Warum Silikonprodukte eine Sekundärvulkanisation erfordern: Wie das Tempern die Leistung beeinflusst

Sobald ein Silikonteil aus dem Werkzeug entformt wird, ist seine Form bereits definiert und es kann gehandhabt sowie eingesetzt werden. Warum muss es also dennoch für weitere 2 bis 4 Stunden in den Temperofen? Dieser Schritt der Nachvernetzung (auch Tempern oder Sekundärvulkanisation genannt) dient keineswegs nur der Verlängerung von Produktionszeiten. Bei peroxidisch vernetzten Systemen ist er ein zwingend erforderlicher Prozessschritt. Die Primärvulkanisation gibt die Form vor, die Sekundärvulkanisation stabilisiert die Materialeigenschaften. Der erste Schritt formt das Bauteil, der zweite fixiert die Leistungsmerkmale dauerhaft. Es handelt sich um aufeinander aufbauende Phasen, nicht um voneinander unabhängige Optionen.

YueHouDZ fertigt formgepresste Formteile aus HTV-Festsilikon. DBPMH ist das in diesem Verfahren hauptsächlich eingesetzte Vernetzungsmittel, da es das Standard-Peroxid-Vernetzungsmittel für HTV-Silikon darstellt. Die nachfolgend beschriebenen Mechanismen, Prozessparameter und Entscheidungskriterien beziehen sich alle auf diesen Ablauf. Dieser Artikel behandelt weder LSR-Flüssigsilikon noch platinkatalysierte Systeme. In der Silikonindustrie lautet der korrekte Fachbegriff „Vulkanisation“ und nicht „Härtung“. „Härtung“ wird für Werkstoffe wie Epoxidharz und Polyurethan verwendet – bei Silikon spricht man von „Vulkanisation“.

Was die Nachvulkanisation bewirkt

Die Nachvulkanisation ist mehr als nur ein erneutes Erwärmen des Bauteils. Nach der Erstvulkanisation gelangt der Formling in einen Umluftofen bei 200 °C. Dabei laufen drei Prozesse gleichzeitig ab.

Erstens entfernt die Heißluft die Spaltprodukte, die bei der Zersetzung des Vernetzungsmittels entstehen. Im Werkzeug zersetzt sich DBPMH bei hohen Temperaturen und bildet freie Radikale, die die Vernetzung auslösen. Vernetzung bedeutet, dass chemische Bindungen Brücken zwischen den Silikonmolekülketten schlagen. Gleichzeitig verbleiben nach der Primärvulkanisation flüchtige Nebenprodukte wie Aceton und niedermolekulare Ketone im Silikonkautschuk. Werden diese nicht ausgetempert, stellen sie ein langfristiges Qualitätsrisiko dar.

Zweitens werden die verbleibenden Vernetzungsreaktionen vervollständigt. Da die Erstvulkanisation eine begrenzte Zykluszeit hat, reagieren einige Vinyl- und Hydrosiloxangruppen nicht vollständig ab. Die Nachvulkanisation ermöglicht den Fortgang dieser Restreaktionen im Ofen, wodurch das Vernetzungsnetzwerk vervollständigt wird.

Drittens werden flüchtige, niedermolekulare Bestandteile ausgetrieben. Diese flüchtigen Fraktionen, wie beispielsweise niedermolekulare Siloxane, die nicht an der Vernetzung teilgenommen haben, migrieren bei hohen Temperaturen allmählich nach außen und werden durch Zwangsentlüftung abgeführt. Dieser Schritt ist für Anwendungen im Lebensmittelkontakt-, Medizin-, Vakuum- und Optikbereich entscheidend. Verbleiben diese kleinen Moleküle im Silikon, können sie nach Inbetriebnahme beim Kunden langsam ausschwitzen oder ausgasen und die Kontaktflächen kontaminieren.

Der internationale Silikonhersteller NuSil fasst den Nutzen des Temperns (der Nachvulkanisation) in fünf Kernbereichen zusammen: Anpassung des Moduls, Verbesserung des Druckverformungsrests, Kontrolle des Schrumpfverhaltens, Erhöhung der chemischen Beständigkeit und Verbesserung der Haftung sowie die Beseitigung von Spaltprodukten zur Reduzierung flüchtiger Bestandteile.

 

Was passiert, wenn die Nachvulkanisation übersprungen wird?

Was passiert, wenn dieser Schritt übersprungen wird? Die Aussage „Leistungsabfall“ ist zu vage. In der Praxis gibt es vier spezifische Fehlerketten.

Nebenprodukte können bei Hochtemperaturanwendungen einen Abbau der Polymerketten auslösen.Bei Anwendungen wie Backgeräten oder PV-Wechselrichtergehäusen, bei denen die Bauteile dauerhaft hohen Temperaturen ausgesetzt sind, können verbleibende Zersetzungsprodukte bei über 200 °C die Spaltung der Silikonmolekülketten katalysieren. Das Bauteil wird klebrig, weich und verliert seine Elastizität. Innerhalb weniger Monate kann sich ein Dichtungsring so in eine weiche Masse verwandeln.

Der Druckverformungsrest steigt an und das langfristige elastische Rückstellvermögen versagt.Der Druckverformungsrest ist der zentrale Lebensdauerindikator für Dichtelemente. Eine Probe wird komprimiert, 22 Stunden lang bei 150 °C gelagert und anschließend entlastet, um das verbleibende elastische Rückstellvermögen zu bestimmen. Je niedriger der Wert, desto langlebiger ist die Dichtung. Bauteile, die lediglich erstvulkanisiert wurden, liegen häufig im Bereich von 20% bis 25%. Nach dem Tempern (Nachvulkanisation) zeigen interne Daten von YueHouDZ, dass die Werte auf 9% bis 12% sinken können – eine Reduzierung um rund 50%. Das ist der Unterschied zwischen einer Dichtung, die fünf Jahre hält, und einer, die bereits nach sechs Monaten undicht wird.

Flüchtige Bestandteile können migrieren und Kontaktflächen kontaminieren.Bei Bauteilen wie Chromatographie-Einlasssepten und Vakuumkammerdichtungen können nicht entwichene flüchtige Bestandteile Proben kontaminieren oder sich an den Kammerwänden ablagern. In der Luft- und Raumfahrt kam es bereits zu klassischen Ausfällen dieser Art: Silikonkomponenten setzten unter Vakuumbedingungen flüchtige Stoffe frei, und die Ausgasungen ließen optische Satellitenlinsen beschlagen, was zu unscharfen Aufnahmen führte. Die strengen Vorgaben für die Nachvulkanisation bei Silikonteilen in Luft- und Raumfahrtqualität resultieren direkt aus diesen Vorfällen.

Nach 1 bis 3 Monaten Lagerung kann es zu Ausblühungen (Blooming) kommen.Ausblühungen entstehen, wenn Zersetzungsprodukte des Vernetzungsmittels oder niedermolekulare Verbindungen an die Oberfläche migrieren und ein weißes Pulver bilden. Dies ist eine der häufigsten Kundenreklamationen, wenn auf die Nachvulkanisation verzichtet wird. Ein Dichtungsprofil für eine PV-Schaltschranktür sieht bei der Auslieferung vielleicht noch einwandfrei aus, doch nach zwei bis drei Monaten im Kundenlager färbt sich die Oberfläche weiß. Die erste Reaktion des Kunden besteht meist darin, die Kautschukmischung dafür verantwortlich zu machen – die eigentliche Ursache liegt jedoch darin, dass ein entscheidender Prozessschritt übersprungen wurde.

Viele Anbieter in der Branche haben für diesen Fehler teuer bezahlt: Um Lieferzeiten zu verkürzen, wurde auf die Nachvulkanisation verzichtet und direkt versendet. Man sparte zwar etwa 4 Stunden pro Charge ein, doch 3 Monate später reklamierten Kunden Dichtungsversagen und die Retourenquote stieg sprunghaft auf 40% an. Die daraus resultierenden Regresskosten überstiegen die Einsparung aus dem ausgelassenen Prozessschritt um das Zehnfache. Dies ist ein bekanntes Branchenbeispiel, kein Vorfall bei YueHouDZ.

Anwendungen, bei denen es zwingend erforderlich ist

Wie entscheidet man, ob ein Bauteil nachvulkanisiert werden muss? Das ist keine Frage von Herstellerpräferenzen, sondern hängt allein von den Einsatzbedingungen ab. Bei YueHouDZ ist das Tempern (Post-Curing) für diese fünf Produkttypen zwingend vorgeschrieben:

1. Türdichtungsprofile für PV-Wechselrichterschränke— Kunden fordern ausdrücklich Ausblühfreiheit (kein Blooming) und geringe extrahierbare Anteile, und die Teile sind dauerhafter Außenbewitterung ausgesetzt. Der Prozess beginnt bei 200 °C × 4 h;

2. Türdichtungen für Backgeräte— diese Teile sind im Dauereinsatz bei 200 °C und kurzzeitigen Temperaturspitzen von 280 °C ausgesetzt. Kunden verlangen einen Druckverformungsrest von unter 25%. Ein Verzicht auf das Tempern führt unweigerlich zu Reklamationen;

3. Chromatographie-Einlasssepten— in Analysegeräten können flüchtige Bestandteile Proben verunreinigen und Geisterpeaks (Phantompeaks) verursachen;

4. Dichtungsringe für Vakuumkammern— diese Bauteile erfordern eine geringe Ausgasung. Werden flüchtige Bestandteile nicht entfernt, kann die Kammer das erforderliche Vakuumniveau nicht erreichen;

5. Wasserdichte Dichtungsringe für Outdoor-Instrumente— die langfristige IP67-Dichtigkeit sowie eine 8-jährige Lebensdauer im Außenbereich hängen vom Tempern ab, um die Materialeigenschaften zu stabilisieren und den Druckverformungsrest zu minimieren.

Diese fünf Kategorien folgen derselben Logik: dauerhaft hohe Temperaturen, strenge Anforderungen an geringe Flüchtigkeit oder eine lange Dichtungslebensdauer. Wenn auch nur eine dieser drei Bedingungen kritisch ist, darf auf die Nachvulkanisation keinesfalls verzichtet werden.

Anwendungen, bei denen darauf verzichtet werden kann

Bei Standardkomponenten der Unterhaltungselektronik wie Fernbedienungstastaturen, Schutzhüllen, Dämpfungspuffern und Griffabdeckungen für Kochgeschirr stehen Optik, Haptik und Betätigungslebensdauer im Vordergrund. Die Betriebstemperatur liegt üblicherweise unter 80 °C, und es bestehen keine strengen Anforderungen an Langzeitdichtigkeit, geringe Ausgasung oder Lebensmittelkonformität. Für diese Produkte ist der Versand direkt nach der Primärvulkanisation zulässig, sofern alle Vorgaben erfüllt sind. Eine Nachvulkanisation kann je nach Kundenanforderung oder für eine Premium-Produktpositionierung zusätzlich durchgeführt werden.

Dennoch sollte ein gewisser Sicherheitsspielraum eingeplant werden. Wenn der Kunde zusätzliche Anforderungen an Dichtungslebensdauer, Geruchsneutralität oder Langzeitzuverlässigkeit stellt – beispielsweise bei Tasten für Premium-Elektronik, die ihre Haptik über mehr als drei Jahre unverändert beibehalten müssen, oder bei Kinderartikeln mit strengen Geruchsvorgaben –, empfiehlt YueHouDZ eine zusätzliche Nachvulkanisation. Der Kostenanstieg ist überschaubar: Nach Branchenerfahrung belaufen sich die Zusatzkosten pro Arbeitsschritt auf 12 bis 20 RMB pro Charge bzw. ca. $1.78 bis $2.96 pro Charge bei einem Wechselkurs von 1:6,75. Der Qualitätsunterschied ist für Kunden deutlich spürbar. Die Aufwertung dieses „optionalen“ Schritts zum Standardprozess kann somit eine Premium-Positionierung wirksam unterstützen.

Auswahl der passenden Parameter für die Nachvulkanisation

Wie sollten die Parameter gewählt werden, wenn die Entscheidung für das Tempern gefallen ist? Der Standardprozess erfolgt im Umluftofen bei 200 °C über 2 bis 4 Stunden. Für dünnwandige Teile genügen meist 2 Stunden, während dickwandige Bauteile oder Komponenten für Hochtemperaturanwendungen typischerweise 4 Stunden erfordern. In der Praxis sollten die Prozessparameter stets auf Basis der Bauteildicke festgelegt werden.

Dünnwandige Teile (<5 mm):Direkt 200 °C × 2 Stunden anwenden.

Dickwandige Teile (>5 mm):Eine Stufentemperung ist erforderlich, um Blasenbildung zu vermeiden. Wird das Bauteil direkt auf 200 °C erhitzt, kann sich die Oberfläche vorzeitig verschließen und flüchtige Bestandteile in den inneren Schichten einschließen. Industriestandard ist ein stufenweises Aufheizen: 150 °C für 1 Stunde, 180 °C für 1 Stunde und anschließend 200 °C für 2 bis 4 Stunden. Die Stufentemperung gibt den inneren flüchtigen Stoffen ausreichend Zeit, um schrittweise nach außen zu diffundieren.

 

Luftstrom und Belüftung:Der Ofen darf nicht als geschlossenes System ohne Luftaustausch betrieben werden. Gemäß gängiger Branchenpraxis sollte die Luftgeschwindigkeit mindestens 0,5 m/s und die Luftwechselrate mehr als 10-mal pro Stunde betragen. Durch Zwangskonvektion werden flüchtige Bestandteile rechtzeitig abgeführt. Die Grünteile müssen einlagig mit mindestens 2 cm Abstand zueinander platziert werden und dürfen keinesfalls gestapelt werden, da sich flüchtige Stoffe sonst um die Bauteile herum anreichern.

Wenn Lieferant A 200 °C × 2 h anbietet und Lieferant B 200 °C × 4 h, worin liegt der Unterschied? Zwei Stunden reichen für dünnwandige Teile völlig aus. Dickwandige Teile oder Komponenten für den Hochtemperatureinsatz benötigen hingegen 4 Stunden. Dieser Unterschied ist den jeweiligen Einsatzbedingungen geschuldet und bedeutet keineswegs, dass Lieferant B sein Angebot künstlich aufbläht.

Die Erstvulkanisation, die im Werkzeug bei 150 °C bis 200 °C unter Druck für 5 bis 10 Minuten durchgeführt wird, und die Nachvulkanisation in einem Ofen bei 200 °C für 2 bis 4 Stunden sindaufeinanderfolgende Prozessschritte. Der erste Schritt gibt die Form vor. Der zweite stabilisiert die Leistungsfähigkeit. Es handelt sich nicht um alternative Verfahren. Die Primärvulkanisation darf nicht übersprungen werden, und die Nachvernetzung (Temperung) kann sie nicht ersetzen.

So prüfen Sie, ob der Hersteller die Nachvulkanisation tatsächlich durchgeführt hat

Auch wenn ein Angebot eine „Nachvulkanisation“ ausweist, heißt das noch lange nicht, dass dieser Schritt in der Fertigung auch tatsächlich durchgeführt wurde. Wie lässt sich dies in der Wareneingangskontrolle überprüfen?

Prozessparameter-Protokolle anfordern.Ein professionell geführter Betrieb fügt dem Lieferbericht die Aufzeichnungen des Temperprozesses bei, einschließlich Temperatur-, Zeit- und Chargendaten. YueHouDZ stellt dies für Hochtemperaturteile sicher. Kann der Lieferant diese Parameter nicht vorlegen, wurde der Prozessschritt entweder nicht durchgeführt oder nicht dokumentiert.

Prüfbericht zum Druckverformungsrest prüfen.Fordern Sie beim Lieferanten einen Prüfbericht nach ASTM D395 bei 22 h @ 150 °C an. Teile, die nur erstvulkanisiert wurden, weisen üblicherweise einen Druckverformungsrest im Bereich von 20% bis 25% auf. Nach der Sekundärvulkanisation können die Werte auf 9% bis 12% sinken. Weichen die Werte ab, sollte der Prozess hinterfragt werden.

Geruch und Oberflächenbeschaffenheit prüfen.Ein vollständig nachvulkanisiertes Silikonteil sollte an der Bruchstelle des Querschnitts keinen starken Acetongeruch aufweisen. Auf der Oberfläche sollte sich nach 1 bis 2 Monaten Lagerung kein weißer staubartiger Belag (Blooming) bilden. Dies sind die Mindestmerkmale für einen fachgerecht durchgeführten Prozess.

Wenn im Angebot angegeben wird, dass dieser Arbeitsschritt entfallen kann, spart der Lieferant nicht einfach nur Kosten für Sie ein. Es bedeutet vielmehr, dass der Arbeits- und Prozessaufwand für einen gesamten Fertigungsschritt gestrichen wurde. Gleichen Sie diese Empfehlung mit den tatsächlichen Einsatzbedingungen Ihres Produkts ab, bevor Sie entscheiden, welchem Rat Sie folgen.

Häufig gestellte Fragen

In welchem Verhältnis stehen Erstvulkanisation und Nachvulkanisation?
Die Erstvulkanisation erfolgt im Werkzeug bei 150 °C bis 200 °C unter Druck für 5 bis 10 Minuten. Sie verleiht dem Bauteil seine Form und baut die grundlegende Vernetzungsstruktur auf. Die Nachvulkanisation (das Tempern) findet im Ofen bei 200 °C für 2 bis 4 Stunden statt. Sie entfernt flüchtige Spaltprodukte, schließt verbleibende Vernetzungsstellen und treibt flüchtige Bestandteile aus. Der erste Schritt formt das Bauteil, der zweite stabilisiert seine Leistungsfähigkeit. Es handelt sich um aufeinanderfolgende Prozessschritte, nicht um Alternativen.

Benötigt platinvernetztes Silikon ebenfalls eine Nachvulkanisation?
Platinvernetztes Silikon, auch additionsvernetzendes Silikon genannt, erzeugt keine Spaltprodukte und erfordert daher prinzipiell keine Nachvulkanisation. Dennoch kann bei anspruchsvollen medizinischen, optischen und Vakuumanwendungen ein Tempern (Post-Curing) eingesetzt werden, um die Materialeigenschaften zu stabilisieren. Dieser Artikel befasst sich schwerpunktmäßig mit peroxidisch vernetztem Silikon auf Basis des DBPMH-Systems, bei dem mehr Nebenprodukte entstehen, weshalb eine Nachvulkanisation kaum zu vermeiden ist. Bitte beachten Sie: Die Wahl zwischen Platin- und Peroxidvernetzung betrifft das Vernetzersystem während der Erstvulkanisation. Die Nachvulkanisation hingegen ist eine Nachbehandlung nach der Formgebung. Beide Begriffe liegen nicht auf derselben Prozessebene und schließen sich nicht als Verfahrenswege gegenseitig aus.

Ist eine Farbveränderung nach der Nachvulkanisation normal?
Ja. Bei naturfarbenen Teilen kann sich der Farbton nach 4 Stunden bei 200 °C um 0,5 bis 1 Nuance vertiefen – basierend auf internen Daten zur Farbdifferenzkontrolle von YueHouDZ. Dies ist ein gewöhnlicher Effekt des Hochtemperatur-Temperns. Bei optisch anspruchsvollen hellen oder transparenten Teilen muss diese Farbverschiebung bereits im Vorfeld berücksichtigt werden. Baugruppen mit integrierten elektronischen Komponenten sind für ein ganzheitliches Nachvernetzen im Ofen ungeeignet.

Lässt sich durch längere Zeiten oder höhere Temperaturen eine noch bessere Leistung erzielen?
Nein. Die Materialeigenschaften lassen sich nicht grenzenlos verbessern. Eine übermäßige Nachvulkanisation durch zu hohe Temperaturen oder zu lange Verweilzeiten kann dazu führen, dass Silikonteile verspröden, sich verfärben und sich der Druckverformungsrest sogar wieder verschlechtert. Bei peroxidisch vernetzenden Systemen liegt das optimale Prozessfenster bei 200 °C über 2 bis 4 Stunden. Das Überschreiten dieses Bereichs bringt in der Regel mehr Nach- als Vorteile mit sich.

Die Nachvulkanisation ist kein rein werterhöhender Zusatzaufwand. Bei Hochtemperatur-, emissionsarmen und langlebigen Dichtungsanwendungen ist sie ein kritischer Prozessschritt. Wenn dieser Schritt das nächste Mal in einem Angebot für Silikonteile auftaucht, prüfen Sie ihn anhand der Einsatzbedingungen des Produkts: Temperatur, Dichtungslebensdauer und Vorgaben zu flüchtigen Bestandteilen. Ist auch nur eines dieser drei Kriterien streng vorgegeben, darf der Schritt nicht ausgelassen werden. Ist keines davon kritisch, kann er mit dem Lieferanten als optionale Option besprochen werden. Sollten die Anforderungen weiterhin unklar sein,Kontaktieren Sie unsan YueHouDZ und übermitteln Sie die Einsatzbedingungen einschließlich Produkttyp, Betriebstemperatur und technischer Kundenanforderungen, um eine eindeutige Empfehlung zu erhalten, ob ein Tempern (Nachvulkanisieren) erforderlich ist.