Reibungsreduzierung von Silikonelastomeren mittels VUV-Strahlung

Silikonelastomere begegnen uns täglich in einer großen Zahl von Anwendungen. Die vorteilhaften Eigenschaften werden allerdings von einer unangenehmen Haptik, hohen Reibwerten und einer hohen Schmutzanfälligkeit der Silikone begleitet. Hohe Reibwerte bedingen schlechte Gleiteigenschaften und führen zu Materialverschleiß. Nach dem Stand der Technik werden die Eigenschaften der Silikonoberflächen über eine Gasphasenfluorierung oder eine zusätzliche Beschichtung verändert, wobei es zum Einbau von Fremdatomen kommt oder die vorteilhaften Eigenschaften des Silikons maskiert werden. Als neuartiger Ansatz wird demonstriert, dass Silikonmaterialien sich auch durch die Bestrahlung mit Vakuum-Ultraviolett (VUV)-Licht in ihrem Eigenschaftsspektrum modifizieren lassen. Durch Bestrahlung mit kurzwelligem Licht unterhalb von 200 nm bei Raumtemperatur und Luftatmosphäre lässt sich oberflächennah eine anorganische SiOx-Schicht erzeugen. Charakteristisch im Vergleich zu anderen physikalischen Methoden ist die strahlungsinduzierte Modifikationstiefe, welche mehrere Mikrometer betragen kann. Oberflächeneigenschaften wie Reibung und Verschleiß, aber auch Haptik und Staubsensitivität können gezielt verändert werden, während die Bulkeigenschaften erhalten bleiben. Einerseits wurde der Effekt der Reibungsreduzierung durch die Bestimmung von Abrutschwinkeln auf verschiedenen Materialien bewertet. Während das unbehandelte Silikon auch bei einem Winkel von 90° noch haftete, konnte durch die VUV-Modifikation eine signifikante Verbesserung auf Abrutschwinkel bis zu 20° erzielt werden. Der Effekt blieb auch nach Alterungsversuchen (Klimawechseltest, Ofenauslagerung, Beständigkeit gegenüber Desinfektionsmittel) erhalten. Andererseits wurden tribologische Messungen an einem Universal Material Tester (UMT3) System durchgeführt. Neben dem standardmäßigen Versuchsaufbau mit oszillierender Ball-on-Plate Kontaktgeometrie wurde der Versuchsaufbau für die im Projekt behandelten Silikonprodukte anwendungsorientiert modifiziert. Dabei konnte gegen einen mit Stoff bespannten Gegenkörper eine Verringerung des Reibungskoeffizienten von 0,9 für das unbehandelte Silikon auf 0,2 für VUV-modifiziertes Silikon erreicht werden. Die Reibwerte der VUV-modifizierten Proben lagen auch unterhalb der Werte für eine CVD-Beschichtung (0,4-0,6), welche als Referenz verwendet wurde. Im Gegensatz zu CVD-beschichteten Proben war bei den VUV-behandelten Proben kein Verschleiß sichtbar. Die Technologie zur VUV-Modifizierung von Silikonen des Fraunhofer IFAM ist unter dem Namen SilMoLight® bekannt.