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

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Elektronik

Elektromobilität

Mobilität

Polyamide

Leistungselektronik

Technische Kunststoffe

Gegen den Strom

Lanxess hat ein halogenfrei flammgeschütztes und hydrolysestabilisiertes Polybutylenterephthalat-Compound (PBT) für Hochvoltstecker in Elektroautos entwickelt.

Wegen seinem hohem Durchgangswiderstand und seiner Kriechstromfestigkeit eignet sich das PBT-Compound gut für Stecker in Elektrofahrzeugen.

Compound

Sichere Stecker für die Elektromobilität

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

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

Schneller und nachhaltiger laden

E-Autos haben andere Anforderungen an die Materialien als Verbrenner. Das bietet Chancen für im Antriebsstrang untypische Kunststoffe: etwa Polycarbonat.

Speziell angepasste Polycarbonate bieten sich beispielsweise als Materialien für die Lithium-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen an. 

Elektromobilität eröffnet Chancen für ungewohnte Materialien

Polycarbonat

Polycarbonate für Hochvoltkomponenten

Orange hat sich als Signalfarbe in der Elektromobilität etabliert. Für Hochvoltsteckverbinder sind mittlerweile Compounds auf PBT- und PA-Basis vorhanden.

In der Elektromobilität ist Orange vor allem bei hochvoltführenden Bauteilen die Farbe der Wahl.

Farbstabile Hochvoltkonnektoren für Elektrofahrzeuge

Hoch spannend und orange!

Der weltweite Verbrauch von PBT als technischer Kunststoff lag 2012 bei rund 830000 t. Es wird erwartet, dass der Bedarf in den kommenden Jahren weiter um jeweils etwa 5 % wächst.

Polybutylenterephthalat (PBT)

Marktentwicklung Polybutylenterephthalat (PBT)

PBT zeichnet sich durch sehr gute Maßbeständigkeit und Maßhaltigkeit, sehr geringe Kriechverformungsneigung und hohe Abriebfestigkeit aus. Im Vergleich zu PET besitzt teilkristallines PBT etwas geringere Festigkeit und – vor allem bei tiefen Temperaturen – bessere Schlagzähigkeit.

Strukturformel von PBTStrukturformel von PBT

16:9

Polybutylenterephthalat (PBT) – Eigenschaften und Anwendung

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

Selektives Lasersintern von Kunststoff, Metall, Keramik

Verfahren für die additive Fertigung

Pulverbettverfahren

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Additive Fertigung

Vom Spritzgießen in den 3D-Druck

Profile aus Hart-PVC haben viele Vorteile: Sie sind gut extrudierbar, preiswert und verfügen bei geeigneter Additivierung über eine hohe UV-Beständigkeit. Bei den erforderlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften stößt PVC jedoch gelegentlich an seine Grenzen. Umgehen lassen sich diese Schwächen durch Coextrusion mit einem PBT-Blend.

Reichen die Eigenschaften von reinen PVC-Rohren nicht mehr aus, bieten sich mit PBT coextrudierte Varianten an. Bei ihnen fallen etwa die thermische Ausdehnung und der Nachschrumpf bei Erhitzung geringer aus.

Coextrusion von PVC mit modifiziertem PBT-Blend verbessert die Mechanik von Profilen

Extrusion

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Polyvinylchlorid

Rohr- und Profilextrusion

Die Grenzen von PVC erweitern

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

Der Distributor Ultrapolymers bietet ab sofort lasertransparente, schwarz eingefärbte Polybutylenterephthalate (PBT) von Mitsubishi Engineering-Plastics an.

Neue Novaduran PBT- und PBT-Blend-Typen kombinieren gute Lasertransparenz mit hoher Langzeit-Farbstabilität.

Schwarz, lasertransparent und langzeitstabil

DSM verkauft seinen Engineering-Polymers-Bereich an Lanxess und den Finanzinvestor Advent. Lanxess bringt außerdem sein PA- und PBT-Geschäft in das Joint Venture ein.

Lanxess lagert seine technische Kunststoffsparte in das Joint Venture aus.

Streifinger, Florian

Wirtschaft

Lanxess und Advent kaufen technische Kunststoffsparte von DSM

Auf der K 2022 zeigt DuPont Polybutylenterephthalat (PBT) mit hoher Lasertransmission. Die Typen entstammen der Crastin-Produktreihe des Unternehmens.

Lasertransparenz ist eine wichtige Materialeigenschaft beim Laserschweißen. Die entwickelten PBT bieten darüber hinaus noch weitere Zusatznutzen.

Laserschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Lasertechnik

Schneller geschweißt bei besserer Leistung

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

Polybutylenterephthalat (PBT): Produkte mit Zusatznutzen gefragt

Elektromobilität und Nachhaltigkeit treiben das Wachstum

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.

Der PBT-Weltmarkt hat sich von den Folgen der Coronapandemie gut erholt. Bei den Herstellern ist zurzeit jedoch einiges in Bewegung. Einige Unternehmen haben ihr PBT-Geschäft an Konkurrenten verkauft. Die Produktentwicklungen bei dem Werkstoff werden von den Trends Digitalisierung, Elektromobilität und Nachhaltigkeit vorangetrieben, wie zahlreiche spannende Neuheiten zeigen.

Im Jahr 2021 stieg dem Marktforschungsunternehmen Wood Mackenzie zufolge der globale Verbrauch an Polybutylenterephthalat-Basisharz (PBT) gegenüber dem Vorjahr um über 6 % auf rund 1,53 Mio. t. Er lag damit etwas niedriger als 2019 – also vor der Coronapandemie. Für 2022 wird weltweit ein Zuwachs auf ca. 1,58 Mio. t erwartet. Große Unsicherheitsfaktoren, nicht nur für die weitere Entwicklung des PBT-Markts, sind allerdings der Krieg in der Ukraine, die derzeit anziehende Inflation und die Folgen der Coronapandemie, die die wirtschaftliche Entwicklung bremsen. Hemmend wirken sich weiterhin  beispielsweise der Chip-Mangel, der vor allem die Automobilindustrie trifft, und die durch Corona-Lockdowns in China gestörten Lieferketten aus.

Wie schon in den Jahren zuvor war China 2021 mit einem Anteil von über 50 % der größte PBT-Verbraucher. Die Region Asien-Pazifik inklusive China zeichnete sich für drei Viertel des Absatzes verantwortlich. Auf Platz zwei und drei folgten der europäische Wirtschaftsraum und der amerikanische Kontinent mit 16 bzw. 9 %. Etwas mehr als zwei Drittel des Basisharzes wurden 2021 zu Compounds veredelt, der Rest überwiegend zu Fasern verarbeitet. Mehr als 50 % der PBT-Compounds wurden von der Automobilindustrie verwendet. Zweitgrößtes Einsatzsegment war die Elektro- und Elektronikbranche (E&E) mit rund 30 % Anteil, gefolgt von der Konsum- und Industriegüterindustrie mit 16 %.

Neue PBT-Produktionsanlagen auch für PBAT und PBS geeignet

Die weltweite Nachfrage nach PBT-Basisharz konnte bislang mit den vorhandenen Produktionskapazitäten gedeckt werden (Bild 1). Allerdings sind die Kapazitäten in Europa mittlerweile zu gering, weshalb Importe aus Asien und Saudi-Arabien die Versorgungslücke schließen müssen. In China haben mehrere lokale Unternehmen angekündigt, in weitere Kapazitäten investieren zu wollen, die das überproportionale Wachstum des PBT-Absatzes in der Volksrepublik decken sollen. Interessant ist dabei, dass es sich in vielen Fällen um flexible Produktionsanlagen handelt, mit denen sich sowohl PBT als auch die biologisch abbaubaren Polyester Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT) und Polybutylensuccinat (PBS) herstellen lassen. PBAT und PBS werden ebenfalls ausgehend von dem Monomer 1,4-Butandiol (BDO) durch Polykondensation synthetisiert.

Ein Beispiel einer solchen Investition ist die Anlage von Changhong Biomaterial in Shengzhou in der Provinz Zhejiang, die 2021 mit einer Kapazität von 120 000 t/a angefahren wurde. Die Kapazitäten am Standort sollen in den kommenden Jahren auf 600 000 t/a erweitert werden. Auch die Unternehmen Junzheng Chemical, Haihui New Material und Henan Kaixiang wollen bald neue Anlagen für PBT, PBAT und PBS in Betrieb nehmen. Es bleibt abzuwarten, wie sich der weltweit kräftig wachsende Verbrauch an PBAT und PBS auf die Nachfrage nach BDO auswirken wird und wie das den Preis für PBT-Produkte beeinflusst.

Die hohe Nachfrage nach PBT-Compounds führt weltweit zu einem Ausbau der Compoundieranlagen. Beispielsweise erweitert BASF derzeit in Malaysia am Standort Pasir Gudang seine Kapazitäten unter anderem für PBT-Compounds um 5000 t/a. Lanxess will im ersten Quartal 2023 in China am Standort in Changzhou eine zweite Compoundieranlage mit 30 000 t/a in Betrieb nehmen, auf der auch PBT-Compounds produziert werden können. Im April dieses Jahres hat der Konzern zudem im Werk Krefeld-Uerdingen eine neue Compoundieranlage für PBT und Polyamid (PA) eingeweiht. DSM hat im dritten Quartal 2021 den Ausbau seiner Compoundierkapazitäten für Hochleistungsmaterialien in Evansville im US-Bundesstaat Indiana abgeschlossen.

Der Markt für technische Kunststoffe wie PBT ist derzeit von Konsolidierungen geprägt. Die Unternehmen möchten damit unter anderem ihre Geschäfte effizienter auf neue Märkte wie die Elektromobilität ausrichten und die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Konkurrenten etwa aus Fernost stärken. Beispielsweise übernimmt Celanese einen Großteil des Geschäftsbereichs Mobility & Materials von DuPont, zu dem auch technische Kunststoffe wie PBT gehören. Die Transaktion soll Ende 2022 abgeschlossen sein.

Außerdem wollen Lanxess und der Private-Equity-Investor Advent ein Gemeinschaftsunternehmen für technische Hochleistungspolymere gründen. Dazu wurde kürzlich ein Vertrag zur Übernahme der technischen Kunststoffsparte des niederländischen Konzerns Royal DSM unterzeichnet, die in das Joint Venture integriert werden soll. Darüber hinaus bringt Lanxess seinen Geschäftsbereich High Performance Materials (HPM) in das neue Unternehmen ein, der weltweit mit zu den größten Anbietern von Compounds auf Basis von PBT sowie PA6 und PA66 zählt. Das neue Unternehmen soll vorbehaltlich der behördlichen Zustimmung in der ersten Jahreshälfte 2023 das Geschäft aufnehmen.

Auch bei PBT entwickelt sich Nachhaltigkeit angesichts des Klimawandels und knapperer Ressourcen zu einem bestimmenden Thema. In der Produktion von PBT-Basisharz wird etwa versucht, die bisher fossil basierten Monomere durch chemisch und physikalisch identische Pendants zu substituieren (Drop-in-Lösungen), die sich von nachhaltigen Rohstoffen etwa auf Bio- oder Rezyklatbasis ableiten. Diese Versuche sind nicht neu und konzentrieren sich vor allem auf BDO. Lanxess hat beispielsweise schon 2013 auf einer World-Scale-Anlage biobasiertes PBT ausgehend von einem BDO hergestellt, das aus einem Fermentationsverfahren mit Zucker als Rohstoff stammte. Ziel des Prinzipversuchs war es zu zeigen, dass eine solche Umstellung grundsätzlich möglich ist und keine Einbußen bei der Produktqualität mit sich bringt.

Allerdings gab es bisher kaum Investitionen in großtechnische Produktionsanlagen für biobasiertes BDO. Sie sind Voraussetzung für eine langfristig sichere Versorgung mit größeren Mengen dieses Rohstoffs. Ein großer Schritt in diese Richtung ist das Joint Venture Qore der beiden Unternehmen Cargill und Helm. Die Partner wollen am Biotechnology Campus von Cargill in Eddyville in Iowa eine Anlage errichten, in der auf Basis der Technologie des US-amerikanischen Biotechnologieunternehmens Genomatica Bio-BDO hergestellt wird. Die Anlage soll 2024 in Betrieb gehen und eine Kapazität von 65 000 t/a haben.

Unterschiedliche Entwicklungen bei den Vorprodukten

Beim zweiten Monomer für PBT, Terephthalsäure (PTA) beziehungsweise Dimethylterephthalat (DMT), gibt es bislang ausgehend von nachhaltigen Rohstoffen keine Syntheserouten, die zu großtechnischen Verfahren ausgearbeitet wurden. Allerdings wird am Markt CO2-neutrale Terephthalsäure angeboten. Die bei ihrer Herstellung entstehenden Emissionen des Treibhausgases werden durch Investitionen in CO2-Klimaschutzprojekte ausgeglichen. Ein Beispiel dafür ist PTAir Neutral von Ineos.

Bei PBT-Compounds ist es noch nicht gelungen, größere Stoffkreisläufe zur Wiederverwertung aufzubauen. Viele PBT-Produzenten werten aber derzeit intensiv mögliche Rezyklatquellen sowohl bei Post-Consumer- als auch Post-Industrial-Abfällen (PCR bzw. PIR) aus. Im Gegensatz zu PBT sind bei Polyethylenterephthalat (PET) große Mengen an Rezyklat verfügbar, die aus Getränkeflaschen stammen. Dieses PET-Rezyklat dient zur Herstellung nachhaltiger PBT+PET-Blends. Ein Beispiel dafür ist die Pocan-Eco-T-Reihe von Lanxess. Sabic depolymerisiert mittels chemischer Verfahren ausgedientes PET aus Flaschen und anderen Quellen, um im Sinne eines Upcyclings aus den dabei gewonnenen Grundstoffen die PBT-Produkte LNP Elcrin iQ zu produzieren.

Auch rezyklierte Verstärkungsfasern verbessern die Nachhaltigkeit von Kunststoffen. Lanxess stellt etwa mit Glas aus Abfällen der Glasfaserproduktion Rezyklatfasern her (Bild 2). Diese kommen unter anderem in den PBT-Compounds Pocan ECOB3235 und dem flammgeschützten Pocan ECOB4239 zum Einsatz. Der Rezyklatfasergehalt von 30 Gew.-% ist nach dem ISCC-Plus-Massenbilanzverfahren zertifiziert (International Sustainability and Carbon Certification). Dieses Verfahren wird weltweit von immer mehr Kunststoffproduzenten genutzt. Dabei werden fossile und chemisch identische alternative Rohstoffe aus nachhaltigen Quellen – wie etwa aus dem chemischen Recycling von PIR- und PCR-Abfällen – in der Produktion gemischt und der jeweilige Anteil den Endprodukten rechnerisch zugeordnet. Die Eigenschaften des Endprodukts – wie etwa eines PBT-Compounds mit Rezyklatfasern aus Glasabfall – entsprechen denen von herkömmlicher Ware. Der Spritzgießer kann das Compound daher wie gewohnt auf bestehenden Anlagen verarbeiten und profitiert von der Nachhaltigkeit des ISCC-Plus-zertifizierten Produkts.

Neue Anwendungen und Wachstumsmärkte ergeben sich für PBT-Compounds vor allem durch die Elektromobilität und der zugehörigen Ladeinfrastruktur und durch die Trends zu Fahrerassistenzsystemen, zur Digitalisierung des Alltags (Internet of Things, IoT) und zur Miniaturisierung von elektrischen und elektronischen Baugruppen. Grundsätzliche Materialstärken, mit denen sich PBT in diesen Anwendungssegmenten bewährt, sind seine hohe Steifigkeit, Festigkeit, Wärmeformbeständigkeit und – weil es nur sehr wenig Wasser aufnimmt – sehr gute Dimensionsstabilität. Außerdem zeigt es ein gutes elektrisches Isolierverhalten wie etwa hohe Volumenwiderstände und Durchschlagfestigkeiten. Allerdings müssen sich PBT-Compounds auch neuen, verschärften Einsatzbedingungen stellen. In Elektrofahrzeugen führen die hohen elektrischen Leistungsdichten von Hochvoltsystemen zu größeren thermischen Belastungen und strengeren Anforderungen an die Hydrolyse- und Alterungsbeständigkeit sowie an die Flammwidrigkeit. Zudem sind die Bauteile oft hohen Spannungen und starken Strömen bei gleichzeitig hohen Temperaturen ausgesetzt und müssen dabei dennoch elektrisch isolierend sein.

Die Hersteller von PBT-Compounds konzentrieren sich in der Materialentwicklung vor allem auf die Optimierung der Hydrolyse- und Temperaturdauerstabilität sowie auf verbesserte elektrische Eigenschaften wie hohe Kriechstromfestigkeiten. Oft müssen sie die Werkstoffe dabei mit hohen Flammwidrigkeiten ausstatten. Darüber hinaus steht auch die wirtschaftliche Verarbeitung der Compounds im Entwicklungsfokus. Das gilt besonders für das Laserdurchstrahlschweißen, das sich immer mehr in der schonenden Serienfertigung von filigran geformten PBT-Teilen für die Automobil-, E&E-, IT- und Konsumgüterindustrie etabliert. Zum Einsatz kommt es etwa bei Gehäusen für Sensoren, Steuergeräte und Anzeigesysteme.

Entwicklungen für eine höhere  Hydrolysestabilität

Beispiel einer neuen Generation von hydrolysestabilisierten PBT-Compounds ist die Produktreihe Pocan XHR (Xtreme Hydrolysis-Resistent) von Lanxess (Bild 3). Sie zeigt in Probekörpertests, die an die strengen Langzeitfertigteilprüfungen SAE/USCAR-2 Rev. 7 der amerikanischen Society of Automotive Engineers (SAE) angelehnt sind, sehr gute Hydrolyseresistenzen. Pocan B3216XHR und B3233XHR, die 15 bzw. 30 % Glasfasern enthalten, erreichen beispielsweise die höchste Einstufung Class 5. Eine Besonderheit ist das unverstärkte Pocan B1205XHR, das die Tests mit der zweithöchsten Klassifizierung Class 4 besteht. Es ist annähernd verzugsfrei verarbeitbar und bietet sich daher zur Konstruktion sehr filigraner Geometrien an.

Die Vertreter der XHR-Produktreihe verfügen neben der hohen Hydrolysestabilität über weitere Materialvorzüge, die für viele Anwendungen relevant sind. Wegen ihres Dehnungsverhaltens und der guten Beständigkeit gegen Temperaturwechsel eignen sie sich zum Beispiel sehr gut, um Metallteile zu umspritzen, die schwankenden Temperaturen ausgesetzt sind und daher zu Spannungsrissen neigen könnten. Mögliche Anwendungen sind unter anderem Stromschienen, Konnektoren, Steckerleisten, tragende Rahmenstrukturen (Main Frames) und Gehäuse. Ein weiterer Materialvorzug ist die verbesserte Laugenbeständigkeit, die bereits bei Standard-PBT recht gut ist. Beispielsweise verringert sich die Bruchdehnung von Pocan XHR bei einer Lagerung über 100 h bei 55 °C in einmolarer Natronlauge nur um etwa 40 %.

Das gute Verarbeitungsverhalten der PBT-Produktreihe zeigt sich unter anderem in der guten Schmelzefließfähigkeit, die im Vergleich zu PBT-Standardprodukten um bis zu 35 % höher ist. Auch andere Hersteller bieten PBT-Compounds mit sehr guten Ergebnissen im SAE/USCAR-Test an. Beispiele sind etwa das zähmodifizierte Ultradur B4330 G3 HR von BASF oder das zähmodifizierte Crastin HR5330HF von DuPont, die eine Class 5– beziehungsweise Class 4-Einstufung erreichen.

Lasertransparent und zusätzlich  hydrolysestabilisiert

Bei der Entwicklung neuer PBT-Compounds für das Laserdurchstrahlschweißen geht es unter anderem darum, die Lasertransparenz zu verbessern, um auch Komponenten mit größeren Wanddicken fügen zu können. Ein Ansatz ist dabei das Blenden des teilkristallinen PBT mit amorphem Polycarbonat (PC). Beispiele dafür sind das unverstärkte Pocan C1202LT (Laser Transparency), das sehr zäh und verzugsarm ist, und das mit 30 % Glasfasern verstärkte Pocan C3230LT. Letzteres ermöglicht die Herstellung verzugsarmer, steifer und fester Bauteile wie Elektronikgehäuse.

Rare Spezialitäten im Markt für lasertransparente PBT-Compounds sind Produkte, die zugleich eine sehr hohe Hydrolysestabilität zeigen. Denn beide Eigenschaften beeinflussen sich normalerweise gegenseitig negativ. Lanxess bietet inzwischen mehrere Compounds an, bei denen dieser Zielkonflikt gelöst ist. Ein Produktbeispiel ist Pocan B3233HRLT, das den Langzeittest nach SAE/USCAR-2 Rev. 7 mit der Einstufung Class 3 erfüllt und damit bei Temperaturen bis 125 °C sehr hydrolysebeständig ist. Gleichzeitig ist es bei schwarzer Einfärbung genau in dem Wellenlängenbereich lasertransparent, der typisch für das Laserdurchstrahlschweißen von Kunststoffen ist. Es lässt sich in einem stabilen und effizienten Prozess fügen. Aus dem Material werden zum Beispiel verzugsarme und dimensionsstabile Gehäuse für mechatronische Aktuatoren zur Drallklappensteuerung (swirl control actuator) von Dieselmotoren hergestellt (Bild 4). Ein weiteres Produktbeispiel für ein hydrolysestabilisiertes und zugleich lasertransparentes PBT-Compound mit ebenfalls 30 Gew.-% Glasfasergehalt ist Ultradur B4300 G6 HR LT von BASF.

Optimierte Kriechstromfestigkeit  verstärkt gefragt

In vielen klassischen E&E-Anwendungen und bei Hochvoltbauteilen für die Elektromobilität steigen die Anforderungen an die Kriechstromfestigkeit von Kunststoffen. Verstärkt wird dieser Trend durch die fortschreitende Miniaturisierung von elektrischen und elektronischen Baugruppen. Beispielsweise werden auf Leiterplatten die Abstände zwischen den metallischen Steckkontakten, den Pins, immer kleiner. PBT-Compounds zeigen zwar an sich schon gute Kriechstromfestigkeiten, doch besteht gerade bei glasfaserverstärkten Produktvarianten noch Verbesserungsbedarf. Viele Hersteller von PBT-Compounds arbeiten daher an entsprechend optimierten Materialien. Lanxess baut derzeit die breit gefächerte Produktreihe Pocan E mit Glasfasergehalten zwischen 10 und 30 % auf. Alle ihre Vertreter erreichen in der Kriechstromprüfung CTI A (Comparative Tracking Index, IEC 60112) den bestmöglichen Wert von 600. Sie erfüllen damit nach IEC 60664–1 die Anforderungen der höchsten Isolierstoffklasse I.

Einige der Compounds bringen darüber hinaus noch weitere vorteilhafte Eigenschaften mit – etwa eine sehr gute Schmelzefließfähigkeit und Hydrolysebeständigkeit, eine hohe Flammwidrigkeit oder optimierte mechanische Eigenschaften wie eine verbesserte Schlagzähigkeit. Ein Produktbeispiel aus der Pocan-HRE-Serie ist dabei Pocan B3216XHRE, das sich zusätzlich zur hohen Kriechstromfestigkeit durch eine sehr gute Hydrolysebeständigkeit auszeichnet. Ein weiteres Highlight aus der Serie ist ein halogenfrei flammgeschütztes und zugleich hydrolysestabilisiertes Compound mit einem CTI A von 600 (Bild 5). Dieser mit 25 Gew.-% Kurzglasfasern verstärkte Konstruktionswerkstoff erreicht in Probekörperprüfungen angelehnt an den Hydrolysefestigkeitstest SAE/USCAR-2 Rev. 7 die gute Einstufung Class 3. Er behält nach einem branchenüblichen Hydrolysetest bei 85 °C und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit auch nach 1000 Stunden noch 80 % seiner Anfangsschlagzähigkeit (Bild 6).

Den Brandtest UL 94 des US-amerikanischen Prüfunternehmens Underwriters Laboratories besteht er mit der hervorragenden Klassifizierung V-0 bei 0,75 mm Prüfkörperdicke. Das Compound kann in hellen Farben eingefärbt, etwa in orange, bezogen werden. Material und Farbstoffe sind auch bei hohen Einsatztemperaturen dauerhaft farbstabil (Bild 7).

Fahrerassistenzsysteme als neuer  Einsatzbereich

Eine attraktive Anwendung für PBT-Compounds sind Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS). Das gilt besonders für ADAS-Radarsensoren und -Gehäuse. PBT-Compounds bringen für diese eine gute Radartransparenz, Dimensionsstabilität, eine hohe Hydrolysestabilität, ein gutes Laserschweißverhalten und auch sehr gute mechanische Eigenschaften mit. Für Radome sind etwa PBT-Compounds mit geringen Dielektrizitätskonstanten (Dk) und Verlustfaktoren (Df) verfügbar, die auch für die immer häufiger verwendeten ADAS-Radarfrequenzen von 77 bis 81 GHz gut durchlässig sind. Auf diese Weise treten kaum Strahlungsverluste auf. Wegen des guten Wachstumspotenzials von PBT-Compounds bei Radarsensoren hat Lanxess ein Konzept für diese Bauteile entwickelt, das gegenüber bisherigen Konstruktionsweisen mehr Freiheiten bei der Materialwahl bietet (Bild 8). Es ermöglicht eine Wärmeabfuhr aus dem Sensorinneren mit Hilfe von wärmeleitenden Kunststoffen in Kombination mit metallischen Kühlelementen. Der Zusammenbau erfolgt mit integrierten Schnapphaken oder durch Heißnieten, was wesentlich weniger aufwendig und kostenintensiv ist als ein Verschrauben.

LANXESS Deutschland GmbH  

Ausgabenartikel KU10-22

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

Bild 1. PBT-Basisharz wird in Europa unter anderem am Standort Hamm-Uentrop von DuBay Polymer, einem Joint Venture von Lanxess und DuPont, produziert.

Bild 2. Lanxess setzt in seiner Glasfaserproduktion in Antwerpen auch Glasabfälle ein, um dadurch die Nachhaltigkeit seiner Produkte zu erhöhen. 

Bild 3. Eine potenzielle Anwendung von hydrolysestabilisierten PBT wie Pocan XHR sind Gehäuse für Getriebe von automatischen Parkbremsen.

Bild 4. Der Deckel des Aktuatorgehäuses besteht aus dem lasertransparent schwarz eingefärbten Pocan B3233HRLT, die laserabsorbierende Gehäusehälfte aus Pocan B3233HR.

Bild 5. Bei Hochvolt-Steckern sind halogenfrei flammgeschützte PBT-Compounds gefragt. Lanxess hat dafür mit der Pocan-HRE-Serie verschiedene Typen vorgestellt. Sie zeichnen sich durch eine sehr gute Hydrolysestabilität, Flammwidrigkeit und Kriechstromfestigkeit (CTI A 600) aus.

Bild 6. Die Izod-Schlagzähigkeit des PBT-Compounds Pocan BFN HR nimmt nach Hydrolysealterung bei 85 °C und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit im Gegensatz zu einem Standardprodukt kaum ab.

Bild 7. Für Hochvoltanwendungen werden orange eingefärbte, farbstabile Compounds benötigt. Die Farbe Orange dient in Elektrofahrzeugen zur Kennzeichnung von stromführenden Komponenten. Angeboten werden entsprechende PBT-Compounds unter anderem von Lanxess.

Bild 8. Aufbau eines Radarsensors nach dem Konzept von Lanxess: PBT bietet sich besonders zur Herstellung der Radome an.

KU 10-22_PBT_Lanxess - Hauptartikel

Dr. Günter Margraf leitet den Bereich Nachhaltigkeit und Produktmanagement im Geschäftsbereich High Performance Materials (HPM) von Lanxess.

Dr. Claudia Schmid-Dähling ist Produktentwicklerin für PBT-Compounds im Geschäftsbereich High Performance Materials.

Alle Marktangaben basieren auf Erhebungen und Einschätzungen von Lanxess. Darüber hinaus gehende Informationen zu Investitionen und technischen Entwicklungen stammen ebenfalls von Lanxess und aus Presseinformationen der genannten Unternehmen.