Die Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG, Weinheim, hat ihren hochfluorierten Elastomerwerkstoff Fluoroprene XP für die Prozessindustrie hinsichtlich ihrer Verarbeitungseigenschaften weiter entwickelt. 

Für Spritzguss optimiert und medienbeständig 

Dichtungen

Fluorkunststoffe

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung

Elastomer Fluoroprene XP 

Wegen seiner hohen Schmelzeviskosität und einem Schmelzpunkt von über 327 °C ist Polytetrafluorethylen nicht nach den für Thermoplaste üblichen Verfahren verarbeitbar. Entsprechende Modifizierung macht den Hochleistungskunststoff jedoch aus der Schmelze formbar und ermöglicht damit wirtschaftliche Großserienfertigung. Dies wird anhand zweier Dichtungsanwendungen genauer vorgestellt. 

Hochleistungskunststoffe anwendungsspezifisch modifizieren und thermoplastisch verarbeiten 

Hochleistungskunststoffe

Champions League der Eigenschaften 

Die Materialien von Kingfa Sci. & Tech. Co. Ltd. und ihrer Tochterfirma Guangzhou Kingfa Carbon Fiber Materials Development Co. Ltd., beide aus Guangzhou/China, werden in China für die Serienproduktion von Leichtbau-Türmodulen im neuen Ford Focus eingesetzt. Bei der Entwicklung des neuen endlosfaserverstärkten Materials namens KingPly arbeitete Kingfa mit der Brose Fahrzeugteile GmbH & Co., Coburg, zusammen. Das auf unidirektionale (UD) Lagen aufbauende Verbundmaterial in Kombination mit einer Polypropylen-Matrix (PP) spart nach eigenen Angaben etwa 35 % Gewicht gegenüber einem spritzgegossenen Träger ein. Im Vergleich zu einem Türmodulträger aus PP-LGF 30 soll sich im viertürigen Ford Focus das Fahrzeuggewicht um mehr als 1 kg reduzieren. Gegenüber einer Fahrzeugtür aus Stahl könnten sogar mehr als 5 kg eingespart werden. Die Platten für das Türmodul werden bei Kingfa exakt in die Dimensionen geschnitten, die im Spritzgießwerkzeug benötigt werden. Die Verbundmaterialien lassen sich in einem einstufigen Spritzgießprozess verarbeiten. Wichtig sind hierbei ein kurzer Zyklus und das gleichzeitige Umformen und Umspritzen des Composites in einem Werkzeug. Hierfür kommt pultrudiertes PP-LGF hinzu, das die Leichtbaukonstruktion des Trägers ergänzt und eine ästhetische Oberfläche ermöglicht. Dieser Materialtyp wurde für niedrige VOC-Emissionen (Volatile Organic Compounds) und möglichst wenig Geruch modifiziert. Für KingPly-Organobleche werden PP und Polyamid 6 (PA 6) überwiegend für Automobilanwendungen angeboten, wogegen KingStrong UD-Tapes mit PP, PA 6, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und PE-HD (Polyethylen High Density) auch außerhalb des Automobilsektors Anwendungen bieten sollen. 

Leichtbau in Automobilen 

Polyamide

Türmodule aus thermoplastischen Verbundmaterialien 

Die Lanxess AG, Köln, bringt eine Sitzschale des Audi A8 aus endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundhalbzeugen der Marke Tepex dynalite zur K 2019 mit. Sie wurde im Hybrid-Molding-Verfahren hergestellt. Das montagefertige Bauteil entsteht in einem Prozessschritt, bei dem das zugeschnittene und aufgewärmte Verbundhalbzeug im Spritzgießwerkzeug umgeformt und mit zahlreichen Funktionen versehen umspritzt wird. Als Materialien für die Sitzschale kommen ein Polyamid- 6-basiertes Tepex dynalite 102-RG600(2)/47 % mit einem kurzglasfaserverstärkten Polyamid 6 (PA 6) Durethan BKV30H2.0 als Überspritzmaterial zum Einsatz. Im Vergleich zur Metallausführung soll der Verbundwerkstoff etwa 45 % Gewicht einsparen und mehr Funktionsintegration bieten. Ein weiteres Anwendungsbeispiel dieses Werkstoffs ist der Frontendträger im SUV Mercedes-Benz GLE. Hierbei kommen zwei verschweißte Verbund-Halbschalen zum Einsatz, die ausgehend von rund 1,2 m langen und 0,35 m breiten Zuschnitten des Polypropylen-basierten Tepex dynalite 104-RG600(3)/47% hergestellt werden. Die Fertigung beider Schalen erfolgt ebenfalls im Hybrid-Molding-Verfahren auf einem Spritzgießwerkzeug mit zwei Kavitäten. Der Frontendträger wiegt laut Hersteller ca. 40 % weniger als vergleichbare Ausführungen in Stahlblech und soll gutes Crash-Verhalten sowie Torsionssteifigkeit aufweisen. 

45 % Gewicht einsparen 

Compound

Endlosfaserverstärkte Tapes in Großserienanwendungen 

Die Asahi Kasei Europe GmbH, Düsseldorf, stellt mit dem Polyamid-Schaumstoff PA Foam und dem Partikelschaum aus modifizierter Polyphenylenether (m-PPE) SunForce zwei neue Schaumstoffe vor. PA Foam weist die typischen hitze-, chemikalien- und ölbeständigen Eigenschaften von Polyamid auf, gemischt mit einer hohen Steifigkeit und, je nach Form der Schaumstoffperlen, sehr guter Geräuschabsorption. Durch die runden, steifen Schaumstoffperlen soll der PA-Schaum eine Alternative zu Aluminium und Metall in Strukturbauteilen sein, so der Hersteller. Außerdem ist er für den Einsatz in Isolatoren, Leitungen, Abstandhaltern oder anderen Leichtbaueilen des Batteriegehäuses in Elektrofahrzeugen geeignet. Die Schaumstoffperlen in C- oder Makkaroni-Form bieten aufgrund der vielen Hohlräume eine sehr gute Geräuschdämpfung. Das macht sie auch für schalldämpfende Anwendungen, beispielsweise im Motorraum, interessant. 

Dämmung für Elektrofahrzeuge 

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Leichtbau mit Schaumstoffen 

Die Brüggemann Chemical L., Heilbronn, bietet mit Brüggolen TP-P1810 einen Fließverbesserer für Polyphthalamide (PPA, wie PA6T, PA6T/6I, PA 6T/66 etc.) an, unter Erhalt des mechanischen Eigenschaftsprofils. Compoundierer und Spritzgießer sollen damit ein breiteres Verarbeitungsfenster haben, auch für sehr hohe Fasergehalte von bis zu 60 %. Dadurch komplettiert Brüggemann sein Fließverbesserer-Portfolio und bedient nun alle Polyamidarten. 

Additive für Polyamid 

Additive

Kunststoffe

Anwendungsbereiche vergrößern, effizienter produzieren 

Die Farsoon Europe GmbH, Stuttgart, hat Anfang Oktober die Flight-HT403P, die nach Angaben des Herstellers weltweit schnellste Lasersintermaschine für Kunststoffteile, bei der Rapid Manufacturing AG mit Sitz in Rümlang (Kanton Zürich) in der Schweiz installiert. Die Scangeschwindigkeit des Geräts beträgt bis zu 20 m/s, sodass der Laser die Bauteilgeometrie im Pulverbett enorm schnell abfahren kann. 

Farsoon Flight-HT403P geht in den Betatest 

Additive Fertigung

Polyamid wie im Flug 3D-gedruckt 

Die Leiterin der Personalabteilung von Lanxess rückt in den Vorstand auf. Die 46-jährige Coßmann ersetzt Rainier von Roessel in dem Gremium. 

Lanxess beruft Stephanie Coßmann als Arbeitsdirektorin 

Polyurethan

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Personen

kunststoffe.de

Personalleiterin wird Vorstand 

Der technologische Wandel, vor dem die Automobilindustrie steht, ist des einen Freud, des anderen Leid. Da weder der genaue Weg zur „Mobilität der Zukunft“ noch das genaue Ziel aktuell klar sind, ergeben sich für technische Entwicklung jetzt ungeahnte Freiheiten.

Bild 1. Das Nutzfahrzeugkonzept Uccon wurde auf der IAA 2018 vorgestellt. Ein interdisziplinäres Team hat die variable Fahrzeug-Plattform entwickelt

16:9

Kunststoff-Dia(hr)log über technische Compounds für den Mobilitätswandel

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Compoundeure

Dienstleistungen

Handel

Compoundieren

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Goldenes Zeitalter für Ingenieure

Ascend Performance Materials hat die italienischen Unternehmen Poliblend und Esseti Plast GD von der D'Ottavio-Gruppe übernommen und damit die Produktions- und Vertriebsbasis in Europa erweitert. 

Akquise soll Position in Europa stärken 

Masterbatches

Füllstoffe für Kunststoffe

Ascend übernimmt Poliblend und Esseti Plast 

Die Materialhersteller bemühen sich um Nachhaltigkeit. Während sich einige an Kampagnen und Initiativen beteiligen, nehmen andere ihre Rohstoffbasis und Produkte genauer unter die Lupe.

Bild 2. PET-Flaschen aus recyceltem Material sind aufgrund der heterogenen Ausgangsstoffe oft leicht verfärbt, was an den Flaschenhälsen besonders deutlich wird. Clariant arbeitet an einem Masterbatch, das eine einheitliche Farbqualität ermöglicht  (© Hanser/F. Gründel)

Die Rohstoffhersteller erkennen die Zeichen der Zeit und setzen sie unterschiedlich um

Weichmacher

Messe K-Kunststoffmesse

Polyethylen

Polystyrol

PVC-weich (Compounds)

Andere Werkstoffe

Werkstoffe für additive Verfahren

Verarbeitungshilfsmittel, allgemein

Styrol-Copolymerisate

Polypropylen

Kreislaufwirtschaft

Von Treibern und Getriebenen

Mit seinem ausgewogenen Portfolio ist der Kölner Konzern Lanxess wirtschaftlich erstaunlich stabil. Im Oktober werden unter anderem technische Kunststoffe für E-Mobilität und Leichtbau gezeigt.

An der neuen Extrusionsblasformmaschine im Technikum in Dormagen sollen kunden- und anwendungsspezifische Materialentwicklungen gemacht werden. Dazu gehört ein Werkzeug, auf dem u. a. Reinluft- und Ladeluftleitungen hergestellt werden können

Lanxess investiert in Spezialchemikalien und baut Entwicklungsangebote weiter aus

Polyester

Blasformen

Stark durch Vielfalt

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(1)

Die BASF engagiert sich gemeinsam mit ihren Kunden für chemisches Recycling

Polybutylenterephthalat

Kunststoff-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

Elektronik

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)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Elektromobilität und ein Konzeptfahrzeug

Wie viel CO2 steckt in einem Dichtungsring?

Freudenberg Sealing Technologies bestimmt den CO2-Fußabdruck aus der Produktion von Dichtungen und anderen Bauteilen aufs Gramm genau.

Reibungsarme Dichtungen sorgen dafür, dass Motoren und Maschinen energieeffizienter arbeiten und tragen so zum Klimaschutz bei. Als Hersteller solcher Dichtungen will Freudenberg Sealing Technologies seiner Verantwortung gerecht werden und erarbeitet nun eine Methode, mit der der CO2-Fußabdruck aus der Produktion von Dichtungen und anderen Bauteilen bestimmt werden kann.

Wieviel Gramm CO2 stecken in einem Dichtungsring? Und wie kann die Treibhausgasbilanz aus der Produktion eines Bauteils bereits in der Konstruktionsphase minimiert werden? Diese Fragen seriös beantworten wollen Dr. Meike Rinnbauer und Volker Schroiff bei Freudenberg Sealing Technologies. Seit zwei Jahren arbeiten sie mit einem Team an einem Projekt, das es erlauben soll, den CO2-Fußabdruck der Freudenberg-Produkte genau zu bestimmen. Eine grundsätzliche Erkenntnis entstand bereits am Anfang des Projekts: „Es sind zwei Faktoren, die die Emissionsbilanz eines Bauteils wesentlich beeinflussen“, erläutert Rinnbauer. Der erste Faktor besteht in der Auswahl des Materials, aus dem die Dichtung gefertigt wird, der zweite im Herstellprozess der Dichtung. Der Einfluss des Transports hingegen ist, das zeigten Analysen zu Beginn des Projekts, um Größenordnungen geringer und daher in der aktuellen Bewertung zu vernachlässigen.

Basis der Untersuchungen ist ein FST-eigener „Green Index“

Um die Treibhausgas-Bilanz von Werkstoffen zu erstellen, hat FST einen eigenen „Green Index“ entwickelt. Der Hintergrund: Neben den klimarelevanten Emissionen sollen auch andere Umwelteigenschaften chemischer Stoffe berücksichtigt werden, um intern Materialien und Prozesse vergleichen und bewerten zu können. „So versuchen wir, giftige Vorprodukte so weit als möglich zu vermeiden, um die Arbeitssicherheit unserer Mitarbeitenden zu gewährleisten und auch andere Umwelteinflüsse zu berücksichtigen“, sagt Rinnbauer. Da moderne Dichtungen oft aus Materialmischungen bestehen, werden alle Einzelkomponenten berücksichtigt, um keine Fehlanreize für die Auswahl bestimmter Materialien zu setzen.

Um das Treibhausgaspotenzial (Global warming potential, GWP) einzelner Materialkomponenten zu bestimmen, nutzt FST eine Expertendatenbank, die der ISO-Norm 14044 für Ökobilanzen gerecht wird. Dabei werden mittlere, standort-unabhängige GWP-Werte für jeden einzelnen Stoff genutzt, also unabhängig von der konkreten Herkunft. Perspektivisch ist aber zu erwarten, dass hersteller- und standortspezifische Kennwerte entlang der gesamten Lieferkette zur Verfügung stehen. „Das würde uns auch erlauben, Materiallieferanten zukünftig nicht nur anhand von Kosten, Qualität und Verfügbarkeit, sondern auch unter Nachhaltigkeitskriterien auszuwählen“, sagt Rinnbauer. Die Summe der nach Materialanteilen gewichteten GWPs ergibt dann den gesamten GWP eines Dichtungsmaterials. Parallel erfolgt die Überprüfung der Schädlichkeit einzelnen Materialkomponenten anhand Freudenberg-eigener Arbeitsschutzrichtlinien sowie der europäischen REACH-Chemikalienverordnung. Je nach Schädlichkeitsklasse wird ein Malusfaktor vergeben, der aktuell von 1 (unschädlich) bis 2 (persistent) reicht. Der schlechteste Einzelwert bestimmt den Faktor, der mit dem gesamten GWP multipliziert wird. Letztendlich ergibt sich ein dimensionsloser Wert, mit dem der Dichtungswerkstoff einer bestimmten Nachhaltigkeitsklasse des Green Index zugeordnet werden kann. Alle einmal bestimmten Index-Werte werden in einer unternehmensweit genutzten Werkstoffdatenbank hinterlegt und stehen damit den Entwicklungsingenieuren zur Verfügung.

Die Ergebnisse sind nicht leicht zu interpretieren

Der Effekt, der sich aus dem Gewichtungsverfahren ergibt, lässt sich anhand zweier Fluorkautschukmaterialien (FKM) darstellen, die beide für Dichtungen im Industriebereich eingesetzt werden. So kommt die erste Mischung völlig ohne schädliche Materialkomponenten aus und weist ein Treibhausgaspotential von 9,4 Kilo CO2 pro Kilo Material aus. Bei der zweiten Mischung ergibt sich hingegen ein Wert von 8,0 Kilo CO2 pro Kilo Material, dafür enthält die Mischung jedoch einen Gefahrstoff, was im Green Index zu einer Einstufung als „nicht nachhaltig“ führt. Da die geringere Nachhaltigkeit mit einem Malus von 1,66 berücksichtigt wird, schneidet die erste Mischung in der Gesamtbilanz besser ab. Ein Beispiel einer Polyolefin-basierten Abdichtung für Brennstoffzellen zeigt aber auch, dass ein Material auch dann sehr nachhaltig sein kann, wenn es mit einem geringen Anteil von 0,08 Prozent einen persistenten Katalysator enthält. Wie und in welchem Umfang über das GWP hinaus Nachhaltigkeitsfaktoren berücksichtigt werden sollen, ist auch bei Freudenberg Sealing Technologies nicht endgültig entschieden. „Wichtig ist“, so Rinnbauer, „dass wir nicht eindimensional optimieren. So berücksichtigen wir bei der Materialauswahl auch Lebensdauer und Verschleißbeständigkeit, die die Ökobilanz unserer Kunden beeinflussen.“

Klar ist auch: Die Energie, die für die Herstellung von Dichtungen aufgebracht wird, führt zu CO2-Emissionen, sofern die Energieversorgung der Produktionswerke nicht bereits vollständig auf Treibhausgas-neutrale Quellen umgestellt wurde. „Die große Herausforderung besteht darin, die CO2-Emissionen, die durch den Energiebezug oder auch Eigenerzeugung an einem Produktionsstandort anfallen, korrekt auf einzelne Materialchargen oder Produkte umzulegen“, erklärt Schroiff. Eine Voraussetzung dafür ist durch Messungen abgesichertes Wissen darüber, wieviel Energie in einzelnen Prozessschritten spezifisch, also auf das Gewicht, das Volumen oder die Oberfläche bezogen, tatsächlich verbraucht wird. Anhand von Kernprozessen des Unternehmens untersuchte ein Team am Stammsitz in Weinheim den spezifischen Energieverbrauch sowie weitere umweltrelevante Parameter wie die Menge an technischen Abfällen, auch „Engineered Waste“ genannt, die aus teilweise oder ganz verarbeitetem Material bestehen. Solche Abfälle entstehen beispielsweise, weil Produkte durch Feinbearbeitung erst im Lauf des Produktionsprozesses ihre endgültige Form erhalten. Die vier untersuchten Kernprozesse umfassen das Mischen des Materials, die Formgebung einschließlich der Vulkanisation, die Beschichtung sowie das Nachheizen. Auf das Materialgewicht bezogen erwies sich das Mischen in etwa so energieintensiv wie Formgebung und Vulkanisation. „Besonders überrascht hat uns aber, dass das Nachheizen fast so viel Energie verbraucht wie Formgebung und Vulkanisation“, sagt Schroiff.

Musterprodukte aus Fluorkautschuk und Polyamid 6.6

Abschließend übertrug das Freudenberg-Team die Ergebnisse auf zwei Musterprodukte, einen Simmerring aus Fluorkautschuk (FKM), wie er in Automobilindustrie und im allgemeinen Maschinenbau verwendet wird, sowie ein Gehäuseteil aus Polyamid 6.6, das mit einer Funktionsbeschichtung für elektromagnetische Abschirmung versehen ist. Dabei zeigten sich deutliche Unterschiede: Bei dem Simmerring verursachen Formgebung und Vulkanisation rund die Hälfte des gesamten fertigungsbedingten Energieaufwands. Die CO2-Emissionen können insgesamt um ein Drittel verringert werden, wenn ein optimiertes Formgebungsverfahren verwendet wird, das ohne Nachbearbeitung auskommt. Bei dem Gehäuseteil hat die Herstellung des Kunststoff-Materials einen deutlich höheren Anteil von rund 40 Prozent am Energieaufwand, rund ein Zehntel entfällt auf die Beschichtung. Auch in der Herstellung von Polyamid-Bauteilen entfällt ein wesentlicher Anteil der Gesamtemission auf das Material und eventuell die technischen Abfälle.

Auch wenn für eine Übertragung der Methodik noch viele Materialien und Prozesse detaillierter untersucht werden müssen, zeigt sich eine klare Tendenz: „In der Abfallvermeidung während der Produktion liegt der größte Hebel, um Bauteile klimafreundlicher herzustellen, solange wir zumindest noch fossile Energie nutzen“, erläutert Schroiff. Bereits heute setzt Freudenberg Sealing Technologies daher konsequent auf abfallvermeidende Produktionstechnik. Allein durch den Einsatz des Kaltkanal-Spritzgusses mit Nadelverschluss spart das Unternehmen bereits jährlich rund 70 Tonnen Abfall und emittiert 600 Tonnen weniger CO2.

<a href="https://www.kunststoffe.de/a/fachartikel/laser-gravur-gegen-etikettenschwindel-2673722" target="_blank">Freudenberg</a>

Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG 

https://www.fst.com

FST bestimmt den CO2-Fußabdruck von Dichtungen.

2023-02-08 Freudenberg

Freudenberg Sealing Technologies bestimmt den CO2-Fußabdruck von Produkten aus Fluorkautschuk und Polyamid 6.6