Silikone für die Luft- und Raumfahrt: Auswahlleitfaden für Avionik, Verteidigung und Raumfahrt

1. Warum Silikone für Baugruppen in der Luft- und Raumfahrt gewählt werden
1.1 Was Spannungsentlastung in der Konstruktion bedeutet
1.2 Was sind Silikonlösungen?

2. Wo Silikone in Flugzeugen und Drohnen typischerweise zum Einsatz kommen
2.1 Abdichtung und Reparatur im Bereich von Kraftstoffsystemen
2.2 Lösungsmittel- und Kraftstoffbeständigkeit für Systeme und Tanks
2.3 Verklebung und Wärmeleitpfade in Leistungs- und Umwandlungsmodulen

3. Verteidigung: Schutz unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen
3.1 Wie Beschichtungen, Gele und Vergussmassen Elektronik schützen

4. Avionik, Displays und Beleuchtung: optische Klarheit, Wärmemanagement und EMI-Abschirmung
4.1 Optisch klare Materialien zum Verkleben und zur optischen Kopplung
4.2 Wärmeleitmaterialien zur Kühlung von Elektronik
4.3 Elektrisch leitfähige Materialien für die EMI-Abschirmung

5. Raumfahrzeuge und Satelliten: kontrollierte Flüchtigkeit und geringe Ausgasung
5.1 Produktempfehlungen für raumfahrttaugliche Abdichtungs- und Vergussanwendungen

6. Verarbeitungsoptionen: Aushärtungssysteme und ihre Bedeutung

7. Oberflächenvorbereitung: Primer zur Unterstützung der Haftung

8. Werkstoffe als Bestandteil der Zuverlässigkeitsstrategie

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ) zu Dow Silikonen für die Luft- und Raumfahrt

Silikonwerkstoffe gelten als ozonbeständig und sind über weite Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche hinweg von Natur aus stabil. Ihr nutzbarer Temperaturbereich reicht von −115 °C bis +260 °C. Darüber hinaus bieten sie eine hohe Spannungsentlastung bei einem typischen Elastizitätsmodul von 0,01 bis 10 MPa.

In der Praxis ist diese Kombination besonders vorteilhaft, wenn unterschiedliche Werkstoffe miteinander verbunden werden, dauerhaft Vibrationen auftreten oder unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten andernfalls zu Ermüdungserscheinungen an den Grenzflächen führen könnten.

1.1 Was Spannungsentlastung in der Konstruktion bedeutet

Spannungsentlastende Silikonwerkstoffe ermöglichen eine höhere Toleranz gegenüber:

• Temperaturwechselbeanspruchungen bei Baugruppen aus unterschiedlichen Werkstoffen
• Vibrationen und mechanischen Stößen, die auf Verbindungen übertragen werden
• lokalen mechanischen Beanspruchungen im Bereich empfindlicher Bauteile, Steckverbinder und Lötstellen

Darüber hinaus ermöglichen sie robustere Abdichtungs- und Klebekonzepte, bei denen eine Verbindung dauerhaft nachgiebig bzw. flexibel bleiben soll, anstatt mit der Zeit zu verspröden.

1.2 Was sind Silikonlösungen?

Die Lösungen lassen sich in mehrere Produktfamilien gliedern, die jeweils auf bestimmte technische Funktionen ausgerichtet sind:

• Klebstoffe, Dichtstoffe und Schäume: Sie können organische Werkstoffe unter anspruchsvollen Bedingungen übertreffen, bleiben über weite Temperaturbereiche flexibel, haften zuverlässig auf einer Vielzahl von Substraten und unterstützen Leichtbau- und Abdichtungskonzepte.
• Beschichtungen, Gele und Vergussmassen: Sie schützen vor Feuchtigkeit, Schmutz, Stößen, Vibrationen und Wärmeeinwirkung und bieten gleichzeitig Spannungsentlastung, Dimensionsstabilität und geringe Schrumpfung.
• Flüssigsilikonkautschuke (LSR): Sie zeichnen sich durch eine einfache Verarbeitung, gute mechanische Eigenschaften sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen und Alterung aus.
• Optisch klare Materialien: Sie sind für hohe Leistungsfähigkeit unter anspruchsvollen Bedingungen ausgelegt. Das Spektrum reicht von dosierbaren bis zu formbaren Materialien und ermöglicht damit eine hohe Designflexibilität für Beleuchtung, Elektronik und Displays.
• Wärmeleitende und elektrisch leitfähige Materialien: Sie dienen dem Wärmemanagement und der Spaltfüllung, stehen mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten zur Verfügung und ermöglichen in elektrisch leitfähigen Ausführungen eine wirksame EMI-Abschirmung.

Bei Silikonen für die Luft- und Raumfahrt geht es somit weniger um einen einzelnen Produkttyp als vielmehr darum, für die jeweilige Aufgabe die geeignete Silikonlösung auszuwählen – beispielsweise Dichtstoff, Klebstoff, Beschichtung, Gel, Vergussmasse, Wärmeleitmaterial oder elektrisch leitfähiges Material.

Starrflügelflugzeuge, Drehflügler und unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) benötigen Lösungen zum Abdichten, strukturellen bzw. klebtechnischen Verbinden, Wärmemanagement sowie zum Schutz vor elektromagnetischen Störungen (EMI).

Unabhängig davon, ob ein Luftfahrzeug mit Kraftstoff oder elektrisch über Batterien betrieben wird, müssen die eingesetzten Materialien dazu beitragen, konstruktive Herausforderungen zu lösen und gleichzeitig hohe Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.

2.1 Abdichtung und Reparatur im Bereich von Kraftstoffsystemen

Dow bietet Dichtstoffe und Schäume für Anwendungen im Innen- und Außenbereich an. Dazu gehört auch der Einsatz als Dichtungen für Kompressoren, Getriebe und Pumpen.

In diesen Bereichen können Vibrationen, Wärme und der Kontakt mit Flüssigkeiten gleichzeitig auftreten. Eine flexible bzw. nachgiebige Abdichtung kann dazu beitragen, das jeweilige System zu schützen.

Produktempfehlungen für Abdichtungs- und allgemeine Klebeanwendungen

Zu den Dicht- und Klebstoffen, die für Flugzeugbaugruppen in Betracht kommen, gehören:

• DOWSIL™ 732 Mehrzweck-Dichtstoff: flexibel von −60 °C bis +180 °C, kurzzeitig bis +205 °C, für vielfältige Abdichtungsanwendungen.
• DOWSIL™ 3145 RTV MIL-A-46146 Kleb-/Dichtstoff: standfest, mit hoher Zugfestigkeit und schneller Aushärtung im Fertigungsprozess; die Aushärtung kann optional durch Wärme beschleunigt werden.
• DOWSIL™ 7092 Kleb- und Dichtstoff mit hoher Anfangsfestigkeit: bietet eine hohe unmittelbare Anfangsfestigkeit und Haftung auf einer Vielzahl von Substraten.

Diese Beispiele zeigen, dass Silikone für die Luft- und Raumfahrt nicht nur anhand ihrer späteren Gebrauchseigenschaften, sondern auch anhand ihres Verhaltens während der Verarbeitung und Montage ausgewählt werden können.

2.2 Lösungsmittel- und Kraftstoffbeständigkeit für Systeme und Tanks

Dow bietet außerdem lösungsmittelbeständige Fluorsilikon-Dichtstoffe an. Diese unterstützen die Montage und Reparatur von Kraftstoffsystemen und Tanks, bei denen die chemische Beständigkeit eine wesentliche Anforderung darstellt.

Produktempfehlung für Lösungsmittelbeständigkeit

• DOWSIL™ 730 FS lösungsmittelbeständiger Dichtstoff: stabiler und flexibler Fluorsilikon-Kleb-/Dichtstoff mit einem Temperaturbereich von –65 °C bis +260 °C, der seine Eigenschaften auch bei Kontakt mit Kraftstoffen, Ölen und Lösungsmitteln beibehält.

2.3 Verklebung und Wärmeleitpfade in Leistungs- und Umwandlungsmodulen

Silikone kommen in Getriebe-, Leistungs- und Umwandlungsmodulen unter anderem zum Verkleben von Substraten mit Kühlkörpern, zum Verkleben von IC-Substraten, zur Befestigung von Kühlkörpern sowie zum Verkleben von Deckeln, Gehäusen und Grundplatten zum Einsatz.

An solchen Grenzflächen müssen eine zuverlässige Wärmeübertragung und eine ausreichende mechanische Nachgiebigkeit miteinander in Einklang gebracht werden.

Für stärker elektrifizierte Flugzeuge bietet Dow außerdem Wärmemanagementlösungen für Batterien und Batteriesysteme an. Mit zunehmender Elektrifizierung steigt die thermische Leistungsdichte. Silikone für die Luft- und Raumfahrt werden daher zunehmend als Bestandteil der thermischen Auslegung betrachtet und nicht lediglich als Hilfsmittel für die Montage.

Dow unterstützt Anwendungen im Verteidigungsbereich bei Einsätzen zu Land, zu Wasser und in der Luft, bei denen Geräte beispielsweise Wüstenhitze, arktischer Kälte oder starkem Regen ausgesetzt sind.

Beschichtungen, Gele und Vergussmassen können Stößen und mechanischen Belastungen widerstehen, Vibrationen dämpfen und flammhemmende Eigenschaften bieten. Viele Produkte sind zudem nach militärischen Spezifikationen geprüft und verfügen über UL-Zulassungen.

3.1 Wie Beschichtungen, Gele und Vergussmassen Elektronik schützen

Bei Elektronik für Verteidigungsanwendungen besteht die Belastung in der Regel nicht aus einem einzelnen Einflussfaktor. Vielmehr wirken häufig Feuchtigkeit, Verunreinigungen, mechanische Stöße, dauerhafte Vibrationen und Wärmeeinwirkung zusammen.

Schutzbeschichtungen (Conformal Coatings), Gele und Vergussmassen von Dow sind darauf ausgelegt, diesen kombinierten Belastungen entgegenzuwirken. Dabei stehen Materialien zur Verfügung, die Spannungsentlastung und langfristige Stabilität unterstützen.

Referenzen für Schutzbeschichtungen

Das Produktsortiment umfasst verschiedene Schutzbeschichtungen mit Referenzen auf IPC-CC-830 und MIL-I-46058 sowie mehrere UL-94-Klassifizierungen bei den aufgeführten Beschichtungsprodukten.

Dies ist einer der Gründe, warum Silikone für die Luft- und Raumfahrt häufig für robuste Elektronik eingesetzt werden: Sie ermöglichen einen nachgiebigen Schutz, der auf die realen Belastungs- und Ausfallmechanismen elektronischer Baugruppen abgestimmt werden kann.

Avionik- und Cockpitsysteme müssen Piloten zuverlässig Informationen beispielsweise zu Kraftstoffstand, Flugverkehr und Flugsteuerung bereitstellen. Gleichzeitig gewinnen Flugschreiber und Kollisionsvermeidungssysteme mit zunehmendem Flugverkehr weiter an Bedeutung.

Für diese Anforderungen bietet Dow robuste Lösungen für Displays und Beleuchtung sowie wärmeleitende Materialien zur Wärmeableitung und elektrisch leitfähige Materialien zur EMI-Abschirmung.

4.1 Optisch klare Materialien zum Verkleben und zur optischen Kopplung

Dow bietet optisch klare Materialien, die extremen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen standhalten und unter anderem für Flugdisplays sowie Instrumenten- und Kabinenbeleuchtung eingesetzt werden.

Produktempfehlungen für optische Kopplung und Displayverklebung

• DOWSIL™ EG-1200 Gel: hochtransparent, schnell aushärtend und fließfähig, mit hoher Oberflächenhaftung zur Kopplung verschiedener Oberflächen. Es kann als flüssiges, optisch klares Kopplungsmaterial für Displays und Beleuchtungsanwendungen eingesetzt werden.
• DOWSIL™ MS-1002 formbares Silikon: optisch klar, alterungsbeständig und für die Herstellung fein strukturierter optischer Bauteile geeignet.
• DOWSIL™ VE-XXXX UV: transparentes UV-härtendes Harz mit niedrigem Elastizitätsmodul und geringer Schrumpfung für flüssigkeitsbasierte Verklebungen. Es wurde zum Verkleben von Display-Deckglas bzw. Kunststoff und Touchpanels mit LCD-/OLED-Modulen entwickelt.

In der Avionik tragen optisch klare Silikonmaterialien für die Luft- und Raumfahrt dazu bei, eine gleichbleibende optische Leistung zu ermöglichen und gleichzeitig die erforderliche mechanische Nachgiebigkeit bei betriebsbedingten Temperaturänderungen zu gewährleisten.

4.2 Wärmeleitmaterialien zur Kühlung von Elektronik

Dow bietet wärmeleitende Materialien für zuverlässige Kühllösungen in Elektronik, Modulen und Baugruppen.

Produktempfehlungen für das Wärmemanagement

• DOWSIL™ 1-4173 wärmeleitender Klebstoff: Wärmeleitfähigkeit 1,8 W/m·K, fließfähig, mit hoher Zugfestigkeit und ohne zugesetzte Lösungsmittel.
• DOWSIL™ TC-2035 Klebstoff: Wärmeleitfähigkeit 3,3 W/m·K, wärmehärtend und mit stabiler Leistung bei hohen Temperaturen bis +200 °C.
• DOWSIL™ TC-4515 thermischer Gap Filler: Wärmeleitfähigkeit 1,8 W/m·K, bleibt vor und nach der Aushärtung auch an vertikalen Flächen in Position und ist nach der Aushärtung weich und komprimierbar.
• DOWSIL™ TC-4535 CV wärmeleitender Gap Filler: Wärmeleitfähigkeit 3,5 W/m·K und kontrollierte Flüchtigkeit.

Wenn Wärme eine kritische Randbedingung darstellt, ziehen Ingenieure solche Silikone für die Luft- und Raumfahrt in Betracht, um Spalten zu schließen, den thermischen Kontakt zu verbessern und gleichzeitig die mechanische Nachgiebigkeit zu erhalten.

4.3 Elektrisch leitfähige Materialien für die EMI-Abschirmung

Dow bietet elektrisch leitfähige Materialien, die eine hohe Abschirmwirkung gegen elektromagnetische Störungen über einen breiten Frequenzbereich ermöglichen.

Produktempfehlung für die EMI-Abschirmung

• DOWSIL™ EC-6601 elektrisch leitfähiger Kleb-/Dichtstoff: für die EMI-Abschirmung über einen breiten Frequenzbereich. Das Material kann als Klebstoff oder als direkt applizierte Form-in-Place-Dichtung eingesetzt werden, haftet auf einer Vielzahl von Substraten und bietet eine hohe Dehnung für flexible Verbindungen.

Dies zeigt, dass Silikone in der Luft- und Raumfahrt nicht nur zum Verbinden von Bauteilen eingesetzt werden, sondern auch unmittelbar zur funktionalen Leistungsfähigkeit eines Systems beitragen können.

Raumfahrzeuge und Satelliten arbeiten im Hochvakuum. Dort können Ausgasungen elektronische Systeme, optische Geräte und thermische Radiatoren beeinträchtigen. Flüchtige Bestandteile können zudem auf Kameralinsen kondensieren.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, bietet Dow raumfahrttaugliche Silikone an, die die NASA-Anforderungen an eine geringe Ausgasung im thermischen Vakuum erfüllen und über einen weiten Temperaturbereich physikalische und elektrische Stabilität bieten.

Dow bietet außerdem Dichtstoffe mit kontrollierter Flüchtigkeit mit einem geringen Anteil kondensierbarer flüchtiger Bestandteile (CVCM) und hoher Dehnfähigkeit zur Spannungsentlastung gemäß ASTM E595 an.

5.1 Produktempfehlungen für raumfahrttaugliche Abdichtungs- und Vergussanwendungen

• DOWSIL™ 6-1104 Dichtstoff mit kontrollierter Flüchtigkeit und DOWSIL™ 6-1125 Dichtstoff mit kontrollierter Flüchtigkeit: extrudierbare, standfeste Materialien, die die NASA-Anforderungen an geringe Ausgasung erfüllen. Sie bieten eine gute Reparierbarkeit sowie Stabilität über unterschiedliche Frequenz-, Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche und unterstützen den Schutz vor Temperaturextremen, Feuchtigkeit, Strahlung, Thermoschock, atomarem Sauerstoff und mechanischen Vibrationen.
• DOWSIL™ 93-500 raumfahrttaugliche Vergussmasse (thixotrop): übertrifft die NASA-Anforderungen an geringe Ausgasung.

Bei Raumfahrtanwendungen beginnt die Auswahl geeigneter Silikone häufig mit den Anforderungen an Ausgasungsverhalten und kontrollierte Flüchtigkeit. Anschließend werden die geeignete Materialform – beispielsweise fließfähig oder thixotrop – und die Kompatibilität mit dem Fertigungsprozess berücksichtigt.

Die Produkttabellen von Dow führen verschiedene Aushärtungssysteme auf, darunter einkomponentige Kondensationsvernetzung, zweikomponentige Additionsvernetzung, zweikomponentige Kondensationsvernetzung und UV-Härtung.

Die Auswahl des Aushärtungssystems beeinflusst unter anderem die Dosiermethode, die Verarbeitungszeit, den möglichen Einsatz von Wärme oder UV-Licht im Fertigungsprozess sowie das Verhalten des Materials während der Verarbeitung.

Aus diesem Grund ist die Auswahl geeigneter Silikone für Luft- und Raumfahrtanwendungen häufig eine gemeinsame Entscheidung von Konstruktions- und Fertigungsingenieuren.

Wenn eine Oberflächenvorbereitung erforderlich ist, werden drei Primer empfohlen:

• DOWSIL™ 1200 OS Primer: verbessert die Haftung von RTV- und wärmehärtenden Silikonen auf Metallen, Keramik, Glas, Holz, Mauerwerk und technischen Kunststoffen.
• DOWSIL™ 92-023 Primer: für additionsvernetzende Silikone formuliert, um eine Inhibierung der Aushärtung durch problematische Oberflächen zu reduzieren; empfohlen für FR4, die meisten Metalle und Keramiken.
• DOWSIL™ 1204 Primer: verbessert die Haftung auf den meisten Metallen, Keramiken und Kunststoffen, insbesondere bei RTV-härtenden Silikonen.

Primer können entscheidend dazu beitragen, dass Silikone für die Luft- und Raumfahrt auf unterschiedlichen Substraten und trotz fertigungsbedingter Schwankungen eine gleichbleibende Leistung erzielen.

In Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Avionik sind Werkstoffe ein integraler Bestandteil des Gesamtsystems. Die richtige Auswahl von Silikonen bedeutet, die jeweilige Funktion – Abdichten, Verkleben, Schützen, Wärme ableiten, elektromagnetische Störungen abschirmen oder optisch koppeln – mit der geeigneten Silikonlösung abzustimmen.

Anschließend müssen das Aushärtungssystem und die Oberflächenvorbereitung auf den jeweiligen Fertigungsprozess abgestimmt werden.

Das Produktspektrum umfasst Klebstoffe, Dichtstoffe, Schäume, Beschichtungen, Gele, Vergussmassen, optisch klare Materialien, Wärmeleitmaterialien und elektrisch leitfähige Lösungen.

Dow bietet darüber hinaus fortschrittliche Materiallösungen für zahlreiche Branchen, darunter Energie, Elektronik, Transport und Textilien sowie Luft- und Raumfahrt und Verteidigung.

Als Lieferant für die Luft- und Raumfahrt ist tewipack seit Dezember 2022 nach EN 9120:2018 zertifiziert. Die branchenspezifische Qualitätsmanagementnorm ergänzt die Anforderungen der ISO 9001 und unterstreicht unseren hohen Qualitätsanspruch bei der Bereitstellung von Produkten und Lösungen für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.

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