Automobilbauteile aus Kunststoff gelten als schwer recycelbar. Ein Video gibt nun Einblicke in ein aktuelles Recyclingprojekt.

Radkappen und Airbags aus Polyamid werden von Radici zu Compounds aufbereitet

Kfz-Elektronik

Elektronik

Recycling

Umweltmanagement

Polyamide

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Technische Kunststoffe

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Kreislaufwirtschaft

Video zum Recycling von Automobilbauteilen

Hochwertige Oberflächen im Automobilinnenraum gewinnen aus Kundensicht immer mehr an Bedeutung. Asahi Kasei hat dafür die Leona-SG-Serie entwickelt. Der japanische Konzern stellt die teilaromatischen Polyamide (PA) dieses Jahr auf der Fakuma vor.

Im Automobilinnenraum sind Materialien mit guten mechanischen Eigenschaften gefragt, die gleichzeitig sehr hochwertige Oberflächen ermöglichen

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Höhere Oberflächenqualität im Automobil-Interieur

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

Elektromobilität

Mobilität

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

Hochleistungskunststoffe

Elektronenbooster für Elektrofahrzeuge

Bei dem Bauteil handelt es sich um eine hybride Kunststoff-Metall-Konstruktion, die dem Kunststofferzeuger zufolge über die herkömmliche quadratische oder rechteckige Struktur von Frontend-Trägern hinausgeht.

Der Frontend-Träger für Fahrzeuge des chinesischen Herstellers Geely wird künftig aus einem PA 6 von Lanxess gefertigt.

Lanxess-PA für Frontend-Träger von Geely

Nachhaltigkeit ist auch bei technischen Anwendungen verstärkt gefragt. Mittlerweile sind dafür umweltfreundlichere PA-Varianten auf dem Markt.

Nachhaltigkeit wird verstärkt auch bei technischen Anwendungen nachgefragt.

Ressourcenverbrauch und CO2-Emissionen bei technischen Anwendungen reduzieren

Kunststoffe, biobasiert

Biokunststoffe

Nachhaltigere Polyamide

Die für viele Kunststoffhersteller und -verarbeiter schwierige wirtschaftliche Situation zeigte sich deutlich auf der Fakuma 2024. Nachhaltigkeit hat etwas an Bedeutung verloren, andere Themen rückten in den Vordergrund.

Auf den ersten Blick wirkt das Modell wie ein übliches Skateboard. Das Spannende verbirgt sich im Inneren.

Polyetherketon

Masterbatches

Additive

Polyoxymethylen

Farbstoffe und Pigmente

kunststoffe-international.com

Streifinger, Florian

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Polysulfone / Polysulfide

Nachhaltigkeit verliert an Bedeutung

PA werden im Automobil häufig mit kupfer- oder halogenhaltigen Additiven stabilisiert. Eine Alternative mit weniger Nachteilen können polymere Amine sein.

Im Motorraum von Elektrofahrzeugen herrschen andere Bedingungen als bei Verbrenner. Das bietet nicht nur Chancen für neue Materialien, sondern auch für andere Additive.

Polymere Aminstabilisatoren verbessern die thermische Beständigkeit von PA66

Stabilisatoren

Stabil auch ohne Kupfer und Halogen

Luftfedersysteme kommen vermehrt in Autos zum Einsatz. Bei der Produktion bietet sich der Ersatz von Metall durch Kunststoffe an – wenn das Material passt.

Luftfedern sind bei Elektrofahrzeugen deutlich verbreiteter als bei solchen mit Verbrennungsmotor.

Metallersatz in Luftfedern von Automobilen

Dämpfer / Federn

Maschinenelemente

Mechanische Konstruktionselemente

Mit Luft gefedert, mit Kunststoffen  konstruiert

PA-Partikelschaum besitzt bessere Eigenschaften als übliche Polymerschäume. Bauteile aus EPA lassen sich außerdem mit Polyamid überspritzen.

Der relativ großvolumige EPA-Kern (links) lässt sich überspritzen. Das erweitert die Designfreiheit und ermöglicht großvolumige, aber doch vergleichsweise leichte Bauteile (rechts).

EPA erweitert die Gestaltungsmöglichkeiten

Schaumspritzgießen

Spritzgießen

Schaumstoffe und Vorprodukte

Partikelschäumen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Schaumstoffe

PA-Schaum mit PA überspritzen

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

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

Giftige und korrosive Gase vermeiden

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

Selektives Lasersintern von Kunststoff, Metall, Keramik

Verfahren für die additive Fertigung

Pulverbettverfahren

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Additive Fertigung

Vom Spritzgießen in den 3D-Druck

Lati hat ein Polyphthalamid (PPA) für den Einsatz in Automobilen, der Elektrotechnik und Elektronik, dem Energiemanagement und der Automatisierung entwickelt.

Das Polyamid 9T entstammt der Laramid-Familie von Lati und wurde für den Einsatz in Automobilen, der Elektrotechnik und Elektronik, dem Energiemanagement und der Automatisierung entwickelt.

PPA für den Dauergebrauch bei 160 °C

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?

Leistungselektronik

Gegen den Strom

Spezielle Polyamide 6 erreichen die Eigenschaften von Polyamid 66

Der Ersatz von Metall durch Polyamide (PA) kann nicht nur Gewicht und Kosten von Bauteilen senken, sondern bietet Entwicklern auch weitere Freiheiten im Design. Dafür sind allerdings Werkstoffe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften notwendig. Eine neue Reihe von PA 6 mit höherer Steifigkeit und Festigkeit erfüllt diese Anforderungen. Sie bietet sich nicht nur für die Substitution von Metallen an, sondern kann auch PA 66 ersetzen.

Metallersatz durch Polyamide (PA) senkt das Gewicht und die Kosten von Bauteilen. Zudem haben Entwickler mehr Freiheiten im Design. Eine neue Reihe von PA 6 mit höherer Steifigkeit und Festigkeit bietet sich nicht nur für die Substitution von Metallen an, sondern kann auch PA 66 ersetzen.

Aufgrund ihrer sehr guten mechanischen Eigenschaften und ihrer Kosteneffizienz kommen die Polyamide (PA) 6 und 66 im Automobilbereich und auf anderen Feldern häufig zum Einsatz. Durch die Substitution von Metallen mittels PA 6 und 66 ergeben sich oftmals zusätzliche Freiheiten in der geometrischen Gestaltung von Bauteilen; Funktionsintegrationen sind realisierbar, Gewichtseinsparungen möglich und Kosten lassen sich reduzieren. Im Hinblick auf Downsizing und eine voranschreitende Elektrifizierung des Antriebsstrangs kommen weitere Vorteile der PA wie eine verbesserte NVH-Leistung (Noise, Vibration, Harshness) hinzu.

Für die weitere Substitution von Metallbauteilen und die technische Realisierung zukünftiger Innovationen sind allerdings PA mit höheren Festigkeiten und Steifigkeiten notwendig. Solche Werkstoffe hat die BASF SE, Ludwigshafen, unter dem Markennamen Ultramid XP entwickelt. Sie beruhen auf PA 6 und sind für höherwertige strukturelle Bauteile vorgesehen. Die Werkstoffe weisen bei gleichem Glasfasergehalt ein nahezu identisches mechanisches Eigenschaftsprofil auf wie entsprechende glasfaserverstärkte PA 66.

Das mit 35 % Glasfasern verstärkte PA 6 (PA-6-GF35) B3WG7 XP besitzt beispielswiese im Vergleich mit einem Standard-PA-6-GF35 eine höhere Steifigkeit über den gesamten Temperaturbereich, unabhängig von trockenem oder konditioniertem Zustand. Vergleicht man es mit einem Standard-PA-66-GF35, liegen beide Produkte in weiten Teilen des Temperaturbereichs auf einem ähnlichen Eigenschaftsniveau (Bild 1). Die verbesserten Eigenschaften des Werkstoffs zeigen sich ebenfalls bei der Zugfestigkeit über den gesamten Temperaturbereich. Sie ist deutlich höher als die des Standard-PA-6-GF35 und liegt etwa auf dem Niveau eines PA-66-GF35. Bei Zugfestigkeitsversuchen waren die Kurvenverläufe über den gesamten Temperaturbereich nahezu deckungsgleich (Bild 2).

Die Vorteile von PA 6 und PA 66  verbinden

Im direkten Vergleich verfügen glasfaserverstärkte PA 6 gegenüber entsprechenden PA-66-GF-Typen mit gleichem Glasfasergehalt zwar über geringere Festigkeits- und Steifigkeitswerte, sind aber die Werkstoffe der Wahl, sobald eine höhere Zähigkeit gefordert ist. Die Ultramid-XP-Typen verbinden diese Eigenschaften. Sie erreichen das mechanische Niveau von PA-66-GF-Produkten mit gleichem Glasfasergehalt und verfügen gegenüber diesen über eine höhere Schlagzähigkeit. Durch die erhöhte Schlagzähigkeit stellen sie für verschiedene Anwendungen eine Alternative zu schlagzähmodifizierten PA-Compounds dar.

Weitere sehr gute mechanische Eigenschaften der Ultramid-XP-Typen konnten in Bauteilprüfungen nachgewiesen werden. Zur Evaluierung der Bauteileigenschaften wurde ein 3-Punkt-Biegeversuch an einem dafür entwickelten verrippten Bauteil durchgeführt. Bei der Ausführung dieses Tests wird der Probekörper an den Außenkanten aufgelegt und mittig mit einem Stempel bis zum Bruch eingedrückt, wobei die Weglänge des Stempels und die jeweilige Kraft gemessen werden (Titelbild).

Dabei zeigte sich, dass die maximal aufzubringende Brucharbeit bei dem PA-6-GF50 Ultramid B3WG10 XP SW23346 sowohl den Wert der entsprechenden Standard-PA-6- und -66-Compounds mit jeweils 50 Gew.-% Glasfaserverstärkung sowie ebenfalls den eines höhergefüllten PA-6-GF60 übersteigt (Tabelle). Letzteres Material wird teilweise als Alternative zu einem PA-66-GF50 in Betracht gezogen und von verschiedenen Herstellern, etwa BASF, angeboten. In Bezug auf die mechanischen Kenndaten ist es einem PA-66-GF50 nahezu ebenbürtig. Jedoch führt der hohe Glasfaseranteil zu Nachteilen beim Bauteilgewicht, der Bruchdehnung sowie der Bindenaht- und Dauerschwingfestigkeit. Das lässt sich u. a. ebenfalls mit dem oben beschriebenen 3-Punkt-Biegeversuch nachweisen. Die maximale Durchbiegung des Bauteils als Maß für die Elastizität ist dabei deutlich reduziert.

Diese Nachteile treten bei dem Ultramid B3WG10 XP nicht auf. Es stellt somit eine passende Alternative zu einem PA-66-GF50-Produkt dar. Im direkten Vergleich mit einem PA-6-GF60 lässt es sich aufgrund des geringeren Glasfasergehalts deutlich besser im Spritzgießen verarbeiten und bietet bessere Bauteileigenschaften. Erfahrungsgemäß erhöht sich der Abrieb im Spritzgießwerkzeug noch einmal deutlich bei Verstärkungsgraden oberhalb von 50 Gew.-%, während gleichzeitig die Fließfähigkeit und die Bindenahtfestigkeit im Bauteil stark abfallen. Ultramid B3WG10 XP kann deshalb auch in der Gesamtkostenbetrachtung eines Bauteils Vorteile gegenüber PA-6-GF60 und PA-66-GF50 bieten.

Im weiteren Verlauf der Produktentwicklung wurde die XP-Technologie ebenfalls auf PA 66 erweitert, mit dem Ziel die verbesserten Produkteigenschaften zu übertragen. Das PA-66-GF50 Ultramid A3WG10 XP SW23346 stellt eine Alternative zu bereits erhältlichen PA-66-GF50 und PA-66-GF60 dar. Gegenüber einem PA-66-GF50 bietet es eine in allen Bereichen erhöhte Mechanik und besitzt gegenüber einem PA-66-GF60 eine bessere Bindenahtfestigkeit, eine leichtere und schonendere Verarbeitung, sowie ein geringeres Bauteilgewicht und eine höhere Dauerschwingfestigkeit. Es stellt somit eine gute Möglichkeit für den Metallersatz dar, falls die Anforderungen an das Bauteil so hoch sind, dass sie mit einem üblichen glasfaserverstärkten PA 66 nicht erfüllt werden können.

20 % höhere Energieabsorption  bei Crashs

Da die Ultramid-XP-Produkte über sehr hohe Schlagzähigkeitswerte verfügen, wurde außerdem das Verhalten dieser Materialien unter der hohen dynamischen Belastung eines Crashfalls untersucht. Dazu wurden für interne Versuche bei BASF eigens entwickelte Crashdome hergestellt und danach auf einen Schlitten montiert. Für die Durchführung der Crashtests wurden diese anschließend mit einer Geschwindigkeit von 8,5 m/s gegen eine Metallwand gefahren (Bild 3).

Beim Aufprall wurde jeweils die absorbierte Energie in Relation zur Weglänge aufgezeichnet. Bei der Auswertung der Crashversuche zeigte sich, dass die sehr hohe Schlagzähigkeit der Materialien zu einer signifikant höheren Energieaufnahme im Crashfall führt. Im Vergleich mit entsprechenden Standardprodukten wurde bei den PA-6- und PA-66-Typen eine um jeweils ungefähr 20 % höhere Energieabsorption gemessen (Bild 4). Dabei bestätigte sich, dass bei Temperaturen unterhalb des Glasübergangspunkts der Polymermatrix, eine PA-6-Type nochmals leicht höhere Energieabsorptionswerte als eine vergleichbare PA-66-Type aufweist.

Verbessertes Eigenschaftsprofil bei guter Alterungsbeständigkeit

Aufgrund ihrer Eigenschaften bieten sich die Ultramid-XP-Produkte besonders für Anwendungen an, bei denen Standard- PA-6 und -PA-66 an ihre Leistungsgrenze stoßen. Sie verfügen über ein durchweg verbessertes Eigenschaftsprofil hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit und Schlagzähigkeit. Gleichzeitig weisen sie weiterhin die sehr gute Alterungsbeständigkeit der Ultramid-Reihe auf und besitzen leicht verbesserte Kriech- und Ermüdungseigenschaften. Sie eignen sich deshalb sehr gut für den Metallersatz in verschiedenen Anwendungen.

Die möglichen Einsatzgebiete der Ultramid-XP-Reihe sind vielfältig. Da die auf PA 6 basierenden XP-Produkte das mechanische Eigenschaftsniveau verstärkter PA-66-Typen bei gleichem Glasfasergehalt erreichen, stellen sie eine gute Alternative zu diesen dar. Mit den hochverstärkten Ultramid-XP-Produkten lassen sich außerdem Metallsubstitutionen angehen, die bisher aufgrund mangelnder mechanischer Eigenschaften mit dem am Markt verfügbarer Compounds nicht denkbar waren. Auch beim Design und der Entwicklung neuer Crash-relevanter Bauteile verfügt die Serie über zusätzliches Anwendungspotenzial aufgrund der signifikant höheren Energieaufnahme im dynamischen Lastfall. Bei der Auslegung entsprechender Bauteile bietet BASF bei Bedarf Unterstützung mit der Simulationssoftware Ultrasim an.

BASF Aktiengesellschaft Kommunikation Kunststoffe 

https://www.basf.de

Ausgabenartikel

Bild 1. Verlauf des E-Moduls über der Temperatur des PA 6 Ultramid B3WG7 XP SW23346 im Vergleich mit einem PA-6-GF35 (links) und einem PA-66-GF35 (rechts) im trocknen und konditionierten Zustand: Der Werkstoff erreicht über den gesamten Temperaturbereich ähnliche Werte  wie ein PA 66 

Bild 2. Zugfestigkeit über der Temperatur des PA 6 Ultramid B3WG7 XP SW23346 im Vergleich mit einem PA-6-GF35 (links) und einem PA-66-GF35 (rechts) im trocknen und konditionierten Zustand: Die Zugfestigkeit liegt deutlich über der des PA 6 und ist mit der des PA 66 vergleichbar 

Bild 3. Für Crashtests wurden Crashdome auf Schlitten montiert und mit 8,5 m/s gegen eine Metallwand gefahren. Die aus Ultramid XP gefertigten Dome erreichten dabei hohe Energieabsorptionwerte

Bild 4. Bei den Crashversuchen zeigten die Ultramid-XP-Teile jeweils eine etwa 20 % höhere Energieaufnahme im Vergleich zu entsprechenden Standardprodukten

Ein 3-Punkt-Biegeversuch zeigte, dass die maximal notwendige Brucharbeit bei den Ultramid-XP-Typen die von vergleichbaren PA-6- und PA-66-Typen übersteigt 

Tabelle. Charakteristische Werte des 3-Punkt-Biegeversuchs am Bauteil 

BASF - Hauptartikel

Jens Cremer ist Produktentwickler im Bereich R&D Ultramid bei BASF; <a href="mailto:jens.cremer@basf.com">jens.cremer@basf.com</a>

Andreas Stockheim ist Segment Marketing Manager Powertrain & Chassis bei BASF; <a href="mailto:andreas.stockheim@basf.com">andreas.stockheim@basf.com</a>