Was ist HCR-Silikon?

Was bedeutet „HCR-Silikon“?

Die Abkürzung HCR steht für „High Consistency Rubber“. Der Name beschreibt die physikalische Konsistenz der unvulkanisierten Silikonmischung. Das Material ist keine pumpfähige Flüssigkeit, sondern hat eine dichte, teigartige oder gummiartige Konsistenz, die geschnitten, gefräst, extrudiert und geformt werden kann.

Das in HCR verwendete Polymer ist in der Regel ein hochmolekulares Silikongummi. Dem Polymer werden verstärkendes Siliziumdioxid und weitere Bestandteile beigemischt, um die für den fertigen Gummi erforderliche mechanische Festigkeit, das Verarbeitungsverhalten und die funktionellen Eigenschaften zu erzielen.

Ist HCR-Silikon dasselbe wie HTV-Silikon?

Die Begriffe HCR und HTV werden häufig zur Beschreibung derselben großen Familie von hochkonsistenten Silikonkautschuken verwendet, doch die beiden Begriffe heben unterschiedliche Eigenschaften hervor.

HCR beschreibt die physikalische Beschaffenheit des Materials: eine hochkonsistente, gummiartige Silikonmasse. HTV steht für „High-Temperature Vulcanizing“ (Hochtemperaturvulkanisierung) und bezeichnet die Tatsache, dass das Material in der Regel bei erhöhter Temperatur ausgehärtet wird.

Da die meisten industriellen HCR-Mischungen wärmegehärtet sind, verwenden Anbieter für eng verwandte Materialien häufig Bezeichnungen wie HCR-Silikon, HTV-Silikon, HTV/HCR-Silikon, festes Silikonkautschuk oder hochkonsistentes Silikon.

Bei der Auswahl eines Materials ist die genaue Bezeichnung weniger wichtig als die tatsächliche Zusammensetzung. Einkäufer sollten sich über das Verarbeitungsverfahren, das Aushärtungssystem, die Härte, die mechanischen Eigenschaften und die Anwendungsanforderungen vergewissern, anstatt davon auszugehen, dass alle HCR- oder HTV-Typen die gleiche Leistung erbringen.

Woraus wird HCR-Silikon hergestellt?

HCR-Silikon ist nicht einfach nur reines Silikonpolymer. Eine handelsübliche Mischung ist ein formuliertes Material, bei dem Silikongummi mit verstärkenden Füllstoffen, Verarbeitungshilfsstoffen, funktionellen Additiven und einem Härtungssystem kombiniert wird.

Das Basispolymer wird üblicherweise aus Polydimethylsiloxan oder verwandten Silikongummis gewonnen. Je nach Aushärtungssystem und angestrebten Eigenschaften kann die Polymerstruktur auch funktionelle Gruppen wie Vinylgruppen enthalten, die an der Vernetzung beteiligt sind.

Eine Änderung einer dieser Komponenten kann sich auf mehr als eine Eigenschaft auswirken. Eine Erhöhung des Füllstoffanteils kann zwar die mechanische Festigkeit verbessern, aber auch die Härte und Viskosität verändern. Die Zugabe von elektrisch leitfähigen oder flammhemmenden Füllstoffen kann das Extrusionsverhalten beeinflussen. Aus diesem Grund wird die HCR-Silikonformulierung in der Regel auf die gesamte Anwendung ausgerichtet und nicht auf einen einzelnen Zielwert.

Warum ist Quarz als Verstärkungsmaterial wichtig?

Kieselsäure als Verstärkungsmittel ist einer der wichtigsten Bestandteile von hochkonsistentem Silikonkautschuk. Ungefüllter Silikonkautschuk bietet in der Regel nicht die erforderliche Festigkeit für anspruchsvolle industrielle Bauteile. Feine Kieselsäurepartikel verstärken das Polymernetzwerk und tragen dazu bei, eine angemessene Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Dimensionsstabilität zu erzielen.

Die Art, die Oberfläche und die Oberflächenbehandlung der Kieselsäure beeinflussen die endgültige Verbindung. Je nach den Anforderungen der Rezeptur können pyrogene Kieselsäure, gefällte Kieselsäure und behandelte Kieselsäuresysteme verwendet werden.

Kieselsäure hat zudem einen erheblichen Einfluss auf die Verarbeitung. Die Wechselwirkung zwischen Kieselsäure und dem Silikonpolymer beeinflusst die Viskosität der Mischung, das Mahlverhalten, die Extrusionseigenschaften und die Lagerstabilität. Eine leistungsstarke HCR-Mischung hängt daher nicht nur von der Menge des Füllstoffs ab, sondern auch davon, wie gut dieser während der Herstellung dispergiert und kontrolliert wird.

Wie wird HCR-Silikon ausgehärtet?

Vor der Aushärtung ist HCR-Silikon eine thermoplastähnliche Gummimasse, die noch geformt und weiterverarbeitet werden kann. Durch die Vulkanisation entstehen chemische Vernetzungen zwischen den Silikonpolymerketten, wodurch das Material in einen elastischen Gummi umgewandelt wird.

Bei hochkonsistenten Silikonmischungen kommen zwei wichtige Aushärtungsverfahren zum Einsatz: die Peroxidhärtung und die platinkatalysierte Additionshärtung.

Einige Compounds werden bereits mit einem integrierten Härtungssystem geliefert, während bei anderen der Verarbeiter vor der Produktion möglicherweise einen Katalysator oder ein Härtungsmittel hinzufügen muss. Die richtige Mischreihenfolge und die Lagerbedingungen hängen von der chemischen Zusammensetzung der Sorte ab.

Wie wird HCR-Silikon verarbeitet?

Aufgrund der hohen Viskosität von HCR-Silikon unterscheidet sich dessen Verarbeitung erheblich von der von flüssigem Silikonkautschuk. HCR wird in der Regel mit Anlagen verarbeitet, die für feste Elastomere ausgelegt sind.

Bei industriellen Anwendern kann nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass ein und dasselbe HCR-Silikon in jedem Prozess gleich gut funktioniert. Eine Extrusionssorte muss geeignete rheologische Eigenschaften und Oberflächenqualität aufweisen, während bei einer Formpresssorte möglicherweise der Formfluss, das Entformen und die Reißfestigkeit im Vordergrund stehen.

Was sind die wichtigsten Eigenschaften von HCR-Silikon?

HCR-Silikon wird in anspruchsvollen Branchen eingesetzt, da seine Zusammensetzung einen breiten Betriebstemperaturbereich mit elektrischer Isolierung, Flexibilität und Beständigkeit gegen Umgebungsalterung vereinen kann. Die genauen Eigenschaften variieren je nach Mischung, daher sollten sich Käufer auf die technischen Daten der jeweiligen Sorte stützen, anstatt alle hochkonsistenten Silikone als identisch zu betrachten.

HCR-Silikon im Vergleich zu LSR

HCR-Silikon und Flüssigsilikonkautschuk gehören beide zur Familie der Silikonelastomere, unterscheiden sich jedoch in ihrer ungehärteten Form und ihren Herstellungsverfahren erheblich.

LSR wird als fließfähige Zweikomponenten-Flüssigkeit geliefert und in der Regel im automatisierten Flüssigkeitsspritzguss verarbeitet. HCR ist eine feste, hochviskose Masse, die eher wie herkömmlicher Gummi verarbeitet wird.

Keines der beiden Materialien ist grundsätzlich besser. Die Wahl zwischen HCR und LSR hängt hauptsächlich von den Fertigungsanlagen, der Teilegeometrie, dem Produktionsvolumen und den geforderten Eigenschaften des Endprodukts ab.

HCR-Silikon vs. RTV-Silikon

HCR- und RTV-Silikon erfüllen zudem sehr unterschiedliche Aufgaben in der Fertigung. HCR erfordert eine Aushärtung bei erhöhten Temperaturen und wird in der Regel zur Herstellung von geformten oder extrudierten Gummikomponenten verwendet. RTV steht für „Room-Temperature Vulcanizing“ (Vulkanisierung bei Raumtemperatur) und wird im Allgemeinen als Flüssigkeit oder Paste zum Abdichten, Kleben, Vergießen, Einkapseln oder zum Formenbau angeboten.

Wenn ein Hersteller eine durchgehende Kabelisolierung, formgepresste Dichtungen oder ein Isolatorgehäuse aus Verbundwerkstoff benötigt, kommt HCR dem erforderlichen Materialsystem in der Regel deutlich näher. Muss das Material hingegen direkt in eine Baugruppe eingebracht werden und ohne beheizte Gummiverarbeitungsanlagen aushärten, ist RTV möglicherweise besser geeignet.

Welche Shore-Härtegrade gibt es?

HCR-Silikon lässt sich über einen breiten Shore-A-Härtebereich hinweg formulieren. Weichere Materialien bieten eine höhere Flexibilität und eine geringere Dichtkraft, während härtere Mischungen bei bestimmten Formteilen eine höhere Formstabilität gewährleisten können.

Die Härte sollte jedoch nicht isoliert betrachtet werden. Eine Änderung des Shore-A-Werts kann sich auf die Dehnung, die Zugfestigkeit, die Reißfestigkeit, das Druckverhalten und die Verarbeitungsviskosität auswirken.

HCR-Silikon in Elektroqualität

Elektrische Anwendungen gehören zu den wichtigsten industriellen Einsatzbereichen von HCR-Silikon. Richtig zusammengesetzter Silikonkautschuk bietet eine hohe dielektrische Isolierung und bleibt dabei flexibel und stabil, auch bei Hitzeeinwirkung und Umwelteinflüssen.

HCR-Mischungen für elektrische Anwendungen können hinsichtlich Durchschlagfestigkeit, Volumenwiderstand, Dielektrizitätskonstante, Hydrophobie, Kriechwegbeständigkeit und Erosionsbeständigkeit ausgelegt werden. Das erforderliche Gleichgewicht hängt von der jeweiligen elektrischen Komponente ab.

HCR-Silikon für Verbundisolatoren

Verbundisolatoren stellen besonders hohe Anforderungen an Silikonkautschuk. Das Gehäuse muss elektrische Isolierung gewährleisten und gleichzeitig Regen, Feuchtigkeit, Verschmutzung, UV-Strahlung, Temperaturschwankungen und elektrischer Aktivität an der Oberfläche standhalten.

Für diese Anwendung benötigt eine HCR-Silikonmischung möglicherweise ein sorgfältig abgestimmtes Füllstoffsystem, um sowohl hydrophobe Oberflächeneigenschaften als auch Riss- und Erosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Mechanische Eigenschaften wie Reißfestigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung sind ebenfalls wichtig, da das Gehäuse den Formungsprozess, die Handhabung und den langfristigen Einsatz im Freien überstehen muss.

Ebenso wichtig ist die Verarbeitungskonsistenz. Die Masse muss sich zuverlässig um den Glasfaserkern und andere Isolierkomponenten formen lassen, ohne dass dabei übermäßige Fehler auftreten oder das Aushärtungsverhalten unvorhersehbar ist.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel zum Thema Silikonkautschuk in Hochspannungsanwendungen.

HCR-Silikon für Drähte und Kabel

Die Draht- und Kabelherstellung ist ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich für hochkonsistentes Silikon. HCR-Mischungen können um elektrische Leiter extrudiert werden, um Isolier- oder Schutzschichten zu bilden, die auch nach dem Aushärten flexibel bleiben.

Kabelanwendungen erfordern mehr als nur gute elektrische Eigenschaften. Die unausgehärtete Masse muss gleichmäßig durch den Extruder gefördert werden, am Düsenkopf die Maßhaltigkeit gewährleisten und nach der Vulkanisierung eine akzeptable Oberfläche aufweisen.

Nach der Aushärtung können Käufer die dielektrischen Eigenschaften, die Zugfestigkeit, die Dehnung sowie den Erhalt dieser Eigenschaften nach der Wärmealterung bewerten. Für Kabelmischungen können je nach Spezifikation des fertigen Kabels zudem spezifische Anforderungen hinsichtlich Entflammbarkeit, Rauchentwicklung oder anwendungsspezifische Anforderungen gelten.

HCR-Silikon für Elektrofahrzeug- und Automobilkomponenten

Elektrofahrzeuge und moderne elektrische Fahrzeugsysteme stellen eine Kombination aus thermischen, elektrischen und mechanischen Anforderungen dar. Silikonkautschuk kann für Hochspannungskabelsysteme, Steckverbinderabdichtungen, Schutzschläuche, Durchführungen, Isolierkomponenten und andere Formteile verwendet werden.

Bei diesen Anwendungen muss HCR-Silikon unter Umständen ein Gleichgewicht zwischen elektrischer Isolierung, Temperaturwechselbeständigkeit, Reißfestigkeit, Dichtungsleistung und gleichbleibender Fertigungsqualität herstellen. Die richtige Mischung hängt vom jeweiligen Bauteil ab und lässt sich nicht einfach als “EV-Silikon” bezeichnen.”

Hochtemperatur-HCR-Silikon

Einer der Hauptgründe, warum Hersteller sich für HCR-Silikon entscheiden, ist dessen Fähigkeit, auch bei erhöhten Temperaturen ihre nützlichen Elastomereigenschaften beizubehalten. Die Hochtemperaturbeständigkeit sollte jedoch nicht auf die Angabe einer einzigen Höchsttemperatur reduziert werden.

Die Anforderungen hinsichtlich der Dauerbetriebstemperatur, kurzzeitiger Spitzenbelastung und Wärmealterung sind unterschiedliche Bedingungen. Lang andauernde Wärmeeinwirkung kann die Härte, Zugfestigkeit und Dehnung allmählich beeinträchtigen, selbst wenn das Silikon physikalisch intakt bleibt.

Bei anspruchsvollen thermischen Anwendungen sollten Käufer die zu erwartende Temperatur, die Einwirkdauer und die Eigenschaften angeben, die nach der Alterung weiterhin den Spezifikationen entsprechen müssen. Auf diese Weise kann ein Lieferant eine hitzebeständige Mischung empfehlen, die auf den tatsächlichen Einsatzbedingungen basiert.

HCR-Silikon für den Kontakt mit Lebensmitteln

HCR-Silikon kann auch für Anwendungen im Lebensmittelkontakt, wie beispielsweise Küchenutensilien, Dichtungen und Komponenten für die Lebensmittelverarbeitung, formuliert werden. Diese Typen erfordern eine sorgfältige Auswahl der Rohstoffe, eine strenge Produktionskontrolle sowie eine angemessene Dokumentation für den Zielmarkt.

Je nach Anwendungsbereich und Bestimmungsort benötigen Kunden unter Umständen Unterlagen zu Anforderungen wie FDA 21 CFR, LFGB-Prüfungen oder der BfR-Empfehlung XV. Für Materialien, die auf den europäischen Markt gebracht werden, können zudem REACH-Anforderungen relevant sein.

Diese sollten nicht pauschal als eine einzige “Zertifizierung für Lebensmittelverwendung” betrachtet werden. Käufer sollten die jeweiligen Markt-, Rechts- oder Prüfanforderungen ermitteln und sich vergewissern, dass sich die Unterlagen auf die konkret zu erwerbende Verbindung beziehen.

Was lässt sich bei einer HCR-Silikonmischung individuell anpassen?

Ein Vorteil von HCR-Silikonmischungen besteht darin, dass viele Eigenschaften innerhalb der praktischen Grenzen der Rezeptur angepasst werden können. Dadurch lässt sich das Material speziell auf das Endprodukt abstimmen, anstatt jeden Hersteller dazu zu zwingen, denselben Universaltyp zu verwenden.

So wählen Sie eine HCR-Silikonsorte aus

Ausgangspunkt sollte das Endprodukt sein, nicht eine allgemeine Werkstoffbezeichnung. Teilen Sie dem Lieferanten mit, was hergestellt wird und wie der Werkstoff verarbeitet wird. Dadurch lässt sich die Auswahl an geeigneten Typen sofort eingrenzen.

Legen Sie als Nächstes messbare Anforderungen fest. Shore-A-Härte, Zugfestigkeit, Dehnung, Reißfestigkeit, Betriebstemperatur und Druckfestigkeit können für allgemeine Industrieteile von Bedeutung sein. Bei elektrischen Produkten können zusätzlich Durchschlagfestigkeit, spezifischer Widerstand oder das Verhalten bei Kriechströmen und Erosion eine Rolle spielen.

Überlegen Sie abschließend, wie sich das Material auf Ihren tatsächlichen Anlagen verhält. Ein Datenblatt kann zwar die Auswahl eingrenzen, doch sind Produktionstests in der Regel der beste Weg, um zu überprüfen, ob eine HCR-Mischung die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Extrusion, Formgebung, Aushärtung und Endproduktqualität aufweist.

Was sollten Sie bei einem HCR-Silikonlieferanten erfragen?

Bei der Bewertung eines HCR-Silikonlieferanten sollten Einkäufer über den ersten Angebotspreis hinausblicken. Die Chargenkonsistenz, die Unterstützung bei der Verarbeitung und die Fähigkeit des Lieferanten, die tatsächliche Anwendung zu verstehen, können die Produktionskosten ebenso stark beeinflussen wie der Rohstoffpreis.

HCR-Silikon von Yakows

Yakows liefert HTV/HCR-Silikonkautschukmischungen für Anwendungen in den Bereichen Elektrotechnik, Hochspannung, Draht und Kabel, Elektrofahrzeuge, Hochtemperatur, Lebensmittelkontakt sowie für allgemeine industrielle Anwendungen.

Unterschiedliche Branchen erfordern unterschiedliche Prioritäten bei der Rezeptur. Bei einer Verbundmasse für Isolatoren kann der Schwerpunkt auf Hydrophobie, Kriechstromfestigkeit und Erosionsbeständigkeit liegen. Bei einer Kabelmasse kann mehr Wert auf Extrusionsstabilität, dielektrisches Verhalten und Wärmealterung gelegt werden. Ein geformtes Industrieteil erfordert möglicherweise ein anderes Gleichgewicht zwischen Shore-A-Härte, Dehnung und Reißfestigkeit.

Für die Materialauswahl können Kunden Angaben zur Anwendung, zum Verarbeitungsverfahren, zur Zielhärte, zu den erforderlichen mechanischen oder elektrischen Eigenschaften, zur Betriebstemperatur und zur voraussichtlichen Produktionsmenge machen. Anhand dieser Angaben lässt sich leichter eine geeignete bestehende HCR-Silikontyp ermitteln oder eine anwendungsspezifische Mischung besprechen.

Häufig gestellte Fragen