Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Licht-modifizierte Silikonwerkstoffe für Medizin und Technik– SiliMeT

Ziel des geplanten Vorhabens ist die Erforschung von Vakuum-UV-modifizierten Silikonwerkstoffen, die auch ohne Klebstoffe einen stoffschlüssigen Verbund einerseits zu Silikonelastomeren (homogener Verbund) und andererseits zu Aluminium, Glas und Stahl erlauben sollen.

So können sowohl hochpreisige Silikonprodukte, z.B. in der Medizintechnik, klebstofffrei gefügt werden als auch Feststoffdichtungen ohne Flüssigauftrag mit hervorragender Dichtqualität appliziert werden. So können die Nachteile eines Flüssigauftrags von Klebstoffen wie die Freisetzung von Spaltprodukten, lange Aushärtezeiten oder ein fehlerhafter Klebstoffauftrag vermieden werden.

Der stoffschlüssige Verbund soll durch Bestrahlung der Silikonoberflächen mit VUV-Licht und anschließendem Anpressen auf den zweiten Fügepartner erreicht werden, ohne dass Chemikalien zum Einsatz kommen. Durch die Bestrahlung sollen an der Oberfläche reaktive Zentren gebildet werden, die eine Ausbildung kovalenter Bindungen zum Fügepartner ermöglichen. Bei diesen stoffschlüssigen Verbunden bleiben sowohl die Biokompatibilität, Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit als auch die elastischen Eigenschaften des Silikonwerkstoffs erhalten.

Als Ergebnisse werden die Schaffung von Grundlagenverständnis, die Beurteilung der Verbunde für den Einsatz in der Medizintechnik und industriellen Anwendungen (Feststoffdichtung), die Erstellung zugehöriger Anwendungskonzepte und die Bereitstellung des Verfahrens erwartet.

Aufgrund der geringen Investitions- und Betriebskosten, der Inlinefähigkeit und geometrischen Vielfalt werden für das Vorhaben kommerziell erhältliche VUV-Lampen eingesetzt. Eine Umsetzung der Forschungsergebnisse in bestehende industrielle Produktionsprozesse ist daher insbesondere für KMU einfach möglich (< 1 Jahr), finanziell attraktiv und stärkt die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen durch verbesserte Qualität der Produkte.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. Als Projektergebnis können nun unter Klebstoffverzicht stoffschlüssige Verbunde hergestellt werden aus Silikonelastomeren im homogenen Verbund sowie im heterogenen Verbund zu Aluminium, Stahl und Glas. Erzielt wird dies durch Vakuum-UV (VUV)-Bestrahlung der Oberflächen und ein geeignetes nachgelagertes Fügeverfahren, das im Projekt erarbeitet wurde.

Es wurden relevante Erkenntnisse erlangt:

-Zwischen den zwei verwendeten Lampensystemen, die Licht unterschiedlicher VUV-Wellenlänge emittieren, zeigte sich, dass nur ein System zufriedenstellende Resultate herbeiführte.

-Die oberflächenchemische Charakterisierung gab Hinweis darauf, dass es sich bei der für den Stoffschluss verantwortlichen Reaktion um eine Kondensationsreaktion von Hydroxygruppen handelt.

-Untersuchungen zur Topographie gaben im Zusammenhang mit physikalisch-mechanischen Kennwerten der Substrate Aufschluss darüber, welche Anforderungen und Grenzen ein Bondprozess hat.

Der Fügeprozess konnte optimiert werden, sodass ausgehend von 7 Tage Lagerung an Raumtemperatur (Stand der Technik vor Projektbeginn) schließlich 5 bis 15 Minuten Fügedauer in einer Heizpresse genügten.

Dabei bewirkte der Stoffschluss eine so hohe Festigkeit in der Fügezone, dass die gefügten Verbunde in der zerstörenden Prüfung durch Riss des Silikons versagten ohne Auftrennung entlang der Fügeebene.

Alterungsversuche wie Klimawechseltests belegen die Stabilität der gefügten Verbunde.

Die Ergebnisse bieten Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen, beispielsweise der Automobil- Elektronikindustrie. Mögliche Anwendungsfälle sind z.B. ausvulkanisierte Dichtungen, die stoffschlüssig montiert werden können - ohne Klebstoff. Zudem sind besonders Anwendungen im medizinischen Bereich sowie in der Lebensmittelindustrie vorteilhaft, wenn Bauteile materialtreu ohne Klebstoff gefügt werden.