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

Compound

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Elektromobilität

Mobilität

Polyamide

Technische Kunststoffe

Polypropylen-Compound

Polypropylen

Doppelt nachhaltigere E-Autos

Für die zunehmend verbreiteten 800-V-Antriebe von E-Autos sind spezielle Kunststoffe notwendig. Eine nachhaltige Möglichkeit stellt etwa biobasierte PPA dar.

Biobasiertes PPA für Wechselrichter von Elektrofahrzeugen

Elektromotoren

Antriebe

Elektronik

Schneller und nachhaltiger laden

Der Wechsel vom Verbrennungs- zum Elektromotor bedeutet für die Kunststoffindustrie einige Unwägbarkeiten. Elektrische Antriebe stellen teilweise gänzlich andere Anforderungen an die Materialien. Welche das konkret sind, kristallisiert sich mit der zunehmenden Verbreitung entsprechender Fahrzeuge immer stärker heraus. Ein Überblick über die wichtigsten Änderungen.

Nicht nur der Motor und die Energiebereitstellung verändern sich beim Übergang von Verbrennungs- auf Elektrofahrzeuge. Auch bei Materialien gilt es, neue Wege zu gehen 

Flammschutz, Wärmebeständigkeit und Kriechstromfestigkeit in Elektrofahrzeugen

Kfz-Elektronik

Kunststoffe

Photonik

Optik

Elektronische Bauelemente

Leistungselektronik

Hochleistungskunststoffe

Antreiber der Elektromobilität

Der Werkstoffhersteller Solvay bietet ab sofort eine Serie teilweise biobasierter Polyphthalamid-Compounds (PPA) an. Sie firmieren unter dem Namen Amodel Bios und wurden speziell für Elektro- und Elektronikanwendungen in der Elektromobilität entwickelt. Dem Unternehmen zufolge stammt der erneuerbare Rohstoffanteil aus Quellen, die nicht in Konkurrenz zum Anbau von Lebensmitteln stehen. Das Polymer soll außerdem zu 100 % mit erneuerbarer Energie hergestellt werden.

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Teilbiobasiertes PPA für Elektrofahrzeuge

Die elektrische Architektur in Elektrofahrzeugen ist wesentlich anspruchsvoller als in konventionell angetriebenen Automobilen. Insbesondere bei der Isolierung von Hochvolt-Komponenten (HV) steigen die Anforderungen an die verwendeten Materialien. Mit speziell für Elektrofahrzeuge maßgeschneiderten Werkstoffen können Herausforderungen in der HV-Technologie im Automobil verwirklicht werden.

Die Isolierung von HV-Komponenten in Elektrofahrzeugen stellt hohe Ansprüche an die verwendeten Werkstoffe

Polyamid-Spezialitäten für die Elektromobilität

Automotive

Hochspannung im Auto

Mit Thermoplasten lässt sich die Sicherheit, Leistung und Nachhaltigkeit von E-Autos verbessern. Ansatzpunkte dafür bestehen bei vielen Komponenten wie Batterie Cases, Sammelschienen, Kühlleitungen und Dichtungen. Sehr interessant ist es dabei, wenn Materiallieferanten Unterstützung in Form von CAE- und Spritzgießanalysen bieten können.

Bei den Batterien von Elektrofahrzeugen spielen Thermoplaste eine wichtige Rolle. Sie helfen etwa die Temperatur im optimalen Bereich zu halten für eine lange Lebensdauer und hohe Leistung der Batterien.

Mit den passenden Materialien die Leistung von Elektrofahrzeugen verbessern

Elektrisch, umweltfreundlich,  thermoplastisch

Die Bedingungen in Elektrofahrzeugen stellen hohe Anforderungen an die eingesetzten Materialien. Automobilhersteller und Zulieferer müssen daher für Bauteile zu teuren Hochleistungskunststoffen greifen. Es gibt eine kostengünstige Alternative für viele Anwendungen.

Bild 2. Strahlenvernetzen lassen sich sowohl Standardpolymere, als auch technische Kunststoffe und Hochleistungspolymere. Behandelt werden können mit dem Verfahren die in grün hervorgehobenen Polymere.

16:9

Hochleistungskunststoffe durch strahlenvernetzte günstigere Polymere ersetzen

Strahlenvernetzung

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Elektronenbooster für Elektrofahrzeuge

Vor allem die Elektromobilität, aber auch viele andere Elektroanwendungen, stellen verschärfte Anforderungen an die elektrischen Eigenschaften von Thermoplasten. Das wirft die Frage auf, ob die in diesem Bereich üblicherweise eingesetzten Polymere diese noch erfüllen können.

Wie gut eignen sich Polyamid und Polybutylenterephthalat für Hochvoltanwendungen?

Polybutylenterephthalat

Gegen den Strom

Die erforderliche Spitzentemperatur für Hybrid- und Elektrofahrzeuge ist im Vergleich zu aktuellen Verbrennungsmotoren von derzeit 135 auf 110 °C gesunken. Gleichzeitig haben sich aber die Betriebszeiten verneunfacht. Das hat Auswirkungen auf die Materialauswahl.

Bild 1. Im Vergleich zu dem PPA Grivory HT1VA-4 HY nimmt selbst hydrolysestabilisiertes PA66 deutlich mehr und schneller Wasser auf (Ergebnisse gemessen an Platten von 100 mm x 100 mm x 3 mm nach ISO 62 bei 23 °C).

Vergleich von PA66 und PPA für Elektrofahrzeuge

Mehr Leistung im Wasser

Ein Schwerpunkt des K-Messeauftritts von Lanxess sind in diesem Jahr Materialien für die Elektromobilität. Darunter ist etwa ein halogenfrei flammgeschütztes, hydrolysestabilisiertes PBT-Compound mit sehr guten elektrischen Eigenschaften.

Der Demonstrator eines seriennahen Gehäuses für die Batterien von Elektrofahrzeugen ist eines der Highlights am Stand von Lanxess. 

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Demonstrator für Batteriegehäuse von E-Autos

Ascend Performance Materials konzentriert sich auf der K auf die Bereiche Elektromobilität und Nachhaltigkeit. Das gab das Unternehmen in einer Pressekonferenz zur Messe bekannt.

In einer Pressekonferenz stellte Ascend seine K-Messeschwerpunkte vor.

Breite Auswahl an PA-Neuheiten

Elektrofahrzeuge können auch kabellos geladen werden. Dabei findet der Energieaustausch zwischen einer im Boden positionierten Induktions- und einer im E-Auto montierten Empfängerspule statt. Um die Spulen vor Beschädigungen zu schützen, eignen sich glasfaserverstärkte und flammgeschützte Polyamide 66, wie das Beispiel eines serienreifen kabellosen Ladesystems zeigt.

Kabelloses Laden könnte die Reichweite von E-Autos und somit die Akzeptanz der Elektromobilität erhöhen.

Flammgeschütztes Polyamid für induktive Ladesysteme

Ohne Kabel dank passender  Compounds

Der PBT-Weltmarkt hat sich von den Folgen der Coronapandemie gut erholt. Die Produktentwicklungen bei dem Werkstoff werden von den Trends Digitalisierung, Elektromobilität und Nachhaltigkeit vorangetrieben, wie zahlreiche spannende Neuheiten zeigen.

PBT-Compounds sind für die Elektromobilität sehr gefragt, unter anderem für Bauteile der Batterie, des elektrischen Antriebsstrangs und der Ladeinfrastruktur. 

Polybutylenterephthalat (PBT): Produkte mit Zusatznutzen gefragt

Elektromobilität und Nachhaltigkeit treiben das Wachstum

Das Langfaser-Thermoplast-Direktpressen bietet sich für die Herstellung von großflächigen Bauteilen für E-Autos. Diese stellen jedoch hohe Anforderungen an das verwendete Material. Zwei speziell für das Verfahren entwickelte Typen erfüllen diese Anforderungen.

Großflächige Bauteile wie der Batteriedeckel im Bild lassen sich sehr gut im Langfaser-Thermoplast-Direktpressen fertigen. Für das Verfahren bieten sich darauf optimierte Materialien wie das PA66 Mobius 555 FR GF50 von Invista an. 

PA66 für flammgeschützte, großflächige LFT-D-Bauteile

Pressen von Kunststoffen

Schneller zu sicheren Batteriegehäusen

Flammschutz wird im E&E-Bereich stark nachgefragt. Lanxess hat dafür ein halogenfreies Additiv für glasfaserverstärkte Kunststoffe entwickelt.

Das Flammschutzmittel wurde primär für den Schutz von Bauteilen im E&E-Bereich entwickelt.

Mit phosphorbasiertem Additiv UL 94 V-0 erreichen

Flammschutzmittel

Additive

Flammschutz für E&E-Compounds

Polyamid (PA): Elektromobilität und Nachhaltigkeit treiben die Entwicklungen

Der PA-Markt ist im Umbruch. Neue Themen sind in den Fokus gerückt. Die PA-Sparten verschiedener Hersteller haben außerdem den Besitzer gewechselt.

Der Polyamidmarkt befindet sich in mehrfacher Hinsicht im Umbruch. Aufgrund des Klimawandels sind neue Entwicklungsfelder und Nachhaltigkeitsthemen entlang der Wertschöpfungskette in den Fokus gerückt. Daneben haben die PA-Sparten verschiedener Hersteller den Besitzer gewechselt.

Die weltweite Produktion von Polyamid 6 (PA6) und PA66 kam im Jahr 2021 auf ein Volumen von 8,4 Mio. t. Damit wurde das Niveau der Jahre 2018/19 und somit von vor der Coronapandemie erreicht. Die weltweiten Anteile am Gesamtmarkt von PA6 und PA66 liegen bei 75 zu 25 %. Von PA66 wurden im Jahr 2021 global 60 % zu Compounds verarbeitet. Der restliche Absatz beschränkte sich ausschließlich auf die Faserherstellung. Die globale PA6-Absatzmenge in Höhe von 6,4 Mio. t im Jahr 2021 teilte sich in einem Verhältnis von rund 65 zu 25 zu 10 % auf die Faserherstellung, das Compoundgeschäft und Folienanwendungen auf. Zusammenfassend sind es rund 2,7 Mio. t PA6 und PA66, die im Jahr 2021 zu 3,6 Mio. t PA6- und PA66-Compounds verarbeitet wurden.

Mit einem Anteil von über 50 % ist die Automobilindustrie der wichtigste Abnehmer von PA6- und PA66-Compounds, gefolgt von der an Bedeutung gewinnenden Elektro- und Elektronikindustrie (E&E). Rund die Hälfte des weltweiten Absatzes von PA6- und PA66-Compounds im Jahr 2021 fand im asiatisch-pazifischen Raum statt. Mit über einem Drittel ist die Volksrepublik China der größte Abnehmer und nach heutiger Einschätzung zukünftig sogar wichtigster Wachstumstreiber für PA6- und PA66-Compounds (Bild 1).

Zu Beginn der Coronapandemie stellten sich alle Industrien auf eine mehrjährige Krise ein, da die Nachfrage im zweiten Quartal 2020 einen Tiefpunkt erreichte. Die unerwartete und starke Erholung der Nachfrage Ende 2020 traf folglich auf unvorbereitete PA-Lieferketten. Das Ziel der Produzenten, die niedrigeren Bestände auf das höhere Bedarfsniveau anzuheben, sorgte für einen zusätzlichen Bedarf an Rohstoffen. In der Folge dominierten Engpass- und Force-Majeure-Situationen bedingt durch Ressourcen-, Transport- und Rohstoffknappheiten den globalen PA-Markt. In der Automobilindustrie sorgte der weltweite Halbleitermangel und das damit verbundene Fehlen von Chips im Jahr 2021 für einen Nachfragerückgang. Verstärkt wurde dieser noch durch Russlands Krieg gegen die Ukraine zu Beginn des Jahres 2022 und die damit einhergehende Kabelbaumkrise.

Bereits seit Mitte 2020 stiegen die Preise für PA6 und PA66 weltweit rasant an und verbleiben seither auf einem hohen Niveau. Von Juni 2020 bis Mai 2022 haben sie sich in Europa mehr als verdoppelt. Die seit Beginn 2022 stark steigenden Energiekosten auf dem Kontinent sorgen für zusätzliche Preiserhöhungen bei PA. Für die Abnehmer von PA6- und PA66-Compounds ist das eine wirtschaftliche Herausforderung.

Aufgrund von weiteren Aufholeffekten nach der Krise wird kurzfristig ein weltweites Mengenwachstum von 6 - 7 % bei PA6- und PA66-Compounds erwartet. Für die Zeit nach 2024 ist hingegen von einem jährlichen Wachstum von rund 3 % auszugehen.

Nachhaltigkeit und die Elektromobilität stellen PA vor neue Herausforderungen, bieten jedoch gleichzeitig auch Chancen. Automobiltrends wie reduzierte Emissionen, Elektromobilität und autonomes Fahren verlangen nach hochwertigen Materialien mit passgenauen Eigenschaften. Hohe Anforderungen an Flammschutz, Farbstabilität, Mechanik und elektrische Isolierung dominieren. Gleichzeitig sollen Gewichts- und Bauraumeinsparungen bei gleichbleibender Sicherheit erzielt werden. PA-Compounds werden in Zukunft eine noch größere Rolle spielen, da sie einen wesentlichen Beitrag zur Lösung der künftigen Megatrends leisten.

Um die stetig wachsende Nachfrage des Markts abdecken zu können, reagieren die PA-Hersteller mit Kapazitätserweiterungen. Lanxess nahm Anfang 2022 eine neue Compoundieranlage am Standort Krefeld-Uerdingen in Betrieb. Auch BASF eröffnete 2022 einen neuen Verbundstandort in der südchinesischen Stadt Zhanjiang mit einer Jahreskapazität von 60 000 t (Bild 2). Generell findet ein großer Teil des Kapazitätsausbaus gegenwärtig in Asien statt.

Des Weiteren erfolgen Investitionen in die entsprechenden Vorstufen. Beispielsweise erweitert BASF seine PA66-Polymerisation in Freiburg ab 2022 und baut eine neue Hexamethylendiamin-Anlage (HMD) im französischen Chalampé. Sie erhöht voraussichtlich ab 2024 die jährliche HMD-Produktionskapazität von BASF auf 260 000 t. Zeitgleich investiert Invista in eine neue Anlage für Adiponitril (ADN) in China mit einer Kapazität von mindestens 300 000 t. Mit dem geplanten Produktionsbeginn im Jahr 2023 wird das weltweite strukturelle Versorgungsproblem innerhalb der PA66-Wertschöpfungskette adressiert.

Aktuell befindet sich der Kunststoffmarkt in einer Phase der Konsolidierung (Tabelle). Nachdem Solvay den Verkauf seines PA-Geschäfts an BASF und Domo Chemicals im Jahr 2020 abgeschlossen hatte, haben mit DuPont und DSM zwei weitere große Kunststoffproduzenten ihre jeweiligen Kunststoffsparten zum Verkauf angeboten. Anfang 2022 kaufte Celanese die entsprechende Mobility-&-Materials-Sparte von DuPont. Später im Jahr übernahmen Lanxess und der Finanzinvestor Advent das Engineering-Materials-Geschäft von DSM. Lanxess hatte bereits 2021 angekündigt, das Geschäft mit technischen Kunststoffen in eine eigenständige Firma auszulagern. Dieses wird nun in einem Joint Venture mit der zugekauften DSM-Sparte zusammengeführt. Advent übernimmt an diesem die unternehmerische Führerschaft und 60 % der Anteile.

Der Wandel der Automobilindustrie vom Verbrennungsmotor zur Elektromobilität spiegelt sich auch in den jüngsten Innovationen der Kunststoffhersteller wider. Es wurden zwar weiterhin neue Produkte für die klassischen motornahen Anwendungen auf den Markt gebracht, ein Großteil der Neuentwicklungen sind jedoch für die Themengebiete Oberflächengüte, Metallersatz sowie E&E vorgesehen.

Lanxess stellte beispielsweise mit Durethan AKV320ZXTS2 ein blasformbares PA66 als Weiterentwicklung des zuvor in den Markt eingeführten Durethan AKV320ZH2.0 vor. Diese Type ist speziell für Verbrennungsmotoren mit hohen Leistungsdichten ausgelegt, da sie einer thermischen Dauerbeständigkeit von bis zu 230 °C standhält. Ebenfalls für hohe Temperaturanforderungen hat Akro-Plastic Akromid C28 GFM 10/20 5 XTC schwarz (7367) in Zusammenarbeit mit der Werkstofftechnik der Audi Qualitätssicherung entwickelt. Dabei handelt es sich um ein mit 10 % Glasfasern und 20 % Mineral gefülltes PA66+PA6-Blend, das aufgrund einer besonders hohen Hitzestabilisierung zukünftig unter der Motorhaube von leistungsstarken Audi-Modellen zum Einsatz kommen soll.

In eine ähnliche Richtung geht BASF mit der Entwicklung des wärmestabilisierten PA6-GF30 Ultramid B3PG6 BK23238. Die neue P-Stabilisierung bietet eine Hitzebeständigkeit bis zu 190 °C und unterbindet aufgrund der halogenid- und metallfreien Stabilisierung die galvanische Korrosion an elektrischen Bauteilen (Bild 3). Mit einer guten Schweißnahtfestigkeit beim Vibrations- und Heißgasschweißen bietet es sehr gute Voraussetzungen sowohl für Anwendungen bei Verbrennungsmotoren als auch in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen.

Bei Automobilanwendungen hat sich das Laserschweißen in den letzten Jahren zu einem der kostengünstigsten Tiefschweißverfahren für polymere Komponenten entwickelt und wird vor allem in der Herstellung komplexer Teile eingesetzt. Um diesem Trend Rechnung zu tragen, hat Domo das PA66 Technyl Star AF 219 V30 black LT mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 940 nm auf den Markt gebracht. Es ist für Anwendungen bis 3 mm Wanddicke geeignet und ermöglicht einen schnellen Laserschweißprozess.

Oberflächengüte zunehmend auch bei PA gefragt

Vor allem im Automobilinnenraum hat das Thema Hochglanzoberflächen in den vergangenen Jahren einen immer höheren Stellenwert bekommen. Angesichts dieses Trends hat BASF mit Ultramid B3E2G6 SI BK23353 und Ultramid B3E2G10 SI BK23353 eine neue Generation von oberflächenverbesserten Strukturwerkstoffen eingeführt (Bild 4). Die auf PA6 basierenden, glasfaserverstärkten Typen verfügen über sehr geringe Emissionswerte und eine gute UV-Stabilität. Sie ermöglichen die Herstellung von Funktionsteilen im Automobilinnenraum mit Premiumoberflächenqualität. Auf diese Weise lassen sich in nur einem Prozessschritt Strukturbauteile mit glatten, matten oder texturierten Oberflächen herstellen, die ohne eine nachträgliche Lackierung zum Aufwerten der Oberflächen auskommen.

Auch der japanische Hersteller Asahi Kasei hat mit Leona SG eine Serie teilaromatischer PA auf den europäischen Markt gebracht, mit der hochwertig anmutende Oberflächen ohne zusätzliche Oberflächenbehandlung erzielt werden können (Bild 5). Weitere Merkmale dieser Produktlinie sind neben einer hohen mechanischen Festigkeit nach Feuchtigkeitsaufnahme eine verbesserte Fließfähigkeit und kürzere Zykluszeiten beim Spritzgießen.

Mit der Einführung verschiedener Grivory-GV-Produkte hat EMS Chemie den Wunsch nach Hochglanzoberflächen mit dem unverändert relevanten Thema des Metallersatzes kombiniert. Beispielsweise wurde das glasfaserverstärkte Grivory G7V für Metallersatzanwendungen entwickelt, die eine gute Oberflächenqualität erfordern. Es vereint eine hohe Steifigkeit und Festigkeit auch nach Feuchteaufnahme mit der guten Oberflächenqualität eines gering- oder unverstärkten PA. Demgegenüber adressiert Grivory G5V den klassischen Metallersatz für Anwendungen im Temperaturbereich bis 100 °C. Als besonderes Merkmal ist die Steifigkeit im konditionierten Zustand bei 80 °C um 45 % höher als bei dem bekannten Grivory GV, da unter anderem die Feuchteaufnahme reduziert werden konnte. Das bringt zusätzlich eine verbesserte Dimensionsstabilität mit sich.

In der Elektromobilität zählen Hochvoltkabelsätze hinsichtlich der Materialanforderungen zu den komplexesten Baugruppen, da sie flammwidrig, mechanisch robust und elektrisch hochisolierend ausgelegt sein müssen. Darüber hinaus müssen ihre zahlreichen Steckverbinder zur besseren Unterscheidung bei der Montage und Wartung in unterschiedlichen Farben ausgeführt sein und über den Lebenszyklus eines Autos farblich stabil bleiben. Herkömmliche PA neigen gewöhnlich zu starken Farbschwankungen bzw. zu Vergilbungen bei Wärmealterung. Daher entwickelte Lanxess für den in der Automobilbranche stark nachgefragten Orange-Farbton RAL 2003 mit Macrolex Orange HT einen für PA löslichen organischen Farbstoff. Er besitzt eine hohe Farbstärke, hohe Hitzestabilität sowie eine gute Wetterbeständigkeit. Hinzu kommt das PA6-Produkt Durethan BKV30FN04 für Steckeranwendungen, das sich durch eine hohe Flammwidrigkeit auszeichnet. Im Brandtest UL 94 erreicht es die Klassifizierung V-0 bei 0,75 mm Prüfkörperdicke und einen CTI-Wert von 600 V.

Besondere Herausforderungen der E-Mobilität

Für die gleichen Anwendungen hat BASF mit dem Ultramid A3U44G6 DC OR ein flammgeschütztes PA66 auf den Markt gebracht, das Farbstabilität bei Orange RAL 2003 gewährleistet (Bild 6). Dieses Produkt erfüllt zudem erstmals sämtliche Kriterien der Farbstabilität und Wärmealterungsbeständigkeit und ermöglicht so eine lang anhaltende Farbcodierung, die im sensiblen Bereich hoher Spannungen sicherheitsrelevant ist. Darüber hinaus zeichnet es sich mit einem CTI 600 durch eine hohe elektrische Isolation aus. Mit dem Verzicht auf halogenidhaltige Additive wird zudem einer Elektrokorrosion entgegengewirkt, die vor allem in feuchtwarmer Umgebung eine Herausforderung darstellt.

Bedingt durch die immer stärker sichtbaren Effekte des Klimawandels, nehmen die gesellschaftlichen Forderungen nach einer Eindämmung deutlich zu. Das Thema Nachhaltigkeit hat deshalb in den letzten Jahren entlang der gesamten Kunststoffwertschöpfungskette einen stetig wachsenden Stellenwert erhalten und unter anderem zur Entwicklung neuer Methoden beim Kunststoffrecycling geführt. Grundsätzlich wird dabei unterschieden zwischen werkstofflichen und chemischen Verfahren. Erstere basieren auf physikalischen Prozessen und verändern die Polymerketten beim Recycling nicht. Ein Beispiel dafür ist das mechanische Recycling, das sich als thermischer Umschmelzprozess beschreiben lässt. Demgegenüber wird beim chemischen Recycling die Polymerbasis entweder mittels eines katalytischen Verfahrens in die entsprechende Monomere zerlegt oder über thermische Prozesse zu Kohlenwasserstoffgemischen umgewandelt.

Generell hat sich gezeigt, dass beim Recycling von PA einige Herausforderungen zu meistern sind. Eine Schwierigkeit ist etwa, dass PA meist in Form glasfaserverstärkter Compounds vorliegt beziehungsweise im Verpackungsbereich überwiegend als Multimaterialsysteme Verwendung findet. Erschwerend kommt hinzu, dass PA-Compounds in Bereichen wie dem Automobilbau bezogen auf die Menge der dort verwendeten Kunststoffe nur wenige unter vielen Werkstoffen sind. Am Ende der Lebensdauer erfolgt aus Kosten- und Zeitgründen keine Demontage in die Einzelteile. Deshalb sind die für ein einfaches mechanisches Recycling verfügbaren Stoffströme aktuell nur sehr begrenzt vorhanden. Die vorhandenen Ströme werden allerdings bereits von den Kunststoffherstellern erfolgreich genutzt, um ihren Kunden darauf basierende PA-Compounds mit hohem Rezyklatanteil anzubieten.

Verschiedene Hersteller bieten  Recycling-Compounds an

Beispielsweise nutzt Domo nicht verwendetes PA-Gewebe aus der Airbagherstellung als Basis für seine Technyl-4Earth-Produktlinie. Einen ähnlichen Ansatz verfolgen sowohl Celanese als auch Akro-Plastic. Die Ecomid-Produkte von Celanese sind PIR-basierte (Post Industrial Recyclate) PA-Werkstoffe, deren Rezyklatanteil aus hochwertigen PA-Faser- und Textilabfällen bestehen. Beim Akromid-Eco-Portfolio von Akro-Plastic werden im Allgemeinen nicht aufbereitete PIR-Rohstoffe verwendet.

Solvay brachte mit der Produktreihe Omnix ReCycle eine Erweiterung seines PA-HT-Portfolios (Hochtemperatur PA) auf den Markt. Die Compounds der Linie weisen mindestens einen Rezyklatanteil von 33 % auf. Sie basieren auf PCR- (Post Consumer Recyclate) und PIR-Stoffströmen, wodurch sie laut Hersteller – wie bei allen am Markt erhältlichen Recycling-PA-Compounds – einen signifikant reduzierten CO2 -Fußabdruck im Vergleich zur Neuware aufweisen. Auch die RadiciGroup investiert in nachhaltigere Produkte. Mit der Übernahme des Recyclers Zeta Polimeri erhielt sie einen einfacheren Zugriff auf PIR- und PCR-Stoffströme. Darauf basierende recycelte PA-Compounds brachte sie unter der Handelsbezeichnung Renycle auf den Markt.

DSM hat ebenfalls eine PCR-PA6-Produktlinie unter dem Namen Akulon RePurposed vorgestellt. Ihre Eigenschaften kommen denen vergleichbarer Neuware nahe. Dafür werden als Rohstoffquelle nicht mehr verwendete und wieder eingesammelte Fischernetze aufbereitet.

Einen anderen Weg zu nachhaltigen Produkten verfolgt Lanxess, indem das Unternehmen PA6-Compounds mit rezyklierten Glasfasern anbietet. Dazu werden PIR-Abfälle der eigenen Glasfaserproduktion gesammelt, anschließend für die Herstellung neuer Glasfasern eingesetzt und über ein Massebilanzverfahren der Durethan-Eco-Produktlinie zugeteilt. Als Weiterentwicklung dieses Ansatzes werden bei der Scopeblue-Reihe für die Herstellung der PA-Matrix zusätzlich mindestens 50 % zirkuläre Rohstoffe verwendet. Dabei handelt es sich unter anderem um biobasiertes oder durch chemisches Recycling hergestelltes Cyclohexan, dem Ausgangsmaterial für die Synthese des PA6-Monomers ε-Caprolactam.

Wenn klassisches Recycling nicht  ausreicht

Mechanisches Recycling hat den Charme, dass die verwendeten Abfallströme häufig ohne großen zusätzlichen Energieaufwand ressourcenschonend zu neuen Werkstoffen compoundiert werden können. Jedoch müssen die dafür benötigten Abfallströme möglichst sortenrein und in guter, gleichbleibender Qualität vorliegen. Da das gewöhnlich nicht vollständig gewährleistet werden kann, haben die darauf basierenden Rezyklatcompounds in der Regel ein niedrigeres Eigenschaftsniveau im Vergleich mit entsprechender Neuware. Da diese reinen Stoffströme nur einen kleinen Teil der anfallenden PA-Abfälle ausmachen, entwickelte die kunststoffverarbeitende Industrie weitere Methoden, um Mengen und Rohstoffqualität der PA-Rezyklate zu erhöhen.

Mit einer Abwandlung des mechanischen Recyclings hat die Firma APK ein lösungsmittelbasiertes Recyclingverfahren namens Newcycling entwickelt. Dabei werden PE-PA-Multimaterialsysteme in die jeweiligen sortenreinen Basispolymere PE und PA aufgetrennt und als Granulate am Markt angeboten. Somit bietet dieses Verfahren eine Alternative zum direkten mechanischen Recycling von coextrudierten PE-PA-Mehrschichtfolien. Diese können entsprechend einer Studie von BASF in Kooperation mit dem Institut cyclos-HTP ebenfalls gut wiederverwendet werden.

Neben den beschriebenen physikalischen Recyclingverfahren hat auch die chemische Rückgewinnung noch Entwicklungsbedarf. Beispielsweise hat die Firma Aquafil eine Remonomerisierung entwickelt, bei der ausgehend von sortenreinen PA6-Recyclingstoffströmen neue PA-Fasern hergestellt werden können. Eine Depolymerisation von gemischten PA-Abfällen, die katalytisch in ihre entsprechenden Ausgangsmonomere zerlegt werden, ist jedoch noch nicht marktreif.

Deutlich weiter sind thermolytische Verfahren, bei denen unter Ausschluss von Sauerstoff bei Temperaturen oberhalb 300 °C olefinische Rohstoffabfälle zu Pyrolyseölen umgesetzt werden. Beispielsweise arbeitet BASF mit der Firma Quantafuel zusammen, die eine Pyrolyse- und Aufreinigungsanlage mit einer Kapazität von rund 16 000 t/a betreibt. Das Unternehmen verwandelt in der Anlage gemischte Post-Consumer-Kunststoffabfälle, die andernfalls energetisch verwertet würden, in ein Pyrolyseöl. BASF kooperiert außerdem mit den Firmen Pyrum und New Energy. Sie gewinnen Pyrolyseöl aus Altreifen, die sonst nur schwer zu recyclen wären (Bild 7). Diese Öle werden am Anfang der Wertschöpfungskette in die Verbundproduktion von BASF eingespeist, was fossile Ressourcen einspart. Über einen von unabhängigen Prüfern auditierten Massenbilanzansatz wird der Anteil an recyceltem Material den im Verbund hergestellten Ccycled-Produkten zugeordnet. Diese können auch für PA-Compounds der Marke Ultramid (Bild 8) zum Einsatz kommen, sind unabhängig zertifiziert und ihre Eigenschaften sind entsprechend identisch zu denen vergleichbarer Neuware.

BASF SE  

https://www.basf.com

Ausgabenartikel KU10-22

Bild 7. In seinem Chemcycling-Projekt arbeitet BASF unter anderem mit dem Unternehmen New Energy zusammen. Der Recycler liefert Pyrolyseöl aus chemisch recycelten Altreifen an den Chemiekonzern.

Bild 8. PA mit chemisch recyceltem Rohstoffanteil testet zurzeit etwa Jaguar Land Rover für seine Fahrzeuge. Beispielsweise wurde der Prototyp eines Kunststoffmontageträgers für den elektrischen SUV I-Pace aus Ultramid B3WG6 Ccycled SW00564 gefertigt.

Tabelle. Konsolidierung des Polyamidmarkts zwischen 2019 und 2024

PA ist weiterhin einer der wichtigsten technischen Kunststoffe im Automobilbau und findet dort vielfältigen Einsatz. Das gilt nicht nur für klassische Verbrenner, sondern wird auch volumenmäßig bei Elektroautos der Fall sein.

Bild 1. Wachstum des Markts für PA6- und PA66-Compounds nach Regionen: Bis 2032 wird dieser voraussichtlich um ein Drittel wachsen. Der Anteil der verschiedenen Weltregionen am Gesamtmarkt wird jedoch weitgehend gleich bleiben.

Bild 2. An seinem Verbundstandort im chinesischen Zhanjiang hat BASF eine erste Produktionsanlage in Betrieb genommen. Nach der Fertigstellung des Standorts wird dieser der drittgrößte des Konzerns sein. 

Bild 3. Ultramid B3PG6 BK23238 zeigt eine gute Wärmestabilität bei einer Lagerdauer von bis zu 5000 h. Verantwortlich dafür ist die entwickelte P-Stabilisierung.

Bild 4. Im Innenraum von Automobilen sind Hochglanzoberflächen sehr gefragt. BASF hat dafür zwei glasfaserverstärkte Typen entwickelt, die ohne eine nachträgliche Lackierung sehr hochwertige Oberflächen ermöglichen.

Bild 5. Mit den teilaromatischen PA der Leona-SG-Reihe von Asahi Kasei sind hochwertige Oberflächen ohne spezielle Oberflächenbehandlung umsetzbar.

Bild 6. Hochvoltstecker für Anwendungen in der E-Mobilität aus Ultramid A3U44G6 DC OR: Das Material von BASF wurde speziell für Elektrofahrzeuge entwickelt und erfüllt erstmals sämtliche Kriterien der Farbstabilität und Wärmealterungsbeständigkeit.

KU 10-22_PA_BASF - Hauptartikel

Marktübersicht PA

Dr. Jens Cremer ist Produktentwickler Ultramid bei BASF in Ludwigshafen.

Carmelo Caizzi arbeitet als Commercial Product Manager Ultramid bei BASF in Ludwigshafen.

Alle Marktangaben basieren auf Erhebungen und Einschätzungen von BASF. Die darüber hinaus gehenden Informationen zu Innovationen und Nachhaltigkeit stammen aus Presseinformationen der genannten Unternehmen.