet. Dadurch läßt sich auch eine kurze Baulänge erreichen.
Mit einer Umschalteinheit 29', 29" können die Komponenten entweder zum Mischerblock (bestehend aus Mischerkopf 15 und statischem Mischer 16) oder wahlweise zu den Vorrats­ behältern zurückgeleitet werden. Im Mischerblock können nach Bedarf auch weitere Additive C oder D (Farben, Leitfähigkeit erhöhende Komponenten) eingeleitet werden. Der Mischerkopf hat ein Auslaßventil 17 zur Fülleinrichtung 18 (Spritzanschluß). Die auf Vulkanisationstempera­ tur To erhitzte Form 20 ist vom Spritzanschluß 18 trennbar. Die Form 20 hat eine Verschließ­ einheit 19 (Kugelhahn). An der Form 20 sind mit den Bezugszeichen 22', 22" Verschluß- oder Druckelemente angedeutet, die die Form 20 unter Druck halten. Als typische Materialflußgröße kann bei der Anordnung mit einer Füllgeschwindigkeit von bis zu 10 l/min gerechnet werden.

Claims (13)

1. Anordnung zur Herstellung von Formteilen (30) aus in einer Form (20) bei erhöhter Tempe­ ratur aushärtbarem Silikonkautschuk aus mindestens zwei Komponenten (A, B), mit getrenn­ ten Vorratsbehältern und Fördereinrichtungen (10', 10", 12', 12") für die Komponenten (A, B), einem Mischer (15, 16) und einer Fülleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülleinrichtung (15, 16) eine Vorwärmzone (12', 12") vorgeordnet ist und die Anordnung (10', 10", 12', 12", 15, 16, 20) kontinuierlich zur Füllung der Form (20) betreibbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmzone (12', 12") auf Vulkanisationstemperatur (To) ausgelegt ist.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ wärmzone (12', 12") aus mindestens zwei Bereichen (12.1', 12,2', 12.1", 12,2") mit unter­ schiedlichen Temperaturen besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem Bereich der Vorwärmzone (12', 12") ein Temperaturgradient einstellbar ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (15) temperiert ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Vorwärmzone (12', 12") Elemente zur Materialverwirbelung (13) enthält.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmzone (12', 12") eine Umschalteinheit (29', 29") nachgeordnet ist, mit denen die Einzelkomponenten (A, B) in Vorratsbehälter zurückführbar sind.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Fördereinrichtung (10', 10") Druck in der Form (20) aufgebracht werden kann.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderweg zwischen Mischer (16) und Form (20) verschließbar ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (20) von der Anordnung (10', 12', 15, 16) trennbar ist.
11. Verfahren zur Herstellung von Formteilen (30) aus bei erhöhter Temperatur (To) aushärtba­ rem Silikonkautschuk aus mindestens zwei Komponenten (A, B), wobei die Komponenten (A, B) aus Vorratsbehältern getrennt angeliefert und gefördert werden und die Komponenten (A, B) in einem Mischer (14, 16) vermischt und in eine mit der erhöhten Temperatur (To) tem­ perierten Form (20) gegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Komponente (A, B) vor dem Mischen mit einer anderen Komponente (A, B) auf eine Tempe­ ratur (Tv) in der Nähe der Vulkanisationstemperatur (To) vorgewärmt wird und daß die Abläufe Transportieren, Vorwärmen und Mischen kontinuierlich erfolgen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Komponenten (A, B) vor Eintritt in die Form (20) auf Vulkanisationstemperatur (To) erwärmt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Füll­ volumen vordosiert wird.
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