PU- vs. Epoxidbeschichtungen für Silikonschaltmatten: Auswahl nach Biegung, Haptik, Reinigung und Oberflächenfinish

Sowohl PU als auch Epoxid können Silikonschaltmatten schützen oder dekorativ gestalten. Keine der beiden chemischen Stoffklassen ist jedoch automatisch die langlebigere Wahl. Das Ergebnis hängt von der konkreten Formulierung, der beschichteten Fläche, der Schichtdicke, der Vorbereitung der Silikonoberfläche, der Tastengeometrie, den Reinigungsmitteln, dem Verschleißpfad, den optischen Anforderungen und dem Aushärtungsprozess ab.

Vergleichen Sie bei einer Taste, die sich bei jeder Betätigung verformt, einen freigegebenen PU-Kandidaten mit einem freigegebenen Epoxidkandidaten unter denselben Bedingungen. Polyurethanformulierungen können ein breites Spektrum an Glanz, Flexibilität und Haptik abdecken. Auch Epoxidsysteme lassen sich durch ihre Formulierung oder durch Zähmodifizierung flexibel einstellen. Die Bezeichnung der Harzfamilie allein ist deshalb keine Lebensdauerklasse.1 2

1. Beschichtete Fläche und Ziel des Oberflächenfinishs festlegen

Legen Sie zunächst fest, welche Aufgabe die Oberflächenschicht erfüllen soll und wo sie aufgebracht wird. Übliche Ausführungen sind eine transparente Schutzdeckschicht über gedruckten oder lasergravierten Grafiken, eine pigmentierte Farbschicht, ein transparentes Finish über der gesamten Taste, eine lokale erhabene Harzschicht auf der Tastenoberseite oder ein Finish nur auf besonders stark beanspruchten Tasten.

Diese Ausführungen sind nicht gleichwertig. Eine dünne transparente Beschichtung über einer durch Laserabtrag freigelegten Beschriftung ist einem anderen Dehnungszustand ausgesetzt als eine dickere lokale Harzkuppel. Die Zeichnung sollte zeigen, ob die Beschichtung auf der ebenen Oberseite bleibt, über einen Radius verläuft, an der Seitenwand weitergeführt wird oder bis in die Nähe des geformten elastischen Schaltstegs reicht.

Unterscheiden Sie außerdem zwischen epoxidbeschichteten Tastenoberseiten und Kunststofftastenkappen. Epoxid bildet eine auf die Silikonoberfläche aufgebrachte und dort ausgehärtete Harzstruktur. Eine Kunststofftastenkappe ist dagegen ein separates Formteil mit eigenen Anforderungen an Befestigung, Passung, Werkzeuge und Lastpfad.

Informationen zur übergeordneten Tastaturarchitektur finden Sie auf der JASPER-Produktseite für kundenspezifische Silikonschaltmatten.

2. Oberflächenhaptik und Erscheinungsbild vergleichen

Beschreiben Sie das Finish anhand beobachtbarer Merkmale statt allein anhand des Harznamens:

• matt, seidenmatt oder glänzend;
• glatte, trockene, weiche oder reibungsarme Haptik;
• zulässiger Gleitwiderstand des Fingers oder zulässiger Haftgleiteffekt (Stick-Slip);
• Kantenhöhe einer lokalen Beschichtung auf der Tastenoberseite;
• Sichtbarkeit von Kratzern und Fingerabdrücken; und
• Erscheinungsbild bei Tag und bei Nacht.

PU-Beschichtungen lassen sich hinsichtlich Glanz, Flexibilität, Haptik und Haftung formulieren, einschließlich Soft-Touch-Oberflächen. Deshalb kommt PU häufig für flexible Oberflächen oder eine gezielt abgestimmte Haptik infrage. Daraus folgt nicht, dass beliebiges PU auf Silikonkautschuk haftet oder die Biege- und Reinigungsanforderungen einer Tastatur erfüllt.

Auch Epoxidsysteme unterscheiden sich. Die Härterauswahl kann Flexibilität, Haftung und Chemikalienbeständigkeit verändern; flexible Epoxidrezepturen sind möglich. Diese Formulierungsmöglichkeiten qualifizieren eine Beschichtung noch nicht für eine Tastatur. Sie zeigen, warum Epoxid nicht als eine einzige Härte- oder Haltbarkeitsstufe betrachtet werden darf.

Die entscheidende Frage lautet: Welche konkrete Formulierung erhält die freigegebene Haptik und das freigegebene Erscheinungsbild nach Biegung, Reinigung und Verschleiß?

3. Geometrie und Prozessverträglichkeit prüfen

Die flexible Geometrie prüfen, nicht nur einen ebenen Probekörper

Eine Silikontaste ist ein bewegliches Elastomerbauteil. Die Tastenoberseite kann sich verschieben, die Seitenwände biegen sich und der elastische Schaltsteg verformt sich wiederholt. Eine Beschichtung, die auf einer ebenen Platte standhält, kann an einem Radius dennoch reißen oder sich ablösen.

ASTM D522/D522M ist eine nützliche Referenz zur Flexibilität, da die Norm die Rissbildung haftender organischer Beschichtungen beim Biegen bewertet und auch kautschukartige Materialien in ihren Anwendungsbereich einschließt.3 Sie kann der Vorprüfung eines Beschichtungssystems dienen, ersetzt jedoch nicht die zyklische Prüfung der seriennahen Silikonschaltmatte.

Ebene Begleitproben können weiterhin bei der Messung von Glanz, Farbe oder Schichtdicke helfen. Verarbeiten Sie sie gemeinsam mit den geformten Tasten, damit die Probendaten nicht an die Stelle der Prüfung der tatsächlichen Geometrie treten.

Die Grenzfläche zwischen Silikon und Beschichtung kontrollieren

Ein aussagekräftiger Vergleich hält den gesamten Oberflächenschichtaufbau konstant, abgesehen vom gezielt zu vergleichenden Kandidatensystem. Dokumentieren Sie:

1. das geformte Silikon und seinen Aushärtungs-/Nachhärtungszustand;
2. die Reinigung und die Kontrolle von Verunreinigungen;
3. die Behandlung und/oder den Primer;
4. Farb- oder Maskierungsschichten;
5. die gedruckte oder durch Laserabtrag freigelegte Beschriftung;
6. die PU- oder Epoxidschutzschicht; und
7. die abschließende Aushärtung und Konditionierung.

Die Ausführung als lasergravierte Silikonschaltmatte sollte gemeinsam mit dem Schutzfinish bewertet werden. Werden beim Wechsel der Harzchemie zugleich Primer, Reinigung, Unterschicht oder Aushärtung geändert, lässt sich das Ergebnis nur schwer interpretieren.

Prüfen Sie außerdem die Aushärtungstemperatur, den Kontakt von Lösemitteln oder reaktiven Komponenten mit darunterliegenden Schichten, die Benetzung an lasergenerierten Kanten, Blasen, Materialansammlungen, Maskierungsränder sowie mögliche Auswirkungen auf transluzente oder lichtsperrende Schichten.

4. Eine Qualifikationsmatrix für PU und Epoxid unter gleichen Bedingungen verwenden

Die folgende Tabelle ist ein technischer Bewertungsrahmen und enthält keine Prüfdaten von JASPER. Sie geht von zwei projektspezifischen Kandidaten aus:

• PU-Kandidat: flexible aliphatische transparente PU-Deckbeschichtung.
• Epoxidkandidat: flexibles oder zähmodifiziertes transparentes Epoxidsystem.

Konkreter Produkttyp, Primer, Schichtdicke, Aushärtung und Annahmegrenzen sind noch zu bestätigen. Halten Sie vor der Prüfung Silikoncharge und -zustand, Vorbereitung, Primer, Unterschicht-/Beschriftungsaufbau, beschichtete Fläche, Konditionierung, Tastengeometrie, bestromte Baugruppe und Expositionsreihenfolge unter Kontrolle.

Ergebnisse sind nur vergleichbar, wenn auch die Prüfbedingungen vergleichbar sind. Erfordern die beiden Systeme unterschiedliche Primer oder Schichtdicken, dokumentieren Sie diese Unterschiede als Bestandteil der freigegebenen Ausführung, statt sie hinter den Bezeichnungen „PU“ und „Epoxid“ zu verbergen.

5. Verschleiß und Chemikalienexposition in einer aussagekräftigen Reihenfolge prüfen

Verwenden Sie eine Abfolge, die Wechselwirkungen erkennen lässt:

1. Ausgangsbewertung von Erscheinungsbild, Glanz, Haptik und Haftung sowie Prüfung im bestromten Zustand;
2. repräsentative Biegung oder Betätigung der Tasten;
3. realistische Reib- und Verschleißbeanspruchung;
4. Exposition gegenüber der deklarierten Flüssigkeit oder dem vorgesehenen Reinigungsmittel;
5. festgelegte Erholung und Konditionierung; und
6. erneute Prüfung von Erscheinungsbild, Optik, Haftung und mechanischem Verhalten.

IEC 60068-2-70 beschreibt ein genormtes Verfahren für den Abrieb von Markierungen und Beschriftungen durch Reiben mit Fingern und Händen, einschließlich der Oberflächen von Betätigungselementen und Tastaturen.4 IEC 60068-2-74 bietet einen Rahmen für Flüssigkeitskontamination und legt fest, dass relevante Flüssigkeiten und Schärfegrade entsprechend der anwendbaren Spezifikation auszuwählen sind, statt jede aufgeführte Flüssigkeit einzusetzen.5

ASTM D1308 ist eine weitere nützliche Beschichtungsreferenz für Veränderungen wie Verfärbung, Glanzänderung, Blasenbildung, Erweichung, Quellung oder Haftungsverlust.6 Da die Norm einen zusammenhängenden Film voraussetzt, darf sie nicht unkritisch auf jede Tastengeometrie übertragen werden.

Bei der Haftung ist ASTM D3359 weithin bekannt. Ihr Anwendungsbereich bezieht sich jedoch auf relativ duktile Beschichtungen auf metallischen Substraten. Die Norm weist auf begrenzte Präzisionsdaten für nichtmetallische Anwendungen hin und liefert keine absolute Kraft zum Aufbrechen der Haftverbindung.7 Verwenden Sie bei Silikontasten ein mit dem Lieferanten vereinbartes Verfahren und dokumentieren Sie die Versagensebene: Silikongrenzfläche, Primer, Farbschicht, transparente Deckschicht, Laserkante oder kohäsives Versagen innerhalb der Beschichtung.

Legen Sie keine universelle Zyklenzahl, Reinigungsmittel-Einwirkzeit oder Annahmegrenze ohne Grundlage fest. Diese Werte müssen aus der Einsatzbeanspruchung des Produkts und dem freigegebenen Beschichtungssystem abgeleitet werden.

6. Das freigegebene Finish anhand von Grenzmustern bestätigen

Bewahren Sie kontrollierte physische Muster für Erscheinungsbild und Haptik auf, wenn sich die Anforderungen nur schwer mit einer einzelnen Zahl erfassen lassen, darunter:

• zulässiger Bereich von matt über seidenmatt bis glänzend;
• maximal sichtbare Strukturänderung;
• zulässige Höhe und Glätte einer lokalen Epoxidkante;
• unzulässige Klebrigkeit oder unzulässiger Stick-Slip;
• zulässiger Kratz- und Poliergrad nach Verschleiß;
• unzulässige Risse, Weißverfärbung, Blasen, Poren oder Kantenablösung; und
• zulässige optische Trübung, Blendwirkung und Lichtleckage bei eingeschalteter Hinterleuchtung.

Das Freigabepaket sollte den Revisionsstand der Silikonschaltmatte, den Silikonzustand, den Vorbereitungsprozess, Beschichtungsprodukt und -revision, Primer, beschichtete Fläche, Verfahren zum Schichtdickenaufbau, Aushärtung, Dekorschichtaufbau, Prüfreihenfolge und Kennzeichnung der aufbewahrten Muster angeben.

Ändern sich Formulierung, Härter, Primer, Aushärtung oder eine andere kritische Grenzfläche, behandeln Sie dies als kontrollierte Änderung. „Weiterhin PU“ oder „weiterhin Epoxid“ ist kein Nachweis der Gleichwertigkeit.

Häufig gestellte Fragen

Grafikdaten und Oberflächenfinish Ihrer Silikonschaltmatte prüfen lassen

Senden Sie die aktuelle Zeichnung oder ein Muster der Silikonschaltmatte, die 2D/3D-Tastengeometrie, die Anforderungen an die beschichtete Fläche, die Grafikdaten, die gewünschte Struktur und den gewünschten Glanz, das Tag-/Nacht-Erscheinungsbild, bei Hinterleuchtung LED/PCB-Informationen, die erwarteten Reinigungsmittel und Verunreinigungen, die besonders häufig betätigten Tasten, die Mengen sowie vorhandene PU- oder Epoxidmuster. Noch unbekannte Punkte können mit TBD (noch festzulegen) gekennzeichnet werden.

Beginnen Sie bei der Produktfamilie der Silikonschaltmatten oder fordern Sie eine technische Prüfung Ihrer Silikonschaltmatte an.