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.

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

Hybridtechnik

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Spritzgießen

Compound

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Elektronik

Automotive

Vibrationsschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Hybridwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Recycling

Umweltmanagement

Polyamide

Technische Kunststoffe

Laserschweißen

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Laserauftragsschweißen

Oberflächentechnik

Laserbearbeitungen

Lasertechnik

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Verbesserungen bei Materialien und  der Verarbeitung

Zentrales Thema in allen Polyurethan-Anwendungen ist die Umstellung der bisherigen Linearökonomie auf eine Kreislaufwirtschaft und der Einsatz von nachhaltigen Rohstoffen für die Herstellung dieses Kunststoffs. Dafür setzen die Hersteller unter anderem auf biobasierte Rohstoffe, chemisches Recycling und verwenden CO<sub>2</sub> als Synthesebaustein. Digitalisierung, Elektromobilität, autonomes Fahren und die Baubranche treiben außerdem die PUR-Entwicklung voran.

Polyurethan (PUR): Effizienzsteigerungen im Ressourcenverbrauch und in der Produktion

Bauchemie

Polyurethan-Schaumstoffe (PUR)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Baubetrieb / Bauwirtschaft

Polyurethan

Windkraft

Energieerzeugung

Erneuerbare Energie

Nachhaltiges Wachstum

Styrol kann auf verschiedene Arten polymerisiert und mit unterschiedlichen Comonomeren modifiziert werden. Die dadurch entstehenden Kunststoffe unterscheiden sich in ihren Eigenschaften und lassen sich somit gezielt auf bestimmte Anwendungen zuschneiden. Aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften sind sie für viele Branchen geeignet. Besonders in der Automobilindustrie, der Medizintechnik und der Verpackungsbranche sind Styrolkunststoffe gefragt.

Styrol-Copolymerisate: Durch ansprechende Optik und mögliche Transparenz punkten

Verpackungsmaterial

Logistik

Polystyrol

Styrol-Copolymerisate

Medizintechnik

Medizinprodukte

Vielfältig in Form und Anwendung

Leichtbau, Funktionalität und Design prägen die Materialentwicklung in den Einsatzgebieten von Polycarbonat-Compounds, -Composites und -Folien. Große Chancen bestehen in der Mobilität der Zukunft, im Strukturleichtbau mit endlosfaserverstärkten Composites, in der 5G-Technologie und der Medizintechnik.

Polycarbonat (PC): Aufregende Designs durch hohe Oberflächenqualität und neue Verfahren

Polycarbonat

Werkstoff für viele Trends

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.

Expertengespräch zu Trends und Herausforderungen bei Werkstoffen

Polybutylenterephthalat

Polyethylen

Streifinger, Florian

Polyvinylchlorid

Standardkunststoffe

Polyethylenterephthalat

Kunststoff-Rezyklat

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

Lithium-Ionen-Batterien sind einer der entscheidenden Bausteine der Elektromobilität. Um die Reichweite von E-Fahrzeugen zu erhöhen, wird an der Verbesserung ihrer Leistung geforscht. Aber auch an einem besseren Schutz der sensiblen Akkus arbeiten viele Unternehmen. Helfen können bei beidem technische Kunststoffe wie Polyphenylenether (PPE). Gerade als Schaum spielt das Material seine Stärken aus.

Sichere Lithium-Ionen-Batterien durch Polyphenylenether

Batterien

Energiespeicherung

Gehäuse aus Kunststoff

Elektromechanik

Kühlkörper

Elektromobilität

Mobilität

Chamäleon schützt Akku

Bei der Ionenauslaugung und der Hydrolysebeständigkeit der bisher verwendeten Materialien für Brennstoffzellen besteht noch Nachholbedarf. Eine Möglichkeit dafür stellen speziell entwickelte PPS dar.

Materialverbesserungen sorgen für zuverlässigere Brennstoffzellen

Brennstoffzelle

Stromversorgung

Brennstoffzellen

Hochleistungskunststoffe

Brennstoffzellenfahrzeuge fit für den Einsatz machen

Viele Branchen treibt die Suche nach Materialien für gestiegene Leistungsanforderungen und verbesserte Kosteneffizienz an. Gleichzeitig rücken gesellschaftliche und ökologische Trends in den Vordergrund. Dazu zählen die Reduzierung der CO2-Emissionen und die Unterstützung einer alternden Bevölkerung. Wegen seiner Eigenschaften kommt dafür immer öfter der Hochleistungskunststoff Polyetheretherketon zum Einsatz.

Polyetheretherketon (PEEK): Leistungssteigender Ersatz für Metalle und andere Polymere

Elektronik-Fertigung

Polyetherketon

Mikroelektronik

Effizient auch in rauen Umgebungen

Verzicht ist der Trend rund um Kunststoffe, der aktuell die öffentliche Wahrnehmung bestimmt. Viele Konsumenten wünschen sich umweltfreundlichere Produkte, was vielfach gleichgesetzt wird mit weniger Plastik. Dabei gilt: Kunststoff ist nach wie vor ein wichtiger Werkstoff, um Antworten auf steigende Bevölkerungszahlen, höheren Energiebedarf sowie zunehmende Urbanisierung und Mobilität zu finden. Häufig ist er auch die klimaschonendste Variante. Ungeachtet aller Kritik hat die Weltkunststoffproduktion in den zurückliegenden Jahren weiter zugelegt. Sie wuchs 2018 um 3 % auf nun fast 360 Mio. t. Europa hat daran einen Marktanteil von rund 17 % und ist damit drittgrößter Produktionsstandort. Dominierende Kunststoffnation ist bereits seit einigen Jahren China mit einem weltweiten Anteil von aktuell etwa 30 %. Darin besteht auch ein Teil des Problems, mit dem Werkstoff und Industrie zu kämpfen haben. Die boomenden Kunststoff- und Verpackungsbranchen, gerade in Südostasien, haben zu einem immer größer werdenden Abfallproblem geführt.

Gastkommentar von Dr. Michael Zobel

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe.de

Kunststoffe

Photonik

Optik

Leichtbau

Kunststoffhandel

Dienstleistungen

Handel

Werkstoff

Die Antwort auf viele Fragen

Mit viel Know-how, mutigen Investitionen und eigenen Entwicklungsmethoden hat sich der Automobilzulieferer RF Plast ein zweites Standbein geschaffen. Grundlage dafür war ein Kundenprojekt, bei dem Edelstahl durch Kunststoff ersetzt wurde.

RF Plast überzeugte die Edelstahlbauer der Huber SE mit Siebfilterelementen aus Kunststoff

Lohnfertigung

Forschung + Entwicklung

Prozesssimulation

Software

Simulation

Abwasserreinigung

Betriebsausrüstung / Betriebsmittel

Spritzgießsimulation

Kunststoffverarbeitung

Wasseraufbereitung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Polypropylen-Compound

Werkstoffliche Wachablösung

Die Optik spielt bei Kunststoffbauteilen eine immer größere Rolle. Entscheidend für ein ansprechendes Aussehen sind glänzende und gleichmäßige Oberflächen. Diese Anforderungen lassen sich bei glasfaserverstärkten Polyamiden bisher meist nur mit einer zusätzlichen Lackierung erreichen. Eine Alternative bietet ein speziell für die Gestaltung von Oberflächen entwickeltes Polyamid.

Aliphatisches Hochleistungspolyamid für Oberflächen

Faserverbundwerkstoffe

Glänzende Bauteile ohne Lackierung

Durch Mikroverkapselung lassen sich für die Verarbeitung eigentlich ungeeignete Additive in Kunststoffe einarbeiten. Verschiedene Verfahren und Materialien stehen dafür zur Verfügung und haben jeweils eigene Stärken und Schwächen.

Teil 1: Flüssige Schmierstoffe durch Mikroverkapselung in Kunststoffbauteile integrieren

Gleitmittel für Kunststoff

Additive

Selbstschmierende Kunststoffkomposite

Ein großer Teil des Kunststoffabfalls im Meer stammt von der maritimen Industrie. Das dänische Unternehmen Plastix recycelt solche alten Fischernetze und Seile. Das hergestellte Granulat wird unter anderem zur Herstellung von expandiertem Polypropylen (EPP) verwendet.

Aus maritimen Kunststoffabfällen wird expandiertes Polypropylen

Schaumstoffe und Vorprodukte

Schaumstoffe

Polypropylen

Vom Fischernetz zum Partikelschaum

Gerade bei hochwertigen Polymeren lohnt sich die Wiederverwendung von Produktionsabfällen. Ein Forschungsprojekt konnte nun Zweifel daran ausräumen, dass Anteile an rezyklierten Kunststoffen von mehr als 25 % die Eigenschaften der Bauteile zu sehr schwächt.

Mehr als ein Viertel Polyamid-Produktionsabfälle für das Spritzgießen verwenden

Flammschutzmittel

Recycling flammgeschützter  Produktionsabfälle

Kunststoffrezyklate hatten im vergangenen Jahr einen schweren Stand. Viele Industrieunternehmen fordern deshalb von der Politik Maßnahmen zur Förderung der Kreislaufwirtschaft. Im Interview mit Kunststoffe erklärt Alfred Stern, CEO von Borealis, wieso er feste Rezyklatquoten für notwendig erachtet und freiwillige Selbstverpflichtungen nicht funktionieren.

Interview mit Alfred Stern, CEO von Borealis, zur Kreislaufwirtschaft

Schröder, Susanne

„Die einzige global akzeptierte  Ideologie ist leider Geld“

Wie Kunststoffe Elektronikprodukte verbessern und dem Fachkräftemangel beizukommen ist

Der Stellenwert von Elektronik nimmt immer weiter zu. Begleitet wird sie dabei meistens von Kunststoffen. Durch höhere Ströme und die zunehmende Miniaturisierung ergeben sich allerdings auch neue Problemstellungen. Wie Kunststoffe helfen können, diese zu lösen, zeigte die Tagung „Kunststoff trifft Elektronik“ des Kunststoff-Zentrum Leipzig (KuZ) Ende Januar 2020. Interessante Erkenntnisse gab es unter anderem beim Flammschutz und der Entwärmung, aber auch Maßnahmen gegen den Fachkräftemangel wurden gezeigt.

Kunststoffe und Elektronik haben mehr gemeinsam, als es auf den ersten Blick erscheint. Beide sind im Alltag allgegenwärtig. In fast allen Produkten, seien es Kleidung, Haushaltsgeräte oder Möbel, stecken Kunststoffe – oder umhüllen sie als Verpackung. In ähnlicher Weise gilt das für die Elektronik: Aus Maschinen, Fahrzeugen und Geräten ist sie nicht mehr wegzudenken. Wenn diese überhaupt ohne Elektronik laufen, dann zumindest nur mit eingeschränkten Funktionen.

Gut zu sehen ist der Bedeutungszuwachs beider Bereiche in der Automobilindustrie. Seit Jahren nimmt der Anteil an Kunststoffen und elektronischen Komponenten in Fahrzeugen zu. Durchschnittlich entfallen etwa 12 bis 18 % des Gewichts eines Automobils auf Kunststoffe, Tendenz steigend. Sehr stark nimmt auch der Anteil der Elektronik an den Gesamtkosten von Fahrzeugen zu. Prognosen der Unternehmensberatung Roland Berger zufolge wird dieser von gegenwärtig 16 % bis 2025 auf 35 % steigen.

Gleichzeitig werden Kunststoffe und Elektronik aber auch ein Stück weit Opfer ihres eigenen Erfolgs. Durch die zunehmende Verbreitung entzündet sich an beiden immer häufiger Kritik. Bei Kunststoffen geht es vor allem um Umweltthemen, wie CO2-Verbrauch und die Entsorgung. Gerade in puncto Entsorgung wird auch die Elektronik häufig kritisiert. Beanstandet wird etwa die Deponierung von Elektroschrott in Ländern der dritten Welt. Ein Problem ist außerdem die Rohstoffgewinnung. Vor allem die in vielen elektronischen Geräten verwendeten seltenen Erden stehen im Mittelpunkt der Kontroverse. Angeprangert werden außerdem die durch die Elektronisierung hervorgerufenen gesellschaftlichen Veränderungen, wie die ständige Erreichbarkeit, eine wahrgenommene Beschleunigung des Alltags und eine zunehmende Überwachung.

Neben diesen Parallelen gibt es aber natürlich auch eine ganz praktische Verbindung zwischen den zwei Gebieten: Wo immer Elektronik eingesetzt wird, sind Kunststoffe nicht weit. Sie dienen als Untergrund, wie bei Leiterplatten, als Schutzschicht, Ummantelung oder Gehäuse und stellen Zusatzfunktionen wie Flammschutz oder Entwärmung bereit. „In der Elektronik geht ohne Kunststoffe gar nichts“, fasste Dr. Peter Bloß, Geschäftsführer des Kunststoff-Zentrums Leipzig (KuZ), das sehr treffend in seiner Einleitung zur Fachtagung „Kunststoff trifft Elektronik“ zusammen (Bild 1).

Die Veranstaltung feierte in diesem Jahr ihre Premiere und stieß sofort auf großes Interesse. Mit über 100 Teilnehmern war sie gleich bei ihrem Debüt ausgebucht. Insgesamt 14 Referenten sprachen an den beiden Tagen, 29. und 30. Januar 2020, zu so aktuellen Themen wie Kunststoffen im Elektromotor, dem Umgang mit Flammschutz und hohen Strömen und dem Schutz von Elektronikkomponenten durch Kunststoffe.

Den Einstieg machte mit Haimo Huhle vom Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI), Frankfurt a.M., dann auch gleich ein sehr passender Referent. Er gab dem überwiegend aus dem Kunststoffbereich stammenden Publikum einen Einblick in seine Branche. Dabei zeigte er einige interessante Parallelen zwischen den beiden Industrien auf. Beide stellen Technologien für andere Branchen bereit und haben einen sehr hohen Forschungs- und Entwicklungsanteil (F&E). Für die Elektronikindustrie liegt das ihm zufolge daran, dass sie nur über technologische Fortschritte international konkurrenzfähig bleiben kann. Ein Preiskampf sei im globalen Maßstab nicht zu gewinnen. Diese Einschätzung trifft nicht nur für die Elektronik-, sondern sicher auch die Kunststoffindustrie zu. Dementsprechend kann sich diese sicherlich auch den Forderungen des ZVEI an die Politik anschließen. Huhle rief diese dazu auf, 3,5 % des deutschen Bruttoinlandsprodukts (BIP) bis 2025 in die Forschungsförderung zu investieren.

Eine weitere Gemeinsamkeit beider Branchen besteht darin, dass sie beide unter der Krise der Automobilindustrie leiden. Das seit Jahren wachsende Geschäft mit dieser Branche hat zu einer starken Abhängigkeit geführt. Dementsprechend schwierig ist die Lage aktuell. Dr. Axel Tuchlenski von Lanxess, Dormagen, geht allerdings davon aus, dass der Wechsel zur Elektromobilität sich für die Elektronik- wie Kunststoffindustrie als Wachstumstreiber erweisen wird (Bild 2). Er wies in seinem Vortrag aber zu Recht darauf hin, dass mit dem Umstieg auch große Herausforderungen für Kunststoffe verbunden sind. Flammschutz, Kriechstromfestigkeit, Hydrolysestabilität und Wärmeleitfähigkeit bekommen einen deutlich höheren Stellenwert, als das bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor der Fall ist. Welche Probleme sich dabei ergeben, erläuterte er am Beispiel der Wärmeleitfähigkeit. Diese hängt maßgeblich von der verwendeten Füllstoffmenge ab. Um einen möglichst guten Wärmetransport zu erhalten, ist ein Füllstoffanteil von 60 bis 70 % notwendig. Das Material lässt sich danach allerdings nur sehr schwer verarbeiten. Mit passenden Materialkombinationen kann dieses Problem Tuchlenski zufolge aber durchaus gelöst werden. Bei Lanxess hätten sie dadurch eine Wärmeleitfähigkeit von 1 bis 2 W/mK erreicht. Normale Kunststoffe liegen deutlich unter 1 W/mK. Gegenwärtig zur Kühlung eingesetzte Materialien erreichen deutlich höhere Werte. Aluminium kommt etwa auf 236 W/mK. Kunststoffe sollen laut Tuchlenski aber gar nicht deren Aufgaben, die eigentliche Kühlung, übernehmen. Stattdessen geht es darum, auf einer sehr großen Fläche einen stetigen Wärmetransport zu gewährleisten. Untersuchungen von Lanxess zeigen, dass sich dadurch ein deutlich verbessertes Wärmeleitmanagement realisieren lässt.

Diesen Erkenntnissen schloss sich Dr. Frank Schneider von der FEP Fahrzeugelektrik Pirna GmbH, Pirna, in seinem Vortrag an. Er hat mit seinen Kollegen bei dem Automobilzulieferer den Einsatz von wärmeleitfähigen Kunststoffen untersucht. Anhand einer Vorsicherungsbox für Autobatterien, die unter anderem im VW Golf 8 eingesetzt wird, erklärte er, welche Vorteile solche Materialien in der Praxis bieten. Durch steigende Ströme im Automobil entstehen immer öfter Hotspots mit kritischen Temperaturen in der Fahrzeugelektronik. Gerade bei diesen kämen wärmeleitfähige Kunststoffe besonders zum Tragen. Selbst durch Polymere mit einem geringen Wärmetransport lassen sich ihm zufolge solche Hotspots teilweise bereits entschärfen. Das liegt daran, dass die Reduktion der Temperatur durch das Material bereits bei geringer Wärmeleitfähigkeit relativ groß ist und nicht linear mit dieser ansteigt.

Eine weitere wichtige Rolle, die Kunststoffe bei elektronischen Geräten übernehmen, ist der Flammschutz. Dr. Bernhard Schartel von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) gab in seinem Vortrag einen Überblick über die neuesten Entwicklungen in diesem Bereich (Bild 3). Schartel sieht gegenwärtig vor allem Multikomponentensysteme auf dem Vormarsch. Damit sind Flammschutzmittel gemeint, die mehrere Mechanismen zur Brandverhinderung vereinen, etwa Carbonisierung und Flammvergiftung. Sie kombinieren die Vorteile beider Mittel und erreichen dadurch einen besseren Effekt. In vielen Fällen liegt die Schutzwirkung sogar höher als die addierte der beiden einzelnen Flammschutzmittel: Es entstehen Synergieeffekte. Für Schartel lässt sich deshalb moderner Flammschutz nur durch Multikomponentensysteme erreichen. Seines Erachtens ist außerdem roter Phosphor auf absehbare Zeit nicht als Flammschutzmittel zu ersetzen. Interessant ist auch Schartels Einschätzung, eine der Hauptaufgaben von Flammschutzmittel bestehe darin, günstigere Kunststoffe konkurrenzfähig zu teureren zu machen. Sie dienen somit nicht nur dem Flammschutz, sondern auch der Kostenreduktion.

Neben technischen Themen treibt die Kunststoffindustrie auch ein soziales um: der Fachkräftemangel. Und dieser könnte in nächster Zeit noch deutlich zunehmen. Eine kürzlich vorgestellte Umfrage des Verbands Technische Kunststoff-Produkte e.V. (GKV/TecPart), Frankfurt a.M., förderte einen dramatischen Rückgang an Erstsemestern bei den Studienfächern Kunststofftechnik und Kunststoffverarbeitung zutage. Sollten die Einschreibungen auf diesem Niveau bleiben, wird der Kampf um die Absolventen noch deutlich härter werden. Auch die Elektronikindustrie leidet laut Haimo Huhle vom ZVEI unter dem fehlenden Personalangebot.

Klug gewählt von den Veranstaltern war deshalb die Einladung von Dr. Steffi Burkhart (Bild 4). Die selbstständige Dozentin sprach über die Erwartungshaltung der Generationen Y und Z, also der unter 40-Jährigen, an Unternehmen und wie Firmen ihre Strukturen und ihr Recruiting-System verändern müssten, um qualifizierte Mitarbeiter zu finden. Für Burkhart sind gute, motivierte Mitarbeiter die knappe Ressource der Zukunft. Auf die Firmen sieht sie einen War for Talents, einen Kampf um die besten Köpfe zukommen. Nur wenn Unternehmen sich diesen veränderten Realitäten anpassten, könnten sie in Zukunft erfolgreich sein. Ein großes Problem ist ihr zufolge dabei die verstaubte Kultur vieler Firmen. Starre Hierarchien, geringe Einflussmöglichkeiten und unflexible Arbeitszeiten schreckten junge Arbeitnehmer ab. Außerdem sollten Firmen ihre Mitarbeitersuche und den Bewerbungsprozess dringend überarbeiten. Vor allem eine Ansprache über soziale Medien empfiehlt Burkhart, da dort die Generationen Y und Z gut zu erreichen seien. Außerdem müssten Firmen stärker von sich aus auf potenzielle Mitarbeiter zugehen und viel schneller, am besten innerhalb von 24 Stunden, Bewerbern zusagen. Burkhart hielt außerdem ein Plädoyer für mehr Frauen in der Industrie. „Wir können es uns nicht leisten, die Hälfte der Bevölkerung auszuschließen“, erklärte sie.

KUZ - Kunststoff-Zentrum in Leipzig gGmbH 

https://www.kuz-leipzig.de

Ausgabenartikel

Über 100 Teilnehmer kamen zum Debüt der Tagung „Kunststoff trifft Elektronik“

Bild 1. Für Dr. Peter Bloß, Geschäftsführer des KuZ, sind Kunststoffe nicht aus der Elektronik wegzudenken

Bild 2. Ein besonders großer Effekt lässt sich mit wärmeleitfähigen Kunststoffen erreichen,  indem sie auf breiter Fläche eingesetzt werden, erklärte Dr. Axel Tuchlenski von Lanxess  

Bild 3. Wie sich moderner Flammschutz mit Multikomponentensystemen umsetzen lässt, erklärte Dr. Bernhard Schartel, BAM 

Bild 4. Um auch zukünftig qualifiziertes Personal zu finden, müssen Unternehmen dringend ihre Firmenkultur ändern und stärker auf Frauen setzen, ist Dr. Steffi Burkhart überzeugt 