Die Umsetzung von Serienanwendungen im Lasersintern wird gegenwärtig noch durch eine unzureichende Materialvielfalt gehemmt. Viele wichtige Konstruktionswerkstoffe aus der traditionellen Kunststoffverarbeitung waren für das Verfahren bisher nur eingeschränkt verfügbar. PA 66 und PBT erweitern das Einsatzgebiet des Lasersinterns erheblich und zeigen in vielen Fällen bessere Eigenschaften als klassische PA-11- und PA-12-Materialien.

Als temperaturbeständiger und flammwidriger Werkstoff mit hohen mechanischen Kennwerten eröffnet PA 66 neue Applikationsmöglichkeiten für das Lasersintern, wie beispielsweise die Anwendung als Sensorhalterung 

Lasersintern mit PA 66 und PBT

Polybutylenterephthalat

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Polyamide

Technische Kunststoffe

Selektives Lasersintern von Kunststoff, Metall, Keramik

Verfahren für die additive Fertigung

Pulverbettverfahren

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Additive Fertigung

Vom Spritzgießen in den 3D-Druck

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?

Elektronik

Elektromobilität

Mobilität

Leistungselektronik

Gegen den Strom

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

Verpackungsmaterial

Logistik

Automotive

Polyethylen

Streifinger, Florian

Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Recycling

Umweltmanagement

Polyvinylchlorid

Standardkunststoffe

Polyethylenterephthalat

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Rezyklat

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

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

Kunststoff-Erzeugung

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Herstellung von Gummi und Kunststoffwaren

Kunststoffverarbeitung

Lanxess-Geschäftsbereich wird rechtlich eigenständig

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

Spritzgießen

Compound

Vibrationsschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Hybridwerkstoffe

Laserschweißen

Laserauftragsschweißen

Oberflächentechnik

Laserbearbeitungen

Lasertechnik

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Verbesserungen bei Materialien und  der Verarbeitung

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

Beispielanwendung Motorabdeckung in der Automobilindustrie

Glasfaserverstärkt und halogenfrei flammgeschützt

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.

Teilbiobasiertes PPA für Elektrofahrzeuge

Elektrische Geräte und elektronische Bauteile müssen häufig strenge Anforderungen an den Flammschutz erfüllen. Dabei dürfen im Brandfall keine für Menschen giftigen Gase austreten und auch an der Bausubstanz sollten durch die verwendeten Additive keine Folgeschäden entstehen. Für Leistungsschutzschalter hat der Compoundeur Sax Polymers ein entsprechendes Compound entwickelt, das ohne den Einsatz von Halogenen und rotem Phosphor auskommt.

Elektrische Bauteile wie Leistungsschutzschalter müssen über einen ausreichenden Flammschutz verfügen. Doepke Schaltgeräte setzt dafür auf ein flammgeschütztes Polyamid von  Sax Polymers 

Flammschutz halogenfrei und ohne roten Phosphor

Flammschutzmittel

Additive

Giftige und korrosive Gase vermeiden

Alternative Antriebe, autonomes Fahren und der Wunsch nach einer höheren Nachhaltigkeit wirken sich auf das Design von Automobilen aus. Auch der Innenraum der Fahrzeuge erfährt eine deutliche Veränderung. Instrumententafeln verwandeln sich in Entertainment-Einheiten und in Bildschirme für Videokonferenzen.

Das USB-Steckverbindersystem ermöglicht Platzeinsparungen von bis zu 60 %. Das verwendete PBT erlaubt enge Toleranzen unabhängig von den Umgebungsbedingungen.

Kfz-Elektronik

Steckverbinder

Elektromechanik

PBT für USB-Steckverbinder

Mit umfangreichen und spezifischen Modifikationen der Eigenschaften können Kunststoffe klassischen Metallbauteilen immer mehr Anwendungen abluchsen.

Bild 1. Grivory G5V weist im Vergleich zum bereits bekannten Grivory GV zwischen 60 °C und 100 °C deutlich bessere mechanische Eigenschaften auf

Quelle: Ems-Chemie, © Tabelle: Kunststoffe

16:9

Zwei neue Polyamid-Typen sollen technische Bauteile wirtschaftlicher machen

Fortschrittlicher Metallersatz

Die Optik spielt bei Kunststoffbauteilen eine immer größere Rolle. Entscheidend für ein ansprechendes Aussehen sind glänzende und gleichmäßige Oberflächen. Diese Anforderungen lassen sich bei glasfaserverstärkten Polyamiden bisher meist nur mit einer zusätzlichen Lackierung erreichen. Eine Alternative bietet ein speziell für die Gestaltung von Oberflächen entwickeltes Polyamid.

Bei Sichtbauteilen ist häufig eine gleichmäßige, glänzende Oberfläche gewünscht, die sich mit glasfaserverstärktem Polyamid oft nur schwer erreichen lässt. Grivory G7V von EMS löst dieses Problem

Aliphatisches Hochleistungspolyamid für Oberflächen

Glänzende Bauteile ohne Lackierung

Gerade bei hochwertigen Polymeren lohnt sich die Wiederverwendung von Produktionsabfällen. Ein Forschungsprojekt konnte nun Zweifel daran ausräumen, dass Anteile an rezyklierten Kunststoffen von mehr als 25 % die Eigenschaften der Bauteile zu sehr schwächt.

Sicherungsträger müssen flammgeschützt werden. Reiher verwendet für seine Modelle ein mit rotem Phosphor flammgeschütztes, mit 25 % Glasfasern verstärktes PA 66

Mehr als ein Viertel Polyamid-Produktionsabfälle für das Spritzgießen verwenden

Recycling flammgeschützter  Produktionsabfälle

Erfahrungen aus der Metallbearbeitung lassen sich nicht unbedingt auf Kunststoffe übertragen. Das musste der Hersteller eines gefrästen Kunststoffbauteils schmerzlich erfahren. Mit den üblichen Spanverfahren konnten die notwendigen Toleranzen nicht eingehalten werden. Durch einen eigens entwickelten Prozess gelang die Herstellung aber schließlich.

Das Spanen von Kunststoff kann eine Herausforderung sein. Vor allem, wenn die Ansprüche an die Toleranzen sehr hoch sind, wie bei diesem Teil für einen Pilotenhelm

Schneller und genauer: HSC-Fräsen von technischen Kunststoffen

Fräsen

Spanende Verfahren

Werkstückspanntechnik, spanend

Spanntechnik

Höhere Präzision beim Spanen

Der Ersatz von Metallen durch Kunststoffe ist bei vielen Bauteilen eine interessante Möglichkeit, um Gewicht zu sparen und eine höhere Designfreiheit zu erhalten. Bei verschiedenen Anwendungen spielt dabei auch die Wärmeleitfähigkeit der Polymere eine wichtige Rolle. Um diese zu steigern, kommen verschiedene Additive in Frage. Welche dafür besonders geeignet sind, hat Domo Engineered Materials bei der Entwicklung zweier Polyamid-Familien untersucht.

Bild 5. Beispiel für den Wärmetransport durch den Kühlkörper einer LED: Die an der Oberfläche A entstehende Wärme (T2) wird durch den Kühlkörper transportiert (Wärmestrom Q) und kann dort an die Umgebung abgegeben werden. Aus der Differenz zwischen T2 und T1 ergibt sich die Wärmeleitfähigkeit (h)

Welche Füllstoffe sich am besten für wärmeleitfähige Kunststoffe eignen und wie sich damit Metall ersetzen lässt

Wärmetransport mit Kunststoff  statt mit Metall

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

Hochspannung im Auto

Bei elektrischen Bauteilen können schnell hohe Temperaturen entstehen. Für diese sind übliche selbstverlöschende Compounds oft nicht die beste Lösung. Stattdessen sollten speziell für diesen Anwendungsfall entwickelte Materialtypen verwendet werden.

Viele Komponenten in Stromverteilungssystemen bestehen aus Compounds, die auf robusten und vielseitigen Polymeren basieren. Sehr häufig kommt dafür beispielsweise Polyamid 66 (PA 66) zum Einsatz. Selbstverlöschende Materialien auf Basis von PA weisen im Allgemeinen sehr gute flammhemmende, thermische, chemische und mechanische Eigenschaften auf. Allerdings kann die Intensität des zirkulierenden Stroms in Kombination mit den hohen Temperaturen, die durch Metallkontakte infolge der Joule-Erwärmung erzeugt werden, ernsthafte Probleme für Standard-PA-66-Komponenten oder solchen aus Polybutylenterephthalat (PBT) verursachen.

Das italienische Unternehmen Scame Parre, ein Hersteller von elektrischen Bauteilen für Niederspannungssysteme, bietet Kontakthalter an, die speziell für Hochleistungsstecker und Hochleistungssteckdosen mit 125 A entwickelt wurden. Sie werden beispielsweise in Industrieanlagen, auf Baustellen und in Bergwerken verwendet. Während des Dauerbetriebs erreichen die Temperaturen in diesen Verbindungselementen teilweise 180 bis 190 °C. Diese Temperaturwerte sind so hoch, dass sie Probleme für technische Polymere wie PA und Polyester verursachen können. Ein Zurückgreifen auf Materialien, die speziell für hohe Temperaturen entwickelt wurden wie Keramik oder Duroplaste, wollten die Ingenieure bei Scame vermeiden. Diese Werkstoffe sind nicht nur teuer, sondern auch schwer zu verarbeiten.

Die Entwickler des Unternehmens entschieden sich deshalb für das Material Laramid G/30-V0HF1 des italienischen Kunststofferzeugers Lati Industria Termoplastici. Das Compound auf Basis eines aromatischen PA (PPA) ermöglicht eine kontinuierliche Verwendung bei Temperaturen, die weit über den von PA 66 erreichbaren Temperaturen liegen. Das Compound ist mit 30 % Glasfasern verstärkt, um die Steifigkeit, Festigkeit und Elastizität zu erreichen, die für eine sichere Verwendung unter schwierigen Bedingungen, einschließlich Stürzen und heftigen Stöße, unerlässlich sind.

Selbstverständlich muss der Kontakthalter auch selbstverlöschend sein und ebenfalls dem Kontakt mit Metallteilen standhalten, die durch elektrischen Strom erhitzt sind. Das ist mit Laramid möglich, weil das Material über eine UL94-V0-Bewertung für 0,75 mm Winddicke und einen Glühdraht-Entflammbarkeitsindex (GWFI) von 960 °C für Wanddicken von 1 mm bis 2 mm verfügt. Beides wird durch ein Flammschutzsystem erreicht, das weder auf Halogenen noch rotem Phosphor beruht.

Obwohl es auf einer komplexen Rezeptur basiert, die selbstverlöschende Additive und Glasfasern enthält, kann Laramid herkömmlich verarbeitet werden. Darüber hinaus ist das Ergebnis ästhetisch sehr ansprechend. Das Material ist außerdem für den Einsatz im Bahnsektor gemäß der europäischen Norm EN 45545 vollständig zertifiziert und weist die höchste Bewertung in den Anforderungssätzen R22 und R23 der Norm auf.

LATI Industria Termoplastici Spa  

https://www.lati.com

Ausgabenartikel KU9-21

Das PPA Laramid eignet sich für die Herstellung von Komponenten für elektrische Bauteile wie Kontakthalter, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind