Abformsilikon

Silikon

Den folgenden Text so zu verfassen, dass nur jene Fachbegriffe verwendet werden, deren Bedeutung bereits erklärt wurde, war nur schwer möglich. Wir haben deshalb separat ein „Kleines Lexikon zum Thema Silikon“ in einer PDF-Datei für Sie zusammengestellt. Dort werden die wesentlichen Fachbegriffe erklärt.

Der Rohstoff zur Herstellung von Silikon ist Silizium – das nach Sauerstoff zweithäufigste Element in der Erdkruste. Das spröde, harte, grauschwarze Halbmetall finden wir in der Natur als Siliziumdioxid (Bergkristall, Quarz, Sand) oder in Form von Silikaten (Siliziumverbindungen mit Aluminium, Calzium oder Magnesium). Silizium ist ein äußerst vielseitiger Stoff: Es bildet den Grundbestandteil von Glas (geschmolzener Quarz) und Porzellan (pulverisierter Quarz), wird in der Halbleitertechnologie für Computerchips eingesetzt ("silicon valley") und bei der Herstellung von Sonnenkollektoren verwendet. Das Siliziumprodukt Silikon besteht chemisch gesehen aus langen Ketten, die sich abwechselnd aus Silizium- und Sauerstoffatomen zusammensetzen. An den Siliziumatomen hängen Kohlenwasserstoffreste, die dafür sorgen, dass Silikone Wasser abweisen, während Wasserdampf hindurchdringen kann. Sie können in (flüssige) Öle, (gummiartige) Kautschuke und (feste) Harze eingeteilt werden.

2-komponentige Silikone härten zu Elastomeren aus, die sich durch hohe Elastizität, physiologische Unbedenklichkeit, selbsttrennende Eigenschaften (sie haften nicht an anderen glatten Oberflächen) und relativ hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen (dauerhaft bis 180 °C, kurzfristig bis 220 °C). Sämtliche von Modulor angebotenen Silikone sind leicht zu verarbeitende Abformsilikone, die eine hervorragende Wiedergabegenauigkeit gewährleisten. Als sogenannte RTV-2-Silikone bestehen sie aus 2 Komponenten, die gut miteinander vermischt werden müssen und bereits bei Raumtemperatur vulkanisieren (vernetzen), ohne dass dabei Reaktionswärme entsteht.

Das Mischungsverhältnis von Komponente A (Polymer) und Komponente B (Vernetzer) berechnet sich immer nach Gewichtsteilen (nicht nach Volumenteilen!) und sollte genau eingehalten werden. Mehr oder weniger Härter als in den Rezepturen angegeben, führt in der Regel nicht zu einer schnelleren oder langsameren Aushärtung sondern zu Vulkanisationsstörungen oder einer mangelhaften Vernetzung und beeinträchtigt so die späteren mechanischen Werte des Silikonkautschuks. Werden aus einem Gebinde Teilmengen entnommen, ist eine genaue Waage zur Einhaltung des Mischungsverhältnisses deshalb unerlässlich.

Die Angabe „Sh-A“ bzw. “Sh-D” steht für „Shore-Härte“, die den Härtegrad von Elastomeren und Kunststoffen angibt. Bei weichen, gummiartigen Materialien ist das die Shore-Härte A, bei härteren die Shore-Härte D. In den nach DIN 53505 und DIN 7868 genormten Verfahren wird ein Stahlstift aus gehärtetem Stahl, dessen Form bei A und D variiert, mit einer bestimmten Kraft in das Material gedrückt und die Eindringtiefe gemessen. Der Messwert wird auf einer Skala von 0 (Durchdringung) bis 100 (kein Eindringen) angegeben – je höher die Zahl, desto härter das Material.

Abhängig von ihrer Vernetzungsart unterscheidet man zwischen additions- und kondensationsvernetzenden Silikonen. Die Vernetzungsart bedingt unterschiedliche Eigenschaften der beiden Werkstofftypen, über die die nachfolgende Tabelle Auskunft gibt.

Additions- und kondensationsvernetzende Silikone im Vergleich

Eigenschaften Komponenten/Verarbeitung	additionsvernetzende Silikone1)	kondensationsvernetzende Silikone1)
Füllstoffe	ungefüllt oder gefüllt	immer gefüllt
Topfzeit (bei RT)	relativ kurz	relativ lang
linearer Schrumpf (Schwund)	max. 0,1 %	ca. 1 %
Vulkanisation im geschlossenen System?	ja (weil keine Spaltprodukte)	nein (Kondensat muss verdunsten und Luftfeuchtigkeit aufgenommen werden)
Inhibierungsrisiko	relativ hoch	gering
Inhibierung z.B. durch	schwefelhaltige Substanzen (z.B. verschiedene Gummisorten)  Mit Metallsalzen katalysierte LSR- oder RTV-Typen  Stabilisatoren und Weichmacher  Aminhärter in Epoxidharzen  verschiedene organische Lösungsmittel	Feuchtigkeitsmangel  zu hohe Temperatur
Entformzeit (bei RT)	relativ kurz	relativ lang
Tempern	möglich: bis 150 °C (bei Raumtemperatur dann geringfügig mehr Schwund im Vergleich zum Urmodell)	nicht möglich (Verarbeitung von 20 °C bis 50 °C)
Toxikologie/Gefahrenhinweise	neutral, toxikologisch unbedenklich (keine Spaltprodukte)	kann gesundheitsschädlich sein (Spaltprodukte)
Eigenschaften der ausgehärteten Masse
Transparenz	transluzent oder transparent möglich	transluzent oder transparent möglich
Zeit bis zum ersten Einsatz der Form2)	ca. 24 Std. nach der Entformung	ca. 1 Woche nach der Entformung
Standzeit der Form	relativ lang	relativ kurz
Preis	ca. 20% teurer als vergleichbare kondensationsvernetzende Silikone	ca. 20% billiger als vergleichbare additionsvernetzende Silikone
Bemerkungen
Besonderheit	für Abformungen am menschlichen Körper einsetzbar, in jedem Fall Vorversuche machen (z.B. kleiner Finger)

Sämtliche Angaben beziehen sich in erster Linie auf die von Modulor angebotenen Materialien.
1) Additions- und kondensationsvernetzende Silikone dürfen auf keinen Fall miteinander vermischt werden!
2) bei Raumtemperatur (Temperung gegebenenfalls möglich)

Additionsvernetzende Silikone vulkanisieren ohne die Abgabe von Spaltprodukten und schwinden deshalb kaum. Sie sind die richtige Wahl, wenn mit höchster Präzision abgeformt und die Abformung möglichst bald nach der Aushärtung eingesetzt werden soll. Ihre endgültigen mechanischen Eigenschaften erreichen additionsvernetzende Silikone nach ca. 24 Stunden. Die Geschwindigkeit und der gleichmäßige Verlauf ihrer Vernetzungsreaktion werden weder durch die Dicke der Abformung noch durch ein geschlossenes System (keine Luft- oder Feuchtigkeitszufuhr) beeinträchtigt. Wegen ihres Inhibierungsrisikos müssen diese Silikone jedoch absolut sauber und gewissenhaft verarbeitet werden (s. Kleines Lexikon „Inhibierung“).

Auch wenn kurze Topf- und Entformzeiten und eine beschleunigte Verarbeitung (s. „Tempern“) oder die Standzeit der Form (z.B. in der Serienfertigung) eine Rolle spielen, sollte auf additionsvernetzende Silikone zurückgegriffen werden. Weil diese Silikone auch ungefüllt und somit transparent oder transluzent erhältlich sind, eignen sie sich besonders zur Herstellung von einteiligen Massivformen, wenn diese bei der Entformung aufgeschnitten werden und so eine Beschädigung des Urmodells mittels optischer Kontrolle ausgeschlossen werden kann.

Eine der Komponenten von additionsvernetzenden Silikonen enthält immer einen Platinkatalysator. Bereits winzige Mengen dieses Katalysators reichen aus, um zu einer Aushärtung zu führen, wenn sie in die andere Komponente geraten. Eine solche „Kontamination“ kann bereits stattfinden wenn die Gebinde von A- und B-Komponente offen nebeneinander stehen gelassen werden. Nach der Entnahme einer Teilmenge müssen die Behälter deshalb sofort wieder verschlossen werden. Auch Arbeitsgeräte, die jemals mit der katalysatorhaltigen Komponente oder der Mischung aus beiden Komponenten in Kontakt gekommen sind, müssen nach der Arbeit sehr gut gereinigt werden, um für die Zukunft eine Kontamination auszuschließen.

Wenngleich die meisten der von uns angebotenen Silikone nicht für Abformungen am menschlichen Körper ausgewiesen sind, werden additionsvernetzende Silikone aufgrund ihrer Neutralität (keine Spaltprodukte) dafür eingesetzt. Vor dem großflächigen Einsatz empfehlen wir jedoch, in jedem Fall Vorversuche zu machen (z.B. kleiner Finger). Auf Anfrage sind Silikone lieferbar, die am menschlichen Körper getestet wurden und somit auch nachgewiesenermaßen unbedenklich sind.

Kondensationsvernetzende Silikone vulkanisieren unter Abgabe von Spaltprodukten (Alkohole) – sie schwinden daher bei der Vernetzungsreaktion um ca. ein Prozent. Um die vollständige Verdunstung der Spaltprodukte zu gewährleisten und die endgültigen mechanischen Eigenschaften zu erreichen, sollen die Abformungen nach der Aushärtung nicht sofort eingesetzt werden, sondern müssen ca. eine Woche lagern. Dieser Zeitraum lässt sich verkürzen, indem man den bei Raumtemperatur vernetzten Silikonkautschuk mehrere Stunden bei Temperaturen zwischen 50 °C und 70 °C lagert (keineswegs wärmer!). Weil das Kondensat während der Aushärtung verdunsten muss und für die Vernetzung dieser Silikone eine gewisse Luftfeuchtigkeit notwendig ist, sollten sie nicht in geschlossenen Systemen vergossen werden. Wegen ihres geringen Inhibierungsrisikos sollten kondensationsvernetzende Silikone immer dann verwendet werden, wenn in unsauberer Umgebung (z.B. im Außenbereich) Abformungen vorgenommen werden.

Bei der Verarbeitung muss mit längeren Topf- und Entformzeiten gerechnet werden. Die Wahl eines kondensationsvernetzenden Silikons ist also immer dann sinnvoll, wenn ohne Vakuumanlage gearbeitet wird, da eingerührte Blasen bei längerer Topfzeit besser entweichen können. Die Verarbeitung dieser Silikone erfolgt zwischen 20 °C und max. 50 °C. Bei höheren Temperaturen kommt es zur Umkehrung der Vernetzungsreaktion – das System bleibt oder wird wieder flüssig. Weil kondensationsvernetzende Silikone Füllstoffe enthalten, müssen die A-Komponenten immer gut aufgerührt werden, bevor sie mit den B-Komponenten vermischt werden.

Lagerung und Haltbarkeit: Die einzelnen Silikonkomponenten sind nicht unbegrenzt haltbar. Ihre Haltbarkeit bei sachgemäßer Lagerung ist bei den einzelnen Produkten aufgeführt. Voraussetzung für die angegebenen Haltbarkeitszeiten und optimale Anwendungsergebnisse ist die frostfreie Lagerung in ungeöffneten Originalgebinden bei Temperaturen unter 30 °C. Entnommene Teilmengen sollten nicht wieder zurückgefüllt werden.

Auch die fertigen Silikonformen haben nur eine begrenzte Standzeit – lassen also nur eine beschränkte Anzahl an Abformungen zu, bevor sie spröde werden. Die Standzeit einer Silikonform ist abhängig von verschiedenen Aspekten (s. „Standzeit“).

Sicherheit und Arbeitsschutz: Beim Umgang mit Silikonen sind die allgemein geltenden Arbeitsschutzregeln zu beachten. Nur die Härterkomponenten von kondensationsvernetzenden Silikonen sind reizend, sie sollen deshalb nicht mit Haut oder Mund in Berührung kommen, die Augen sind bei Kontakt sofort gründlich (10 bis 15 Minuten) mit kaltem Wasser auszuspülen. Bei anhaltender Reizung sollte ein Arzt zu Rate gezogen werden. Sicherheitsdatenblätter senden wir Ihnen auf Anfrage gerne zu. Im flüssigen, nicht ausgehärteten Zustand sind die Komponenten wassergefährdend und dürfen nicht in die Kanalisation oder ins Erdreich gelangen.

Verarbeitung: Damit die Reproduktionen dem Urmodell möglichst nahe kommen, lohnt es sich, dem wichtigsten Teil der Arbeit – nämlich dem Abformprozess – größte Aufmerksamkeit zu schenken. Nur was ein Abformsilikon von der Oberflächenstruktur des Originals „wahrnimmt“, kann es an die Reproduktionen weitergeben. Ob ein Gießling z.B. nach dem Entformen über eine matte oder glänzende Oberfläche verfügt, ist vom Glanzgrad der Silikonform und damit von dem des Urmodells abhängig. Eine matte Oberfläche ist genau betrachtet nur rauher (grobporiger) als eine glänzende. Da ein Abformsilikon die Oberflächenstruktur eines Materials ganz genau abformt, überträgt es den Glanzgrad auch auf die Gießlinge.

Zur Verarbeitung kleinerer Mengen Silikonkautschuk empfehlen wir, die folgenden Arbeitsgeräte und Hilfsmittel am sauberen und ausreichend großen Arbeitsplatz bereit zu halten:

eine Unterlage (z.B. Zeitungspapier)
• Einweghandschuhe aus Latex
• Lappen zum Abwischen von danebengegangenen Tropfen
• saubere, trockene Messbecher, Einwegspritzen und/oder eine genaue
Waage zum präzisen Abmessen der einzelnen Komponenten
• Holzrührspatel, besser eine Bohrmaschine mit Rührquirl
• saubere, trockene Mischbecher zum Anmischen des Silikons
• einen steifen, kurzhaarigen Borstenpinsel
• fettlösende Reinigungsmittel (z.B. Aceton oder Reinigungsbenzin)

Für die Herstellung einer Silikonform muss das abzuformende Urmodell trocken, sauber, staubfrei und tragfähig sein. Abformsilikone haben selbsttrennende Eigenschaften – sie kleben beim Erstellen der Form nicht am Urmodell und ihre Gießlinge kleben beim späteren Reproduzieren nicht an der ausgehärteten Silikonform. Dennoch empfehlen wir immer die Verwendung von Trennmittel.

Poröse Materialien wie z.B. Holz, Naturstein oder Gips sollten vor der Abformung immer versiegelt und mit Trennmittel überzogen werden, um zu verhindern, dass die Abformmasse in die Oberflächen eindringt und die Entformung erschwert. Als Versiegelung eignen sich für die meisten Materialien wässerige Seifenlösung (Spülmittel) oder Methylzellulose (dünner Tapetenkleister), die später wieder abgewaschen werden können. Alternativ können diese Werkstoffe lackiert werden, um ihre Poren zu schließen.

Grundsätzlich bestimmen der Charakter und die Größe des Urmodells die Art der Form und die Abformtechnik. Man unterscheidet zwischen Massiv-, Haut- und Mantelformen. Hinsichtlich der Konsistenz der verarbeitungsfertigen Mischung wird zwischen gießbaren, streichbaren und knetbaren Silikonen unterschieden – sie werden im Gieß-, Streich- oder Abdruckverfahren verarbeitet. Die verschiedenen Formen und Verfahren haben jeweils Vor- bzw. Nachteile, über die die folgende Grafik in Kurzform Auskunft gibt.

Abformtechniken

Urmodell (Beschreibung)	Art der Form	Abformtechnik	Vorteile	Nachteile
flache Rückseite geringe Hinterschneidungen oder Vertiefungen kleine Modelle (z.B. Medaille)	Massivform einteilig	Gieß- oder Abdruckverfahren	geringer Arbeitsaufwand hohe Eigenstabilität der Form	relativ hoher Silikonbedarf
flache Rückseite starke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form) Modelle jeder Größe (z.B. Relief)	Hautform einteilig	Gieß- oder Streichverfahren	geringe Entformungskräfte relativ geringer Silikonbedarf	Stützform erforderlich (höherer Arbeitsaufwand)
allseitig strukturiert starke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form) kleine Modelle (z.B. techn. Teile)	Massivform einteilig (Entformung durch Aufschneiden entlang einer Trennlinie) → Einsatz als zwei- oder mehrteilige Massivform	Gießverfahren	geringerer Arbeitsaufwand als bei zweiteiliger Massivform hohe Eigenstabilität der Form	relativ hoher Silikonbedarf
Sockel mit gerader Standfläche starke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form) kleine Modelle (z.B kleine Figur)	Hautform einteilig (Entformung durch seitliches Aufschneiden) → Einsatz als einteilige aufklappbare Hautform	Gieß- oder Streichverfahren	geringerer Arbeitsaufwand als bei zweiteiliger Hautform ger. Entformungskräfte relativ geringer Silikonbedarf	Stützform erforderlich (höherer Arbeitsaufwand)
allseitig strukturiert geringe Hinterschneidungen oder Vertiefungen kleine Modelle	Massivform zwei- oder mehrteilig	Gieß- oder Abdruckverfahren	hohe Eigenstabilität der Form	relativ hoher Arbeitsaufwand und relativ hoher Silikonbedarf
allseitig strukturiert starke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form) Modelle jeder Größe (z.B. große Figur)	Hautform zwei- oder mehrteilig	Gieß- oder Streichverfahren	geringe Entformungskräfte relativ geringer Silikonbedarf	Stützform erforderlich (höherer Arbeitsaufwand)

Bevor die beiden Silikonkomponenten zusammengegeben werden, müssen insbesondere gefüllte Systeme gut aufgerührt werden. Um den verarbeitungsfertigen Silikonkautschuk zu erhalten und dessen problemlose Vulkanisation zu gewährleisten, werden beide Komponenten im angegebenen Mischungsverhältnis (nach Gewichtsteilen!) in ein sauberes Mischgefäß gegeben und sehr sorgfältig unter Einbeziehung der Gefäßwandung vermischt (von Hand mit einem Spatel oder mit einem elektrisch betriebenen Rührquirl). Zur Mischkontrolle sind die beiden Komponenten häufig unterschiedlich eingefärbt. Ist keine genaue Waage zur Hand, muss zur Volumendosierung über die Dichten der einzelnen Komponenten das Volumenverhältnis errechnet werden (s. Tabelle „Elastische Abformmassen - unsere Produkte im Vergleich“).
Während des Mischens ist – besonders bei der Verarbeitung ohne Vakuumgerät – darauf zu achten, dass möglichst wenig Luftblasen eingerührt werden, da diese die Abformgenauigkeit und die späteren mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Materials negativ beeinträchtigen würden. Wird mit einem Rührgerät gearbeitet, sollte deshalb (und um einen Temperaturanstieg in der Masse zu vermeiden) mit niedriger Geschwindigkeit gemischt werden. Beim regelmäßigen Einsatz von additionsvernetzenden Silikonen ist die Verwendung einer Dosiermaschine für 2-Komponenten-Systeme empfehlenswert.

Sofern ein Vakuumgerät zur Verfügung steht, wird das frisch angerührte Silikongemisch im Mischbehälter in die Vakuumkammer gestellt und entlüftet. Dabei ist zu beachten, dass ein deutlich größeres Gefäß für das Silikongemisch gewählt wird, da sich das Silikon im Vakuum stark ausdehnt (s. „Vakuumgerät“). Bei der Arbeit ohne Vakuumgerät muss ein Teil der Topfzeit zum Entlüften der Mischung aufgewendet werden. Dieses funktioniert umso besser, je flüssiger (niederviskoser) der angerührte Silikonkautschuk ist.

Nach der Entlüftung wird der Silikonkautschuk langsam in den Gießrahmen (Behälter mit eingehängtem Urmodell) gegossen. Auch dabei muss darauf geachtet werden, dass sich – besonders an den Oberflächen des Urmodells – keine Luftblasen bilden. Um dem vorzubeugen, wird an der tiefsten Stelle angefangen und steigend mit langem, dünnen Strahl aus einer Höhe von 20 bis 30 cm eingegossen.

Thixotrope (pastöse) Silikone werden im ersten Arbeitsgang mit einem Pinsel aufgestrichen, um einen möglichst dichten, luftblasenfreien Überzug zu erhalten. Sobald diese erste Schicht angezogen hat aber noch klebrig ist, wird eine zweite Schicht mit dem Spachtel in möglichst gleichmäßiger Stärke aufgebracht. Ist die gewünschte Stärke noch nicht erreicht, können weitere Schichten aufgespachtelt werden, solange die zuvor aufgetragene Schicht noch klebrig ist (s.a. „Handschuhverfahren/Hautform“). Abdrücke mit knetbaren Silikonen werden sofort nach dem Vermischen mit der gewünschten Stärke ausgeführt.

Mit dem Ende der Topfzeit beginnt der Vulkanisationsprozess – die Komponenten vernetzen zu einem elastischen Silikonkautschuk. Soll die Vulkanisation deutlich beschleunigt werden, muss ein additionsvernetzendes Silikon gewählt werden, da diese Systeme bei höheren Temperaturen getempert werden können.

Sobald die Silikonform klebfrei ausgehärtet ist, kann entformt werden. Einteilige Massivformen werden dafür mit dem Skalpell an einer zuvor ermittelten Trennlinie vorsichtig aufgeschnitten. Für solche Formen empfiehlt sich also der Einsatz eines transparenten oder transluzenten Silikons, da man das Urmodell beim Aufschneiden sehen und so dessen Beschädigung durch Messerschnitte vermeiden kann. Anschließend wird die Silikonform vorsichtig vom Urmodell abgezogen. Dafür wird sie langsam unter Ausnutzung der Dehnungsfähigkeit des Silikons aus den Hinterschneidungen herausgelöst (s. a. „Handschuhverfahren/Hautform“).

Abhängig davon, ob mit einem additions- oder einem kondensationsvernetzenden Silikon abgeformt wurde, sollte die Form anschließend noch einen Tag bzw. eine Woche lagern, bevor sie erstmalig eingesetzt wird (s. Vergleich der beiden Vernetzungsarten). Als Abgussmaterialien eignen sich Gips und Gipswerkstoffe, Gips/Acryl-Gießharze, Beton, Wachs, ungesättigte Polyester-Gießharze, PUR-Gießharze oder -Schäume, Epoxid-Gießharze etc. Wird mit aggressiven Reproduktionsmedien gegossen, sollte man die Silikonform über Nacht auslüften lassen, damit sie nicht so schnell versprödet. Zur Verlängerung der Standzeit einer Silikonform empfiehlt es sich, diese von Zeit zu Zeit mit Silikonöl einzureiben.

Eine umfangreiche Auswahl an Gießharzen finden Sie im gleichnamigen Abschnitt der Rubrik Plastisch Formen. Zur Auswahl und Verarbeitung der unterschiedlichen Gießmassen beachten Sie bitte die dort stehenden Hinweise. Alternativ zu Silikonen sind insbesondere elastische Polyurethanoder Latex einsetzbar.