Letztes Jahr hat der italienische Compoundeur Sirmax großflächig investiert. Mit Società Europea di Rigenerazione (SER) und Microtec wurden zwei Firmen übernommen und zusätzliche Produktionskapazitäten kamen hinzu. Ein Großteil dieser Investitionen floss in Recyclingtechnologien. Im Juni sollen nun weitere Recyclinganlagen in Italien in Betrieb gehen. Aus diesem Anlass sprach Kunststoffe mit dem Geschäftsführer von Sirmax, Massimo Pavin.

Wieso der Compoundeur Sirmax ins Recycling einsteigt

Compound

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Streifinger, Florian

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Biokunststoffe

Polypropylen-Compound

Polypropylen

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Compoundieren

„Rezyklate zuzukaufen, wäre zu  gefährlich“

Durch Mikroverkapselung können Flüssigschmiermittel in Pseudo-Feststoffe umgewandelt werden. Die damit pulverartigen Additive lassen sich gut handhaben und die enthaltenen Schmiermittel wirken im Bedarfsfall zielgenau an der beanspruchten Stelle. Wie stark sich die Reibung bei Bauteilen mit diesen Mikrokapseln reduzieren lässt, hängt allerdings sehr vom verwendeten Matrix-Polymer und dem Material der Kapselwände ab.

REM-Aufnahme einer PP-Matrix: Die mit Schmierstoff gefüllten Mikrokapseln lassen sich zerstörungsfrei in Polymere einarbeiten und reduzieren bei Bauteilen die Reibung und den Verschleiß  

16:9

Teil 2: Flüssige Schmierstoffe in Kunststoffbauteile integrieren

Additive

Durch Kapseln wird aus flüssig fest

Doppelschneckenextruder werden meist für die Aufbereitung von Kunststoffen eingesetzt. Eine wichtige Prozesscharakteristik ist die Beanspruchung des Materials. Untersuchungen zum Materialabbau von Polypropylen im Doppelschneckenextruder zeigen auf, wie sich die Abnahme der Materialeigenschaften in der Praxis reduzieren lässt.

Anlagenaufbau zur Untersuchung des Materialabbaus inklusive des Doppelschneckenextruders  ZE28 BluePower von KraussMaffei

Reproduzierbarkeitsnachweis und Handlungsempfehlungen für Polypropylen

Extrusion

Extruder

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Extrusionsanlagen

Materialabbau im Doppelschneckenextruder

Akro-Plastic zeigt auf der K 2022 unter anderem ein PP-Compound aus Frittenfett.

Das Motorrad Husqvarna FE 350 ist eines der Highlights am Stand von Akro-Plastic. 

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

Kunststoffe, biobasiert

kunststoffe.de

Polyamide

Bio voll im Fokus

Mit richtigen Materialien bei Elektrofahrzeugen in der Produktion und während der Nutzungsphase CO2-Emissionen einsparen.

Der Wechsel vom Verbrennungs- zum Elektromotor bietet nicht nur Herausforderungen, sondern auch Chancen. Aufgrund der veränderten Anforderungen lassen sich an vielen Stellen etwa durch Materialwechsel CO2-Emissionen einsparen.

Mit richtigen Materialien bei Elektrofahrzeugen in der Produktion und während der Nutzungsphase CO2-Emissionen einsparen.

Mit passenden Materialien und Daten den Wandel hin zur Elektromobilität gestalten

Elektromobilität

Mobilität

Technische Kunststoffe

Doppelt nachhaltigere E-Autos

Der US-amerikanische Compoundeur Teknor Apex hat drei halogenfrei flammgeschützte, glasfaserverstärkte Polyamid-Compounds (PA) mit V-0-Klassifizierung vorgestellt.

Beispielanwendung Motorabdeckung in der Automobilindustrie

Elektronik

Automotive

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Glasfaserverstärkt und halogenfrei flammgeschützt

Lehvoss stellt auf der Messe Compounds für Leichtbauanwendungen vor, die u. a. als Metallersatz zum Einsatz kommen soll. Darunter ist etwa ein carbonfaserverstärktes Compound auf Polyphthalamid-Basis (PPA).  

Lehvoss zeigt Compounds für Leichtbauanwendungen

Messe Fakuma

Metallersatz mit PPA-Compounds

Lanxess überführt seinen Geschäftsbereich High Performance Materials in eine eigenständige rechtliche Gesellschaftsstruktur.

Die Kunststoffe des Geschäftsbereichs High Performance Materials kommen vor allem in der Automobil- sowie der Elektro- und Elektronikindustrie zum Einsatz

Polybutylenterephthalat

Kunststoff-Erzeugung

Herstellung von Gummi und Kunststoffwaren

Kunststoffverarbeitung

Lanxess-Geschäftsbereich wird rechtlich eigenständig

Durch einen drehenden Werkzeugkern beim Spritzgießen kann während des Einspritzens Scherung in tangentiale Richtung induziert werden, die sich mit der einspritzbedingten Scherung überlagert. Dies führt bei faserverstärkten Thermoplasten zu einer Umorientierung der Fasern in tangentiale Richtung. Im Rahmen des Beitrags wird vorgestellt, wie sich das Werkzeugsystem mit drehendem Kern auf die Faserorientierung und die Berstdruckfestigkeit von kurzfaserverstärktem Polypropylen und Polyamid auswirkt.

Schematische Darstellung der rotationsbedingten Schergeschwindigkeit aufgrund des drehenden Werzeugkerns

Spritzgießen

Werkzeugkonstruktion

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Beeinflussung der Faserorientierung von Polypropylen und Polyamid im Spritzgießprozess durch einen drehenden Werkzeugkern

FVK werden für stark beanspruchte Produkte verwendet. Entmischung stellt dabei eine Unsicherheit dar. Ein einfaches Verfahren ermöglicht die Bestimmung.

Einfaches Verfahren zur Analyse der Faserverteilung in Bauteilen

Glasfasern / -matten

Verstärkungsstoffe

Fasern

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Messtechnik

Die Entmischung von Glasfasern bestimmen

Die K 2022 bot eine riesige Auswahl an Neuheiten und Anwendungsbeispielen für und mit nachhaltigeren Materialien. Ein Überblick über die vorgestellten Nachhaltigkeits-Highlights.

Aus Abgasen werden Schuhe: Gentechnisch veränderte Bakterien machen aus Abgasen Ethanol, aus dem anschließend Kunststoff etwa für die Schuhe Cloudprime von On hergestellt wird. 

Thermoplastische Elastomere

Silikone

Masterbatches

Polyethylen

Polylactid

Effektpigmente

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Ist Bio das neue Normal?

Die Studie untersucht, wie wasserlösliche Salzkerne in den Composite-Prozessen Spritzguss und automatisiertem Tapelegen eingesetzt werden können.

Slokav-Salzkern-Versuche: Vergleich umspritzter Salzkerne in der ersten Stufe: PA6 (erfolgreich) vs. CF-PEEK (fehlgeschlagen).

Polyetherketon

Werkstoffe für additive Verfahren

Entwicklung in Richtung eines robusten, wasserlöslichen, verlorenen Kernmaterials – Teil 1: Unverstärktes, binderfreies Salz

Das neue Lion Bike steht für eine außergewöhnliche Fahrradserie. Rahmen und Gabel bestehen aus einem Polyamid mit recycelten Carbonfasern.

Cool und nachhaltig: Die neue Lion Bikes für Kids mit Rahmen und Gabel aus Hochleistungspolymeren und recycelten Carbonfasern.

Faserverarbeitung

Leichtbau

Spritzgießmaschinen

Stylisch, sicher und nachhaltig produziert

Vom 15. bis 18. November 2022 werden auf der Formnext in Frankfurt am Main Neuheiten aus der additiven Fertigung präsentiert. Einige Messe-Highlights können wir schon heute verraten.

Auch in der additiven Fertigung ist das Thema Nachhaltigkeit angekommen, das zeigt unter anderem Evonik mit seinem neuen PA12-Pulver.

Vom 15. bis 18. November 2022 werden auf der Formnext in Frankfurt am Main wieder live Neuheiten zur additiven Fertigung präsentiert. Einige Messe-Highlights können wir schon heute verraten.

Diese Neuheiten werden auf der Formnext 2022 präsentiert

Verfahren für die additive Fertigung

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, andere

Anlagen für die Additive Fertigung

3D-Druck-Anlage, pulverbettbasiert, Metall

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

3D-Druck-Anlage, strahlbasiert, Metall

3D-Drucker (für FDM, FFF, etc.)

Additive Fertigung

Premierenfieber in Frankfurt

Die sieben Vorteile des Online-Advertorials

Heißkanalsysteme

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Blasformen

Online-Advertorial mit Video Beispiel-Artikel

Faserverstärkung minimiert Verzug großformatiger Bauteile

In der additiven Fertigung ist die Materialauswahl entscheidend für die Herstellung maßhaltiger Teile. Der Compoundeur Akro-Plastic hat eine Methode zur Quantifizierung des Verzugs bei der additiven Fertigung mit Granulat entwickelt, die den Einfluss der Materialzusammensetzung und der Prozessparameter anwendungsnah aufzeigt.

Materialzusammensetzung im Blick: Der Compoundeur Akro-Plastic hat eine Methode zur Quantifizierung des Verzugs bei der additiven Fertigung entwickelt.

Die additive Fertigung mittels Schneckenextrusion und Compounds in Granulatform (Fused Granulate Fabrication; FGF) bietet die Möglichkeit, großformatige Bauteile in kurzer Zeit zu fertigen. Durch die Verwendung von Standardgranulaten sind die Materialkosten im Vergleich zu Filamenten deutlich reduziert. Gleichzeitig erweitert sich die nutzbare Materialpalette, da beispielsweise hohe Verstärkungsanteile bis zu 60 Gew.-% oder flammgeschützte Compounds verdruckt werden können. Im FGF-Verfahren extrudierbar sind fast alle Kunststoffe, was jedoch zur maßhaltigen Fertigung großformatiger Bauteile nicht hinreichend ist. Aufgrund der Verzugsneigung und der thermischen Randbedingungen bei der Verarbeitung ist die Materialauswahl eingeschränkt. So unterliegen unverstärkte Materialien einem hohen Verzug. Bei Hochtemperaturwerkstoffen ist oftmals die Formteilgröße eingeschränkt oder spezielle Anlagentechnik erforderlich. Für technische Bauteile sind besonders teilkristalline, verstärkte Kunststoffe interessant, erhöhen allerdings die Anforderungen an die Verarbeitung. Akro-Plastic untersuchte, welchen Einfluss die Materialzusammensetzung bei der additiven Fertigung auf den Verzug hat (Titelbild).

Bauteilverzug entsteht bei extrudierenden additiven Fertigungsverfahren durch den schichtweisen Aufbau und resultierende Temperatur- und Schwindungsunterschiede. Der Kristallisationsvorgang teilkristalliner Thermoplaste verstärkt die Effekte zusätzlich. Bei Compounds ohne Verstärkung oder mit niedrigem Anteil kann sich das Bauteil von der Bauplattform lösen. Verzieht sich ein Bauteil stark, kann dies zu einer Kollision mit dem Extruder und damit zum Abbruch des Druckvorgangs oder zu Schäden führen. Für den fehlerfreien Aufbau eines maßhaltigen Bauteils ist ein geringer Verzug notwendig (Bild 1).

Eine Verringerung des Verzugs über Prozesseinstellungen, wie im Spritzgießen üblich, ist in der additiven Fertigung, durch den werkzeugfreien Prozess, aufgrund der geringen Prozessdrücke und der Temperaturführung, nicht möglich.

Im Unterschied zu filamentbasierten Verfahren ist bei FGF-Prozessen eine Bett- und Bauraumtemperierung zur Verzugsminimierung angesichts der Größe von portal- oder roboterbasierten Anlagen mit hohen Kosten verbunden oder technisch aufgrund von Temperaturlimitationen nur eingeschränkt möglich. Die Verstärkung des Compounds durch Fasern ist hingegen ein geeignetes Mittel, den Verzug effektiv zu reduzieren. Glas- und Carbonfasern weisen einen geringen beziehungsweise negativen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten auf und verringern anteilig das Schwindungspotenzial. Weiterhin wirkt die Steifigkeit faserverstärkter Compounds einer spannungsbedingten Deformation des Bauteils effektiv entgegen.

Verzug von Compounds prozessnah quantifizieren

Die Schwindungspotenziale von Kunststoffcompounds werden üblicherweise verfahrensbezogen ermittelt. Für das Spritzgießverfahren wird die Schwindung anhand von Prüfplatten durch Maßänderung zum Werkzeug bestimmt. Da die Endmaße im FGF nicht werkzeuggebunden und aufgrund der Wiederholgenauigkeit der Verfahrsysteme sowie von Austragsschwankungen bei der Extrusion nicht exakt definiert werden können, ist die Schwindungsbestimmung in gleicher Weise nicht sinnvoll. Eine Analyse des Verzugs ist hingegen verfahrensbezogen möglich. So wird für qualitative Vergleiche oftmals der Eckenverzug von Prüfkörpern ausgewertet, der allerdings wesentlich von der Druckbetthaftung abhängt.

Die im Weiteren dargestellte Methode ermöglicht einen quantitativen Materialvergleich durch die Ermittlung eines Verzugskennwertes anhand gedruckter Prüfkörper mittels Bildverarbeitung.

Der im FGF-Verfahren hergestellte Prüfkörper (Bild 2) ist dreiseitig mit trapezförmigen Prüfflächen aufgebaut. Jede Prüffläche wird eingescannt, um unterschiedliche Ausrichtungen im Druckraum zu berücksichtigen. Die Oberflächenstruktur mit Lage und Verlauf der Schichten wird in eine binäre Darstellung überführt und computergestützt ausgewertet (Bild 3). Der Verzugskennwert ergibt sich als Abweichung der Lage in z-Richtung einer jeden Schicht in den Randbereichen der Prüffläche zur Lage dieser Schicht mittig in der Prüffläche. Für jede Schicht werden die Differenzen der Mittellinie zur rechten Kante sowie respektive zur linken Kante als Fehlerquadratsumme gebildet und durch die Anzahl der Schichten geteilt (Bild 4). Daraus ergibt sich ein Verzugswert, der einen quantitativen Vergleich des Verzugs verschiedener Compounds unter den gewählten Prozessbedingungen zulässt.

Die Prüfkörper wurden mit einem Düsenlochdurchmesser von 2 mm, 0,8 mm Schichthöhe und 2,5 mm Schichtbreite bei einer Geschwindigkeit von 70 mm/s mit einem robotergeführten Extruder (SpaceA-1100–500-S, Hersteller: Yizumi Germany) ohne Temperierung des Bauraums oder der Bauplattform gedruckt. Es wird der Einfluss der Faserverstärkung, Glasfaser gegenüber einer rezyklierten Carbonfaser (ICF – Industrial Carbon Fiber mit im Vergleich zu Glasfaser geringerem CO2-Fußabdruck) in Kombination mit verschiedenen Polymeren (PP, PA6, PA11) betrachtet. Pro Material werden drei Prüfkörper hergestellt und somit neun Prüfflächen untersucht. Die Prüfkörper zeigen über den gesamten Umfang Druckbetthaftung. Mit den entsprechenden ungefüllten Kunststoffen ist der Druck des Prüfkörpers nicht möglich.

Der Einfluss des Fasermaterials auf den Verzug wird in Abhängigkeit des Faseranteils für PA6 untersucht (Bild 5). Generell zeigt sich eine Verminderung des Verzugs mit ansteigendem Faseranteil. Besonders Carbonfasern reduzieren den Verzug effektiv. Der Einsatz von Glasfasern hat einen geringeren Effekt. Der Verzug von PA6-CF30 ist im Vergleich zu PA6-GF30 halbiert. Auch bei Betrachtung eines ähnlichen Faservolumenanteils bei PA6-GF50 und PA6-CF40 ist der Verzug des GF-verstärkten Compounds mehr als doppelt so hoch. Eine Erhöhung des Faseranteils von 30 auf 40 Gew.-% resultiert in einer Verringerung des Verzugs um 17 %.

Auch das Polymer spielt eine Rolle. Allerdings zeigt die Art des Kunststoffs einen dem Faseranteil nachgelagerten Einfluss auf das Verzugsverhalten. Deutlich wird dies für PP-CF30, das bei höherem Faservolumenanteil einen ähnlichen Verzug wie PA11-CF20 und im Vergleich zu PA11-CF30 bei einem ähnlichen Faseranteil einen höheren Verzug zeigt (Bild 6). Diese Beobachtung korreliert zum einen mit einer erhöhten Schwindung infolge der Kristallisation und zum anderen mit der Steifigkeit der Compounds. Ausgehend von den maximal üblichen Verstärkungsanteilen von Filamenten von 20 Gew.-% kann der Verzug durch eine weitere Erhöhung des Faseranteils auf 40 Gew.-% um bis zu 37 % verringert werden. Neben dem geringsten Verzug der getesteten Materialien zeigt ein PA11-CF40 (hier Akromid Next U28 ICF 40 1 black (8238)) geringe Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine geringe Wasseraufnahme für eine hohe Dimensionsstabilität im Gebrauch.

Gemessen an den Möglichkeiten des FGF-Verfahrens liegt der Verzugsprüfkörper in Bezug auf Abmessungen und Strangquerschnitte im unteren Größenordnungsbereich. Mit zunehmender Bauteilgröße und höherem Austragsvolumen wird das Verzugspotenzial zunehmend entscheidend für die Maßhaltigkeit. Kleinere Bauteile können ähnlich wie bei Filamenten mit geringerem Fasergehalt (< 20 Gew.-%) gefertigt werden. Bei Bauteilen mit Abmessungen im Meterbereich steigen die schwindungsbedingten Spannungen entsprechend, sodass Eckenverzug wahrscheinlicher wird. Höher verstärkte Compounds (> 30 Gew.-%) tragen zu einer verzugsarmen Fertigung großformatiger Teile bei.

Das volle Potenzial carbonfaserverstärkter Kunststoffe zur Herstellung maßhaltiger Formteile wird nur in Kombination mit geeigneten Prozessen ausgeschöpft. Die Verhältnisse von Extrusions- und Verfahrgeschwindigkeit sowie von Strangbreite und Düsenlochdurchmesser beeinflussen die Faserausrichtung im Strang maßgeblich und wirken sich unmittelbar auf den Verzug und auf die mechanischen Eigenschaften aus. Eine Faserausrichtung quer zur Ablagerichtung durch Extrusion in die „Breite“ hat eine geringe Steifigkeit des Strangs und Schwindungskompensation zur Folge. Der Vergleich zweier Düsenlochdurchmesser von 1 und 2 mm bei gleicher Schichtbreite von 2,5 mm, resultierend in Überextrusionen von 25 % respektive 150 %, vervierfachen den Verzug bei PA6-CF30 in den Prüfflächen und führen zu deutlichem Eckenverzug (Bild 7). Die Beobachtungen lassen sich auf im Werkzeug- und Halbzeugbau übliche größere Stranggeometrien übertragen.

Die gezeigte Methode ermöglicht es, die Verzugsneigung von Materialien für die additive Fertigung mit Granulat reproduzierbar zu bestimmen und in der Materialauswahl zu berücksichtigen. Der Einsatz von Carbonfasern verringert den Verzug additiv gefertigter Bauteile maßgeblich. Zudem bieten CF-verstärkte Compounds gegenüber GF-verstärkten Compounds derzeitig entscheidende Vorteile in der Verarbeitung und im Gebrauch. Dazu zählen die gute Oberflächenqualität bei gleichzeitig höherer Produktivität und mechanische Eigenschaften, die effizienten Leichtbau ermöglichen. Für eine hohe Bauteilqualität spielt auch die Prozessführung eine entscheidende Rolle, die ebenfalls mit der Methode betrachtet und optimiert werden kann.

Akro-Plastic GmbH  

https://www.akro-plastic.com

K.D. Feddersen GmbH & Co. KG  

https://www.kdfeddersen.com

Ausgabenartikel KU10-23

3D-gedruckt: Friederike Schwartz und Michael Rieck von Akro-Plastic prüfen die Bauteilqualität eines Bauteils mit flammgeschützten Compunds.

Bild 1. Verzug kann bereits im Bauprozess problematisch sein.

Bild 2. Dimensionen des Verzugsprüfkörpers und Auswertungsschema

Bild 3. Bildbearbeitung zur computergestützten Auswertung des Verzugs

Bild 4. Formel zur Berechnung des Verzugskennwerts

Bild 5. Carbonfasern reduzieren den Verzug stärker als Glasfasern.

Bild 6. Polymerauswahl und Faseranteil beeinflussen den Verzug.

Bild 7. Die Faserausrichtung ist für den Verzug entscheidend und kann über den Prozess beeinflusst werden.

Hauptartikel Akro-Plastic

Wie Faserverstärkung helfen kann, erklärt Compoundeur Acro-Plastic 

3D-Druck | Kunststoffe | Verzug XXL-Bauteile minimieren

Friederike Schwartz, M. Sc., arbeitet als Technology Development Engineer bei Akro-Plastic;

<a href="mailto:friederike.schwartz@akro-plastic.com">friederike.schwartz@akro-plastic.com</a> Michael Rieck, M. Sc., ist Head of Innovationmanagement bei Akro-Plastic; <a href="mailto:michael.rieck@akro-plastic.com">michael.rieck@akro-plastic.com</a>

Weitere Informationen unter <a href="https://www.akro-plastic.com" target="_blank">www.akro-plastic.com</a>