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.

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Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Faserverarbeitung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Messe Fakuma

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Leichtbau

Polyamide

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Spritzgießmaschinen

Stylisch, sicher und nachhaltig produziert

Für FFF- und FDM-Drucker hat Evonik ein PEEK vorgestellt. Das Material wurde speziell für medizintechnische Anwendungen wie Prothesen, OP-Instrumente und Hörgeräte entwickelt.

Das 3D-druckbare Filament soll beispielsweise für Implantate oder Hörgeräte zum Einsatz kommen

Polyetherketon

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Additive Fertigung

Hochleistungskunststoffe

Werkstoffe für additive Verfahren

Biokompatibles und einfach verarbeitbares PEEK

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

Technische Kunststoffe

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

Compound

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

Werkzeugkonstruktion

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Polypropylen

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

Messe K-Kunststoffmesse

Masterbatches

Additive

Polyethylen

Polylactid

Biokunststoffe

Effektpigmente

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Ist Bio das neue Normal?

Materialverzug stellt beim 3D-Druck ein Problem dar. Dipromat hat deshalb verzugsfreie PA und PP entwickelt. Sie eignen sich auch für das Spritzgießen.

Carbonfaserverstärkte Präzisions-PA sind bei 3D-Druck-Anwendungen beliebt, da die Schwindung durch Carbonfasern minimal ist. Die Fasern besitzen eine negative Schwindung und gleichen dadurch die Matrixschwindung aus. Die von Apium additiv gefertigten Bauteile kommen bei einem Carbonfaseranteil von 15 % lediglich auf eine Schwindung von 0,1 % in beiden Richtungen.

Vom Spritzgießen in die additive  Fertigung und wieder zurück

Mit der Akquisition des Polyamid-Geschäfts von Solvay hat BASF die Wertschöpfungskette für technische Thermoplaste gestärkt. Neue Impulse kommen vor allem aus der Kreislaufwirtschaft.

Chemisches Recycling: Pyrolyseöl aus Kunststoffabfällen, neu synthetisiertes Polymer und eine mehrschichtige Lebensmittelverpackung (v.l.n.r.). Mit mechanisch aufbereiteten Abfallstoffen wären solche Anwendungen nicht möglich

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Die BASF engagiert sich gemeinsam mit ihren Kunden für chemisches Recycling

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Vorwärts im Verbund

Im Automobilbau konkurrieren unterschiedliche Antriebstechnologien: Verbrennungs- und Elektromotoren. Darüber hinaus ist das Interesse an Brennstoffzellen groß.Alle drei Technologien wurden auf der Tagung Kunststoffe automotive Powertrain diskutiert.

Wie sich eine Ökobilanz für Bauteile und die unterschiedlichen Fahrzeuge erstellen lässt, erklärte Milan Jovanović, Leiter der Lebenszyklusanalyse bei BMW, auf der Tagung

Kunststoffe automotive Powertrain: Umstrittenes PA 66 und Ökobilanz von Fahrzeugen

Brennstoffzelle

Stromversorgung

Streifinger, Florian

Verbände, Institutionen, Messen

Brennstoffzellen

Mobilität

Was bewegt das Automobil?

Auf den ersten Blick stand die K in diesem Jahr ganz klar im Zeichen von Recycling und Kreislaufwirtschaft. Abseits dieser Themen waren aber auch in klassischen Kunststoffbereichen wie Automotive viele Neuerungen zu besichtigen.

Im Konzeptfahrzeug VisionVenture von Hymer wurden insgesamt 22 Materialien von BASF verwendet. Vor allem für die Lackierung und die scheinbar aus massivem Schiefer bestehende Wandverkleidung des Badezimmers im Camper kommen spannende Neuentwicklungen zum Einsatz 

Automobiltrends auf der K 2019

Elektromobilität

Polyurethan-Schaumstoffe (PUR)

Polyurethan

Elektromobilität und ein Konzeptfahrzeug

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

Zwei neue Polyamid-Typen sollen technische Bauteile wirtschaftlicher machen

Fortschrittlicher Metallersatz

Die weltweite Marktsituation ist bei PA 6 und PA 66 sehr unterschiedlich. Bei PA 66 und beim Vorprodukt Adiponitril (ADN) kommt es immer wieder zu Lieferengpässen. Das führt zu teilweise drastischen Preiserhöhungen. Deshalb setzen immer mehr Anwender auf Alternativen zu PA 66.

Hochvoltstecker aus orange eingefärbtem Durethan BKV45FN04 kommen u. a. in Elektrofahrzeugen zum Einsatz. Für Kunststoffe bei Li-Ionen- Batterien ist oft eine UL94-V-0-Klassifizierung notwendig

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Polyamid (PA)

PA-6-Compounds ersetzen PA 66

Bei einer Pkw-Federunterlage können mit einem Sandwich-Schäumverfahren Gewicht, Materialverbrauch und Herstellkosten signifikant gesenkt werden - bei gleicher Festigkeit.

Die Hartkomponente der Federunterlage wird mit dem sogenannten SmartFoam-Verfahren hergestellt. Der Querschnitt zeigt links ein korrekt hergestelltes Bauteil, rechts eines, bei dem sich das Gas nicht vollständig mit der Schmelze vermischt hat. Folge: Am unteren Rand hat sich eine große Gasblase gebildet, und die Außenschicht hat nicht mehr die erforderliche Dicke

Leichtbau bei hochbelasteten Kunststoffbauteilen am Beispiel einer Pkw-Federunterlage

Schaumspritzgießen

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Werkstoffprüfung, mechanisch

Werkstoffprüfung

Analysetools, FEM

Software

Schwingungs- / Vibrationsprüfger

KFZ-Zulieferer

Schaumkern trotzt enormer Belastung

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

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

Durch Hohlbauweise wird eine hohe Werkstoffeffizienz erreicht, was Emissionen einspart. Jedoch entstehen dadurch komplexe Geometrien, die sich in Kombination mit anspruchsvollen Prozessrandbedingungen nur mit verlorenen Kernen umsetzen lassen. Daher behandelt diese Studie die in der Kunststofftechnik bislang weitgehend ungenutzte Salzkerntechnologie. Es wird untersucht, wie wasserlösliche Salzkerne in den Composite-Prozessen Spritzguss und automatisiertem Tapelegen eingesetzt werden können. Verschiedene Prozessexperimente mit kommerziellen Salzkernen offenbaren das Potential und die Herausforderungen. Dieser Artikel behandelt unverstärkte Salzkerne ohne Binder, welche Stand der Technik im Leichtmetallguss sind. In einem nachfolgenden Beitrag werden faserverstärkte Salzkerne mit einer höheren Prozessstabilität vorgestellt.

Konventionelle, binderfreie Salzkerne können dank ihrer hohen Festigkeit, Dichte, Wasserlöslichkeit und Recyclingfähigkeit im Spritzguss eingesetzt werden. Gesinterte Salzkerne mit einer Dicke von 2 mm lassen sich in einem zweistufigen Umspritzprozess mit PA6 verarbeiten, wenn die Füllstrategie auf eine Minimierung der Biegelasten ausgelegt ist. Selbiges funktioniert jedoch nicht mit CF-PEEK, weil durch die höheren Prozesstemperaturen die Salzkernfestigkeit stark abfällt. Dadurch deformieren die Kerne und blockieren die Fließkanäle. Demgegenüber zeigen druckgegossene Salzkerne mit einer Mindestwandstärke von 20 mm ausreichende Stabilität bei niedrigen Vorheiztemperaturen, sofern sie frei von Gießfehlern sind. Die Versuche zeigen, dass das voluminöse Design der Salzkerne für die vorgestellte Bauteilgeometrie eine Anpassung ihres Herstellungsprozesses erfordert, um den Füllvorgang zu verbessern. Die Kerne können restlos aus den Spritzgussbauteilen mit Wasser ausgewaschen werden. Um Salzkerne auch als Substrat im automatisierten Tapelegen mit CF-PEEK einzusetzen, ist eine Oberflächenvorbehandlung nötig. Eine Sprüh- oder Folienbeschichtung mit reinem PEEK sind probate Mittel zur Steigerung der Anbindungsfestigkeit. Der Unterschied in der Oberflächenbeschaffenheit zwischen beschichtetem Salzkern und umliegendem Werkzeug sollte in der Prozessregelung berücksichtigt werden, um eine gute Erstlagenanbindung zu erreichen.

Dominik Boos1, Tim Scherzer2, Kalle Kind1, Swen Zaremba1, Klaus Drechsler1

1Chair of Carbon Composites, Technical University of Munich

2Department of Polymer Engineering, University of Bayreuth

Towards a Robust, Water-Soluble, Lost Core Material – part one: Unreinforced, Binder-Free Salt

Hollow constructions save emissions through a high material efficiency. However, this results in complex geometries, which can only be realized with expendable or so-called “lost” cores. This study focuses on the salt core technology, which has been rather disregarded in plastics technology so far. It is investigated how water-soluble salt cores can be implemented in the composite process routes injection molding and automated fiber placement (AFP). Different process experiments with commercial salt cores show the potential and challenges that arise. This paper deals with binder-free, non-reinforced salt cores that are state of the art in light metal casting. In a follow-up paper, fiber-reinforced salt cores will be introduced that exhibit a higher processing stability.

D. Boos, T. Scherzer, K. Kind, S. Zaremba, K. Drechsler

1  WATER-SOLUBLE SALT AS AN EXPENDABLE TOOLING

The parts of a tool that are used up during a production process (e.g. casting) and then no longer have their original shape or structure are referred to as expendable cores, lost cores, or semi-permanent mold. They initially remain on the produced component after the forming step and are removed in a separate process step. Restrictions regarding demolding like draft angles or undercuts may be ignored. This grants the designer a high degree of freedom to achieve the optimal functional geometry. With this concept, a consistent, lightweight and cost-efficient integral design can be pursued. Avoiding differential design saves subsequent processes such as assembly, sealing, welding, machining or complicated core pulling mechanisms [1–3]. Competitive methods like gas- or water-assisted injection technology cannot produce precise inner contours for different wall thicknesses [4, 5], which are, for instance, important for media flow efficiency.

Another application of such mold materials is the in-situ assembly or embedding of entire assemblies (e.g. gear set in gearbox housing) [3, 6]. In this case, the mold material does not only define the geometry, but also serves as a protection for the wrapped or filled parts in subsequent process steps until it is removed and the assembly can be put in service [3, 6].

Especially fiber-reinforced plastics can benefit from the great design freedom that is enabled by robust lost cores. The combination of hollow sections or undercuts and tailored anisotropy, that can be achieved with an individual fiber stacking, exploits the maximum lightweight potential of a structure. Thus, fiber composites can outperform conventional metal constructions.

In the injection molding industry, fusible cores based on low-melt alloys are used as lost cores to build up complex shaped parts with flow channels that require a high surface quality and contour accuracy. The low-melt alloy melting point should be below the polymer melting point [1]. Undesired melting of the core during the plastic injection is prevented by a minimum wall thickness of the core and its better heat conductance compared to the polymer [1, 3]. Usually, glass fiber-reinforced polyamide is injected over a tin-bismuth core for typical applications like inlet manifolds or pump casings for the automotive industry [3, 7, 8]. Furthermore, there are CF-PEEK aircraft parts that were injection molded with a fusible core [9, 10]. However, the demonstrator part showed the limits of the technology, because the core needed an extra water cooling during injection in order to keep the tolerance specifications [9]. In general, low-melt alloys have some disadvantages that might prevent its breakthrough in the plastics industry. The high cost for the raw materials and plants primarily limit its efficiency to a series production [3, 11]. The high density and environmental aspects make them difficult to handle during processing and disposal. A possibly remaining metal film contaminates the surface and increases the weight of the plastic part. Another problem might be the exposition of parts to high temperatures during melting out of the core material that can change the molecular structure of the plastic.

Water-soluble salt does not suffer from these drawbacks, but it seems like it has not gotten much attention in the plastics industry so far. Little information can be found in literature [3] about its application in injection molding and the results did not encourage further research due to its lack of strength. However, a patent reports on successful overmolding attempts with PS and PP [12]. In addition, water-soluble salt cores are occasionally used in resin transfer molding (RTM) [13, 14] and winding [15] process routes for FRP parts. Xiao [13] designs a binder-stabilized NaCl core for a cavity in an CFRP omega-stiffener. The salt core achieves a compressive strength of 57.3 MPa and a flexural strength of 10.2 MPa that enabled a successful processing in RTM and core removal. A similar salt material is investigated for a T-joint part in ABS injection molding by Lin [16]. The binder-stabilized salt was completely encapsulated in two plastic shells to protect the core and the core prevents the collapse of the shells respectively. Thiede-Smet [14] mentions low-melting eutectic salts with melt temperatures up to 270 °C as a possible material for RTM without giving specific strength values or application examples. Keller [15] uses a low-melting eutectic salt, namely Paraplast 36 (from Resolin Inc., Chatsworth, California) as mandrel for wet filament winding. Its bending strength was not reported. It has to be noted, that the mechanical properties of the above-mentioned salts materials [13–15] may be sufficient for the application they were designed for, but will probably show bad performance in injection molding due to their poor flexural strength and temperature stability. Therefore, binder-free salts and salt mixtures with higher melting points are more appropriate for higher process loads. Such salts are already intensively used in light metal casting for special undercut geometries (e.g. closed deck cylinder blocks, piston cooling channels), because they offer a better strength and surface quality than binder-stabilized sand or salt cores [17–21]. Among the casting techniques, the high-pressure die casting (HPDC) is the most economically effective process to produce complex, near-net shape 3D parts in a large volume with a low wall thickness and thus offering a high lightweight potential [17, 22–28].

Aluminum HPDC benefits from the technology spectrum in the automotive industry ranging from combustion engines to electric powertrains and hybrid vehicles. For a successful switch to the e-mobility and a higher efficiency, there will be a growing demand for more complex and hollow light metal parts [22, 24, 25, 29–31]. Aluminum HPDC parts are prone to welding defects, i.e. ensuring weldability needs much effort [28, 32], which is why a single part design should be preferred.

The HPDC process is similar to injection molding, however, the parameters are different, due to the differing melt characteristics. Typical HPDC conditions for aluminum alloys are: 30 to 60 m/s gate velocity, 1200 bar packing pressure [33], mold temperatures between 120 °C and 280 °C in combination with melt temperatures up to 700 °C [34] depending on the alloy and cavity design. The fill times usually range from 10 ms to 150 ms [34] and machine cycles last from seconds to several minutes [35]. The loads on a lost core are comparable with injection molding.

In the past, there has been intensive research on salt cores, mostly for a HPDC application. There are three production methods: sintering (S) of a powder or slurry, casting of a melt and wet compression molding (WCM) of a slurry. The sintering and WCM process sequences are similar. Both start with a powder, which has a defined grain size spectrum or median particle diameter. To achieve the desired rheological and thermodynamic properties dry or liquid additives are added prior to sintering. A green body is then produced under a high consolidation pressure (pc) in a press (P) or heated press (HP). Higher temperatures in the compression phase may start sinter mechanisms or drying of the green body. After that, it is usually sintered in an oven at sinter temperature (Tsinter) for a certain dwell time to achieve the final strength. In case of WCM the sintering is not necessary, because the water enables material transport mechanisms at low temperatures [22]. A process variant without a press can be an additive process with a dropwise material deposition [36]. The casting techniques can be further divided in gravity casting (GC), low-pressure die casting (LPDC) and HPDC. In the beginning, different salt species are mixed to obtain a hyper- or hypoeutectic composite salt. It is molten in a crucible slightly above melt temperature up to the casting temperature (Tcast) and then poured into a mold that is preheated to the mold temperature (Tmold). In case of LPDC and HPDC, a piston pushes the salt melt from the shot sleeve into the mold. Compression molding [13] and injection molding or shooting [37–39] methods for binder-stabilized salt cores also exist, but they will not be discussed further in this article, because of the low strength and high porosity of cores produced in such ways. For the same reason, other water-soluble core materials based on binders, for example CavusCore [40], are excluded here. Table 1 provides an overview of the state of art in processes and materials with the most important parameters. Figure 1 depicts the corresponding bending strengths if any are given.

Hartig 2018 [18], Grözinger 2011 [46], 2005 [47]

01032023-Kunststofftechnik.pdf

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

01032023_FIN-345 Boos

Autoren Dominik Boos1, Tim Scherzer2, Kalle Kind1, Swen Zaremba1, Klaus Drechsler1 1Lehrstuhl für Carbon Composites, Technische Universität München 2Lehrstuhl Polymer Engineering, Universität Bayreuth

Sprache: Der Artikel liegt in englischer Sprache vor.

Erschienen in Zeitschrift Kunststofftechnik / Journal of Plastics Technology 19 (2023) 3, Seite 118 – 164