Werkstoff Silikon
LSR und seine Eigenschaften
Silikon ist ein synthetischer Werkstoff auf Basis von Silicium – einem chemischen Element, das aus quarzhaltigem Sand (Siliciumdioxid, SiO₂) gewonnen wird. Durch chemische Verfahren wird daraus Silikonkautschuk hergestellt, dessen Eigenschaften sich durch die Molekülstruktur gezielt einstellen lassen. Das macht Silikon zu einem der vielseitigsten technischen Werkstoffe überhaupt – einsetzbar von der Medizintechnik bis zur Automobilindustrie.
Inhalt
Was macht Silikon besonders?
| Eigenschaft | Ausprägung | Praxisrelevanz |
|---|---|---|
| Temperaturbeständigkeit | ca. -50°C bis 180°C (dauerhaft), kurzzeitig bis 250°C | Einsatz in Motorraum, Sterilisation, Backöfen |
| Elastizität | Shore-Härte-Bereich 10-95 Shore A, Rückstellvermögen auch nach Langzeitbelastung | Dichtfunktion bleibt über Lebensdauer erhalten |
| Chemische Beständigkeit | beständig gegen z. B. verdünnte Säuren, Laugen, Öle, eingeschränkt bei z. B. konzentrierten Lösungsmitteln | Medienkontakt in Industry/Life Science |
| UV-/Witterungsbeständigkeit | Beständig gegenüber UV-Strahlung und Umwelteinflüssen über die gesamte Produktlebenszeit | Außenanwendungen, Fahrzeugbau |
| Biokompatibilität | Je nach Material konform zu FDA, KTW, ISO 10993, USP Class VI und weiteren gängigen Normen für Medizin-, Life-Science-, Lebensmittel- und Trinkwasseranwendungen | Medizintechnik, Pharma, Lebensmittel- und Getränketechnik |
| Elektrische Isolation | Durchschlagfestigkeit 28-32 kV/mm | Elektronik, Kabel, Steckverbinder |
Was ist LSR?
LSR steht für Liquid Silicone Rubber (Flüssigsilikonkautschuk). Der Name beschreibt bereits die wesentlichen Eigenschaften des Materials. Im Gegensatz zu klassischem Feststoffsilikon liegt LSR vor der Verarbeitung in flüssiger Form vor und besteht aus zwei Komponenten, die unmittelbar vor dem Verarbeitungsprozess miteinander vermischt werden. Anschließend wird das Material in ein beheiztes Werkzeug eingespritzt, wo es durch eine chemische Vernetzungsreaktion zu einem festen, elastischen Silikonbauteil aushärtet.
Dieses Verfahren unterscheidet sich grundlegend vom Kunststoffspritzguss. Thermoplastische Kunststoffe werden in der Spritzeinheit erhitzt und aufgeschmolzen, bevor sie im gekühlten Werkzeug erstarren. Flüssigsilikon folgt dem umgekehrten Temperaturprofil: Das Material wird während der Verarbeitung kühl gehalten und härtet erst im beheizten Werkzeug aus. Diese wärmeaktivierte Vernetzung ermöglicht die effiziente Herstellung hochpräziser Silikonteile mit gleichbleibend hoher Qualität und Performance.
Die Kombination aus Flüssigverarbeitung, wärmeaktivierter Aushärtung und hoher Materialkonstanz macht LSR zur idealen Lösung für die hochautomatisierte Fertigung komplexer und präziser Silikonbauteile in großen Stückzahlen.
LSR ist eine von drei wesentlichen Silikonkategorien, die in der industriellen Fertigung eingesetzt werden. Die Wahl zwischen Liquid Silicone Rubber (LSR), High Consistency Rubber (HCR) und Room Temperature Vulcanizing Silicone (RTV) hängt unter anderem von Produktionsvolumen, Bauteilgeometrie, Verarbeitungsverfahren und den jeweiligen Anforderungsprofilen ab. Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Unterschiede zwischen diesen Silikonwerkstoffen und ihren typischen Einsatzgebieten.
Was macht Silikon temperaturbeständig?
Die außergewöhnliche Temperaturbeständigkeit von Silikon beruht auf seiner chemischen Struktur. Die Silicium-Sauerstoff-Hauptkette (Si-O) besitzt eine deutlich höhere Bindungsenergie als viele organische Polymerketten klassischer Elastomere. Dadurch bleiben mechanische Eigenschaften wie Elastizität, Dichtfunktion und Alterungsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen über lange Zeit erhalten.
Kurz gesagt: LSR ist ein flüssiger Silikonkautschuk, der im Spritzgussverfahren verarbeitet wird und sich besonders für hochpräzise Serienbauteile eignet.
LSR vs. HCR vs. RTV – die drei Silikontypen im Vergleich
Nicht jedes Silikon ist gleich. In der industriellen Verarbeitung unterscheidet man vor allem drei Typen:
| Typ | LSR (Liquid Silicone Rubber / Flüssigsilikon) | HCR/HTV (Solid/High Consistency Rubber) | RTV (Room Temperature Vulcanizing) |
|---|---|---|---|
| Verarbeitungsform | flüssig, 2-komponentig | fest, knetbar | flüssig/pastös |
| Verfahren | Spritzguss, automatisiert | Extrusion, Formpressen | manuelles Vergießen, Verkleben, Vernetzung bei Raumtemperatur |
| Typische Anwendung | Serienbauteile, Präzisionsteile | Profile, Schläuche, Formteile | Vergussmassen, Klebungen, Kleinserien |
LSR eignet sich besonders für die automatisierte Serienfertigung komplexer, präziser Geometrien – während HCR eher bei Profilen und RTV bei Klebe- und Vergussanwendungen ohne Werkzeug zum Einsatz kommt.
Wie funktioniert die Vernetzung chemisch?
LSR vernetzt in der Regel additionsvernetzt (platinkatalysiert): Zwei Komponenten – meist im Verhältnis 1:1 – werden gemischt; ein Vinyl-funktionalisiertes Polymer reagiert dabei mit einem Wasserstoff-funktionalisierten Vernetzer unter Wärmezufuhr im Werkzeug. Der Vorteil gegenüber der kondensationsvernetzenden Variante (wie z. B. bei manchen RTV-Silikonen): Es entstehen keine Spaltprodukte, wodurch die Bauteile maßhaltiger und die Prozesse besser reproduzierbar sind – ein entscheidender Faktor für die Serienproduktion.
Einfach gesagt: Man mischt zwei Flüssigkeiten zusammen, wie bei einem Zwei-Komponenten-Kleber. Durch die Wärme im Werkzeug verbinden sich diese beiden Stoffe fest miteinander und werden zu einem gummiartigen, elastischen Teil – ganz ohne, dass dabei etwas „übrig bleibt“ oder entweicht. Das macht das Ergebnis besonders genau und gut wiederholbar, was wichtig ist, wenn man sehr viele gleiche Teile herstellen will.
Der LSR-Spritzgießprozess im Detail
Der Spritzgießprozess für Flüssigsilikon läuft in mehreren, eng getakteten Schritten ab:
2K-Spritzguss / Hart-Weich-Verbund
LSR wird häufig nicht als Einzelmaterial, sondern in Kombination mit einem thermoplastischen Träger verarbeitet (Hart-Weich-Verbund, 2-Komponenten-Spritzguss). Das ermöglicht z. B. Dichtungen, die direkt an ein starres Gehäuseteil angespritzt werden, ohne dass ein zusätzlicher Montageschritt nötig ist. Typische Anwendungen: Steckverbinder mit integrierter Dichtung, Ventile mit Kunststoffgehäuse, Baugruppen mit funktionaler Doppelfunktion.
Silikon im Vergleich zu klassischen Kunststoffen
Ob sich Silikon oder ein klassischer Thermoplast für ein Bauteil eignet, hängt vor allem davon ab, wie es später beansprucht wird: Muss es dauerhaft elastisch bleiben, hohen Temperaturen standhalten oder über Jahre hinweg stabil funktionieren? Während Thermoplaste bei Erwärmung weich werden und sich formen lassen, bleibt Silikon auch unter Hitze, UV-Einstrahlung und mechanischer Dauerbelastung strukturell stabil. Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Unterschiede im direkten Vergleich.
| Eigenschaft | Silikon | Thermoplast |
|---|---|---|
| Temperaturverhalten | sehr stabil über großen Bereich | begrenzt |
| Elastizität | dauerhaft elastisch | oft eingeschränkt |
| Alterungsbeständigkeit | sehr hoch | abhängig vom Material |
| Chemikalienbeständigkeit | hoch | variabel |
| Langzeitverhalten | stabil | kann sich verändern |
Warum ist die Verarbeitung anspruchsvoll?
Die Verarbeitung von Silikon unterscheidet sich deutlich von klassischen Kunststoffen. Während Thermoplaste geschmolzen und wieder verfestigt werden, erfolgt die Formgebung bei Silikon durch eine chemische Vernetzungsreaktion im Prozess.
Hinzu kommt, dass das Material als flüssiges System verarbeitet wird und bereits kleinste Änderungen in Prozessparametern das Bauteilverhalten beeinflussen können. Auch Werkzeugauslegung, Temperaturführung und Prozessstabilität spielen eine entscheidende Rolle.
Das bedeutet: Die zuverlässige Herstellung von Silikonbauteilen – insbesondere in der Serienproduktion – erfordert ein ganzheitliches Verständnis von Material, Geometrie und Fertigungsprozess.
Damit aus einem Silikonwerkstoff ein funktionierendes Serienbauteil entsteht, müssen mehrere Aspekte perfekt zusammenspielen:
- Bauteildesign und Geometrie – z. B. Wandstärken so auslegen, dass Material im Werkzeug gleichmäßig fließt und aushärtet, statt an dünnen Stellen vorzeitig zu vernetzen oder an dicken Stellen Lufteinschlüsse zu bilden
- Materialverhalten und Anwendung – z. B. Auswahl von Shore-Härte, Farbe und Zulassung (z. B. Biokompatibilität) passend zum späteren Einsatzumfeld des Bauteils, nicht nur zur reinen Formgebung
- Simulation und Validierung – z. B. Füllsimulation zur Vorhersage von Bindenähten und Lufteinschlüssen vor dem Werkzeugbau, wodurch teure Korrekturschleifen am fertigen Werkzeug vermieden werden
- Werkzeugbau – z. B. exakte Kanalführung und Temperierung im Werkzeug, damit das Material in allen Kavitäten gleichzeitig und gleichmäßig vernetzt – entscheidend für Maßhaltigkeit über tausende Zyklen
- Prozessauslegung und Automatisierung – z. B. Abstimmung von Einspritzdruck, Werkzeugtemperatur und Zykluszeit sowie Integration von Handling-Robotik für Entformung und Qualitätskontrolle in der SerienproduktionErst durch das Zusammenspiel dieser Faktoren lässt sich eine stabile und wirtschaftliche Serienproduktion realisieren.
Genau hier unterstützt starlim dabei, Bauteile frühzeitig gezielt auf Serienfähigkeit auszulegen und effizient in die Produktion zu überführen.
Was ist Shore-Härte?
Die Härte von Silikon wird in Shore A angegeben (bei sehr weichen Materialien teils Shore 00). Je niedriger der Wert, desto weicher und flexibler das Material. LSR-Bauteile werden typischerweise im Bereich von 10 bis 95 Shore A gefertigt – die Wahl der Härte richtet sich nach Dicht-, Dämpfungs- oder Funktionsanforderung des Bauteils.
Was bedeutet Druckverformungsrest (Compression Set)?
Der Druckverformungsrest beschreibt, wie gut ein Elastomer nach dauerhafter Verformung wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Ein niedriger Compression Set ist besonders wichtig für Dichtungen, Ventile und Membranen, da die Dichtfunktion auch nach langer Belastung erhalten bleibt. Typische Silikonwerkstoffe erreichen Werte von etwa 5 bis 25 %.
Zulassungen & Normen
Für sensible Anwendungen – etwa in der Medizintechnik oder Lebensmittelindustrie – muss Silikon definierte Normen erfüllen:
- ISO 10993 – Biokompatibilität für Medizinprodukte
- USP Class VI – pharmazeutische Eignung
- EU 1935/2004 – Lebensmittelkontakt in der EU
- FDA-Konformität – für den US-Markt
- Reinraumfertigung (ISO 14644-1 Klasse 7 & 8 und GMP Klasse C bzw. D) – für kontaminationsempfindliche Bauteile
Typische Anwendungen
Silikon wird in unterschiedlichsten technischen Anwendungen eingesetzt – insbesondere dort, wo Bauteile flexibel, dichtend und langfristig zuverlässig funktionieren müssen.
Typische Beispiele sind:
- Dichtungen
- Membranen
- Ventile
- funktionale Systeme mit integrierten Eigenschaften
Je nach Branche unterscheiden sich die Anforderungen deutlich:
Life Science:
hohe Anforderungen an Sauberkeit, Biokompatibilität und Funktion
zum Beispiel: Ventile für Infusionssysteme, Dichtungen für Insulinpens
Mobility:
Beständigkeit gegenüber Temperatur und Umwelteinflüssen
zum Beispiel: Dichtungen im Motorraum, Steckverbindergehäuse
Industry:
langlebige und funktionale Bauteile für anspruchsvolle Einsatzbedingungen
zum Beispiel: Membranventile, Sensordichtungen
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Silikon und LSR?
Silikon ist der Werkstoff, LSR (Liquid Silicone Rubber) eine speziell für den Spritzguss entwickelte, flüssige Verarbeitungsform davon.
Was bedeutet LSR?
LSR steht für Liquid Silicone Rubber, auf Deutsch Flüssigsilikon – ein zweikomponentiges Silikon, das flüssig verarbeitet wird und im Werkzeug zu einem festen, elastischen Bauteil aushärtet.
Worin unterscheiden sich LSR, HCR und RTV?
LSR ist flüssig und für den automatisierten Spritzguss ausgelegt, HCR (auch HTV) ist fest und wird z. B. durch Extrusion oder Formpressen verarbeitet, RTV vernetzt bereits bei Raumtemperatur und wird meist manuell vergossen oder verklebt.
Ist Silikon lebensmittelecht?
Silikon kann lebensmittelecht formuliert werden, sofern es die Anforderungen der EU 1935/2004 bzw. FDA erfüllt – dies ist materialabhängig und nicht bei jedem Silikon automatisch gegeben.
Wie temperaturbeständig ist Silikon?
Je nach Rezeptur dauerhaft belastbar von ca. -50°C bis 180°C.
Welche Shore-Härten sind bei LSR möglich?
Üblich sind Bereiche von 10 bis 95 Shore A, je nach Anwendung.
Wie läuft die Vernetzung von LSR chemisch ab?
LSR vernetzt meist additionsvernetzt, also platinkatalysiert: Zwei Komponenten reagieren unter Wärmezufuhr im Werkzeug miteinander, ohne dass dabei Spaltprodukte entstehen – das sorgt für maßhaltige, gut reproduzierbare Bauteile.
Warum werden beim LSR-Spritzguss Kaltkanalsysteme eingesetzt?
Beim LSR-Spritzguss bleibt das Material im Kaltkanalsystem bis kurz vor der Kavität kühl und unvernetzt. Dadurch wird eine vorzeitige Vernetzung verhindert und Materialverlust minimiert. Kaltkanalsysteme sind deshalb in der automatisierten LSR-Serienfertigung Stand der Technik. Im Gegensatz dazu werden in klassischen Thermoplast-Spritzgussverfahren häufig Warmkanalsysteme eingesetzt.
Welche Normen und Zulassungen sind bei Silikon relevant?
Je nach Anwendung u. a. ISO 10993 (Biokompatibilität), USP Class VI (pharmazeutische Eignung), EU 1935/2004 und FDA-Konformität (Lebensmittelkontakt) sowie Reinraumfertigung nach definierten ISO-Klassen für kontaminationsempfindliche Bauteile.
Kann Silikon mit anderen Materialien kombiniert werden?
Ja, im 2K-Spritzguss wird LSR häufig direkt an thermoplastische Trägerteile angespritzt (Hart-Weich-Verbund) – z. B. für Steckverbinder mit integrierter Dichtung.
Warum wird Silikon in Medizin-, Automotive- und Industrieanwendungen eingesetzt?
Silikon zeichnet sich durch einen breiten Einsatztemperaturbereich, hohe Alterungs- und Witterungsbeständigkeit, dauerhafte Elastizität sowie gute elektrische Isolationseigenschaften aus. Darüber hinaus kann der Werkstoff für Anwendungen mit Anforderungen an Biokompatibilität, Lebensmittelkontakt oder Trinkwasserzulassungen ausgelegt werden. Diese Kombination macht Silikon zu einem bevorzugten Werkstoff für technische Bauteile in der Medizin-, Industrie- und Automobiltechnik.
Glossar
- AdditionsvernetzungPlatinkatalysierte Vernetzungsreaktion, bei der zwei Silikonkomponenten unter Wärmezufuhr reagieren, ohne dass Spaltprodukte entstehen. Standardverfahren bei LSR, sorgt für maßhaltige, gut reproduzierbare Bauteile.
- BiokompatibilitätEigenschaft eines Materials, im Kontakt mit menschlichem Gewebe keine schädliche Reaktion auszulösen. Für Medizinprodukte wird sie üblicherweise nach ISO 10993 nachgewiesen.
- ElastomerOberbegriff für gummiartige Werkstoffe, die sich unter Belastung stark verformen und danach wieder in ihre Ausgangsform zurückkehren. Silikon zählt zur Gruppe der Elastomere.
- FDA-KonformitätBestätigung, dass ein Material die Anforderungen der US-amerikanischen Food and Drug Administration erfüllt – relevant für Lebensmittelkontakt- und Medizinprodukte im US-Markt.
- Formpressen (Compression Molding)Verarbeitungsverfahren, bei dem festes Silikon (HCR) in ein Werkzeug eingelegt und unter Druck und Hitze in Form gepresst wird. Alternative zum Spritzguss, v. a. bei kleineren Stückzahlen.
- Hart-Weich-Verbund (2K-Spritzguss)Bauteil aus zwei Materialien – meist ein starrer Thermoplast-Träger, an den in einem zweiten Schritt LSR direkt angespritzt wird. Spart Montageschritte und ermöglicht funktionale Kombibauteile.
- HCR / HTV (High Consistency Rubber / Hochtemperatur-vulkanisierendes Silikon)Feste, knetbare Silikonform, die z. B. durch Extrusion oder Formpressen verarbeitet wird. Typisch für Profile, Schläuche und Formteile.
- KaltkanalAngusssystem im Spritzgusswerkzeug, bei dem das Material bis kurz vor der Kavität kühl und unvernetzt bleibt. Dadurch wird eine vorzeitige Vernetzung bei Silikon verhindert, Materialverlust reduziert und eine effiziente automatisierte Serienfertigung ermöglicht.
- KondensationsvernetzungAlternative Vernetzungsart zur Additionsvernetzung, bei der im Gegensatz dazu Spaltprodukte entstehen können. Kommt z. B. bei manchen RTV-Silikonen zum Einsatz.
- LSR (Liquid Silicone Rubber / Flüssigsilikon)Zweikomponentiges, flüssiges Silikon, das speziell für den automatisierten Spritzguss entwickelt wurde. Wird im beheizten Werkzeug eingespritzt und vernetzt dort zu einem festen, elastischen Bauteil.
- ReinraumfertigungProduktion unter kontrollierten, partikelarmen Umgebungsbedingungen (definiert nach ISO-Klassen), notwendig für kontaminationsempfindliche Bauteile z. B. in der Medizintechnik.
- RTV (Room Temperature Vulcanizing)Silikon, das bereits bei Raumtemperatur vernetzt, ohne dass ein beheiztes Werkzeug nötig ist. Wird meist manuell vergossen oder als Klebe-/Dichtstoff verwendet, typischerweise in Kleinserien.
- Shore-HärteMessgröße für die Härte bzw. Elastizität von Elastomeren, angegeben in Shore A (bei sehr weichen Materialien teils Shore 00). Je niedriger der Wert, desto weicher das Material.
- SiliciumChemisches Element, das aus quarzhaltigem Sand (Siliciumdioxid, SiO₂) gewonnen wird und als Ausgangsstoff für die Herstellung von Silikon dient.
- SilikonSynthetischer Werkstoff auf Silicium-Basis mit einstellbarer Molekülstruktur, dadurch anpassbaren Eigenschaften wie Temperaturbeständigkeit, Elastizität und Chemikalienbeständigkeit.
- USP Class VIUS-amerikanische Pharmakopöe-Klassifizierung, die die Eignung eines Materials für den Kontakt mit Arzneimitteln und medizinischen Anwendungen bestätigt.
- ViskositätMaß für die Fließfähigkeit des flüssigen Silikons vor der Vernetzung. Beeinflusst, wie gut das Material im Spritzgussprozess feine Werkzeugkonturen ausfüllt.
- VulkanisationChemischer Vernetzungsprozess, durch den aus dem flüssigen oder plastischen Rohmaterial ein festes, elastisches Bauteil entsteht.
- WarmkanalAngusssystem im Spritzguss, bei dem das Material bis zur Kavität auf Verarbeitungstemperatur gehalten wird. Warmkanalsysteme werden häufig im Thermoplast-Spritzguss eingesetzt, da sie Materialverluste reduzieren und hohe Prozessstabilität ermöglichen.
- WerkzeugtemperierungSteuerung der Temperaturverteilung im Spritzgusswerkzeug, entscheidend dafür, dass das Material in allen Kavitäten gleichmäßig und zur gleichen Zeit vernetzt.
