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Donnerstag, 02. 02 2023

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Giesstechnik

Mit kalt härtenden Gießmassen
zu robuster Qualität

Fixieren des Urmodells/Originals/Prototyps
In einem vorbereiteten Gießkasten/Gießrahmen wird das abzuformende Objekt so zuverlässig befestigt, dass es während und nach dem Gießvorgang exakt in Position gehalten werden kann. Insbesondere darf dieses Urmodell keinesfalls aufschwimmen oder sich während der Befüllung unkontrolliert bewegen können, solange der Pegel der flüssigen Formmasse im Gießkasten steigt und sich langsam verfestigt.

Am Boden des Gießkastens fest fixierte Prototypen müssen an ihrem Rand abgedichtet sein, um ein Austreten von Luft zu vermeiden, die sich ggf. unter diesem Körper befindet. Dort aufsteigende Luftblasen steigen beim Entweichen entlang der Kante langsam auf und hinterlassen Lufteinschlüsse im Gießmaterial. Eine funktionierende Abdichtung verhindert auch ein Unterlaufen der Form mit dem flüssigen Gießgummi.

Der Gießvorgang
Nach der Zubereitung der beiden Komponenten A + B im vorgeschriebenen Mischungsverhältnis wird das flüssig aufbereitete Gießgummi sorgsam und stetig auf den tiefsten Punkt der plan und eben ausgerichteten Gießform gegossen.

Beim Gießen sollen durch einen gleichmäßigen dünnen Strahl möglichst wenige Luftporen generiert werden. Bei Verwendung eines Statik-Mischers kann der Mischkopf in die bereits in der Gießbox befindliche Gießmasse hineingehalten werden, um eine Porenbildung gänzlich zu vermeiden.

Bei komplexen Prototypen ist darauf zu achten, dass Hinter- und Unterschnitte durch Schwenken und Rotieren der Form mit Material gefüllt, und ggf. darin befindliche Luft so ausgetrieben wird. Eventuell ist mit einem Pinsel oder Löffel die Gießmasse in langsamer, fließender Bewegung durch solche Bereiche zu führen.

Die Vorbereitung
Gegossene Silikone können in den meisten Fällen, bzw. von den meisten Materialien, auf die sie gegossen werden, ausgesprochen leicht gelöst werden. Bei einer ausreichend homogenen Vermischung der beiden flüssigen Komponenten sind erhärtete Silikonformen mit ihren selbst trennenden Eigenschaften leicht herzustellen, einfach zu verwenden, sowie problemlos zu reinigen und zu pflegen.

Bei flüssigem Polyurethan sind bei der Vorbereitung des Originals und aller zu belegenden Flächen im Vorfeld des Gießvorgangs einige Dinge zu beachten. Besonders wichtig ist zunächst die sorgfältige Präparation aller zu benetzenden Flächen mit einem geeigneten Trennmittel, bei stark saugenden, insbesondere bei porösen Oberflächen ist eine rechtzeitig aufgebrachte, klebfreie Versiegelung überaus sinnvoll.

Eine solche Barriere ist vor der Belegung noch mindestens einmal mit Trennwachs oder Trennmittel zu versehen und nach dem vollständigen Ablüften mit einem trockenen Tuch zu polieren. Je nach Anwendungsgebiet, der Ausstattung und Ausrüstung von Betrieb oder Werkstatt sowie den abzuformenden Objekten bietet sich das eine oder andere Verfahren und Material zur Herstellung von Formen oder Modellen an.

Das Mischen der beiden Komponenten A + B kann manuell mit einem Rührstab im Rührgefäß erfolgen, indem alle erforderlichen Bestandteile und Additive  abgewogen und zusammengeführt wurden. Eine andere Variante des „manuellen“ Mischens erfolgt durch Pumpen der beiden Komponenten aus Doppelkartuschen in und durch einen Statik Mischer.

Die 2K-Kartuschen werden in eine Halterung eingelegt und durch Handbetrieb bzw. pneumatische Förderung in den Statik-Mischer gedrückt, der sie zuverlässig, sauber sowie porenfrei aufbereitet. Diese bequeme und saubere Zubereitung kleiner bis mittelgroßer Mengen kann sofort auf den gewünschten Bereich in die Gießbox, auf das Modell oder die Vorlage gegossen werden.

Die beschriebene  2K-Kartuschen-Technik kann auch, wie unter Injektionsverfahren beschrieben, als eine simple Variante der vorgenannten Technik über einen Schlauch zur Befüllung offener oder geschlossener Gießrahmen und -boxen verwendet werden.


Materialwahl
Drei der wichtigsten Kriterien, Shorehärte, Viskosität und Verarbeitungszeit, auch als Topfzeit bezeichnet, sind für die Auswahl von entscheidender Bedeutung. Zunächst ist ein Material zu wählen, dass u. a. Ihrer Erfahrung, Ihren Fähigkeiten, Präferenzen und den in Ihrem Umfeld vorhandenen Möglichkeiten, z. B. Räumlichkeiten, Geräten, Werkzeugen usw. entspricht.

Für die Verarbeitung im Gießverfahren scheint die Shorehärte zunächst die wenigste Bedeutung zu haben, beeinflusst sie doch nicht die Verarbeitbarkeit des Materials bezüglich Mischen und Befüllen. Die Materialhärte und –festigkeit erhärteter Objekte  – und deren Eigenschaften bei der späteren Belegung interessieren in erster Linie hinsichtlich der späteren Verwendung.

Formen aus einem elastischen Material mit hoher Shore A Härte sind steif, hart und fest, sie benötigen oft keine oder nur sehr simple Stützformen. Im Gegensatz zu Material mit geringem Shore A Wert weisen eine vergleichsweise geringe Dehnung und wenig Nachgiebigkeit auf, sie scheinen eher flexibel als elastisch. Selbst für wenig hinterschnittene Objekte sind sie in den meisten Fällen zu hart und unflexibel, weil sie beim Entformen kaum nachgeben.

Dafür sind sie bei einfachen Gebilden ohne Hinterschneidungen, flachen Texturen und konisch ausgebildeten Strukturen fast selbst entschalend. Stoß-, Schlag- und Zugbelastung macht ihnen fast ebenso wenig aus wie die unbeabsichtigte Behandlung mit Spachtel und scharfen Gegenständen. Allgemein gilt. je höher die Shore-Härte, desto besser der Abriebwert und: Je höher die Shore-Härte und je besser der Abriebwert ist, desto niedriger ist der Reibbeiwert, es gleitet also umso besser aus, bzw. von der Form, je höher der Shore A Wert ist.

Niedrige Shorehärten werden bevorzugt für Formen mit starken oder vielen Hinterschneidungen ausgewählt. Ihr Einsatz ist abhängig von Anzahl, Anordnung und Dicke-/Längenverhältnissen der Gebilde, die dupliziert werden sollen, dafür ist ein weich-elastisches Material besser geeignet. Eine Form mit geringer Shorehärte und wenig Masse benötigt allerdings weit eher eine Stützform als eine mit hoher Shore A Bezeichnung, bei dünnen Formenwandungen (Materialeinsparung) kann kaum darauf verzichtet werden.

Formen mit niedriger Shorehärte sind bei der Entschalung darin gegossener Objekte relativ leicht zu dehnen, zu winden und zu drücken, sofern die Dimensionen nicht zu dick angelegt sind und die elastische Form daher zu unflexibel geraten ist. Formen mit geringer Shorehärte sind mit vergleichsweise wenig Kraftaufwand von den Flächen der darin befindlichen Objekte zu schälen, haften aber beim Schieben und Gleiten durch eine relativ hohe Adhäsion gerne aneinander.

Die Viskosität ist bei unseren Silikon- und Polyurethankomponenten ein Maß für die Zähflüssigkeit einer Flüssigkeit. Je größer die Viskosität, desto dickflüssiger (weniger fließfähig) ist das flüssige Material; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (und fließfähiger) ist es bei der Verarbeitung.

Der Wert beschreibt also, ob eine liquide Substanz dick- oder dünnflüssig ist. Die Konsistenz wird in cP (centiPoise) oder mPa•s gemessen und beschrieben Wie wichtig die Viskosität ist, erleben Sie spätestens, wenn sich in der Gießbox ungewollt eine Öffnung befindet, oder sich irgendwo ein Spalt bildet. Bei einer sehr niedrigen Viskosität von beispielsweise nur 100 cP handelt es sich um eine Konsistenz, die der von Olivenöl nicht unähnlich ist.

Das aufgerührte Material findet schnell und unaufhaltsam seinen Weg und das mindestens solange, wie die Verarbeitungszeit des Gießmaterials noch andauert. Das Positive an einer niedrigen Viskosität ist, insbesondere bei einem Mischungsverhältnis von 1A:1B  die äußerst einfache Dosierung, das schnelle und einfache Aufbereiten auch großer Mischungsmengen, das rasche Giessen der Masse, das zügige Aufsteigen vorhandener Luftporen aus der Mischung zur Oberfläche, das perfekte Nivellieren des gegossenen Materials, allerdings nur, sofern die Topfzeit nicht überschritten wird.

Die Vorteile der gewählten Viskosität stehen also meist in Wechselwirkung zur Verarbeitungszeit des betreffenden Materials, nicht nur bei geringer Viskosität. Eine mittlere oder hohe Viskosität bedeutet einen geringfügig gesteigerten, aber doch spürbaren Kraftaufwand beim Aufrühren der beiden  dickflüssigeren Komponenten.

Das Material benötigt bei zunehmender Viskosität auch zunehmend mehr Zeit zum Gießen, es entlüftet langsamer, nivelliert beschaulicher und hält sich bei zunehmender Dauer des Gießvorgangs gerne länger an den Wänden des Rührtopfes als geplant, es will alles nicht so schnell vom Topf in den Gießrahmen, wo es hingehört… doch die Verarbeitungszeit schreitet zügig voran.

Sie sollten bei mittlerer oder hoher Viskosität des Silikons oder der Gießmasse aus Polyurethan eventuell eine längere Verarbeitungszeit des Materials in Betracht ziehen. Gerade bei ungewohnten Aufgaben oder unbekanntem Material ist das ein probates Mittel für geplanten Erfolg.

Für viele unserer Produkte können Sie hilfreiche Additive einsetzen, Sie sollten ggf. zu einem Verzögerer zum Verlängern der Topfzeit, einem Plastifizierer zur Reduktion der Viskosität oder, wenn es zu flüssig ist, sogar zu einem Thixotropiermittel zum Eindicken der Mischung greifen, damit Sie die Ruhe behalten können Unter Verarbeitungszeit, auch als Topfzeit bezeichnet, versteht man die Verarbeitbarkeitsdauer reaktiver Materialien, z. B. Kunstharze, Gips, Mörtel, Beton. Sie wird bisweilen auch „Gebrauchsdauer“ genannt.

Es ist also die Zeit zwischen dem Anmischen einer zwei- oder mehrkomponentigen Substanz und dem Ende ihrer Verarbeitbarkeit, sozusagen die Zeitspanne, in der sich die Substanz noch „aus dem Topf nehmen“ und verarbeiten lässt. Meist zeigt sich das Ende der Topfzeit durch deutlichen Viskositätsanstieg, der eine weitere Verarbeitung verhindert.

Die Topfzeit ist von den chemischen Eigenschaften der Substanz und von den Umweltbedingungen abhängig. So ist die Angabe der Topfzeit eines Stoffes (z. B. eines Klebstoffs) nur sinnvoll und aussagekräftig mit zusätzlicher Angabe der Menge, Durchmischung, Umgebungsklima (Temperatur und Feuchte) und Gefäßform. (Quelle: Wikipedia)

Wenn eine es dem Verarbeiter auf die eine oder andere Stunde bis zur erfolgreichen Entschalung der Form nicht so sehr ankommt, empfehlen wir ein Material mit möglichst langer Verarbeitungszeit, damit er nach dem Zusammengeben der Komponenten A+B stets reagieren kann und sich seiner Kontrolle entzieht.

Das Dosieren, Mischen und Gießen auf eine sorgfältig vorbereitete Unterlage mit gut abgedichtetem Rahmen oder in eine präparierte Gießbox mit dem darin fest fixierten Modell kann bei einer ausgedehnten Verarbeitungszeit ruhig und ohne Hast erfolgen.


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