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

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Silikone

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Masterbatches

Additive

Polyethylen

Polylactid

Polyamide

Biokunststoffe

Effektpigmente

Polypropylen

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Ist Bio das neue Normal?

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

Elektromobilität

Mobilität

Technische Kunststoffe

Schneller und nachhaltiger laden

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.

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Additive Fertigung

Vom Spritzgießen in die additive  Fertigung und wieder zurück

Die Ascend-Tochter Circular Polymers hat PA, PET und PP mit Recyclinganteilen vorgestellt.

Die Rohstoffe für die Recyclingmaterialien bestehen aus alten Teppichen. Circular Polymers verarbeitet dafür Abfälle aus PA, PET sowie PP. 

PA, PET und PP

Polyethylenterephthalat

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Recyclingmaterialien aus alten Teppichen

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

Polybutylenterephthalat

Hoch spannend und orange!

Wie sich der CO2-Fußabdruck von PA reduzieren lässt, zeigte eine Produktreihe von Ascend. Das Unternehmen hat sich dafür extra an einem Recycler beteiligt.

Anstatt ausgediente Teppiche auf Mülldeponien oder in Verbrennungsanlagen zu entsorgen, bietet sich Recycling als bessere Alternative an.

Mit Recycling den CO2-Fußabdruck von PA reduzieren

Recycling

Umweltmanagement

Aus alten Teppichen entstehen neue Polymervarianten

Orangebox wollte CO2 bei seinen Stühlen einsparen. Zusammen mit Mocom konnte das bei einer Stuhlreihe mit einem Rezyklatanteil von über 50 % erreicht werden.

Die Stühle der Reihe enthalten 3,5 kg an Kunststoff. Über die Hälfte davon ist Recyclingmaterial.

Mit Recycling-PA CO2-Emissionen bei Bürostühlen einsparen

Compound

Bequem auf Rezyklaten sitzen

Bisher gilt das Laserschweißen von PPA als problematisch. Das soll sich durch die Zusammenarbeit von Envalior und LPKF Welding Equipment nun ändern.

Auch LDS-Typen lassen sich laserschweißen. Das eröffnet zusätzliche Möglichkeiten für die Funktionsintegration in PPA-Bauteile.

Laserschweißen von PPA

Laserschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Lasertechnik

Laser Marsch!

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

16:9

16:9(1)

Die BASF engagiert sich gemeinsam mit ihren Kunden für chemisches Recycling

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

Automotive

Brennstoffzelle

Stromversorgung

Streifinger, Florian

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Brennstoffzellen

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

Polyurethan-Schaumstoffe (PUR)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

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

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

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

20:7

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

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Analysetools, FEM

Software

Schwingungs- / Vibrationsprüfger

KFZ-Zulieferer

Schaumkern trotzt enormer Belastung

Das Automobil der Zukunft soll möglichst wenig CO2 freisetzen, effizient und automatisiert fahren und von möglichst vielen Menschen genutzt werden können. Das stellt an Kunststoffe und deren Verarbeitungsverfahren unterschiedliche Anforderungen. Sie reichen vom Leichtbau für Karosserie und Antriebsstrang über einen angenehmen Innenraum bis hin zu Beleuchtung oder Sensorik.

Der neue vollelektrische Audi e-tron besitzt einen fast komplett verschlossenen Unterboden aus leichtem LWRT-Werkstoff (Low Weight Reinforced Thermoplastics), der dadurch den elektrischen Verbrauch reduziert

E-Mobilität, autonomes Fahren, Carsharing und die Folgen für die Kunststoffbranche

Glasfasern / -matten

Verstärkungsstoffe

Leichtbau

Hochleistungskunststoffe

Alles auf Elektro?

Mit Polyamid Polycarbonat und Polyarylsulfone ersetzen

Transparente Polyamide für die Medizintechnik

In der Medizintechnik sind transparente Kunststoffe aus vielen Gründen notwendig. Die in Frage kommenden Materialien erreichen jedoch oft nicht die erforderlichen mechanischen Eigenschaften, die chemische Beständigkeit oder die gewünschte Transparenz. Transparente Polyamide erfüllen alle diese Anforderungen. Spezielle Varianten lassen sich sogar mehr als 500-mal dampfsterilisieren.

PC und andere Materialien erreichen oft nicht die notwendigen mechanischen Eigenschaften für die Medizintechnik. Anders sieht es bei transparentem PA aus.

Die Hersteller medizintechnischer Produkte stehen bei der Verwendung von transparenten Kunststoffen vor einer großen Herausforderung. Für eine kristallklare Transparenz ist ein weitgehend amorphes Molekülgefüge im Kunststoff erforderlich. Viele der amorphen Kunststoffe scheiden allerdings für die Medizintechnik von vorneherein aus, weil sie zu spröde sind oder ihre Beständigkeit gegen die eingesetzten Chemikalien und Medikamente nicht ausreicht.

Die in die engere Auswahl kommenden transparenten Kunststoffe teilen sich in zwei Gruppen. Die eine Gruppe, zu der unter anderem Polycarbonat (PC) gehört, bietet eine hervorragende Transparenz und Duktilität zu einem wirtschaftlichen Preis. Sie weist allerdings nur eine mäßige chemische Spannungsrissbeständigkeit auf. Amorphe Thermoplaste neigen oft zur Rissbildung, wenn sie gleichzeitig Spannungen und Chemikalien ausgesetzt sind. Die andere Gruppe besitzt eine gute chemische Beständigkeit, bietet aber wegen ihrer deutlichen Eigenfarbe ein minderwertiges optisches Erscheinungsbild. Zur letzteren Gruppe gehören Polyarylsulfone wie beispielsweise Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES) und Polyphenylensulfon (PPSU).

Die Lücke zwischen diesen beiden Gruppen an Polymeren können auf cycloaliphatischen Bausteinen basierende, transparente Polyamide (PA) schließen (Tabelle 1). Sie vereinen eine kristallklare Transparenz mit einer sehr guten dynamischen Wechselbiegefestigkeit und einer ebenfalls guten chemischen Spannungsrissbeständigkeit (Bild 1). Die bei amorphen Thermoplasten übliche Anfälligkeit für Risse unter dem Einfluss von Chemikalien wurde bei diesen langkettigen transparenten PA somit weitgehend eliminiert.

Bereits 1975 wurde PA 12/MACMI unter dem Namen Grilamid TR 55 von EMS-Grivory auf den Markt gebracht. Es ist der Klassiker unter den gegenwärtig kommerziell angebotenen, langkettigen transparenten PA. Es verfügt über ein sehr ausgewogenes Eigenschaftsprofil mit einem Elastizitätsmodul von 2200 MPa und einer Charpy-Kerbschlagzähigkeit von 8 kJ/m2 bei 23 °C. Das Material ist heißwasserbeständig bis 100 °C und praktisch unbegrenzt spülmaschinenfest. Darauf beruhende Typen werden zum Beispiel in Komponenten von Kathetern und Schließsystemen für minimalinvasive Operationen eingesetzt. Die alkoholbeständigere Variante Grilamid TR 55 LX lässt sich besonders gut zu filigranen Schläuchen im Extrusionsverfahren verarbeiten.

Für Anwendungen mit besonders hohen Anforderungen an die mechanische Ermüdungsfestigkeit bietet sich das PA MACM12 Grilamid TR 90 an. Mit einem E-Modul von 1600 MPa und einer Kerbschlagzähigkeit von 13 kJ/m2 ist es besonders für Anwendungen mit wechselnder mechanischer Belastung entwickelt worden. Aufgrund seiner hohen Bruchfestigkeit bei gleichzeitig hoher Duktilität wird es häufig für Brillenrahmen von hochwertigen Modemarken und für Wasserfilter in der Sanitärinstallation eingesetzt. Wasserfilter werden für mindestens 200 000 Lastzyklen ausgelegt, was mit Druckschwell-Ermüdungstests geprüft wird. Tests bei EMS an Prüfkörpern (80 mm × 10 mm × 4 mm nach ISO 179) aus PA MACM12 haben gezeigt, dass das Material unter Biegewechselspannung deutlich mehr Lastzyklen ertragen kann als PC (Bild 2). Im Berstdruckversuch, also einer einmaligen langsamen Druckerhöhung, von Wasserfiltern zeigte sich, dass die anderen getesteten transparenten Kunststoffe spröde zersplittern, während Grilamid TR 90 duktil versagt. Das vermindert die Verletzungsgefahr deutlich.

Die UV-Beständigkeit des Materials ist sehr gut und übertrifft die von PC und den Polyarylsulfonen bei Weitem. In weiteren Entwicklungsschritten konnte EMS die chemische Spannungsrissbeständigkeit mit den mikrokristallinen Typen Grilamid TR ICR 12 und Grilamid TR ICR 20 weiter verbessern, ohne dass dabei Abstriche bei der dynamischen Ermüdung gemacht werden mussten. Grilamid TR ICR 20 besitzt die beste chemische Beständigkeit der transparenten PA. Grilamid TR 90 und die beiden Weiterentwicklungen werden im Medizinbereich beispielsweise für Atemmasken, Sauerstoffdurchflussmesser, Geräte zur Flüssigkeits- und Arzneimittelvergabe, chirurgische Instrumente, Geräteabdeckungen und Gehäuse eingesetzt.

Kunststoffe wie PC, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS) und Styrol-Acrylnitril-Copolymere (SAN), aber auch die zuvor beschriebenen transparenten Polyamide PA12/MACMI und PA MACM12 sind nicht für eine mehrfache Dampfsterilisierung bei 134 °C geeignet. Die Polyarylsulfone PSU, PES und PPSU sind hingegen wiederholt dampfsterilisierbar, weisen aber die bekannte intensive Eigenfarbe auf.

Erstes dampfsterilisierbares transparentes PA

Mit Grilamid TR HT 200 ist es EMS-Grivory gelungen, das weltweit erste transparente PA zu entwickeln, das sich vielfach bei 134 °C dampfsterilisieren lässt. Es stellt die jüngste Ergänzung der Grilamid-TR-Familie dar und wurde 2022 auf der K-Messe in Düsseldorf vorgestellt (Tabelle 2). Bei EMS wurde das Material zuvor einem Test mit 500 Dampfzyklen bei 134 °C für 18 min unterzogen, ohne dass eine visuelle Beeinträchtigung der Oberflächenstruktur feststellbar war.

In einem direkten Vergleichstest wurden Becher aus Grilamid TR HT 200 und einem Hochtemperatur-PC (PC-HT) über 100 Zyklen bei 134 °C für 18 min untersucht. Die Becher hatten eine Wanddicke von 2 mm. Der Sterilisationstest wurde bei PC-HT nach 50 Zyklen wegen des Auftretens von Blasen im Becherboden abgebrochen. Bei Grilamid TR HT 200 waren hingegen selbst nach 100 Zyklen keine Blasen zu sehen (Bild 3).

Das PA besitzt eine Glasübergangstemperatur von 200 °C und eignet sich insbesondere für Anwendungen, die eine hohe Wärmeformbeständigkeit erfordern. Es zeigt eine sehr gute chemische Beständigkeit bei Anwendung von verschiedenen Sterilisationsverfahren und ist auch beständig gegen Desinfektionsmittel. Die ausgewogenen mechanischen Eigenschaften mit einem E-Modul von 2000 MPa und guter Schlagzähigkeit eröffnen viele Anwendungsmöglichkeiten in der Medizintechnik. Zielanwendungen sind zum Beispiel sterilisierbare Boxen für Instrumente in Arztpraxen, Pipetten und Reaktionsbehälter in Laboren. Darüber hinaus ist das Material für Atemmasken und Sichtfenster von Geräten geeignet.

Das PA erfüllt die EU-Verordnung 10/2011 für Kunststoffe im Lebensmittelkontakt. Die Zulassung der amerikanischen FDA wird ebenfalls in den nächsten Monaten erwartet. Das Material erfüllt außerdem die Anforderungen an die Biokompatibilität gemäß den Normen ISO 10993-5 (Zytotoxizität), ISO 10993-10 (Irritation und Sensibilisierung) und USP VI. Wie alle Grilamid-TR-Typen ist es frei von Bisphenol-A.

Energiekosten in der Verarbeitung  senken

Bei der Verarbeitung lassen sich mit Grilamid TR HT 200 im Vergleich zu den typischen Polyarysulfonen PSU, PESU und PPSU erhebliche Energiekosten einsparen. Die empfohlene Massetemperatur im Spritzgießverfahren liegt für das PA bei 300 bis 320 °C und damit 40 bis 70 °C tiefer als bei den Polyarylsulfonen. Die Werkzeugtemperaturen liegen bei 100 bis 140 °C und somit 40 °C tiefer und die Temperaturen für die Vortrocknung bei 80 °C gegenüber 140 bis 180 °C bei den Polyarylsulfonen. Im Fließspiraletest mit 1,5 mm Fließkanalhöhe und 1000 bar Spritzdruck erreicht Grilamid TR HT 200 das Niveau von einem mittelviskosen PC (Bild 4). Die erreichbare Fließlänge von PSU liegt hingegen ca. 25 % niedriger.

Langkettige transparente PA vereinen eine kristallklare Transparenz, eine sehr gute dynamische Wechselbiegefestigkeit und eine gute chemische Spannungsrissbeständigkeit. Durch diese Eigenschaften können sie für viele Anwendungen in der Medizintechnik das passende Material sein. Grilamid TR HT 200 ermöglicht aufgrund seiner guten Dampfsterilisierbarkeit eine längere Nutzungsdauer der medizintechnischen Geräte. Ein zusätzliches Plus ist die einfache Verarbeitbarkeit und der geringere Energieaufwand für die Verarbeitung.

Ausgabenartikel KU08-23

Grilamid TR HT 200 eignet sich sehr gut für die Medizintechnik. Es ist das erste dampfsterilisierbare transparente PA und ermöglicht die Mehrfachnutzung von daraus gefertigten Medizinprodukten. 

Bild 1. Langkettige transparente Polyamide verbinden eine kristallklare Transparenz, eine sehr gute dynamische Wechselbiegefestigkeit und eine gute chemische Spannungsrissbeständigkeit. 

Bild 2. Das PA MACM12 Grilamid TR 90 wurde speziell für Anwendungen entwickelt, die eine hohe dynamische Wechselbeanspruchung aushalten müssen. Im Vergleich zu PC übersteht es mehr Lastzyklen.

Bild 3. Grilamid TR HT 200 behält seine klare Transparenz auch nach vielen Dampfsterilisationszyklen.

Bild 4. Fließlänge in mm bei einem Fließkanalquerschnitt von 1,5 mm x 10 mm und 1000 bar: Grilamid TR HT 200 kommt auf eine leicht höhere Fließlänge als PC und übertrifft auch die anderen Materialien.

Tabelle 1. Eigenschaftsprofil transparenter PA im Vergleich zu PC und Polyarylsulfonen.

 Quelle: EMS-Grivory und Datenblätter verschiedener Hersteller

Tabelle 2. Schlüsseleigenschaften von transparenten PA im Vergleich zu PC und Polyarylsulfonen.

KU 8-23_EMS - Hauptartikel

Transparente und dampfsterilisierbare PA für die Medizin

Volker Eichhorn ist als Produktmanager Grilamid TR im Unternehmensbereich EMS-Grivory bei EMS-Chemie tätig.

<a href="http://www.emsgrivory.com" target="_blank">www.emsgrivory.com</a>