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

Automotive

Elektronik

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Polyamide

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Technische Kunststoffe

Höhere Oberflächenqualität im Automobil-Interieur

Bisher kam für Kühlmittelanwendungen in Automobilen vor allem Polyamid 66 zum Einsatz. Aufgrund steigender Anforderungen werden zunehmend alternative Materialien wie PPS und PPA für solche Bauteile interessant. Das verdeutlich etwa das Beispiel eines Kühlmittelverteilerrohrs für Fahrzeuge von Audi und VW.

Bild 1. Da das zweiteilige Kühlmittelverteilerrohr im Rotationsschweißen verbunden werden sollte, kam PPS als Material nicht in Frage 

Kühlmittelkreislauf in Fahrzeugen

Alternativen zu PA 66

Für die Heckklappe seines Elektroflaggschiffs ID.3 setzt Volkswagen erstmalig auf einen Kunststoff-Metall-Verbund. Hergestellt wird dieser unter anderem mit einem langglasfaserverstärkten Polypropylen von Celanese. Das Material musste dabei nicht nur die mechanischen Eigenschaften erfüllen, sondern auch ein ansprechendes Aussehen ermöglichen.

Der ID.3 ist das erste Auto von Volkswagen mit einer teilweise aus Kunststoff bestehenden Heckklappe.

Heckklappe des ID.3: Faserverstärktes PP ermöglicht Kunststoffeinsatz

Kfz-Elektronik

Standardkunststoffe

Polypropylen

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Pultrusion

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Lange Fasern, schicke Optik

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.

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Hochleistungskunststoffe durch strahlenvernetzte günstigere Polymere ersetzen

Strahlenvernetzung

Kunststoff-Aufbereitung

Hochleistungskunststoffe

Elektronenbooster für Elektrofahrzeuge

 Sabic hat ein spezielles Blend vorgestellt, mit dem sich unangenehme Störgeräusche im Fahrzeuginnenraum reduzieren lassen sollen. Es besteht aus Polycarbonat (PC) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und soll sich sowohl gut einfärben als auch lackieren lassen.

Bei Elektrofahrzeugen übertönt der Motor keine Geräusche, die durch die Reibung zwischen Teilen entstehen. Deshalb sind dafür Materialien notwendig, die geringe BSR-Werte besitzen. 

Blend

ABS / ASA-Kunststoffe

Polycarbonat

Weniger Geräusche, mehr Designfreiheit

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

Die meiste Energie bei einem Unfall wird von Metallteilen in den Fahrzeugen absorbiert. Bei der S-Klasse von Mercedes-Benz wurde nun erstmals ein zusätzlicher Crash-Absorber aus Polyamid (PA) im Frontend verbaut.

Für das Sicherheitskonzept im Frontend der aktuellen S-Klasse setzt Mercedes-Benz unter anderem auf einen Crash-Absorber aus Polyamid. 

Crash-Absorber aus Polyamid für den Frontendträger der S-Klasse von Mercedes-Benz

Kfz-Sicherheit, passiv

Kfz-Systeme

Kraftfahrzeugtechnik

Unfallschutz mit Kunststoff

Ein Funktionsträger verbindet im Bereich der Instrumententafel die fahrerseitigen Anzeigen und Funktionselemente mit der Mittelkonsole. Er muss ausgesprochen dimensionsstabil sein und enge Maßtoleranzen erfüllen. Üblicherweise kommt dafür ein Magnesium-Bauteil zum Einsatz, dabei erreicht ein langglasfaserverstärktes ABS vergleichbare Eigenschaften bei wesentlich niedrigerem Gewicht. 

Langglasfaserverstärktes ABS ersetzt Magnesium in semistrukturellem Bauteil 

Styrol-Copolymerisate

Glasfasern / -matten

Fasern

Alles im Rahmen 

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

Additive

Messe K-Kunststoffmesse

Polyethylen

Polystyrol

PVC-weich (Compounds)

Werkstoffe für additive Verfahren

Verarbeitungshilfsmittel, allgemein

Kreislaufwirtschaft

Von Treibern und Getriebenen

Die TER Plastics POLYMER GROUP ist mit dem Vertrieb technischer Kunststoffe, Commodities und eigener Compounds der Marke TEREZ in den Märkten aktiv. Zur Firmengruppe der TER Plastics gehören nunmehr neben der Compound-Tochtergesellschaft TEREZ Performance Polymers auch die Unternehmen TER Plastics Polska, TER Hell Plastics Spain, TER Hell Plastic-PE Distribution, TER Hell-IT und die TER Engineering Plastic Trading, in Suzhou, China sowie eine Vielzahl etablierter Verkaufsbüros in Deutschland, Österreich, der Schweiz, Frankreich, Spanien, Polen, Ungarn, der Tschechischen Republik und der Slowakei.

Ter Hell Plastic GmbH  

https://www.terhell.de

Antistatika

Compound

Flammschutzmittel

Kunststoffhandel

Handel

Dienstleistungen

Treibmittel

Verarbeitungshilfmittel

Wiederaufbereitung

Trotz alternativer Mobilitätskonzepte, ist der Wunsch nach einem eigenen Fahrzeug nach wie vor groß. Da hochwertige und nachhaltige Materialien die Kaufentscheidung des Endkunden beeinflussen, kommen im Innenraum von Fahrzeugen neuentwickelte Polymere zum Einsatz.

Auch mit glasfaserverstärkten Kunststoffen lassen sich optisch ansprechende Oberflächen gestalten. Das zeigt beispielsweise das PP SoForm 

Der Wunsch nach ansprechenden Oberflächen und einer höheren Nachhaltigkeit treibt die Materialentwicklungen im Fahrzeuginterieur voran

Polyethylenterephthalat

Fahrzeugbau

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Kunststoff-Recycling

Erfolgsfaktor Optik

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

Was bewegt das Automobil?

 Bisher hatten die Automobilbauteilhersteller Bedenken, Rezyklate in sicherheitsrelevanten Bereichen einzusetzen. Der Materialhersteller JSP hat ein expandiertes Polypropylen mit 25 % Rezyklatanteil für genau für diese Einsatzgebiete entwickelt.

Expandiertes Polypropylen kommt an immer mehr Stellen in Fahrzeugen zum Einsatz. Darunter sind auch sicherheitskritische Bereiche wie der  Insassen- und Fußgängerschutz

Kreislaufwirtschaft für expandiertes Polypropylen (EPP)

Recycling

Umweltmanagement

Aus Verpackungen werden Automobilbauteile

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

Blends aus PP und PA senken das Gewicht und verbessern die Chemikalienbeständigkeit

Die gewünschte Gewichtsreduzierung bei Fahrzeugen stellt nicht nur Automobilhersteller, sondern auch die Werkstoffproduzenten vor große Herausforderungen. Die verwendeten Materialien sollen nicht nur das Gewicht senken, sie müssen zudem auch den mechanischen und chemischen Belastungen standhalten.

Die gewünschte Gewichtsreduzierung bei Fahrzeugen stellt nicht nur Automobilhersteller und Zulieferer, sondern auch die Werkstoffproduzenten vor große Herausforderungen. Die verwendeten Materialien sollen nicht nur das Gewicht senken, sie müssen zudem auch den mechanischen und chemischen Belastungen standhalten. Erreichen lässt sich das beispielsweise mit Blends aus Polyamid und Polypropylen. Sie stellen darüber hinaus noch weitere Zusatznutzen bereit.

Leichtbau ist seit Jahren eine zentrale Herausforderung in der Automobilindustrie. Angetrieben durch die Vorgaben des Gesetzgebers zu einem reduzierten CO2-Verbrauch der Fahrzeuge, entwickeln die Hersteller Autos mit niedrigeren Verbrauchswerten. Neben verschiedenen Ansatzpunkten im Bereich Design, Motor und Getriebetechnik sind auch Werkstoffe gefordert, die die hohen Ansprüche an technische Bauteile erfüllen und dennoch Gewichtsreduktionen ermöglichen. Bei thermoplastischen Kunststoffen kommt dabei als erstes Polypropylen (PP) in den Sinn. PP erfüllt jedoch alleine, genau wie Polyamid (PA), nicht die Anforderungen an höher beanspruchte Leichtbaukomponenten. Eine Möglichkeit stellen Blends aus PA und PP dar. Ein solches Blend von Akro-Plastic kommt bereits in ersten Projekten in der Automobilbranche zum Einsatz und ermöglicht dabei Gewichtseinsparungen von Serienkomponenten bei akzeptabler technischer Leistung.

PP hat eine deutlich geringere Dichte als die im Automobilbau weit verbreiteten Standardpolyamide PA 6 und PA 66. Blends aus PP und PA 6 oder PA 66 verfügen deshalb ebenfalls über eine geringere Dichte und somit ein geringeres Gewicht. Allerdings vertragen sich Polyolefine wie PP und PA rein chemisch nicht. Probleme wie Delamination sind deshalb vorprogrammiert.

Stabile Verbindung durch Pfropfen und spezielle Compoundiertechnik

„Die Lösung liegt im Einsatz der richtigen Verbindungskomponente“, weiß Marc Ollig, Head of Global Product Management bei Akro-Plastic. Dafür wird PP mittels einer speziellen Chemikalie chemisch gepfropft. Mit diesem gepfropften PP kann PA eine chemische Bindung eingehen. Dadurch entsteht nicht nur eine rein mechanische Mischung, sondern ein fester chemischer Verbund. Dieser Prozess erfolgt während der Compoundierung. Eine schonende, zuverlässige und reproduzierbare Compoundiertechnik ist dabei entscheidend für ein gutes Endprodukt. Akro-Plastic setzt dafür knetblockfreie Compoundiertechnik ein, die über die gemeinsam mit der Schwesterfirma Feddem entwickelte ICX-Technology verfügt. Durch die schonende, knetblockfreie Schneckengeometrie können die einzelnen Komponenten ungestört miteinander reagieren. Das entwickelte Blend firmiert unter dem Namen Akromid Lite.

„Unser Ziel bei der Entwicklung von Akromid Lite war es, ein Compound mit ähnlichen Eigenschaften wie PA herzustellen, ohne dabei Abstriche bei den wichtigsten technischen Eigenschaften zu machen“, erläutert Ollig weiter. Je nach Anteil des PP liegt der Dichtevorteil des Blends gegenüber reinen PA etwa zwischen 7 und 10 % (Bild 1). PP-Glasfasermischungen (PP-GF30) sind zwar noch leichter, oft reichen jedoch die mechanischen Festigkeiten von PP-Compounds nicht aus. Bei spritzfrischen Materialien ist ein erheblicher Unterschied zwischen der Zugfestigkeit von PA und PA-Blends erkennbar. Dieser egalisiert sich jedoch weitgehend nach Konditionierung. Insgesamt ist der prozentuale Unterschied bei den Blends geringer als bei einem reinen PA-6-Compound. Das bietet dem Konstrukteur mehr Sicherheit bei der Teileauslegung (Bild 2).

Je nach PP-Anteil liegt die Wärmeformbeständigkeit (engl. Heat Deflection Temperature, HDT) der PA+PP-Blends nur geringfügig unter der von reinem PA. Gleichzeitig ist die HDT der Blends deutlich höher als die von PP-Compounds. Dadurch eignen sich die Blends für den Einsatz bei technischen Bauteilen, die normalerweise PA vorbehalten waren (Bild 3).

Technische Bauteile werden während ihres Einsatzes einer ganzen Reihe unterschiedlicher Chemikalien ausgesetzt. Obwohl Polyamide von Haus aus eine gute Chemikalienbeständigkeit aufweisen, gibt es einige Stoffe im Automobilbau, die ihnen mehr oder weniger stark zusetzen. Ein Beispiel dafür ist Calciumchlorid (CaCl2), das oft als Streusalz verwendet wird. In dieser Funktion kommt es zwangsweise in Kontakt mit Bauteilen aus PA. Um die Verträglichkeit des Polymers mit CaCl2 zu testen, gibt es standardisierte Methoden, die häufig von den Automobilherstellern vorgeschrieben werden. Eine Schädigung und auch deren Schwere lässt sich leicht optisch bestimmen. Eine zunehmende Vergrauung der Oberfläche ist der Indikator für den Grad der Schädigung. Die PA+PP-Blends haben sich in Tests sehr resistent gegenüber CaCl2 gezeigt (Bild 4).

Wesentlich stärker als von Calciumchlorid werden PA jedoch von Zinkchlorid (ZnCl2) angegriffen. Dieses entsteht aus einer chemischen Reaktion von Calciumchlorid mit Zink etwa von verzinkten Oberflächen. ZnCl2 kann zu einem Versagen von PA-Bauteilen führen. „Unsere Polyamid-Polypropylen-Blends zeigen sich sehr widerstandsfähig gegenüber Zinkchlorid. Anscheinend bildet das PP in ihnen eine Barriereschicht dagegen“, erklärt Marc Ollig.

Die Kombination von Gewichtsreduzierung ohne wesentliche Kompromisse in der Mechanik selbst bei erhöhten Temperaturen bringt für die Praxis deutliche Vorteile. Am Beispiel einer Lüfterzarge ist deutlich zu sehen, dass durch den Einsatz der PA+PP-Blends das Bauteilgewicht selbst unter den Wert eines im Schaumspritzgießen gefertigten Teils gesenkt werden kann. Da die Herstellung im Standardspritzgießen erfolgt, müssen außerdem keine zusätzlichen Investitionen in Anlagen oder Werkzeuge getätigt werden. Wird das PA+PP-Blend in Schaumspritzgießverfahren wie Mucell eingesetzt, kann das Bauteilgewicht noch weiter reduziert werden (Bild 5).

Einen zweifachen Beitrag leisten Blends aus PA und PP im Hinblick auf die Nachhaltigkeit. Sie senken das Gewicht der Bauteile und damit den Spritverbrauch der Fahrzeuge beim Fahren. Außerdem wird das vom Carbon-Footprint her gesehen ungünstigere PA teilweise durch ein wesentlich umweltfreundlicheres PP ersetzt. Dadurch kann etwa der CO2-Fußabdruck eines PA-6+PP-GF15 im Vergleich zu einem PA-6-GF15 um etwa ein Viertel reduziert werden (Bild 6).

HellermannTyton GmbH  

https://www.hellermanntyton.de

Akro-Plastic GmbH  

https://www.akro-plastic.com

Ausgabenartikel KU03-22

Bild 1. Je nach Type weisen PA-6+PP-Blends mit 30 % Glasfaserverstärkung eine um 7 bis 10 % geringere Dichte als reines PA 6 mit gleicher Glasfaserverstärkung auf. Die Dichte von PP-GF30 ist zwar noch einmal niedriger, jedoch erfüllt das Material meist nicht die notwendigen technischen Anforderungen.

Bild 2. Der Einfluss der Konditionierung auf die Zugfestigkeit ist bei den PA+PP-Blends geringer als bei PA 6.

Bild 3. Durch den PP-Anteil in den Blends liegt deren Wärmeformbeständigkeit teilweise unter der von reinem PA. Der Unterschied ist jedoch gering, weshalb sie sich auch für temperaturbeanspruchte Bauteile eignen. 

Bild 6. Relative Reduktion des Carbon-Footprint durch den Ersatz von herkömmlichen PA-6-Compounds durch Akromid-Lite-Compounds: Je nach Material sind Einsparung bis zu 25 % möglich. 

Bild 4. Prüfstäbe nach Kontakt mit einer Calciumchloridlösung: An den grauen Stellen kam es zu Schäden. Die Stäbe aus den PA+PP-Blends weisen im Gegensatz zu denen aus PA keine Schäden auf.

Bild 5. Mit den Blends lassen sich Lüfterzargen in Kompaktbauweise sogar leichter herstellen als im Schaumspritzgießen mit reinem PA 66.

KU 3-22_Akro-Plastic - Hauptartikel

Manfred Bär arbeitet seit 2010 bei Akro-Plastic in Niederzissen und ist dort gegenwärtig als Business Development und Key Account Manager tätig; <a href="mailto:manfred.baer@akro-plastic.com">manfred.baer@akro-plastic.com</a>