Durch EPDM-Spritzgießen wird synthetischer Kautschuk in ein witterungsbeständiges Material für die Automobil- , HLK- und Medizinindustrie verwandelt.
Kunden erwarten, dass die Türdichtungen ihrer Autos über Jahrzehnte funktionsfähig und zuverlässig bleiben. Zuhause erwarten sie, dass die Dichtungen ihrer Heizungs- und Klimaanlage luftdicht bleiben, um Heiz- und Kühlleistung zu optimieren und Energieverschwendung zu reduzieren.
In beiden Fällen ist EPDM-Spritzgießen die Lösung.
Was ist EPDM-Gummi-Spritzguss?
Beim EPDM-Spritzgießen handelt es sich um einen irreversiblen Prozess zur Herstellung von Gummiteilen, bei dem EPDM auf hohe Temperaturen erhitzt und anschließend in eine Form eingespritzt wird, wo es aushärtet und das Teil geformt wird.
Im Gegensatz zu Kunststoffen , die beim Spritzgießen abkühlen und so die gewünschten Teile formen, härten Gummiteile innerhalb der Form aus.
Dies ist der sogenannte Vulkanisationsprozess, bei dem sich dauerhafte chemische Vernetzungen zwischen den Molekülen im Material bilden. Durch diese Umformung wird weicher Gummi in zähe, elastische und hitzebeständige Teile verwandelt.
Vorteile der Verwendung von EPDM-Kautschukformteilen
Durch die Verwendung von EPDM-Kautschukformteilen lassen sich Teile herstellen, die selbst extremsten Witterungsbedingungen standhalten, einschließlich UV-Strahlung und extremen Temperaturen (-50 °C bis 150 °C).
In Anwendungsbereichen, in denen herkömmlicher Gummi nach einigen Jahren der Sonneneinstrahlung reißt, bleibt EPDM elastisch und behält seine Robustheit.
Darüber hinaus macht die chemische Beständigkeit von EPDM es zu einem hervorragenden Werkstoff für Teile, die in chemischen Verarbeitungsanlagen, Wasseraufbereitungsanlagen und industriellen Reinigungsgeräten eingesetzt werden.
EPDM ist beständig gegen Wasser, Dampf, verdünnte Säuren und Laugen. Allerdings zeigt es schlechte Eigenschaften bei Kontakt mit Ölen, Kraftstoffen und den meisten organischen Lösungsmitteln.
Am wichtigsten ist jedoch, dass die Gummiformung eine Investition in die Dimensionsstabilität der Teile darstellt. Diese Investition zahlt sich über viele Jahre aus, da EPDM-Teile auch unter konstantem Druck ihre Form nicht verlieren.
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Welche EPDM-Spritzgussmaterialien werden häufig verwendet?
Schwefelvernetztes EPDM
Entscheiden Sie sich für schwefelvernetztes EPDM, wenn Sie bei Teilen und Produkten, die in Innenräumen oder in klimatisierten Umgebungen verwendet werden, Geld sparen möchten.
Schwefelhaltiges EPDM ist kostengünstiger und lässt sich leichter spritzgießen . Die Zykluszeiten sind kürzer, da es gut fließt und schneller aushärtet.
Die Materialmischung wird durch Vermengen von rohem EPDM mit elementarem Schwefel hergestellt. Beim Erhitzen der beiden Materialien bildet sich Schwefel-Kohlenstoff (SC). Das resultierende Material ist hochflexibel und reißfest.
Zu den gängigen Anwendungsgebieten von schwefelgehärtetem EPDM gehören:
- Gartenschläuche
- Einfache Staubschutzhüllen
- Nicht kritische Dichtungen
- Anwendungen, bei denen Hitzebeständigkeit nicht im Vordergrund steht
Peroxidvernetztes EPDM
Diese EPDM-Variante ist hitzebeständiger. Sie wird üblicherweise für anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt, bei denen schwefelvernetzte Varianten nicht zuverlässig sind.
Peroxidvernetztes EPDM ist teurer als schwefelvernetztes EPDM. Es wird durch Mischen von organischen Peroxiden mit EPDM hergestellt, wodurch die Bildung von extrem widerstandsfähigen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen (CC-Bindungen) ausgelöst wird.
Das Formgebungsverfahren für peroxidvernetztes EPDM erfordert eine höhere Präzision bei der Temperatur- und Druckkontrolle. Im Gegenzug erhält man jedoch eine langfristige Haltbarkeit selbst in anspruchsvollsten Anwendungen.
Typische Anwendungsfälle für peroxidgehärtetes EPDM umfassen:
- Motordichtungen und Anwendungen unter der Motorhaube
- Industriekessel und Autoklaven
- Trinkwassersysteme
- Kaffeemaschinen und Getränkeautomaten
EPDM vs. andere Elastomere
| Elastomer | Hitzebeständigkeit | Chemikalien-/pH-Beständigkeit | Öl-/Kraftstoffbeständigkeit | Mechanische Festigkeit | Temperaturbeständigkeit (Bereich) | Einfache Formbarkeit | Primäre Anwendungen |
| EPDM | Hoch | Ausgezeichnet | schlecht | Gut | -50 ° C - + 150 ° C. | Ausgezeichnet | Wetterdichtungen, Heizung, Lüftung, Klimaanlage, Kühlung, Schläuche. |
| Nitril (NBR) | Moderat | Schlecht (Säuren) | Ausgezeichnet | Sehr hoch | -35 ° C - + 100 ° C. | Gut | Kraftstoffleitungen, O-Ringe, Hydraulikdichtungen. |
| Silikon (VMQ) | Extrem | Moderat | schlecht | Niedrig (reißt leicht) | -60 ° C - + 230 ° C. | Ausgezeichnet | Medizinische, Back- und Hochtemperaturdichtungen. |
| Neopren (CR) | Moderat | Moderat | Moderat | Hoch | -40 ° C - + 100 ° C. | Gut | Marineausrüstung, Neoprenanzüge und Brückenpolster. |
| Viton (FKM) | Extrem | Ausgezeichnet | Extrem | Hoch | -20 ° C - + 200 ° C. | Schwierig | Luft- und Raumfahrt, Rennkraftstoffsysteme. |
| Natürliches Gummi | Niedrig | schlecht | schlecht | Extrem hoch | -50 ° C - + 70 ° C. | Gut | Reifen, Stoßdämpferaufnahmen, starke Vibrationen. |
Das EPDM-Formverfahren
Zunächst wird das Material getrocknet und mit Schwefel oder Peroxid vermischt. Anschließend wird es erhitzt, bis es gerade flüssig genug ist, um zu fließen, und dann unter hohem Druck in eine erhitzte Form eingespritzt.
Sobald alle Kavitäten der Form gefüllt sind, beginnt der Aushärtungsprozess. Das Material bildet chemische Vernetzungen, die dem Bauteil die gewünschten Eigenschaften verleihen. Nach dem Aushärten wird das Bauteil abgekühlt und ausgeworfen.
Beim EPDM-Spritzgießen geht das größte Ausfallrisiko von eingeschlossener Luft aus.
Im Vergleich zu Thermoplasten weist Gummi eine höhere Viskosität auf und neigt beim Fließen stärker zum Lufteinschluss. Dies kann die Toleranz und Maßhaltigkeit von EPDM-Teilen beeinträchtigen.
Für dieses Problem gibt es verschiedene Lösungsansätze, darunter die sogenannte Atmungszyklustechnik, bei der die Form vor Beginn des Aushärtungsprozesses leicht geöffnet wird, damit Luft entweichen kann.
EPDM-Spritzgießtemperatur
Während beim Kunststoffspritzguss kalte Formen verwendet werden, um das Teil in Form zu bringen, kommen beim EPDM-Kautschukspritzguss beheizte Formen zum Einsatz. Die Formtemperatur wird für eine erfolgreiche Vulkanisation zwischen 160 °C und 190 °C gehalten.
Ist die Form zu kalt, verläuft die Aushärtung unvollständig. Das Ergebnis ist ein klebriger Klumpen aus Teilen, die beim Auswerfen reißen oder eine geringe mechanische Festigkeit aufweisen. Ist die Form hingegen zu heiß, kann es zu vorzeitiger Aushärtung (Anbrennen) kommen, bevor der Formhohlraum vollständig gefüllt ist.
EPDM-Spritzgussqualitäten und ihre Anwendungen
Es gibt viele verschiedene Werkstoffqualitäten für das EDM-Spritzgießen. Wählen Sie den besten Werkstoff anhand Ihrer gewünschten Verarbeitungseigenschaften und der erforderlichen Zuverlässigkeit im Endeinsatz.
Standardklassen
Hierbei handelt es sich überwiegend um schwefelgehärtete EPDM-Sorten, die sich gut für kostengünstige Spritzgussanwendungen eignen.
Gängige Anwendungsgebiete von industriell gefertigtem EPDM sind Fensterdichtungen, Pedalabdeckungen und andere Dichtungsbänder in Fahrzeugen.
Standardmäßige EPDM-Teile sind robust genug für dichte Verkleidungen, werden aber im Allgemeinen nicht in Umgebungen mit hoher Chemikalienbelastung eingesetzt.
Hochtemperatur-Sorten
Hochtemperaturbeständige EPDM-Typen werden häufig peroxidgehärtet. Sie können in Umgebungen mit Temperaturen von bis zu 120 °C und mehr eingesetzt werden.
Diese Werkstoffsorten sind im Vergleich zu Standard- und Industriewerkstoffen in der Regel schwieriger im Spritzgussverfahren herzustellen. Sie bieten jedoch eine dauerhafte Zuverlässigkeit bei Motorkomponenten, Kühlerschläuchen und Wärmetauscherdichtungen.
Ihr größter Vorteil ist die hohe Druckfestigkeit.
Lebensmittelkonforme (FDA) Qualitätsstufen
EPDM-Typen für den Lebensmittelkontakt sind umweltfreundlich hergestellte Varianten desselben Materials. Lebensmittelechte EPDM-Typen werden mit organischen Peroxiden gehärtet.
Sämtliche Öle und Beschleuniger, die in Lebensmittel übergehen könnten, werden aus dem Material entfernt, das gleichzeitig resistent gegen Hitze, Druck, Chlor und Bakterien gemacht wird.
Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten für lebensmittelsicheres EPDM gehören:
- Geschirrspülerdichtungen
- Kaffeemaschinendichtungen
- Städtische Wasserventile
Niedrigviskositätsklassen
Diese leichtfließenden Sorten sind für Bauteile mit dünnen Wänden oder sehr komplexen Geometrien vorgesehen. Die Viskosität wird anhand der Mooney-Skala gemessen, wobei ein niedrigerer Wert eine höhere Fließfähigkeit bedeutet. Niedrigviskoses EPDM trägt dazu bei, das Risiko von unvollständiger Füllung zu verringern, bei der das Gummi nicht alle Bereiche des Formhohlraums ausfüllt.
Anwendungen von EPDM mit niedriger Viskosität umfassen:
- Elektronische Siegel
- Spritzenkolben
- Autotürgriffe
Hochdämpfende Güteklassen
Die Gummisorte ist so konzipiert, dass sie Stöße und Vibrationen absorbiert. Standard-EPDM-Materialien werden für Dichtungen verwendet, aber hochdämpfendes EPDM ist für die Schwingungsdämpfung in Anwendungen im Automobil- und Industriemaschinenbereich von Vorteil.
Die molekulare Reibung in diesem Gummi wurde gezielt durch Füllstoffe wie Glimmer oder Kohlenwasserstoffe erhöht. Beim Drücken oder Vibrieren reiben die Molekülketten aneinander und wandeln die Vibration in Wärme um.
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Fazit
Beim EPDM-Spritzgießen gilt es, die Vision des Designers, die Materialeigenschaften und die Fähigkeiten des Spritzgießers optimal aufeinander abzustimmen. Mit der Wahl des richtigen Materials für Ihr Produkt haben Sie die halbe Miete. Ebenso wichtig ist die Auswahl eines Lieferanten, der sich mit fertigungsgerechter Konstruktion und Prozessoptimierung bestens auskennt, um bessere Ergebnisse zu erzielen und Kosten zu senken.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Beim EPDM-Spritzgießen hängt die Aushärtezeit von der Bauteilkonstruktion, insbesondere der Wandstärke, ab. Bei dickwandigeren Bauteilen benötigt die Wärme länger, um bis zum Kern vorzudringen. Eine 2 mm dicke Dichtung kann bis zu 3 Minuten zum vollständigen Aushärten benötigen. Eine 20 mm dicke Motorhalterung hingegen kann bis zu 10 Minuten zum Vulkanisieren brauchen. Dies wirkt sich auch direkt auf die Produktionskosten aus, da Teile, die länger in der Form verbleiben, höhere Stückkosten verursachen.
Nein. EPDM ist als unpolares Polymer nicht beständig gegen unpolare Flüssigkeiten wie Motoröl. Das Öl dringt in die Gummistruktur ein, lässt den Gummi aufquellen und führt zu Undichtigkeiten. Nitril- und Viton-Kautschuke sind die am meisten empfohlenen Kautschuke für Sicherheit und Dichtheit bei Anwendungen mit direktem Kontakt zu Ölen und Fetten. Diese Kautschuke sind polar.
Nein. Der Vulkanisationsprozess bei der Formgebung von EPDM-Teilen ist irreversibel. Daher ist EPDM ein Duroplast, d. h. die im Material gebildeten Vernetzungen sind dauerhaft. EPDM-Abfälle können jedoch gemahlen und im Bauwesen wiederverwendet werden.
Scharfe Ecken und kleine Entformungsschrägen. Scharfe Ecken erschweren das Ausfüllen des Formhohlraums mit geschmolzenem EPDM und verstärken die ohnehin schon problematische niedrige Viskosität des Gummis. Sind die Entformungsschrägen an den Wänden hingegen unzureichend, reißt und verformt sich das Teil beim Auswerfen. Fügen Sie Radien hinzu und erhöhen Sie die Entformungsschrägen auf 1.5–3 Grad.
