DE102021003574A1

DE102021003574A1 - Barrier layer and application method to prevent aging of silicone tools during vacuum casting

Info

Publication number: DE102021003574A1
Application number: DE102021003574.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Brikmann; Martin Wortmann; Bruno Hüsgen
Original assignee: FACHHOCHSCHULE BIELEFELD
Current assignee: FACHHOCHSCHULE BIELEFELD
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Barriereschicht zur Vermeidung der Alterung von Silikonwerkzeugen (1) beim Vakuumgießen, bei der als Ausgangsstoff eine Lösung eines Polymers (4) in einem Lösungsmittel aufweist, die in vernebelter Form in das Innere der Form (2) des Silikonwerkzeugs (1) einbringbar ist und sich dort auf den Innenwandungen der Form (2) des Silikonwerkzeugs (1) ablagert, wobei das Lösungsmittel aus der abgelagerten Schicht der Polymerlösung (4) derart entfernbar ist, dass die Innenwandungen der Form (2) des Silikonwerkzeugs (1) weitgehend flächendeckend mit einer homogenen, gegenüber der Diffusion von für das Silikon schädlichen Stoffen aus dem Gießmaterial resistenten oder diese behindernden Barriereschicht abgedeckt sind. Weiterhin wird ein Applikationsverfahren angegeben, bei dem die Barriereschicht aus einer Lösung eines Polymers (4) in einem Lösungsmittel gebildet wird, die in vernebelter Form vor jedem Abguss in das Innere des Silikonwerkzeugs (1) eingebracht wird und sich dort auf den Innenwandungen (2) des Silikonwerkzeugs (1) ablagert und anschließend das Lösungsmittel aus der abgelagerten Schicht der Polymerlösung derart entfernt wird, dass die Innenwandungen (2) des Silikonwerkzeugs (1) weitgehend flächendeckend durch die zurückbleibende Barriereschicht gegenüber der Diffusion von für das Silikon schädlichen Stoffen aus dem Gießmaterial, vorzugsweise gegen Isocyanat, abgedeckt werden.The invention relates to a barrier layer for preventing silicone tools (1) from aging during vacuum casting, in which the starting material is a solution of a polymer (4) in a solvent, which is injected into the interior of the mold (2) of the silicone tool (1) in nebulized form. can be introduced and is deposited there on the inner walls of the mold (2) of the silicone tool (1), the solvent being removable from the deposited layer of the polymer solution (4) in such a way that the inner walls of the mold (2) of the silicone tool (1) largely are covered over the entire area with a homogeneous barrier layer that is resistant to or impedes the diffusion of substances that are harmful to the silicone from the casting material. Furthermore, an application method is specified in which the barrier layer is formed from a solution of a polymer (4) in a solvent, which is introduced into the interior of the silicone tool (1) in nebulized form before each casting and settles there on the inner walls (2) of the silicone tool (1) is deposited and then the solvent is removed from the deposited layer of the polymer solution in such a way that the inner walls (2) of the silicone tool (1) are largely covered by the remaining barrier layer against the diffusion of substances harmful to the silicone from the casting material, preferably against isocyanate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Barriereschicht und ein Applikationsverfahren zur Vermeidung der Alterung von Silikonwerkzeugen beim Vakuumgießen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 10.The invention relates to a barrier layer and an application method to avoid aging of silicone tools during vacuum casting according to the preamble of claim 1 or 10.

Das sogenannte Vakuumgießen ist ein industriell weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Prototypen und Kleinserien. Dabei wird zur Vervielfältigung eines Urmodells zunächst das häufig mittels additiver Fertigungsverfahren hergestellte Urmodell in Silikon abgeformt und mit Blick auf die notwendigen Trennebenen in zwei Hälften geschnitten. In diesen Silikonabguss wird dann wird dann ein meist Polyurethan (PUR) basiertes zweikomponentiges Gießharz, aber auch andere reaktive Gießharze, unter Unterdruck eingefüllt, um Lufteinschlüsse oder Hohlräume zu vermeiden. Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass sich aufgrund der hohen Flexibilität der Silikonformen auch Hinterschnitte und komplexe Strukturen an dem herzustellenden Abguss realisieren lassen, da durch die Nachgiebigkeit des Silikons eines Entformbarkeit gegeben ist, und dass das Verfahren relativ schnell ist. Ein Nachteil ist aber, dass Isocyanat aus dem Polyurethan durch Diffusion in die Silikonform diffundiert und dort spröde Polyharnstoffe bildet. Durch diese Alterung aufgrund der Einlagerung von Polyharnstoffen bedingt werden die Silikonformen nach ca. 25 Abgüssen unbrauchbar.So-called vacuum casting is an industrially widespread process for the production of prototypes and small series. To reproduce a master model, the master model, which is often produced using additive manufacturing processes, is first molded in silicone and cut in half with a view to the necessary parting planes. A two-component casting resin, usually based on polyurethane (PUR), but also other reactive casting resins, is then filled into this silicone cast under negative pressure in order to avoid air pockets or cavities. The advantage of this method is that due to the high flexibility of the silicone molds, undercuts and complex structures can also be realized on the cast to be produced, since the flexibility of the silicone allows demolding, and that the method is relatively quick. One disadvantage, however, is that isocyanate diffuses from the polyurethane into the silicone mold and forms brittle polyureas there. Due to this aging due to the storage of polyurea, the silicone molds become unusable after approx. 25 casts.

Grundsätzlich ist Silikon eine generische Bezeichnung für alle synthetischen Polymere, deren Hauptkette aus alternierenden Silizium- und Sauerstoffatomen, sog. Polysiloxanen, aufgebaut ist. Die Polysiloxane werden unterschieden anhand der an das Silizium gebundenen Seitengruppen. Das meistverbreitete Silikon ist das Polydimethylsiloxan (PDMS). Polysiloxane wie PDMS werden je nach Vernetzungsgrad grob in lineares, unvernetztes (bei Raumtemperatur flüssiges) Silikonöl, leichtvernetztes Silikonelastomer und starkvernetztes Silikonharz unterteilt. Beim klassischen Vakuumgießen kommen zweikomponentige Polyurethan-Gießharze als Vergussmassen zum Einsatz.In principle, silicone is a generic term for all synthetic polymers whose main chain is made up of alternating silicon and oxygen atoms, so-called polysiloxanes. The polysiloxanes are distinguished by the side groups attached to the silicon. The most common silicone is polydimethylsiloxane (PDMS). Depending on the degree of crosslinking, polysiloxanes such as PDMS are roughly divided into linear, non-crosslinked (liquid at room temperature) silicone oil, lightly crosslinked silicone elastomer and heavily crosslinked silicone resin. In classic vacuum casting, two-component polyurethane casting resins are used as casting compounds.

Wie in dem Fachaufsatz von Wortmann, M., Frese, N., Keil, W., Brikmann, J., Biedinger, J., Brockhagen, B., Reiss, G., Schmidt, C., Gölzhäuser, A., Moritzer, E., & Hüsgen, B. (2020). „The Deterioration Mechanism of Silicone Molds in Polyurethane Vacuum Casting“, ACS Applied Polymer Materials 2(11): 4719-4732. DOI: 10.1021/acsapm.0c00744 gezeigt wurde, beruht die begrenzte Anzahl von Abgießzyklen vor allem darauf, dass die Alterung des Silikons die Elastizität des Silikons an der Kavitätsoberfläche des Gießwerkzeugs beeinträchtigt, was bei der Bauteilentformung durch die mechanischen Belastungen des Silikons zu Rissen in der Silikonoberfläche und damit letztlich zur Zerstörung der Formoberfläche bzw. unzulässigen Abweichungen von der gewünschten Form führt. Wesentlicher Einflussfaktor hierfür ist die Diffusion von Isocyanat aus dem Polyurethan in die Silikonoberfläche und seine Polymerisation mit Wasser zu Polyharnstoff im Inneren des Silikons. Eine Idee zur Verzögerung dieser Alterung der Silikonform wurde darin gesehen, mit Hilfe eines Lösungsmittels im Ultraschallbad niedermolekulare Bestandteile des Polyharnstoffs wieder aus der Silikonmatrix herauszulösen. Als eine andere denkbare Möglichkeit wurde die Verzögerung der Alterung der Silikonform durch Aufbringung von Diffusionsbarrieren auf Basis von delaminierten Schichtsilikatpartikeln vorgeschlagen. Mit keiner der bisher erprobten Methoden lässt sich die erzielbare Werkzeugstandzeit im vermarktungsrelevanten Maße erhöhen.As in the technical paper by Wortmann, M., Frese, N., Keil, W., Brikmann, J., Biedinger, J., Brockhagen, B., Reiss, G., Schmidt, C., Gölzhäuser, A., Moritzer, E., & Hüsgen, B. (2020). "The Deterioration Mechanism of Silicone Molds in Polyurethane Vacuum Casting," ACS Applied Polymer Materials 2(11): 4719-4732. DOI: 10.1021/acsapm.0c00744, the limited number of casting cycles is mainly due to the fact that the aging of the silicone impairs the elasticity of the silicone on the cavity surface of the casting tool, which can lead to cracks in the mold when the component is demoulded due to the mechanical stress on the silicone silicone surface and thus ultimately to the destruction of the mold surface or impermissible deviations from the desired shape. The main influencing factor here is the diffusion of isocyanate from the polyurethane into the silicone surface and its polymerisation with water to form polyurea inside the silicone. One idea for delaying this aging of the silicone mold was seen in using a solvent in an ultrasonic bath to dissolve low-molecular components of the polyurea out of the silicone matrix again. Delaying the aging of the silicone mold by applying diffusion barriers based on delaminated layered silicate particles was suggested as another conceivable possibility. With none of the methods tried so far can the achievable tool service life be increased to the extent relevant to marketing.

Eine dauerhafte Beschichtung von Silikon-Gießwerkzeugen stellt sich in vielerlei Hinsicht als problematisch heraus. Das beim Vakuumgießen häufig eingesetzte PDMS weist eine sehr geringe Oberflächenenergie auf, da die Methylgruppen des PDMS kaum intermolekulare Bindungen eingehen, was die Haftung einer etwaigen Beschichtung auf dem Silikon signifikant erschwert. An der Oberfläche desorbierendes Silikonöl oder volatile Siloxane kommen insbesondere bei selbsttrennenden Silikonen erschwerend hinzu. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass das Silikon spätestens bei der Bauteilentformung teils stark deformiert wird. Unterschiedliche mechanische Eigenschaften von Beschichtung und Silikon können deshalb auch zu Haftungsproblemen beitragen. Selbst kleinste Kompressions- oder Deformationsbewegungen des Silikons führen dazu, dass Beschichtungen mit geringem Rückstellvermögen, d.h. geringen kohäsiven Kräften, Falten werfen oder gar reißen. Neben der Haftung zwischen Silikon und Beschichtung besteht eine weitere wesentliche Herausforderung darin, dass eine dauerhafte Beschichtung zwar am Silikon, jedoch nicht am vernetzenden Gießharz haften darf. Andernfalls ließe sich das Bauteil nicht entformen. Eine potentielle, dauerhafte Barriere-Beschichtung müsste somit mindestens die folgenden Merkmale erfüllen:

• Dauerhafte, verformungsresistente Haftung zum Silikon
• Sehr geringe Permeabilitat für das verwendete Isocyanat
• Keine Haftung am vernetzenden Gießharz.

A permanent coating of silicone casting tools turns out to be problematic in many respects. The PDMS frequently used in vacuum casting has a very low surface energy, since the methyl groups of the PDMS hardly form any intermolecular bonds, which makes it significantly more difficult for any coating to adhere to the silicone. Silicone oil desorbing on the surface or volatile siloxanes add to the difficulty, especially with self-releasing silicones. Another challenge is that the silicone is sometimes severely deformed at the latest when the component is demoulded. Different mechanical properties of coating and silicone can therefore also contribute to adhesion problems. Even the smallest compression or deformation movements of the silicone lead to coatings with low resilience, ie low cohesive forces, wrinkling or even tearing. In addition to the adhesion between silicone and coating, another major challenge is that a permanent coating must adhere to the silicone but not to the crosslinking casting resin. Otherwise the component could not be demolded. A potential, permanent barrier coating would therefore have to meet at least the following criteria:

• Permanent, deformation-resistant adhesion to the silicone
• Very low permeability for the isocyanate used
• No adhesion to the crosslinking casting resin.

Eine solche dauerhafte Beschichtung ist bisher jedoch nicht bekannt.However, such a permanent coating is not known to date.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Barriereschicht und ein Applikationsverfahren zur Vermeidung der Alterung von Silikonwerkzeugen beim Vakuumgießen vorzuschlagen, durch die die vorstehenden Probleme gelöst und die inneren Oberflächen des Silikonwerkzeugs geschützt werden.It is therefore the object of the present invention to propose a barrier layer and an application method for preventing the aging of silicone tools during vacuum casting which solves the above problems and protects the inner surfaces of the silicone mold.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich der Barriereschicht aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich des Applikationsverfahren aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 10 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.With regard to the barrier layer, the solution to the object according to the invention results from the characterizing features of claim 1 and with regard to the application method from the characterizing features of claim 10 in conjunction with the features of the associated preamble. Further advantageous configurations of the invention result from the dependent claims.

Die Erfindung hinsichtlich der Barriereschicht geht aus von einer Barriereschicht zur Vermeidung der Alterung von Silikonwerkzeugen beim Vakuumgießen, bei der die Barriereschicht als Ausgangsstoff eine Lösung eines Polymers in einem Lösungsmittel aufweist, die in vernebelter Form in das Innere der Form des Silikonwerkzeugs einbringbar ist und sich dort auf den Innenwandungen der Form des Silikonwerkzeugs ablagert, wobei das Lösungsmittel aus der abgelagerten Schicht der Polymerlösung derart entfernbar ist, dass die Innenwandungen der Form des Silikonwerkzeugs weitgehend flächendeckend mit einer homogenen, gegenüber der Diffusion von für das Silikon schädlichen Stoffen aus dem Gießmaterial resistenten oder diese behindernden Barriereschicht abgedeckt sind. Eine erfindungsgemäße Barriereschicht erlaubt es, die Alterung des Silikonwerkzeugs aufzuhalten und somit anstatt in der Regel ca. 25 Abgüsse bis zu 1000 und mehr Abgüsse zu erreichen. Hierzu basiert die Barriereschicht auf einem Polymermaterial, bevorzugt einem Polyamid wie etwa Polyamid-6 oder Polyamid U1C, oder Etylenvinylalkohol (EVOH), zu dem anhand von speziellen Untersuchungen herausgefunden werden konnte, dass dieses Polymermaterial gegen das aus dem typischen Gießmaterial Polyurethan PUR austretende Isocyanat resistent ist bzw. zumindest die Diffusion von Isocyanat in die Silikonoberfläche des Gießwerkzeugs behindert. Gleichzeitig sind derartige Polymere kompatibel mit dem Gießmaterial ausgebildet, d.h. sie wechselwirken nicht in unzulässiger Weise mit dem Gießmaterial oder verändern das Gießmaterial unmittelbar nach dem Gießen oder im zeitlichen Abstand zu dem Gießen. Damit werden die dauerhaften Eigenschaften des gegossenen Werkstücks nicht beeinflusst. Die Oberfläche des Silikonwerkzeugs bleibt bei jedem Abguss reproduzierbar (auch Mikrostrukturen im Mikrometer-Bereich), da diese Oberfläche quasi nicht altert und dadurch auch keine Mikrorisse oder größere Ausrisse entstehen. Zudem kann ein „trockenes“ Silikon verwendet werden, wodurch keine Verunreinigungen auf der Oberfläche der Bauteile entstehen, die in aufwendiger Nacharbeit entfernt werden müssten. Darüber hinaus wird kein Trennmittel / kein Entformungsmittel mehr benötigt, was Kosten und Zeit spart.The invention with regard to the barrier layer is based on a barrier layer to prevent the aging of silicone tools during vacuum casting, in which the barrier layer has a solution of a polymer in a solvent as the starting material, which can be introduced into the interior of the mold of the silicone tool in nebulized form and settles there deposited on the inner walls of the mold of the silicone tool, the solvent being removable from the deposited layer of the polymer solution in such a way that the inner walls of the mold of the silicone tool are largely covered with a homogeneous, resistant to the diffusion of substances harmful to the silicone from the casting material or these impeding barrier layer are covered. A barrier layer according to the invention makes it possible to stop the aging of the silicone tool and thus to achieve up to 1000 or more casts instead of about 25 casts as a rule. For this purpose, the barrier layer is based on a polymer material, preferably a polyamide such as polyamide-6 or polyamide U1C, or ethylene vinyl alcohol (EVOH), for which it was found on the basis of special investigations that this polymer material is resistant to the isocyanate emerging from the typical polyurethane PUR casting material or at least prevents the diffusion of isocyanate into the silicone surface of the casting tool. At the same time, such polymers are designed to be compatible with the casting material, i.e. they do not interact with the casting material in an unacceptable manner or change the casting material immediately after casting or at a time interval after casting. This does not affect the permanent properties of the cast workpiece. The surface of the silicone tool remains reproducible with every cast (including microstructures in the micrometer range), since this surface does not age and therefore no microcracks or larger tears occur. In addition, a "dry" silicone can be used, which means that no contamination occurs on the surface of the components, which would have to be removed in a time-consuming rework. In addition, a release agent / mold release agent is no longer required, which saves costs and time.

Neben homo- oder copolymeren Polyamiden, also Amid-Gruppen aufweisenden Polymeren als Grundlage zur Herstellung der Barriereschicht können selbstverständlich auch andere Polymermaterialien zur Beschichtung genutzt werden, die hinsichtlich des Schutzes der Silikonoberfläche und ihrer Verarbeitung und Löslichkeit ähnliche Eigenschaften wie die Polyamide aufweisen. Derartige Substanzen sollen in den Umfang der Offenbarung in dieser Erfindung ausdrücklich mit einbezogen sein, insbesondere aber aliphatische und/oder aromatische, homo- oder copolymere Polyamide.In addition to homo- or copolymeric polyamides, i.e. polymers containing amide groups, as the basis for producing the barrier layer, other polymer materials can of course also be used for the coating, which have similar properties to polyamides in terms of protection of the silicone surface and its processing and solubility. Such substances should be expressly included in the scope of the disclosure in this invention, but in particular aliphatic and/or aromatic, homo- or copolymeric polyamides.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Barriereschicht eines oder mehrere der nachfolgenden Polymere aufweisen:

• Poly(acrylnitril-butadien-styrol) (ABS),
• Poly(acrylnitril-co-acrylat-co-styrol) (ASA),
• Poly(ethylen-co-vinylalkohol) (EVOH),
• Poly( ε -caprolactam-co-hexamethylenadipindiamid-codiamindicyclohexamethylen) (PCHD),
• Poly(vinylpyrrolidon) (PVP),
• Poly(methyl-2-methylpropenoat) (PMMA),
• Poly(1-chlorethylen) (PVC)
• Poly(acrylnitril-co-styrol) (SAN).

In a further advantageous embodiment, the barrier layer can have one or more of the following polymers:

• Poly(acrylonitrile butadiene styrene) (ABS),
• poly(acrylonitrile-co-acrylate-co-styrene) (ASA),
• poly(ethylene-co-vinyl alcohol) (EVOH),
• Poly(ε-caprolactam-co-hexamethyleneadipinediamide-codiaminedicyclohexamethylene) (PCHD),
• poly(vinylpyrrolidone) (PVP),
• poly(methyl-2-methylpropenoate) (PMMA),
• Poly(1-chlorethylene) (PVC)
• Poly(acrylonitrile-co-styrene) (SAN).

Aus einer breiten Vielfalt an amorphen Polymeren wurden in Löslichkeits- und Beschichtungsexperimenten die vorstehenden Polymere ausgewählt, mit denen sich eine geschlossene, homogene Beschichtung auf dem Silikon erzeugen ließ. Diese wurden auf ihre Sperrwirkung gegenüber Isocyanat untersucht. Es ist dabei wichtig zu beachten, dass die getesteten Beschichtungen bereits hinsichtlich der Polymerkonzentrationen, der Lösungsmittelverhältnisse und der Vorbehandlungen so ausgewählt wurden, dass sie möglichst fehlerfrei und homogen sind. Da die Schichtdicke der Barriereschicht von diesen Faktoren abhängt, lässt sie sich nicht beliebig einstellen. Während die Durchlässigkeit zwar Aufschluss über intrinsische Materialeigenschaften gibt, ist die gemessene Teilchenstromdichte für den Nutzen der Beschichtung im Vakuumgießen mindestens genauso relevant. Hierbei zeigte sich, dass derzeit das Ethanol-lösliche PCHD hinsichtlich beider Parameter das beste Resultat aufweisen konnte und daher bevorzugtes Material zur Bildung der Barriereschicht sein dürfte.The above polymers were selected from a wide variety of amorphous polymers in solubility and coating experiments, with which a closed, homogeneous coating could be produced on the silicone. These were examined for their blocking effect on isocyanate. It is important to note that the tested coatings have already been selected in terms of polymer concentrations, solvent ratios and pre-treatments so that they are as defect-free and homogeneous as possible. Since the layer thickness of the barrier layer depends on these factors, it cannot be adjusted arbitrarily. While the permeability provides information about intrinsic material properties, the measured particle flux density is at least as relevant for the use of the coating in vacuum casting. It was shown that the ethanol-soluble PCHD was able to show the best result with regard to both parameters and should therefore be the preferred material for forming the barrier layer.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Lösungsmittel im Inneren der Form des Silikonwerkzeugs einfach, vorzugsweise durch Erwärmung und/oder Vakuum, aus der Lösung mit dem Polymer entfernt werden kann. Nachdem das gelöste Polymermaterial auf die Oberfläche des Silikonwerkzeugs aufgebracht wurde, muss die Barriereschicht nun derart verfestigt werden, dass das Einbringen des Gießmaterials und die damit einhergehenden Belastungen auf die Barriereschicht nicht zu Verletzungen der Barriereschicht führen können, die die Sperrwirkung gegenüber der Diffusion von Isocyanat beeinträchtigen könnte. Hierzu muss das Lösungsmittel aus der aufgetragenen Barriereschicht entfernt werden, was sich am einfachsten durch Wärme und/oder durch Unterdruck mittels Ausgasen bewirken lässt. Hierzu kann in weiterer Ausgestaltung das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel, vorzugsweise einen Alkohol, insbesondere Ethanol oder dgl., oder Wasser oder andere niederviskose Lösungsmittel aufweisen, die besonders volatil sind und schon bei geringen Temperaturerhöhungen und/oder Druckminderungen aus dem gelösten in einen gasförmigen Zustand übergehen und aus der Lösung mit dem Polymermaterial austreten.Furthermore, it is advantageous if the solvent inside the mold of the silicone tool is easily removed from the solution with the polymer, preferably by heating and/or vacuum can be removed. After the dissolved polymer material has been applied to the surface of the silicone tool, the barrier layer must now be solidified in such a way that the introduction of the casting material and the associated stresses on the barrier layer cannot damage the barrier layer, which would impair the blocking effect against the diffusion of isocyanate could. For this purpose, the solvent must be removed from the applied barrier layer, which can be effected most simply by means of heat and/or negative pressure by means of outgassing. For this purpose, in a further embodiment, the solvent can comprise an organic solvent, preferably an alcohol, in particular ethanol or the like, or water or other low-viscosity solvents which are particularly volatile and change from the dissolved to a gaseous state even with slight increases in temperature and/or pressure reductions and come out of solution with the polymeric material.

Weiterhin ist es von großer Bedeutung, dass die auf dem Inneren der Form des Silikonwerkzeugs abgeschiedene Barriereschicht als eine verlorene Beschichtung ausgestaltet werden kann, die beim Entformen des gegossenen Werkstücks auf der Oberfläche des gegossenen Werkstücks verbleibt. Die Barriereschicht kann dazu vor jedem Abguss auf die Innenwandungen des Silikonwerkzeugs appliziert werden (als sog. verlorene Schicht). Hierdurch werden die vorstehend genannten Probleme bei einer dauerhaften Beschichtung des Silikonmaterials des Silikonwerkzeugs umgangen, vor allem die Dauerhaltbarkeit derartiger Beschichtungen, die naturgemäß aufgrund der Eigenschaften des Silikon nur schwer zu erreichen ist.Furthermore, it is of great importance that the barrier layer deposited on the interior of the mold of the silicone tool can be configured as a sacrificial coating that remains on the surface of the cast work piece when the cast work piece is demoulded. The barrier layer can be applied to the inner walls of the silicone tool before each casting (as a so-called lost layer). This circumvents the aforementioned problems with a permanent coating of the silicone material of the silicone tool, especially the durability of such coatings, which is naturally difficult to achieve due to the properties of the silicone.

Zur Applikation des gelösten Materials der Barriereschicht können gängige Sprühverfahren wie etwa das Spraycoating genutzt werden, auch ist das erfindungsgemäße Applikationsverfahren denkbar. Die hier vorgestellte Methode sieht vor, eine auf einem volatilen Lösungsmittel basierende Polymerlösung, beispielsweise per Spraycoating (ähnlich einem Trennmittel), auf die Werkzeugoberfläche des Silikonwerkzeugs aufzusprühen. Nachdem das Lösungsmittel entfernt wurde, bleibt eine homogene Polymerbeschichtung auf der Werkzeugoberfläche des Silikonwerkzeugs zurück, die alle anschließend daran mit dem Gießmaterial in Kontakt tretenden Werkzeugbereiche bedeckt. Die Beschichtung haftet dabei vorteilhaft nach dem Gießvorgang am vernetzten Bauteil, jedoch nicht an der Werkzeugoberfläche und wird mit dem gegossenen Bauteil aus dem Silikonwerkzeug entfernt, so dass die Oberflächen des Silikonwerkzeugs weitgehend gereinigt und für den nächsten Gießvorgang neu beschichtet werden können.Common spray methods such as spray coating can be used to apply the dissolved material of the barrier layer; the application method according to the invention is also conceivable. The method presented here involves spraying a polymer solution based on a volatile solvent, for example by spray coating (similar to a release agent), onto the tool surface of the silicone tool. After the solvent has been removed, a homogeneous polymeric coating remains on the mold surface of the silicone mold, covering all mold areas that subsequently come into contact with the casting material. The coating advantageously adheres to the crosslinked component after the casting process, but not to the tool surface, and is removed from the silicone tool with the cast component, so that the surfaces of the silicone tool can be largely cleaned and recoated for the next casting process.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass die auf dem gegossenen Werkstück verbliebene Barriereschicht als Primer für eine anschließende Beschichtung der Oberfläche, vorzugsweise für eine Bedruckung oder dgl. nutzbar ist.Furthermore, it is advantageous that the barrier layer remaining on the cast workpiece can be used as a primer for a subsequent coating of the surface, preferably for printing or the like.

Auch ist es denkbar, das auf dem Inneren der Gießform abgelagerte Polymer transparent oder in einer Farbe ausgebildet ist, die der Farbe des gegossenen Werkstücks entspricht. Damit fällt die an dem hergestellten Bauteil verbliebene Barriereschicht optisch in keiner Weise auf. Etwa durch die Transparenz einer sehr dünnen Barriereschicht können sowohl transparente als auch eingefärbte Bauteile ohne Probleme hergestellt werden.It is also conceivable that the polymer deposited on the inside of the mold is transparent or formed in a color corresponding to the color of the molded work. As a result, the barrier layer remaining on the manufactured component is in no way visually noticeable. For example, due to the transparency of a very thin barrier layer, both transparent and colored components can be produced without any problems.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Applikationsverfahren für eine Barriereschicht zur Vermeidung der Alterung von Silikonwerkzeugen beim Vakuumgießen, bei dem die Barriereschicht aus einer Lösung eines Polymers in einem Lösungsmittel gebildet wird, die in vernebelter Form vor jedem Abguss in das Innere des Silikonwerkzeugs eingebracht wird und sich dort auf den Innenwandungen des Silikonwerkzeugs ablagert, und anschließend das Lösungsmittel aus der abgelagerten Schicht der Polymerlösung derart entfernt wird, dass die Innenwandungen des Silikonwerkzeugs weitgehend flächendeckend durch die zurückbleibende Barriereschicht gegenüber der Diffusion von für das Silikon schädlichen Stoffen aus dem Gießmaterial, vorzugsweise gegen Isocyanat, abgedeckt werden. Hierbei ist von besonderer Bedeutung die Verneblung des gelösten Polymers, die zu einer gleichmäßigen und gut steuerbaren Ablagerung dieser Lösung auf den beaufschlagten Oberflächen des Silikonwerkzeugs führt und damit eine reproduzierbare Beschichtung der beaufschlagten Oberflächen ermöglicht. Dies ist eine Voraussetzung für die Sperrwirkung der Barriereschicht gegenüber der Diffusion von Isocyanaten oder auch anderen Substanzen aus dem Gießmaterial in das Silikonmaterial des Silikonwerkzeugs. Nach dem Auftragen des gelösten Polymers wird das Lösungsmittel aus der aufgetragenen, noch flüssigen oder pastösen Schicht herausgelöst und entfernt, wodurch sich die Barriereschicht verfestigt. Dies ist wichtig im Hinblick auf das anschließende Einfüllen des Gießmaterials, mit dem immer auch mechanische Belastungen der Barriereschicht einhergehen. Die verfestigte Barriereschicht kann diese mechanischen Belastungen besser vertragen und wird dadurch nicht verletzt, so dass das Silikonmaterial des Silikonwerkzeugs sicher von dem Gießmaterial und den sich daraus lösenden Isocyanaten oder auch anderen schädlichen Substanzen abgesperrt wird. Durch die trotzdem nur geringen Schichtdicken der Barriereschicht wird gleichwohl die durch das Silikonmaterial des Silikonwerkzeugs gegebene Form des Werkstücks abgeformt, so dass auch kleinste Details und Strukturen abgebildet werden können.The invention also relates to an application method for a barrier layer to avoid aging of silicone tools during vacuum casting, in which the barrier layer is formed from a solution of a polymer in a solvent, which is introduced into the interior of the silicone tool in nebulized form before each casting and settles there is deposited on the inner walls of the silicone tool, and then the solvent is removed from the deposited layer of the polymer solution in such a way that the inner walls of the silicone tool are largely covered over the entire area by the remaining barrier layer against the diffusion of substances from the casting material that are harmful to the silicone, preferably against isocyanate will. Here, the nebulization of the dissolved polymer is of particular importance, which leads to a uniform and easily controllable deposit of this solution on the exposed surfaces of the silicone tool and thus enables a reproducible coating of the exposed surfaces. This is a prerequisite for the blocking effect of the barrier layer against the diffusion of isocyanates or other substances from the casting material into the silicone material of the silicone tool. After the dissolved polymer has been applied, the solvent is dissolved out of the applied layer, which is still liquid or pasty, and removed, as a result of which the barrier layer solidifies. This is important with regard to the subsequent filling of the casting material, which is always accompanied by mechanical loads on the barrier layer. The hardened barrier layer can withstand these mechanical loads better and is not damaged as a result, so that the silicone material of the silicone tool is reliably blocked from the casting material and the isocyanates released from it or other harmful substances. Due to the still only small layer thicknesses of the barrier layer, the shape of the workpiece given by the silicone material of the silicone tool is nevertheless formed, so that it is also small most details and structures can be mapped.

Von besonderem Vorteil ist es, dass die Barriereschicht mit dem gegossenen Werkstück von der Innenfläche des Silikonwerkzeugs entfernt wird, vorzugsweise an dem gegossenen Werkstück haftet. Hierdurch werden die Probleme bei einer dauerhaften Beschichtung des Silikonmaterials des Silikonwerkzeugs umgangen, vor allem die Dauerhaltbarkeit derartiger Beschichtungen, die naturgemäß hier nur schwer zu erreichen ist. Dies erfordert naturgemäß aber auch, dass die Barriereschicht vor jedem Abguss eines neuen Werkstücks neu auf das Silikonmaterial des Silikonwerkzeugs aufgebracht werden muss, was aufgrund des erfindungsgemäßen Applizierungsverfahrens aber schnell und sicher reproduzierbar ermöglicht wird. Das Konzept der sequentiellen oder verlorenen Beschichtung der vom Gießmaterial beaufschlagten Flächen des Silikonwerkzeugs nur jeweils für einen Gießvorgang besteht darin, während der Vernetzung des z.B. als Polyurethan ausgebildeten Gießmaterials die Diffusion des Isoycanats oder auch anderen schädlichen Substanzen in das Silikon des Silikonwerkzeugs zu verhindern, dabei mit dem Bauteil zu verschmelzen und dann bei der Entformung als Beschichtung der Bauteiloberfläche mit entformt zu werden. Diese Herangehensweise umgeht zwei wesentliche Herausforderungen einer dauerhaften Beschichtung: zum einen die Haftung zwischen Werkzeug und Beschichtung und zum anderen die Haftung zwischen Beschichtung und Urmodell. Es handelt sich hierbei somit um eine wesentlich simplere technische Lösung als eine dauerhafte Beschichtung. Die Kehrseite ist, dass diese Methode erfordert, nach jedem Gießzyklus eine neue Beschichtung mit er Barriereschicht aufzutragen. Um dabei gleichzeitig wirtschaftlich produzieren zu können, muss die Barriereschicht schnell, reproduzierbar und großflächig auftragbar sein.It is of particular advantage that the barrier layer is removed from the inner surface of the silicone tool with the cast work piece, preferably adhering to the cast work piece. This circumvents the problems with a permanent coating of the silicone material of the silicone tool, especially the durability of such coatings, which is naturally difficult to achieve here. Of course, this also requires that the barrier layer has to be applied to the silicone material of the silicone tool before each casting of a new workpiece, which is quickly and reliably reproducible thanks to the application method according to the invention. The concept of the sequential or lost coating of the surfaces of the silicone tool affected by the casting material only for one casting process consists of preventing the diffusion of the isocyanate or other harmful substances into the silicone of the silicone tool during the crosslinking of the casting material, e.g. polyurethane to fuse with the component and then to be removed from the mold as a coating on the component surface during demolding. This approach avoids two major challenges of a permanent coating: adhesion between the tool and the coating, and adhesion between the coating and the master model. This is therefore a much simpler technical solution than a permanent coating. The downside is that this method requires applying a new coating of the barrier layer after each casting cycle. In order to be able to produce economically at the same time, the barrier layer must be able to be applied quickly, reproducibly and over a large area.

Hinsichtlich der Wahl des Lösungsmittels ist es von Vorteil, wenn dieses das Silikon des Silikonwerkzeugs nicht angreift und die Vernetzung des Gießmaterials nicht behindert. Hierzu können etwa organische Lösungsmittel, vorzugsweise Alkohol, insbesondere Ethanol oder dgl., oder auch Wasser oder andere niederviskose Lösungsmittel genutzt werden, die die vorstehenden Bedingungen erfüllen.With regard to the choice of solvent, it is advantageous if it does not attack the silicone of the silicone tool and does not impede the cross-linking of the casting material. Organic solvents, preferably alcohol, in particular ethanol or the like, or else water or other low-viscosity solvents that meet the above conditions can be used for this purpose.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Verneblung der Lösung des Polymers kann die Lösung des Polymers mittels Sprühverfahren, vorzugsweise mittels Spraycoating, ähnlich einem Trennmittel auf die innere Oberfläche des Silikonwerkzeugs aufgesprüht werden. Hierzu muss allerdings ein entsprechender Sprühkopf in das Innere des Silikonwerkzeugs eingebracht und entsprechend bewegt werden, um alle Bereiche der Innenform des Silikonwerkzeugs gleichmäßig und reproduzierbar zu besprühen.In a first advantageous embodiment of the nebulization of the solution of the polymer, the solution of the polymer can be sprayed onto the inner surface of the silicone tool by means of a spraying method, preferably by means of spray coating, similar to a release agent. To do this, however, a corresponding spray head must be placed inside the silicone tool and moved accordingly in order to spray all areas of the inside of the silicone tool evenly and reproducibly.

Daher ist es in einer anderen bevorzugten Verfahrensvariante auch denkbar, dass die Lösung des Polymers mittels Überdruck oder Unterdruck oder Vakuum vernebelt und in das Innere des Silikonwerkzeugs eingebracht wird. So kann zum Beispiel die Lösung des Polymers mittels einer Venturi-Düse und des in dem Inneren der Gießform vorliegenden Unterdrucks oder Vakuums in das Innere des Silikonwerkzeugs eingesaugt und dabei vernebelt werden. Durch die Ansaugung der Lösung aufgrund einer Strömung durch die Venturi-Düse erfolgt quasi automatisch eine feine Vernebelung der Lösung des Polymers, die auch außerhalb des Silikonwerkzeugs angeordnet werden kann, wenn die vernebelte Polymerlösung anschließend etwa über die ohnehin vorhandene Zuführöffnung zum Zuführen des Gießmaterials in das Innere des Silikonwerkzeugs eingesogen wird, was sich über einen Unterdruck oder ein Vakuum im Bereich des Gießwerkzeugs leicht bewerkstelligen lässt. Auch wird dabei die vernebelte Polymerlösung dadurch automatisch gleichmäßig in dem Inneren des Silikonwerkzeugs verteilt und schlägt sich dadurch auch in gleichmäßiger Schichtdicke überall im Inneren des Silikonwerkzeugs nieder. Damit umgeht man Probleme der gleichmäßigen Verteilung der vernebelten Polymerlösung etwa bei Sprühverfahren. In weiterer Ausgestaltung kann die Venturi-Düse nach dem Aufbau des Unterdrucks oder Vakuums in dem Inneren des Silikonwerkzeugs geöffnet und dadurch die Lösung des Polymers, vorzugsweise aus einem Vorratsbehälter, angesaugt und in das Innere des Silikonwerkzeugs vernebelt werden. Anders wäre auch eine Verneblung mittels Überdruck, etwa mittels Kompressor und Düse, oder mittels eines Vergasers denkbar, um die Polymerlösung zu vernebeln und in das Innere des Silikonwerkzeugs zuzuführen. Auch sind selbstverständlich andere Vernebelungsdüsen oder Düsenanordnungen außer der Venturi-Düse einsetzbar.It is therefore also conceivable in another preferred variant of the method that the solution of the polymer is nebulized by means of excess pressure or negative pressure or vacuum and introduced into the interior of the silicone tool. For example, the solution of the polymer can be sucked into the interior of the silicone tool by means of a Venturi nozzle and the negative pressure or vacuum present in the interior of the casting mold and thereby be nebulized. Due to the suction of the solution due to a flow through the Venturi nozzle, a fine nebulization of the polymer solution takes place almost automatically, which can also be arranged outside the silicone tool if the nebulized polymer solution is then fed via the feed opening that is present anyway for feeding the casting material into the Inside of the silicone mold is sucked in, which can be easily accomplished using a negative pressure or a vacuum in the area of the casting mold. The nebulized polymer solution is thereby automatically distributed evenly in the interior of the silicone tool and is thus also deposited in a layer of uniform thickness throughout the interior of the silicone tool. This avoids problems with the even distribution of the nebulized polymer solution, for example in spray processes. In a further embodiment, the Venturi nozzle can be opened after the negative pressure or vacuum has been built up in the interior of the silicone tool and the solution of the polymer can thereby be sucked in, preferably from a storage container, and nebulized into the interior of the silicone tool. Alternatively, nebulization by means of overpressure, for example by means of a compressor and nozzle, or by means of a gasifier, would also be conceivable in order to nebulize the polymer solution and feed it into the interior of the silicone tool. Of course, other atomizing nozzles or nozzle arrangements can also be used in addition to the Venturi nozzle.

In einer ersten weiteren Ausgestaltung kann das Silikonwerkzeug nach dem Einbringen der vernebelten Lösung des Polymers das Innere des Silikonwerkzeugs erwärmt und das Lösungsmittel dadurch aus dem Silikonwerkzeug entfernt werden. Durch die Erwärmung kann eine gut kontrollierbare Entfernung des Lösungsmittels erreicht werden, allerdings muss hierbei darauf geachtet werden, dass die dazu notwendige Erwärmung nicht das Material des Silikonwerkzeugs schädigt.In a first further embodiment, after the introduction of the nebulized solution of the polymer, the silicone tool can heat the interior of the silicone tool and the solvent can thereby be removed from the silicone tool. The heating can achieve a well controllable removal of the solvent, but care must be taken that the necessary heating does not damage the material of the silicone tool.

Daher ist es in einer anderen Ausgestaltung auch denkbar, dass das Silikonwerkzeug nach dem Einbringen der vernebelten Lösung des Polymers in das Silikonwerkzeug erneut evakuiert und das Lösungsmittel dadurch aus dem Silikonwerkzeug entfernt wird. Durch die erneute Evakuierung des Silikonwerkzeugs wird je nach Wahl des Lösungsmittels erreicht, dass das Lösungsmittel aus der abgeschiedenen Barriereschicht ausgast und aus dem Inneren des Silikonwerkzeugs abgesaugt und ggf. zurück gewonnen werden kann. Dadurch wird erreicht, dass das von dem Lösungsmittel befreite Polymer eine homogene Beschichtung auf der inneren Oberfläche des Silikonwerkzeugs bildet. Dadurch verfestigt sich wie vorstehend beschrieben die Barriereschicht und kann erfindungsgemäß wirken. Die ohnehin notwendige Evakuierung des Silikonwerkzeugs vor dem eigentlichen Gießen kann hierzu unmittelbar genutzt werden.It is therefore also conceivable in another embodiment for the silicone tool to be evacuated again after the introduction of the nebulized solution of the polymer into the silicone tool and the solvent thus evacuated from the silicone tool Will get removed. Depending on the choice of solvent, the repeated evacuation of the silicone tool means that the solvent outgasses from the deposited barrier layer and can be sucked out of the interior of the silicone tool and, if necessary, recovered. This ensures that the polymer freed from the solvent forms a homogeneous coating on the inner surface of the silicone tool. As a result, the barrier layer solidifies as described above and can act according to the invention. The evacuation of the silicone tool before the actual casting, which is necessary in any case, can be used directly for this purpose.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Zeichnung.A particularly preferred embodiment of the method according to the invention is shown in the drawing.

Es zeigen:

1 - einen schematisch dargestellten Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Applikationsverfahrens für die Aufbringung einer erfindungsgemäßen Barriereschicht auf die Innenflächen eines Silikonwerkzeugs zum Vakuumgießen.

Show it:

1 - A structure shown schematically for carrying out the application method according to the invention for the application of a barrier layer according to the invention on the inner surfaces of a silicone tool for vacuum casting.

In der 1 ist in sehr schematisch Darstellung ein denkbarer Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Applikationsverfahrens für die Aufbringung einer erfindungsgemäßen Barriereschicht auf die Innenflächen eines Silikonwerkzeugs 1 zum Vakuumgießen zu erkennen. Hierbei ist das Silikonwerkzeug 1 durch eine Trennebene 9 in zwei Hälften 1' und 1'' getrennt, wobei die obere Werkzeughälfte 1' und die untere Werkzeughälfte 1" eine Kavität oder Form 2 umgrenzen und festlegen, die mit einem hier beispielsweise als PUR ausgestalteten reaktiven Gießharz ausgegossen werden soll. Die die Form 2 bildenden Werkzeugoberflächen bestehen aus Silikon und können neben den großen Abmessungen und Kavitäten auch Hinterschnitte und feinere Strukturen aufweisen, die hier nur angedeutet sind oder nicht weiter gargestellt werden.In the 1 a conceivable structure for carrying out the application method according to the invention for applying a barrier layer according to the invention to the inner surfaces of a silicone tool 1 for vacuum casting can be seen in a very schematic representation. In this case, the silicone tool 1 is separated into two halves 1' and 1'' by a parting plane 9, with the upper tool half 1' and the lower tool half 1" delimiting and defining a cavity or mold 2, which is equipped with a reactive The tool surfaces forming the mold 2 are made of silicone and, in addition to the large dimensions and cavities, can also have undercuts and finer structures, which are only indicated here or are not shown further.

Das PUR wird in noch später beschriebener Weise als Volumenstrom 17 über eine Zuführöffnung 8 mittels einer rohrartigen Zuführung 7 in das Innere des Silikonwerkzeugs 1 eingebracht und füllt die Form 2 sukzessive aus. Damit die Form 2 zuverlässig vollständig mit dem PUR gefüllt werden kann, wird das ganze Silikonwerkzeug 1 in ein luftdicht abschließbares Containment 3 eingebracht. Das luftdicht abschließbare Containment 3 weist mittels Ventilen 10, 12 und Vakuumpumpe 13 die Möglichkeit auf, die in dem Containment 3 vorhandene Umgebungsluft aus dem Containment 3 abzusaugen und als Abströmung 15 in die Umgebung oder in eine nicht weiter dargestellte Einrichtung zur Rückgewinnung des Lösungsmittels abzugeben. Wird das Containment 3 nach dem Schließen des Ventils 10 evakuiert, kann die beim Füllen des Silikonwerkzeugs 1 mit dem PUR aus dem Inneren des Silikonwerkzeugs 1 über nur angedeutete Lüftungsöffnungen 19 austretende Luft ebenfalls abgesaugt werden, wodurch in an sich bekannter Weise die Füllung des Silikonwerkzeugs 1 und damit die Qualität des hergestellten Bauteils verbessert werden kann.The PUR is introduced into the interior of the silicone tool 1 in a manner described later as a volume flow 17 via a feed opening 8 by means of a tube-like feed 7 and gradually fills the mold 2 . So that the form 2 can be reliably completely filled with the PUR, the entire silicone tool 1 is placed in a containment 3 that can be sealed airtight. The airtight, lockable containment 3 has, by means of valves 10, 12 and vacuum pump 13, the possibility of sucking the ambient air present in the containment 3 out of the containment 3 and discharging it as an outflow 15 into the environment or into a device for recovering the solvent, which is not shown in detail. If the containment 3 is evacuated after the valve 10 has been closed, the air escaping from the interior of the silicone tool 1 via ventilation openings 19 which are only indicated when the silicone tool 1 is being filled with the PUR can also be sucked off, as a result of which the filling of the silicone tool 1 and thus the quality of the manufactured component can be improved.

Nachteilig an den bekannten, wie vorstehend arbeitenden Vakuumgießeinrichtungen ist die sehr begrenzte Anzahl von Abgießzyklen, die mit einem derartig arbeitenden Silikonwerkzeug 1 üblicherweise möglich sind. Dies beruht vor allem darauf, dass die Alterung des Silikons des Silikonwerkzeugs 1 die Elastizität des Silikons an der Kavitätsoberfläche der Form 2 des Silikonwerkzeugs 1 beeinträchtigt, was bei der Bauteilentformung durch die mechanischen Belastungen des Silikons zu Rissen in der Silikonoberfläche und damit letztlich zur Zerstörung der Oberfläche der Form 2 bzw. unzulässigen Abweichungen von der gewünschten Form 2 führt. Wesentlicher Einflussfaktor hierfür ist die Diffusion von Isocyanat aus dem PUR in die Silikonoberfläche des Silikonwerkzeugs 1 und seine Umwandlung in Polyharnstoffe.A disadvantage of the known vacuum casting devices that work as above is the very limited number of casting cycles that are usually possible with a silicone tool 1 that works in this way. This is mainly due to the fact that the aging of the silicone of the silicone tool 1 affects the elasticity of the silicone on the cavity surface of the mold 2 of the silicone tool 1, which when the component is demoulded due to the mechanical stress on the silicone leads to cracks in the silicone surface and ultimately to the destruction of the Surface of the form 2 or impermissible deviations from the desired form 2 leads. The main influencing factor for this is the diffusion of isocyanate from the PUR into the silicone surface of the silicone tool 1 and its conversion into polyureas.

Um diese Diffusion von Isocyanat aus dem PUR in die Silikonoberfläche des Silikonwerkzeugs 1 möglichst zu verhindern, wird erfindungsgemäß eine Beschichtung der von dem PUR beaufschlagten Flächen des Silikonwerkzeugs 1 vorgenommen, durch die diese Diffusion verhindert oder weitgehend unterdrückt wird. Als Beschichtungsmaterial wird vorteilhaft ein Polymer, nach bisherigen Erkenntnissen etwa ein Polyamid verwendet, das in einem Lösungsmittel wie z.B. Ethanol oder andere Alkohole gelöst ist und dadurch in flüssiger Form vorliegt. Zur Applizierung dieses gelösten Polyamids 4 wird das Polyamid 4 aus einem Vorratsbehälter 5 über eine Venturi-Düse 6 einem Volumenstrom 16 aus Umgebungsluft beigemischt, der aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem evakuierten Inneren des Containment 3 und der Umgebung entsteht, wenn das Einlassventil 11 geöffnet wird. Dieser flüssige Strom des aus dem Vorratsbehälter 5 angesaugten gelösten Polyamids 4 wird dabei aufgrund der Wirkung der Venturi-Düse 6 vernebelt oder zerstäubt und strömt mit der einströmenden Luft 16 über eine rohrförmige Zuführung 7 durch die Einfüllöffnung 8 in das Innere des Silikonwerkzeugs 1 und lagert sich dann auf den die Form des herzustellenden Bauteils vorgebende Oberflächen der Form 2 ab. Aufgrund der starken Verneblung und der Strömung verteilt sich das gelöste Polyamid 4 gleichmäßig hinsichtlich Schichtdicke und Verteilung auf der Innenfläche der Form 2 und bildet einen immer noch flüssigen oder pastösen Film, der das Innere der Form 2 vollständig auskleidet und die Silikonoberfläche des Silikonwerkzeugs 1 von dem Inneren der Form 2 abtrennt.In order to prevent this diffusion of isocyanate from the PUR into the silicone surface of the silicone tool 1 as far as possible, the surfaces of the silicone tool 1 exposed to the PUR are coated according to the invention, through which this diffusion is prevented or largely suppressed. A polymer is advantageously used as the coating material, for example a polyamide according to previous knowledge, which is dissolved in a solvent such as e.g. ethanol or other alcohols and is therefore in liquid form. To apply this dissolved polyamide 4, the polyamide 4 is mixed from a reservoir 5 via a Venturi nozzle 6 into a volume flow 16 of ambient air, which occurs due to the pressure difference between the evacuated interior of the containment 3 and the environment when the inlet valve 11 is opened. This liquid flow of the dissolved polyamide 4 sucked in from the reservoir 5 is nebulized or atomized due to the action of the Venturi nozzle 6 and flows with the incoming air 16 via a tubular feed 7 through the filling opening 8 into the interior of the silicone tool 1 and is stored then on the surfaces of the mold 2 defining the shape of the component to be produced. Due to the strong nebulization and the flow, the dissolved polyamide 4 is distributed evenly in terms of layer thickness and distribution on the inner surface of the mold 2 and forms a still liquid or pasty film that completely lines the interior of the mold 2 and the silicone surface of the silicone tool 1 from the interior of the form 2 separates.

Diese so noch flüssige oder pastöse Polyamidlösung 4 wird dadurch dann in eine festere und mechanisch höher belastbare Form gebracht, dass das Lösungsmittel aus dem abgeschiedenen Film des gelösten Polyamids 4 entfernt wird. Hierzu ist je nach gewähltem Lösungsmittel und weiteren Randbedingungen entweder denkbar, das Silikonwerkzeug 1 insgesamt zu erwärmen und dadurch das Lösungsmittel aus dem Film des gelösten Polyamids 4 auszutreiben. Hierzu wären entsprechende, hier nicht weiter dargestellte Erwärmungseinrichtungen vorzusehen. Es ist in einer anderen Ausgestaltung aber auch denkbar, etwa ein besonders flüchtiges Lösungsmittel dadurch aus dem Film des gelösten Polyamids 4 auszugasen, dass nach dem Einfüllen des gelösten Polyamids 4 der Unterdruck wieder erhöht wird und dadurch der Übergang des Lösungsmittels aus dem Film des gelösten Polyamids 4 erleichtert oder hervorgerufen wird. Selbstverständlich sind auch eine Kombination von Erhitzung und Ausgasung oder auch andere Verfahren denkbar, die das Lösungsmittel aus dem Film des gelösten Polyamids 4 heraus bringen.This still liquid or pasty polyamide solution 4 is then brought into a more solid form that can withstand higher mechanical loads by removing the solvent from the deposited film of the dissolved polyamide 4 . Depending on the selected solvent and other boundary conditions, it is either conceivable to heat the silicone tool 1 as a whole and thereby drive the solvent out of the film of the dissolved polyamide 4. Appropriate heating devices, not shown in detail here, would have to be provided for this purpose. In another embodiment, it is also conceivable, for example, to outgas a particularly volatile solvent from the film of the dissolved polyamide 4 by increasing the negative pressure again after the dissolved polyamide 4 has been poured in, thereby increasing the transfer of the solvent from the film of the dissolved polyamide 4 is facilitated or evoked. Of course, a combination of heating and outgassing or other methods are also conceivable, which bring the solvent out of the film of the dissolved polyamide 4.

Nachdem das Polyamid auf der Oberfläche der Form 2 abgelagert wurde, kann nun in an sich bekannter Weise das PUR als Volumenstrom, etwa auch über den Zugang mit dem Ventil 11 zugegeben werden, wobei das gelöste Polymer 4 in dieser Phase nicht eindosiert wird. Ist die Form 2 von dem PUR vollständig ausgefüllt und durch den Unterdruck im Containment 3 entgast und ausreichend vernetzt worden, kann das Containment 3 geöffnet und das Silikonwerkzeug 1 geöffnet werden, so dass das geformte Werkstück aus dem Silikonwerkzeug 1 entnommen werden kann. Hierbei wird der auf der Innenfläche der Form 2 abgelagerte Film des Polyamids 4 von der Innenfläche der Form 2 abgelöst und verbleibt auf der Oberfläche des geformten Werkstücks, so dass die Form 2 quasi gereinigt zur erneuten Formgebung eines weiteren Werkstücks zur Verfügung steht. Dabei muss vorab der vorstehend beschriebene Beschichtungsvorgang erneut durchgeführt werden, um den durch die Wirkung von Isocyanaten aus dem Polyurethan PUR beim Kontakt zwischen Polyurethan PUR und Innenflächen des Silikonwerkzeugs 1 einhergehenden Alterungsprozess des Silikons zu verhindern.After the polyamide has been deposited on the surface of the mold 2, the PUR can now be added as a volume flow in a manner known per se, for example via the access with the valve 11, with the dissolved polymer 4 not being metered in at this stage. If the mold 2 is completely filled with the PUR and has been degassed and sufficiently crosslinked by the negative pressure in the containment 3, the containment 3 can be opened and the silicone tool 1 opened so that the shaped workpiece can be removed from the silicone tool 1. The film of the polyamide 4 deposited on the inner surface of the mold 2 is detached from the inner surface of the mold 2 and remains on the surface of the shaped workpiece, so that the mold 2 is more or less cleaned and is available for shaping another workpiece. The coating process described above must be carried out again beforehand in order to prevent the aging process of the silicone that is associated with the effect of isocyanates from the polyurethane PUR when the polyurethane PUR and inner surfaces of the silicone tool 1 come into contact.

BezugszeichenlisteReference List

1, 1' 1''1, 1' 1'': Silikonwerkzeug bzw. SilikonwerkzeughälftenSilicone tool or silicone tool halves
22: Formshape
33: Containmentcontainment
44: Lösung Polymersolution polymer
55: Vorratsbehälter Lösung PolymerReservoir solution polymer
66: Venturi-Düseventuri nozzle
77: Zuführung Lösungfeeding solution
88th: Zuführöffnung SilikonwerkzeugFeed opening silicone tool
99: Trennebeneparting line
1010: VentilValve
1111: VentilValve
1212: VentilValve
1313: Vakuumpumpevacuum pump
1414: Zuströmung Umgebungsluftinflow of ambient air
1515: Abströmung evakuierte Luftoutflow of evacuated air
1616: Zuströmung Gießmaterialinflow of casting material
1717: Zuströmung Lösunginflow of solution
1818: Auflagetischsupport table
1919: Lüftungsöffnungenvents

Claims

Barriereschicht zur Vermeidung der Alterung von Silikonwerkzeugen (1) beim Vakuumgießen, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht als Ausgangsstoff eine Lösung eines Polymers (4) in einem Lösungsmittel aufweist, die in vernebelter Form in das Innere der Form (2) des Silikonwerkzeugs (1) einbringbar ist und sich dort auf den Innenwandungen der Form (2) des Silikonwerkzeugs (1) ablagert, wobei das Lösungsmittel aus der abgelagerten Schicht der Polymerlösung (4) derart entfernbar ist, dass die Innenwandungen der Form (2) des Silikonwerkzeugs (1) weitgehend flächendeckend mit einer homogenen, gegenüber der Diffusion von für das Silikon schädlichen Stoffen aus dem Gießmaterial resistenten oder diese behindernden Barriereschicht abgedeckt sind.Barrier layer to prevent the aging of silicone tools (1) during vacuum casting, characterized in that the barrier layer has a solution of a polymer (4) in a solvent as the starting material, which is injected into the interior of the mold (2) of the silicone tool (1) in nebulized form can be introduced and is deposited there on the inner walls of the mold (2) of the silicone tool (1), the solvent being removable from the deposited layer of the polymer solution (4) in such a way that the inner walls of the mold (2) of the silicone tool (1) largely are covered over the entire area with a homogeneous barrier layer that is resistant to or impedes the diffusion of substances that are harmful to the silicone from the casting material.

Barriereschicht gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Polyamid aufweist, das gegen Isocyanat resistent oder die Diffusion von Isocyanat behindernd ausgebildet ist.Barrier layer according to claim 1 , characterized in that the polymer comprises a polyamide which is resistant to isocyanate or is designed to impede the diffusion of isocyanate.

Barriereschicht gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer kompatibel mit dem Gießmaterial ausgebildet ist.Barrier layer according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the polymer is designed to be compatible with the casting material.

Barriereschicht gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht eines oder mehrere der nachfolgenden Polymere aufweist: ◆ Poly(acrylnitril-butadien-styrol) (ABS), ◆ Poly(acrylnitril-co-acrylat-co-styrol) (ASA), ◆ Poly(ethylen-co-vinylalkohol) (EVOH), ◆ Poly( ε -caprolactam-co-hexamethylenadipindiamid-codiamindicyclohexamethylen) (PCHD), ◆ Poly(vinylpyrrolidon) (PVP), ◆ Poly(methyl-2-methylpropenoat) (PMMA), ◆ Poly(1-chlorethylen) (PVC) ◆ Poly(acrylnitril-co-styrol) (SAN).Barrier layer according to one of the preceding claims, characterized in that the barrier layer has one or more of the following polymers: ◆ poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS), ◆ poly(acrylonitrile-co-acrylate-co-styrene) (ASA) , ◆ Poly(ethylene-co-vinyl alcohol) (EVOH), ◆ Poly( ε -caprolactam-co-hexamethyleneadipinediamide-codiaminedicyclohexamethylene) (PCHD), ◆ Poly(vinylpyrrolidone) (PVP), ◆ Poly(methyl-2-methylpropenoate) ( PMMA), ◆ Poly(1-chloroethylene) (PVC) ◆ Poly(acrylonitrile-co-styrene) (SAN).

Barriereschicht gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel im Inneren der Form (2) des Silikonwerkzeugs (1) einfach, vorzugsweise durch Erwärmung und/oder Vakuum, aus der Lösung mit dem Polymer (4) entfernbar ist.Barrier layer according to one of the preceding claims, characterized in that the solvent inside the mold (2) of the silicone tool (1) can be removed easily from the solution with the polymer (4), preferably by heating and/or vacuum.

Barriereschicht gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel, vorzugsweise Alkohol, insbesondere Ethanol oder dgl., oder Wasser oder andere niedrigviskose Lösungsmittel aufweist.Barrier layer according to one of the preceding claims, characterized in that the solvent contains an organic solvent, preferably alcohol, in particular ethanol or the like, or water or other low-viscosity solvents.

Barriereschicht gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Inneren der Form (2) des Silikonwerkzeugs (1) abgeschiedene Barriereschicht eine verlorene Beschichtung ist, die beim Entformen des gegossenen Werkstücks auf der Oberfläche des gegossenen Werkstücks verbleibt.Barrier layer according to any one of the preceding claims, characterized in that the barrier layer deposited on the inside of the mold (2) of the silicone tool (1) is a sacrificial coating which remains on the surface of the cast piece when the cast piece is demoulded.

Barriereschicht gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem gegossenen Werkstück verbliebene Barriereschicht als Primer für eine anschließende Beschichtung der Oberfläche, vorzugsweise für eine Bedruckung oder dgl. nutzbar ist.Barrier layer according to claim 7 , characterized in that the barrier layer remaining on the cast workpiece can be used as a primer for a subsequent coating of the surface, preferably for printing or the like.

Barriereschicht gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem Inneren der Form (2) des Silikonwerkzeugs (1) abgelagerte Polymer (4) transparent oder in einer Farbe ausgebildet ist, die der Farbe des gegossenen Werkstücks entspricht.Barrier layer according to any one of the preceding claims, characterized in that the polymer (4) deposited on the inside of the mold (2) of the silicone tool (1) is transparent or of a color corresponding to the color of the molded part.

Applikationsverfahren für eine Barriereschicht zur Vermeidung der Alterung von Silikonwerkzeugen (1) beim Vakuumgießen, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht aus einer Lösung eines Polymers (4) in einem Lösungsmittel gebildet wird, die in vernebelter Form vor jedem Abguss in das Innere des Silikonwerkzeugs (1) eingebracht wird und sich dort auf den Innenwandungen (2) des Silikonwerkzeugs (1) ablagert, und anschließend das Lösungsmittel aus der abgelagerten Schicht der Polymerlösung derart entfernt wird, dass die Innenwandungen (2) des Silikonwerkzeugs (1) weitgehend flächendeckend durch die zurückbleibende Barriereschicht gegenüber der Diffusion von für das Silikon schädlichen Stoffen aus dem Gießmaterial, vorzugsweise gegen Isocyanat, abgedeckt werden.Application method for a barrier layer to prevent the aging of silicone tools (1) during vacuum casting, characterized in that the barrier layer is formed from a solution of a polymer (4) in a solvent, which is sprayed into the interior of the silicone tool (1 ) is introduced and is deposited there on the inner walls (2) of the silicone tool (1), and then the solvent is removed from the deposited layer of the polymer solution in such a way that the inner walls (2) of the silicone tool (1) are largely covered by the remaining barrier layer must be covered against the diffusion of harmful substances for the silicone from the casting material, preferably against isocyanate.

Applikationsverfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bariiereschicht mit dem gegossenen Werkstück von der Innenfläche (2) des Silikonwerkzeugs (1) entfernt wird, vorzugsweise an dem gegossenen Werkstück haftet.Application procedure according to claim 10 , characterized in that the barrier layer is removed with the cast work piece from the inner surface (2) of the silicone tool (1), preferably adhering to the cast work piece.

Applikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymer ein homo- oder copolymeres Polyamid oder eine Mischung des selbigen mit anderen Polymeren genutzt wird.Application method according to one of Claims 10 or 11 , characterized in that a homo- or copolymeric polyamide or a mixture of the same with other polymers is used as the polymer.

Applikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel, vorzugsweise Alkohol, insbesondere Ethanol oder dgl., Wasser oder andere niedrigviskose Lösungsmittel benutzt werden.Application method according to one of Claims 10 until 12 , characterized in that an organic solvent, preferably alcohol, in particular ethanol or the like., Water or other low-viscosity solvents are used as the solvent.

Applikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel das Silikon des Silikonwerkzeugs (1) nicht angreift und die Vernetzung des Gießmaterials nicht behindert.Application method according to one of Claims 10 until 13 , characterized in that the solvent does not attack the silicone of the silicone tool (1) and does not impede the cross-linking of the casting material.

Applikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung des Polymers (4) mittels Sprühverfahren, vorzugsweise mittels Spraycoating, ähnlich einem Trennmittel auf die innere Oberfläche des Silikonwerkzeugs (1) aufgesprüht wird.Application method according to one of Claims 10 until 14 , characterized in that the solution of the polymer (4) is sprayed onto the inner surface of the silicone tool (1) by means of a spraying process, preferably by means of spray coating, similar to a release agent.

Applikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung des Polymers (4) mittels Überdruck oder Unterdruck oder Vakuum vernebelt und in das Innere des Silikonwerkzeugs (1) eingebracht wird.Application method according to one of Claims 10 until 14 , characterized in that the solution of the polymer (4) is nebulized by means of excess pressure or negative pressure or vacuum and is introduced into the interior of the silicone tool (1).

Applikationsverfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung des Polymers (4) mittels einer Venturi-Düse (6) und des in dem Inneren des Silikonwerkzeugs (1) vorliegenden Unterdrucks oder Vakuums in das Innere des Silikonwerkzeugs (1) eingesaugt und dabei vernebelt wird.Application procedure according to Claim 16 , characterized in that the solution of the polymer (4) is sucked into the interior of the silicone tool (1) by means of a Venturi nozzle (6) and the negative pressure or vacuum present in the interior of the silicone tool (1) and is thereby nebulized.

Applikationsverfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturi-Düse (6) nach dem Aufbau des Unterdrucks oder Vakuums in dem Inneren des Silikonwerkzeugs (1) geöffnet und dadurch die Lösung des Polymers (4), vorzugsweise aus einem Vorratsbehälter (5), angesaugt und in das Innere des Silikonwerkzeugs (1) vernebelt wird.Application procedure according to Claim 17 , characterized in that the Venturi nozzle (6) is opened after the negative pressure or vacuum has built up in the interior of the silicone tool (1) and the solution of the polymer (4) is thereby sucked in, preferably from a storage container (5), and fed into the Interior of the silicone tool (1) is nebulized.

Applikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonwerkzeug (1) nach dem Einbringen der vernebelten Lösung des Polymers (4) das Innere des Silikonwerkzeugs (1) erwärmt und das Lösungsmittel dadurch aus dem Silikonwerkzeug (1) entfernt wird.Application method according to one of Claims 10 until 18 , characterized in that the silicone tool (1) after the introduction of the nebulized solution of the polymer (4) the interior of the silicone tool (1) is heated and the solvent is thereby removed from the silicone tool (1).

Applikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonwerkzeug (1) nach dem Einbringen der vernebelten Lösung des Polymers (4) in das Silikonwerkzeug (1) erneut evakuiert und das Lösungsmittel dadurch aus dem Silikonwerkzeug (1) entfernt wird.Application method according to one of Claims 10 until 19 , characterized in that the silicone tool (1) is evacuated again after the introduction of the nebulized solution of the polymer (4) into the silicone tool (1) and the solvent is thereby removed from the silicone tool (1).

Applikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Lösungsmittel befreite Polymer eine homogene Beschichtung auf der inneren Oberfläche des Silikonwerkzeugs (1) bildet.Application method according to one of Claims 10 until 20 , characterized in that the polymer freed from the solvent forms a homogeneous coating on the inner surface of the silicone tool (1).