Für den Einsatz als Textilien müssen Polyamidfasern flammgeschützt sein. Eine interessante Alternative zu halogenhaltigen Flammschutzmitteln stellen inhärent flammgeschützt Polymere dar, die zusammen mit Polyamid zu Blends verarbeitet und anschließend zu Fasern gesponnen werden.

Bild 1. Gestrick aus unbehandeltem PA66 a) vor b) und nach der Brandprüfung, sowie Gestrick aus intrinsisch flammgeschütztem PA66 c) vor und d) nach der Brandprüfung: Die Wirkung des Flammschutzmittels ist gut zu erkennen.

Flammschutz von Kunststofffasern

Fasern

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Blend

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Polyamide

Flammschutzmittel

Additive

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Intrinsisch flammgeschütztes Polyamid

Akro-Plastic zeigt auf der K 2022 unter anderem ein PP-Compound aus Frittenfett.

Das Motorrad Husqvarna FE 350 ist eines der Highlights am Stand von Akro-Plastic. 

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

Compound

Kunststoffe, biobasiert

Biokunststoffe

kunststoffe.de

Polypropylen-Compound

Polypropylen

Bio voll im Fokus

Mit richtigen Materialien bei Elektrofahrzeugen in der Produktion und während der Nutzungsphase CO2-Emissionen einsparen.

Der Wechsel vom Verbrennungs- zum Elektromotor bietet nicht nur Herausforderungen, sondern auch Chancen. Aufgrund der veränderten Anforderungen lassen sich an vielen Stellen etwa durch Materialwechsel CO2-Emissionen einsparen.

Mit richtigen Materialien bei Elektrofahrzeugen in der Produktion und während der Nutzungsphase CO2-Emissionen einsparen.

Mit passenden Materialien und Daten den Wandel hin zur Elektromobilität gestalten

Elektromobilität

Mobilität

Technische Kunststoffe

Doppelt nachhaltigere E-Autos

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

Masterbatches

Polyethylen

Polylactid

Effektpigmente

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Ist Bio das neue Normal?

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)

16:9

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

Weichmacher

Polystyrol

PVC-weich (Compounds)

Werkstoffe für additive Verfahren

Verarbeitungshilfsmittel, allgemein

Styrol-Copolymerisate

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

Kunststoffhandel

Handel

Dienstleistungen

Treibmittel

Verarbeitungshilfmittel

Wiederaufbereitung

Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

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

Standardkunststoffe

Polyethylenterephthalat

Automotive

Fahrzeugbau

Kunststoff-Recycling

Erfolgsfaktor Optik

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

Spritzgießen

Werkzeugkonstruktion

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Beeinflussung der Faserorientierung von Polypropylen und Polyamid im Spritzgießprozess durch einen drehenden Werkzeugkern

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

Elektronik

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)

Polyurethan

Elektromobilität und ein Konzeptfahrzeug

Die Anzahl elektronischer Komponenten in Fahrzeugen nimmt seit Jahren beständig zu. Um sie mit elektrischer Energie zu versorgen, werden häufig hohe Ströme benötigt. Die dabei entstehende Wärme stellt allerdings eine Gefahr für die Komponenten dar und kann zur Beschädigung und zum Ausfall der Bauteile führen. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Temperatur an kritischen Bereichen bieten wärmeleitfähige Kunststoffe. Welche Effekte sich damit erreichen lassen, zeigt das Beispiel einer Vorsicherungsbox für den Golf 8.

Es wird zunehmend enger im Motorraum moderner Fahrzeuge wie beispielsweise des aktuellen Golf 8. Dadurch erhöht sich die Wärmebelastung der verbauten Komponenten

Wärmeleitfähige Kunststoffe helfen bei der Entwärmung von Bordnetzkomponenten

Abkühlung für Fahrzeugelektronik

Der Fortschritt bei Fügetechnologien wie dem Laserdurchstrahlschweißen, die steigende Nachfrage nach wärmeleitenden Kunststoffen, der Leichtbau und die Elektromobilität gehören in der Material- und Anwendungsentwicklung mit Polyamid zu den großen Trends. Auch bei bei diesem Polymer wächst der Bedarf an nachhaltigeren Werkstoffen. Geschlossene Stoffkreisläufe werden deshalb künftig in der Herstellung von PA 6 und PA 66 eine immer wichtigere Rolle spielen.

Motorradtank aus Durethan BC550Z 900116 DUSXBL: Das unverstärkte und schlagzäh modifizierte PA 6 wird zu zwei Halbschalen spritzgegossen, die durch Heizelementschweißen zum Tank gefügt werden

Polyamid (PA): Produktverbesserungen und Ersatz von PA 66 durch PA-6-Compounds

Hybridtechnik

Vibrationsschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Hybridwerkstoffe

Laserschweißen

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Laserauftragsschweißen

Oberflächentechnik

Laserbearbeitungen

Lasertechnik

Verbesserungen bei Materialien und  der Verarbeitung

Die Batterien von Elektrofahrzeugen müssen ausreichend gegen mechanische Beschädigungen geschützt werden. Das gilt nicht nur für den eigentlichen Akku, sondern auch für die Batterie des Bordnetzes. Bei der Entwicklung des entsprechenden Batteriekastens des Elektrobusses VW Pluto stieß der Hersteller auf einige Schwierigkeiten in der Fertigung. Um diese in den Griff zu bekommen, musste nicht nur die Bauteilgeometrie, sondern auch das Spritzgießwerkzeug angepasst werden. Eine große Rolle spielte außerdem das für den Batteriekasten verwendete Material.

Das Batteriekastengehäuse für das Bordnetz des Elektrofahrzeugs VW-Pluto erforderte einige Anpassungen bei der Materialauswahl und der Fertigung. Besonders der Verzug stellte die Ingenieure während der Entwicklung vor Probleme

Batteriekasten für das Bordnetz des Elektrobus VW Pluto

Werkzeugbau

Material und Produktion erfolgreich  anpasst

Die Covid-19-Pandemie hat auch die Kunststofferzeuger hart getroffen. Doch nicht alle Kunststoffe sind gleichermaßen betroffen. Während die häufig in der Automobilindustrie verwendeten technischen Kunststoffe unter dem Einbruch des Fahrzeugabsatzes leiden, profitieren etwa Polyolefine teilweise von der Krise. Und auch wenn die Pandemie gerade alle anderen Themen in den Hintergrund rückt, schreitet dennoch die Entwicklung etwa bei der Kreislaufwirtschaft, Elektromobilität und Digitalisierung weiterhin voran. Über die gegenwärtige Situation und die zukünftige Entwicklung sprach Kunststoffe mit Vertretern der Kunststofferzeuger.

Ein Austausch in Pandemiezeiten: Coronabedingt fand das Kunststoffe-Expertengespräch rein digital statt. Dr. Matthias Scheibitz (oben links), Jürgen Luderer (oben rechts), Dr. Ingo Sartorius (unten links), und Dr. Karlheinz Hausmann (unten rechts) diskutierten dabei über die aktuelle Situation und die zukünftigen Trends bei Kunststoffen

Expertengespräch zu Trends und Herausforderungen bei Werkstoffen

Polybutylenterephthalat

Verpackungsmaterial

Logistik

Polyvinylchlorid

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

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>