Styrol kann auf verschiedene Arten polymerisiert und mit unterschiedlichen Comonomeren modifiziert werden. Die dadurch entstehenden Kunststoffe unterscheiden sich in ihren Eigenschaften und lassen sich somit gezielt auf bestimmte Anwendungen zuschneiden. Aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften sind sie für viele Branchen geeignet. Besonders in der Automobilindustrie, der Medizintechnik und der Verpackungsbranche sind Styrolkunststoffe gefragt.

Im Exterieur von Fahrzeugen kommen häufig Styrol-Copolymere zum Einsatz. Der chinesische Hersteller Lixiang verwendet etwa ein ASA für den Kühlergrill seiner Elektrofahrzeuge 

Styrol-Copolymerisate: Durch ansprechende Optik und mögliche Transparenz punkten

Verpackungsmaterial

Logistik

Automotive

Elektronik

Polystyrol

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Technische Kunststoffe

Styrol-Copolymerisate

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Medizintechnik

Medizinprodukte

Vielfältig in Form und Anwendung

Leichtbau, Funktionalität und Design prägen die Materialentwicklung in den Einsatzgebieten von Polycarbonat-Compounds, -Composites und -Folien. Große Chancen bestehen in der Mobilität der Zukunft, im Strukturleichtbau mit endlosfaserverstärkten Composites, in der 5G-Technologie und der Medizintechnik.

Bei Elektrofahrzeugen entfällt die ursprüngliche Funktion des Kühlergrills, die Luftzufuhr zum Motor. Er kann deshalb vollständig als Designelement genutzt werden, etwa durch die Integration von leuchtenden Logos und Fade-out-Effekten

Polycarbonat (PC): Aufregende Designs durch hohe Oberflächenqualität und neue Verfahren

Recycling

Umweltmanagement

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Polycarbonat

Werkstoff für viele Trends

Die Covid-19-Pandemie hat auch die Kunststofferzeuger hart getroffen. Doch nicht alle Kunststoffe sind gleichermaßen betroffen. Während die häufig in der Automobilindustrie verwendeten technischen Kunststoffe unter dem Einbruch des Fahrzeugabsatzes leiden, profitieren etwa Polyolefine teilweise von der Krise. Und auch wenn die Pandemie gerade alle anderen Themen in den Hintergrund rückt, schreitet dennoch die Entwicklung etwa bei der Kreislaufwirtschaft, Elektromobilität und Digitalisierung weiterhin voran. Über die gegenwärtige Situation und die zukünftige Entwicklung sprach Kunststoffe mit Vertretern der Kunststofferzeuger.

Ein Austausch in Pandemiezeiten: Coronabedingt fand das Kunststoffe-Expertengespräch rein digital statt. Dr. Matthias Scheibitz (oben links), Jürgen Luderer (oben rechts), Dr. Ingo Sartorius (unten links), und Dr. Karlheinz Hausmann (unten rechts) diskutierten dabei über die aktuelle Situation und die zukünftigen Trends bei Kunststoffen

Expertengespräch zu Trends und Herausforderungen bei Werkstoffen

Polybutylenterephthalat

Polyethylen

Streifinger, Florian

Polyamide

Polyvinylchlorid

Standardkunststoffe

Polyethylenterephthalat

Kunststoff-Rezyklat

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

Innovationsvorsprung durch zukunftsweisende Technologiekonzepte. Die ENTEX Rust & Mitschke GmbH ist der führende Hersteller von Planetwalzenextrudern. Für die kontinuierlich weiterentwickelten Produkte und deren Zusatzsysteme besitzt ENTEX über 160 eingetragene Schutzrechte seit Gründung. Das Produktportfolio umfasst außerdem Temperiersysteme und Kalanderwalzen.

ENTEX Rust & Mitschke GmbH  

https://www.entex.de

Aufbereitungsmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Biokunststoffe

Compoundieren

Duroplaste

Extrusion

Hochleistungskunststoffe

Industrie 4.0

Silikone

Temperieren

Wärmebehandlung

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Polyethylenterephthalat ist ein gut zu verarbeitender und recycelbarer technischer Kunststoff mit breitem Anwendungsgebiet.

Im Bereich Getränkeverpackungen ist Polyethylenterephthalat sehr weit verbreitet

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Alles über Polyethylenterephthalat | Definition ✓ Herstellung ✓ Anwendung ✓ Eigenschaften ✓ Recycling ► Erfahren Sie jetzt mehr!

Polyethylenterephthalat ist ein Thermoplast und zählt zu den Polyestern.

Polyethylenterephthalat (PET)

kunststoffe.de

In den entwickelten Ländern kann der Anteil an PET-Flaschen weiter bei Barriereverpackungen für Bier, Wein, Säfte und Milchprodukte wachsen. Auch bei Biopolymeren ergaben sich interessante Entwicklungen.

Weltweite Produktion an PET-Verpackungen im Jahr 2012 (gesamt: 14,7 Mio. t)

Marktentwicklung Polyethylenterephthalat (PET)

Trotz alternativer Mobilitätskonzepte, ist der Wunsch nach einem eigenen Fahrzeug nach wie vor groß. Da hochwertige und nachhaltige Materialien die Kaufentscheidung des Endkunden beeinflussen, kommen im Innenraum von Fahrzeugen neuentwickelte Polymere zum Einsatz.

Auch mit glasfaserverstärkten Kunststoffen lassen sich optisch ansprechende Oberflächen gestalten. Das zeigt beispielsweise das PP SoForm 

Der Wunsch nach ansprechenden Oberflächen und einer höheren Nachhaltigkeit treibt die Materialentwicklungen im Fahrzeuginterieur voran

Polypropylen

Fahrzeugbau

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Erfolgsfaktor Optik

BASF, Bobst, Evertis und Sulayr wollen neues Recyclingkonzept PET/PE-Mehrschichtfolien entwickeln.

Best-Practice-Beispiel eines geschlossenen Recycling-Kreislaufs für PET-basierte Mehrschichtverpackungen.

Verpackungsmittel aus Kunststoffen

Kunststoffverarbeitung

Kunststoffe

Photonik

Optik

Kreislaufwirtschaft

Kreislauf für PET-basierte Mehrschichtverpackungen

ENGEL mit Stammsitz in Schwertberg, Österreich ist eines der weltweit führenden Unternehmen im Kunststoffmaschinenbau. Von einzelnen Spritzgießmaschinen bis zu integrierten und automatisierten Produktionszellen bietet ENGEL aus einer Hand maßgeschneiderte Lösungen für die Thermoplast-, Duroplast und Elastomerverarbeitung an. Mit Spritzgießlösungen von ENGEL werden zum Beispiel Automobilkomponenten, Gehäuse und weitere Bauteile für Elektro- und Elektronikprodukte, Haushaltswaren, Spiel- und Freizeitartikel, Verpackungen sowie Produkte für Medizintechnik und Health Care hergestellt. Die führende Marktposition von ENGEL beruht auf zwei Eckpfeilern: Einerseits das Hochtechnologiegeschäft, das ständige Weiterentwicklungen initiiert, und andererseits die Produktion großer Stückzahlen, welche kostenintensive Entwicklungen finanzierbar macht. Mit neun Produktionswerken in Europa, Nordamerika und Asien sowie Niederlassungen und Vertretungen in über 85 Ländern ist ENGEL weltweit präsent. Seit seiner Gründung 1945 ist ENGEL bis heute zu 100 Prozent in Familienbesitz.

Engel Austria GmbH  

https://www.engelglobal.com

Industrieroboter

Montagetechnik

Kautschuk / Elastomere

Pressen von Kunststoffen

Reinraumtechnik

Betriebsausrüstung / Betriebsmittel

Spritzgieß-Zubehör und Einzelteile

Spritzgießmaschinen

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

KITZMANN, die Experten für Schüttgut- und Flüssigkeitshandling

Magdalena KITZMANN GmbH  

https://www.kitzmann-gruppe.de

Thermoplastische Elastomere

Steuern, Regeln

Software

Partikelschäumen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Normalien

Dosierung

Messtechnik

Mechanische Messtechnik

Oberflächentechnik

Materialhandling

Additive Fertigung

Extrudieren (KU)

Prozessautomation

KLK OLEO offers bio-based ingredients that are used in plastic products to impart wide-ranging benefits, from process optimisation to improved part performance.

KL-Kepong Industrial Holdings Sdn Bhd.  

https://www.klkoleo.com

Spritzgießen

Warmformen

Warmformen / Thermoformen

Blasformen

Pressen und Warmformmaschinen

Kunststoffverarbeitungsmaschinen

KLK OLEO offers plant-based PALMOWAX Ethylene Bis-Stearamide (EBS) as the green sustainable lubricant for plastic industries.

Sustainable Lubricant for Plastic Industries

Die erste Sitzung des Ausstellerbeirates bildete den Auftakt für die nächste K in Düsseldorf, die vom 19. bis 26. Oktober 2022 stattfinden wird.

Freuen sich bereits jetzt auf die K 2022 (v.l.): Erhard Wienkamp (Geschäftsführer Messe Düsseldorf), Petra Cullmann (Bereichsleiterin bei der Messe Düsseldorf), Ulrich Reifenhäuser (Vorsitzender Ausstellerbeirat K 2022) and Thomas Franken (Project Director für das Portfolio Plastics & Rubber)

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Lohnfertigung

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Betriebstechnik für Kunststoffverarbeitung (Peripherie)

Ausstellerbeirat traf sich erstmals in Düsseldorf

Die Anzahl elektronischer Komponenten in Fahrzeugen nimmt seit Jahren beständig zu. Um sie mit elektrischer Energie zu versorgen, werden häufig hohe Ströme benötigt. Die dabei entstehende Wärme stellt allerdings eine Gefahr für die Komponenten dar und kann zur Beschädigung und zum Ausfall der Bauteile führen. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Temperatur an kritischen Bereichen bieten wärmeleitfähige Kunststoffe. Welche Effekte sich damit erreichen lassen, zeigt das Beispiel einer Vorsicherungsbox für den Golf 8.

Es wird zunehmend enger im Motorraum moderner Fahrzeuge wie beispielsweise des aktuellen Golf 8. Dadurch erhöht sich die Wärmebelastung der verbauten Komponenten

Wärmeleitfähige Kunststoffe helfen bei der Entwärmung von Bordnetzkomponenten

Abkühlung für Fahrzeugelektronik

Der Fortschritt bei Fügetechnologien wie dem Laserdurchstrahlschweißen, die steigende Nachfrage nach wärmeleitenden Kunststoffen, der Leichtbau und die Elektromobilität gehören in der Material- und Anwendungsentwicklung mit Polyamid zu den großen Trends. Auch bei bei diesem Polymer wächst der Bedarf an nachhaltigeren Werkstoffen. Geschlossene Stoffkreisläufe werden deshalb künftig in der Herstellung von PA 6 und PA 66 eine immer wichtigere Rolle spielen.

Motorradtank aus Durethan BC550Z 900116 DUSXBL: Das unverstärkte und schlagzäh modifizierte PA 6 wird zu zwei Halbschalen spritzgegossen, die durch Heizelementschweißen zum Tank gefügt werden

Polyamid (PA): Produktverbesserungen und Ersatz von PA 66 durch PA-6-Compounds

Hybridtechnik

Compound

Vibrationsschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Hybridwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Laserschweißen

Laserauftragsschweißen

Laserbearbeitungen

Lasertechnik

Verbesserungen bei Materialien und  der Verarbeitung

Die Passformen für Orthesen werden in der Regel gefräst. Das ist weder für den Patienten noch für den Hersteller optimal. Im Rahmen einer Fallstudie untersuchte Lehmann & Voss daher, ob der 3D-Druck eine Alternative darstellt – sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht.

Orthopädische Hilfsmittel wie Orthesen (Bild 1) sind stets patientenbezogen und müssen daher individuell gefertigt werden. Es gilt, die jeweils optimale Passform zu erzeugen, welche die besonderen ergonomischen Anforderungen erfüllt. Bei der Modellierung der 3D-gescannten Strukturen des Patienten fließt daher auch das Know-how des Orthopädietechnikers beziehungsweise des spezialisierten Biomechanikers ein, um ein oberflächenoptimiertes Modell zu erzeugen. Das Ganze verfolgt letztlich ein Ziel: die Erstellung kosten- und handhabungsoptimierter Laminiernormale (Laminierformen oder Laminierwerkzeuge), zur Fertigung hochentwickelter Orthesen aus CFK-Laminaten (carbonfaserverstärkter Kunststoff).

Ein Verfahren zur Herstellung solcher Werkzeuge ist das Fräsen aus Halbzeugen, in der Regel Blockware aus Werkzeugbauschäumen (Bild 2). Das Verfahren ist in der Praxis etabliert und seit vielen Jahren bewährt. Es hat aber auch einige Nachteile, die sich ökonomisch sowie ökologisch bemerkbar machen. So bestehen die Werkzeugbauschäume meist aus duroplastischem Polyurethan (PUR). Dessen Zerspanung ist zwar unkritisch, allerdings entstehen dabei große Mengen feiner Stäube. Sie führen zu erheblichem Reinigungsaufwand in Räumlichkeiten und Filteranlagen. Die leichten Stäube führen unter Umständen, beispielsweise durch Verschleppung in die CFK-Prepregverarbeitung, zu Qualitätseinbußen durch Fremdmaterialeinschluss an den laminierten Bauteilen.

Hinzu kommt: Die zu zerspanenden Formblöcke müssen zur Vorbereitung des Fräsprozesses zugeschnitten werden. Dabei entsteht, neben weiteren Staubanteilen, auch Blockabschnitt. Beim Staub, bei den Blockabschnitten sowie letzten Endes bei der zu entsorgenden Laminierform handelt es sich um Sonderabfälle. Das bedeutet, der Hersteller muss sie (nach Ablauf der gesetzlich vorgeschriebenen Verwahrzeit) der getrennten und teuren Reststoffentsorgung zuführen.

Der 3D-Druck mittels Filament eröffnet die Möglichkeit, die Prozess- und Fertigungskette deutlich zu entzerren. Durch das generative Verfahren entstehen im Prinzip keine Produktionsabfälle- und Reststoffanteile. Denn der Materialeinsatz beschränkt sich ausschließlich auf das zu fertigende Werkzeug. Kontaminationen der Umgebung sind ebenfalls nahezu ausgeschlossen. Zusatzkosten infolge Qualitätsminderung oder aber durch aufwendige Reinigung der Arbeitsumgebung entfallen.

Was sich in der Theorie gut anhört, muss in der Praxis ebenfalls überzeugen. Das sahen auch der Materialhersteller Lehmann & Voss und der Orthesen-Hersteller Adviva so. Für eine gemeinsame Fallstudie untersuchten sie den Herstellungsprozess der Passform mittels 3D-Druck. Als Werkstoff wurde Luvocom 3F PET CF 9780 BK (Bild 3), ein kohlefaserverstärktes Filament auf Basis von Polyethylenterephthalat (PET), ausgewählt. Der Werkstoff zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit aus.

Die Festigkeit und auch die Oberflächenhärte des Formwerkzeugs aus diesem Material bedingen einen weiteren Vorteil: Das Bauteil ist handhabungsfreundlich, da unempfindlich gegenüber Beschädigungen. Dies begünstigt einen ungestörten Laminierprozess, wirkt sich aber auch positiv auf den Transport und die Lagerung des Artikels aus. Verfahrensbedingte Anforderungen wie die erforderliche Wärmeformbeständigkeit und Feuchtefreiheit für den Aushärteprozess im Ofen-Vakuumverfahren erfüllen die gedruckten Laminierformen uneingeschränkt.

Da bereits in der Konstruktion des Modells auf minimalen Materialeinsatz geachtet wird – unterstützt durch die hohen Festigkeiten des gewählten 3D-Druckmaterials – kann mit geringem Infill (Stützstruktur im Bauteil) gearbeitet werden. Dadurch fällt ein noch geringeres Materialvolumen als Reststoff an. Da es sich bei dem PET-Filament um einen thermoplastischen Kunststoff handelt, kann dieser getrennt gesammelt und dem Recycling zugeführt werden. Nachdem die Bauteile vermahlen sind, lassen sich aus ihnen, beispielsweise über das Spritzgießen, neue technische Teile herstellen. Etabliert sich das Verfahren, kann in dieser Anwendung ein sortenreiner Materialrücklauf organisiert werden und dem Recycling steht nichts im Weg.

Neben dem Werkstoff stand für die Fallstudie auch die Bauteilmechanik im Fokus. Um die Leistung im Betrieb zu überprüfen und die Druckeinstellungen für die Form zu optimieren, kam SmartSlice für Ultimaker Cura, ein von Teton Simulation entwickeltes Software-Plugin, zum Einsatz. SmartSlice verwendet experimentelle Materialdaten, um die strukturelle Leistung von gedruckten FFF-Teilen (Fused Filament Fabrication) zu analysieren, und berücksichtigt Variablen wie Ausrichtung des Teilebaus, Materialanisotropie, Belastung und Einschränkungen sowie Druckeinstellungen wie Fülldichte, Füllmuster und Schalendicke. Hauptzweck des Plugins ist es, sicherzustellen, dass das gedruckte Teil die Leistungsanforderungen erfüllt und gleichzeitig Druckzeit und Materialverbrauch minimiert werden.

Der SmartSlice-Workflow begann mit der Auswahl des Werkstoffs (Luvocom 3F PET CF 9780 BK) aus der Materialdatenbank und der Definition der Leistungsanforderungen und Anwendungsfälle. Da die gefrästen Schaumformen empfindlich gegenüber Oberflächenbeschädigungen sind, besteht eine wichtige Anforderung an das gedruckte Teil darin, dass es während der Handhabung unversehrt bleibt. Um dies zu gewährleisten, wurde ein Sicherheitsfaktor von 3,5 definiert. Das Teil muss also dem 3,5-fachen der angenommenen Belastung standhalten, bevor es sich dauerhaft verformt oder nachgibt. In Bezug auf Lasten und Einschränkungen wurde im Simulationsprozess die Oberfläche, an welcher das Einspannhilfsmittel befestigt ist, fixiert und es wurden drei verschiedene Lasten auf den Oberflächen der Form angebracht.

Als nächstes wurde untersucht, welche Build-Orientierung die beste Leistung bei Verwendung der geringsten Materialmenge bietet. In dieser Phase wurde das Standarddruckprofil für CF 9780 verwendet. Wie in Bild 4 gezeigt, wurden drei Bauausrichtungen berücksichtigt: Seite, Rücken und aufrecht. SmartSlice berechnete einen Mindestsicherheitsfaktor von mehr als 3,5 für jede Build-Ausrichtung. Dies heißt, dass alle Teile die Festigkeitsanforderungen überschreiten. Das wiederum bedeutet, dass die Teile überdimensioniert sind.

Endergebnis für diese Phase: Die aufrechte Ausrichtung eignet sich am besten, da sie nur wenig Druckzeit und Material benötigt. Daher wurde auch nur sie weiter untersucht, um nochmals Zeit und Kunststoff einzusparen. Insbesondere wurde eine Validierung mit zwei Wänden und 20 % Füllungsdichte (Infill), den empfohlenen Mindestwerten für diese zwei Parameter, durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass zwei der drei Simulationen einen Mindestsicherheitsfaktor von weniger als 3,5 aufwiesen. Regionen, in denen der Sicherheitsfaktor niedrig war, wurden in SmartSlice aufgezeichnet (Bild 5a). Es stellte sich außerdem heraus, dass der Bereich nahe dem Ende des Einspannstabs das Potenzial hatte, nachzugeben, weshalb dort ein Modifikatornetz (Bild 5b) eingefügt wurde, um Material hinzuzufügen und das Teil lokal zu verstärken. Wie in den Bildern 5c und 5d gezeigt, wird das Teil nur in den Schichten, die sich innerhalb des Modifikatornetzes befinden, voll gedruckt (100 % Infill). Außerhalb des Modifikatornetzes beträgt die Füllungsdichte 20 %. Nach einer weiteren Validierungsrunde erfüllte das Teil schließlich die Festigkeitsanforderungen und verwendete eine minimale Menge an Material und Druckzeit.

Insgesamt wurde das Teil etwa eine Stunde in SmartSlice validiert und hinsichtlich Druckzeit und Materialverbrauch optimiert. Im Vergleich zum Standarddruckprofil und dem Wissen, dass Adviva etwa 100 Formen pro Monat druckt, spart das Unternehmen unterm Strich 50 Tage Druckzeit und 13,2 kg Material pro Jahr. Eine eingesparte Druckzeit von 50 Tagen entspricht einer Steigerung des Maschinendurchsatzes um 70 zusätzliche Formen pro Jahr.

Lehmann & Voss & Co.  

https://www.lehvoss.de

Ausgabenartikel KU06-22

Bild 1. Die „PowerSpring“-Spiralorthese unterstützt die natürliche Bewegung und trägt dazu bei, dass der Patient die selbst gesteckten Ziele schneller und besser erreicht.

Bild 2. Im Lager für duroplastische Werkzeugbauschäume

Bild 3. Das Filament Luvocom 3F PET CF 9780 eignet sich für leichte, aber gleichzeitig belastbare Bauteile.

Bild 4. Form in drei verschiedenen Bau-Ausrichtungen mit Ergebnissen aus jeder SmartSlice-Validierungsstudie

Bild 5. (a) Bereiche (rot), in denen der berechnete Sicherheitsfaktor geringer als die Anforderung von 3,5 ist, (b) Modifikatornetz, (c) Schnittansicht, die die Schicht im Modifikatornetz zeigt, und (d) Schnittansicht, die die Schicht außerhalb des Modifikatornetzes zeigt.

3D-gedruckte Laminiernormale zur Fertigung von CFK-Orthesen

Lehvoss - D-gedruckte Formen für Prothesen - KU 2022-06

Dipl.-Ing. Eric Folz ist Market Development Manager im Geschäftsbereich Customized Polymer Materials bei der Lehmann & Voss & Co. KG. Steffan Rensinghoff ist Abteilungsleitung CAD/CAM bei der Adviva GmbH.

Die Lehvoss Gruppe unter der Führung von Lehmann & Voss ist eine Unternehmensgruppe, die chemische und mineralische Spezialitäten für diverse Abnehmerindustrien entwickelt, produziert und vermarktet. Das Unternehmen wurde 1894 als Handelshaus in Hamburg gegründet. In seiner rund 125-jährigen Geschichte hat sich der inhabergeführte Konzern zu einer leistungsstarken globalen Organisation entwickelt – mit langjährigen Verbindungen zu namhaften Lieferanten und mit eigenen Produktionsstandorten in Europa, den USA und Asien.