Ein Kunde reklamiert eine Charge von Außendichtungen, die in weniger als einem Jahr verhärtet und rissig geworden sind, wodurch die IP67-Schutzart nicht mehr gewährleistet ist. In der Zeichnung ist lediglich Folgendes angegeben: „Silikon-O-Ring, 60 Shore A, IP67“ ohne Anforderungen an die Witterungsbeständigkeit. Der nächste Schritt besteht darin, die für die Teile verwendete Rezeptur zurückzuverfolgen. Sie müssen feststellen, ob der Lieferant die witterungsbeständigen Additive weggelassen hat, ob die Vulkanisation unzureichend war oder ob die Zeichnung diese Anforderung nicht spezifiziert hat.
Silikon bietet von Natur aus eine bessere UV-Beständigkeit als herkömmlicher Gummi – warum verhärten Bauteile im Außenbereich dennoch? Die Antwort liegt nicht in der Bezeichnung des Basispolymers. Beim gleichen VMQ-Basispolymer kann der Zusatz von UVA- und HALS-UV-Stabilisatoren die Lebensdauer im Freien um das Drei- bis Fünffache verlängern. Vier Faktoren bestimmen, ob für eine Anwendung Standard-VMQ, witterungsbeständiges MVQ oder FVMQ erforderlich ist: Kontakt mit Ölen und Lösungsmitteln, UV-Intensität, geforderte Lebensdauer und Betriebstemperatur. Anhand dieser Kriterien können Einkäufer zudem gängige, aber irreführende Lieferantenversprechen erkennen.
Der tatsächliche Mechanismus hinter der Verhärtung im Außenbereich
Viele nehmen an, dass Silikon aushärtet, weil UV-Strahlung die Hauptpolymerkette aufbricht. Die eigentliche Ursache ist jedoch Photooxidation.
UV-Photonen besitzen nicht genügend Energie, um Si-O-Bindungen aufzubrechen. Deren Bindungsenergie beträgt 452 kJ/mol – etwa 30% höher als die Bindungsenergie von 346 kJ/mol der C-C-Bindungen in universellen Standardelastomeren. Dennoch kann die UV-Energie Reaktionen an den Seitengruppen auslösen.
UV-Bestrahlung löst eine Photooxidation aus. Dabei spalten sich Methylgruppen von den Seitenketten ab, und die Vernetzungsdichte an der Oberfläche steigt. Es entsteht eine silikareiche, spröde Schicht – eine harte, brüchige Oberfläche infolge übermäßiger Vernetzung. Dadurch verliert das Formteil an Dehnfähigkeit und Rückprallelastizität. Ausgehärtete Teile zeigen häufig Versprödung, Auskreidung und ein schlechtes Rückstellvermögen statt nur eines geringfügigen Härteanstiegs.
Ein Wechsel des Basispolymers löst das Problem nicht. Die Rezeptur muss die passenden Additive enthalten. Standardsilikon ohne witterungsbeständiges Additivpaket kann im Außenbereich bereits nach ein bis zwei Jahren verspröden oder aushärten. Eine Formulierung mit einer Kombination aus UVA-Filtern und HALS hält dagegen drei bis fünf Jahre. Dieser Unterschied resultiert aus dem Additivpaket, nicht aus dem Basispolymer.
VMQ und MVQ bezeichnen dasselbe Material
Wenn ein Lieferant sagt: „VMQ ist nicht geeignet, wechseln Sie daher zu MVQ“, ist diese Aussage an sich bereits fragwürdig. Chemisch gesehen bezeichnen VMQ und MVQ dasselbe Material. VMQ ist die Bezeichnung nach der internationalen Norm ISO 1629, während MVQ in den chinesischen GB-Normen verwendet wird. Eine andere Bezeichnung bedeutet somit kein anderes Material.
Verlassen Sie sich bei der Klärung solcher Unklarheiten nicht allein auf die Materialbezeichnung. Prüfen Sie stattdessen das Rezepturdatenblatt. Fragen Sie denLieferant für Silikonprodukte, um die UVA-Type (wie das häufig verwendete Benzotriazol UV-327) und die HALS-Type (wie den sterisch gehinderten Amin-Lichtstabilisator Tinuvin 622) zu identifizieren. Das Datenblatt sollte zudem die phr-Dosierung angeben und ausweisen, ob als verstärkender Füllstoff pyrogene oder gefällte Kieselsäure eingesetzt wird. Eine einfache Materialbezeichnung kann jeder verfassen. Erst ein detailliertes Rezepturblatt zeigt die tatsächliche technische Kompetenz des Lieferanten – und ein Hersteller, der diese Details offenlegt, verfügt in der Regel über eine stabilere Prozesskontrolle.
UVA und HALS müssen zusammenwirken
Das Herzstück einer witterungsbeständigen Formulierung ist der kombinierte Einsatz von UVA und HALS. Beide Komponenten erfüllen unterschiedliche Funktionen und sind gleichermaßen unverzichtbar.
UVA-Absorber wie UV-327 filtern UV-Strahlung, bevor sie das Material schädigen kann. Dieses Benzotriazol-Additiv absorbiert Wellenlängen von 280 bis 350 nm. Sein Absorptionsmaximum liegt nahe 310 nm, wo die UV-B-Strahlung am stärksten ist. Es nimmt die UV-Energie auf, wandelt sie in unschädliche Wärme um und leitet diese ab.
HALS, vertreten durch Typen wie Tinuvin 622, fängt reaktive Spezies nach Beginn der Photooxidation ab. Es absorbiert keine UV-Strahlung, sondern neutralisiert über den Denisov-Zyklus freie Radikale, die bei der Photooxidation entstehen. Durch diesen regenerativen katalytischen Mechanismus wird das HALS selbst nicht verbraucht, wodurch der Schutz deutlich länger anhält.
Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass der beste Oberflächenschutz in der Regel bei einem Gesamtadditivgehalt von etwa 0.5% erzielt wird, wobei UVA und HALS in einem Verhältnis von etwa 1:1 eingesetzt werden. Ein Einkomponenten-Stabilisatorsystem kann bereits innerhalb der ersten 2.000 Stunden der beschleunigten Alterung zu kreiden beginnen.
Die typische Dosierung für UV-327 liegt bei 0,3 bis 0,8 phr. Verwenden Sie 0,3 bis 0,5 phr für den regulären Außeneinsatz in gemäßigten Klimazonen sowie 0,5 bis 0,8 phr für Höhenlagen oder tropische Umgebungen mit intensiver UV-Strahlung. Die typische HALS-Dosierung beträgt 0,3 bis 0,6 phr. UV-327-Anteile über 1,0 phr können zu Übersättigung und Migration führen, was ein Ausblühen (Blooming) zur Folge hat.
Zwei weitere Faktoren müssen das Additivpaket unterstützen. Erstens: Verwenden Sie mit pyrogener Kieselsäure verstärktes Silikon. Pyrogene Kieselsäure weist eine spezifische Oberfläche von 150 bis 300 m²/g auf und bietet eine hohe mechanische Verstärkung, ist jedoch kostenintensiver. Mit gefällter Kieselsäure verstärktes Silikon ist günstiger, besitzt jedoch einen höheren Hydroxylgehalt. In Küstenregionen oder Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit kann die Feuchtigkeitsaufnahme den Alterungsprozess beschleunigen.
Zweitens müssen die Teile nach der Erstvulkanisation getempert werden (Nachvulkanisation). Backen Sie diese dazu zwei Stunden lang bei 200 °C in einem Ofen. Dieser Nachbereitungsschritt entfernt verbleibende Peroxid-Spaltprodukte, stabilisiert die physikalischen Eigenschaften, reduziert den Druckverformungsrest und verhindert Ausblühungen (Bloom). Es handelt sich dabei nicht um ein separates Vulkanisationsverfahren. Wird dieser Schritt ausgelassen, verspröden und verhärten Formteile im Außenbereich deutlich schneller.
FVMQ für Ölbeständigkeit wählen, nicht für Witterungsbeständigkeit
FVMQ (Fluorsilikonkautschuk) klingt zwar fortschrittlicher als herkömmliches Silikon, seine UV-Beständigkeit im Freien entspricht jedoch nahezu der von VMQ (Methyl-Vinyl-Silikonkautschuk). Einige Datenquellen belegen für FVMQ sogar ein schwächeres Verhalten bei der Heißluftalterung. Sein wahrer Nutzen liegt in der Beständigkeit gegen Öle, Lösungsmittel und Kraftstoffdämpfe. FVMQ ist für aggressive Medien konzipiert und nicht als witterungsoptimierter Werkstoff gedacht.
FVMQ-Rohmaterial ist etwa fünfmal so teuer wie Standardsilikon und liegt preislich zwischen Silikon und FKM-Fluorkautschuk. Dieser Aufpreis verschafft Ihnen Öl- und Kraftstoffbeständigkeit, jedoch keine längere UV-Lebensdauer.
Wann rechtfertigt FVMQ seine Kosten? Prüfen Sie diese vier Kriterien:
| Auswahlkriterien | Witterungsbeständiges MVQ ist ausreichend | Wann FVMQ erforderlich ist |
|---|---|---|
| Kontakt mit Öl, Lösungsmitteln oder Kraftstoffdämpfen | Keine Exposition | Langfristige Einwirkung von Hydrauliköl, Kraftstoffdämpfen oder organischen Lösungsmitteln |
| UV-Intensität im Außenbereich | Geeignet für gemäßigte bis tropische Klimazonen | Kein entscheidender Faktor; FVMQ bietet keine bessere Witterungsbeständigkeit als VMQ |
| Erforderliche Lebensdauer | Das richtige Additivpaket ermöglicht eine Beständigkeit von drei bis fünf Jahren | Die Witterungsbeständigkeit ist ähnlich wie bei VMQ; der Vorteil liegt in einer längeren Gesamtlebensdauer bei Anwendungen mit Ölkontakt |
| Betriebstemperatur | VMQ eignet sich für den Dauereinsatz bei etwa 200 °C | FVMQ bietet einen ähnlichen Temperaturbereich wie VMQ |
Die meisten Anwendungen für Außeninstrumente kommen nicht mit Ölen oder Lösungsmitteln in Kontakt. Beispiele hierfür sind Antennenfußdichtungen, Dichtringe für Wetterstationen, Sensorschnittstellendichtungen und AußengehäuseSilikon-Dichtungsstreifen-Komponenten. Standard-Silikon mit einem witterungsbeständigen Additivpaket ist vollkommen ausreichend, sodass kein Grund besteht, das Fünffache für FVMQ zu bezahlen. FVMQ wird erst bei Anwendungen erforderlich, die mit Hydrauliköl, Kraftstoffdämpfen oder organischen Lösungsmitteln in Kontakt kommen.
Drei Normen für die Abnahmeprüfung anwenden
Drei ASTM-Normen definieren die wesentlichen Prüfkriterien dafür, ob ein Bauteil die Anforderungen an die Witterungsbeständigkeit erfüllt:
| Alterungsprüfung | Standard | Prüfbedingungen | Akzeptanzschwelle |
|---|---|---|---|
| UV-Alterung | ASTM G154 | UVA-340-Lampen; Bauteile für den Außenbereich erfordern typischerweise 500 bis 1.000 Stunden | Keine Oberflächenrisse; Härteänderung ≤ 10 Shore A |
| Ozonalterung | ASTM D1149 | 50 pphm für 72 Stunden | Erhalt der Zugeigenschaften ≥80% |
| Heißluftalterung | ASTM D573 | 200 °C für 168 Stunden | Härteänderung ≤5 Shore A |
Im Abschnitt der technischen Anforderungen auf der Zeichnung sollte Folgendes angegeben sein: Dieses Bauteil ist für den Außeneinsatz vorgesehen; das Basispolymer muss VMQ (äquivalent zu MVQ) sein; die Formulierung muss UVA (speziell UV-327) und HALS (speziell Tinuvin 622) enthalten; als verstärkender Füllstoff ist pyrogene Kieselsäure zu verwenden; eine Temperung bei 200 °C für zwei Stunden ist vorgeschrieben; die Abnahmeprüfung muss den Normen ASTM G154, ASTM D1149 und ASTM D573 entsprechen.
Sobald diese Anforderungen in der Zeichnung stehen, kann der Lieferant nicht einfach auf das billigste universelle Standardsilikon zurückgreifen.
Eine Aushärtung im Außenbereich kommt nicht unvorhersehbar. Prüfen Sie, ob die Rezeptur UVA und HALS enthält, ob die Teile nachgehärtet (getempert) wurden und ob die Abnahmeprüfung den angegebenen Normen entsprach. Diese Kontrollen offenbaren meist die Ursache. Wenn die Wahl zwischen Standard-VMQ und FVMQ weiterhin unklar ist, geben Sie die Einsatzbedingungen wie Medienkontakt, UV-Intensität, geforderte Lebensdauer und Betriebstemperatur an. YueHouDZ kann feststellen, ob für die Anwendung witterungsbeständiges MVQ oder FVMQ erforderlich ist, und die entsprechenden ASTM-Abnahmegrenzwerte definieren.
Häufig gestellte Fragen
Sind Ausblühung und Verhärtung dasselbe Problem?
Nein. Bei Ausblühungen (Bloom) handelt es sich um pulvrige oder trübe Ablagerungen, die an die Oberfläche des Bauteils migrieren. Sie lassen sich in vier Kategorien unterteilen:
- Vernetzer-Ausblühungen:Ein grau-weißes Pulver mit Alkohol- oder Ketongeruch. Es entsteht meist durch eine DBPMH-Dosierung von über 1,2 phr oder durch eine Untervulkanisation.
- Trennmittel-Ausblühungen:Ein rutschiger weißer Film, der bei Heißlufteinwirkung bei 80 °C schmilzt. Überschüssiges Zinkstearat ist eine häufige Ursache.
- Ausschwitzen von Silikonöl-Oligomeren:Ein trüber oder fleckiger Belag, der nach dem Abwischen wiederkehrt. Er resultiert aus der Migration niedermolekularer D3- bis D6-Verbindungen.
- Additiv-Ausblühung:Ein blassblauer oder graubrauner Schleier, der entsteht, wenn die Dosierung eines einzelnen Additivs dessen Löslichkeitsgrenze überschreitet.
Ausblühungen und Verhärtungen beruhen auf unterschiedlichen Mechanismen, weisen jedoch beide auf ein Problem in der Rezeptur oder im Fertigungsprozess hin.
Können UV-Stabilisatoren hinzugefügt werden, ohne das Basispolymer zu verändern?
Ja. Das ist für die meisten Formteile im Außenbereich der richtige Ansatz. Bei identischem VMQ-Basispolymer kann durch den Zusatz von UVA-Absorbern und HALS die Lebensdauer im Freien um das Drei- bis Fünffache verlängert werden. Das Basispolymer beizubehalten und das Additivpaket zu optimieren, ist der wirtschaftlichste industrielle Weg zu einer höheren Witterungsbeständigkeit. Ein Wechsel zu einem anderen Basispolymer wie FVMQ löst die rein UV-bedingte Verhärtung nicht, da FVMQ und VMQ eine vergleichbare UV-Beständigkeit aufweisen.
