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.

Bei Elektrofahrzeugen entfällt die ursprüngliche Funktion des Kühlergrills, die Luftzufuhr zum Motor. Er kann deshalb vollständig als Designelement genutzt werden, etwa durch die Integration von leuchtenden Logos und Fade-out-Effekten

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

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Werkstoff für viele Trends

Displays harmonisch in die Linienführung eines Fahrzeugcockpits zu integrieren war bisher eine echte Herausforderung. Das Unternehmen Continental setzt nun eine Kombination aus Film Insert Molding, In-Mold Decoration und Spritzprägen ein, um große dreidimensional geformte Kunststoffblenden zu fertigen.

In die durchgehend 3D-geformte Instrumentenblende sind zwei Displays nahtlos integriert

Großflächige gebogene Kunststoffblenden mit integrierten Displays

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2012 wurden weltweit etwa 3,6 Mio. t Polycarbonat (PC) verbraucht. Hier finden Sie Details zum Anteil der einzelnen Regionen und Anwendungsbranchen.

Entwicklung des weltweiten PC-Verbrauchs inklusive PC für Blends lt. Schätzung von Bayer MaterialScience

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Polycarbonat (PC)

kunststoffe.de

Marktentwicklung Polycarbonat (PC)

Polymaker bietet künftig das 3D-Druck-Filament Polymaker PC-r aus recyceltem Polycarbonat (PC) an. Das PC für die Filamente stammt von dem Werkstoffhersteller Covestro und besteht aus einer Kombination von wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen und Neuware.

Durch die Kombination von Rezyklaten und Neuware sinkt der CO2 -Fußabdruck des PC und es lässt sich trotzdem zu Filamenten extrudieren

Filamente für additive Verfahren

Andere Werkstoffe

Werkstoffe für additive Verfahren

Additive Fertigung

Kunststoff-Rezyklat

Aus Wasserflaschen  werden Filamente

Covestro bietet ab sofort klimaneutrales Polycarbonat (PC) an. Die PC-Typen dem Makrolon-Produktangebot sind dem Kunststofferzeuger zufolge von der Wiege bis zum Werkstor klimaneutral. Erreicht wird das durch die Verwendung von erneuerbarem Strom für die Produktion und der Nutzung von Rohstoffen aus massenbilanzierten Bioabfällen und Reststoffen.

Für die Produktion seiner klimaneutralen PC setzt Covestro auf massebilanzzertifizierte erneuerbare Rohstoffe und erneuerbare Energien.

Erneuerbare Energie

Energieerzeugung

Kreislaufwirtschaft

Covestro produziert klimaneutrales Polycarbonat

Elektro- und Elektronikhersteller möchten die Treibhausgasemissionen ihrer Produkte senken und das Abfallmanagement und Recycling für diese optimieren. Erreichen lässt sich das unter anderem durch den Einsatz nachhaltigerer Thermoplaste und qualitätsgesicherter Rezyklate. Wichtig sind außerdem enge Kooperationen zwischen Unternehmen zum Aufbau von Stoffkreisläufen und ein recyclinggerechtes Design von Geräten.

Mit Polymeren Nachhaltigkeitstrends in der Elektro- und Elektronikindustrie gestalten

Hilfe für eine grünere E&E-Welt

Die Verbindung von Spritzprägen, partiellem Film Insert Molding und Direct Coating ermöglicht ein neuartiges Konzept für das Frontmodul des BMW iX. Wichtig bei der Entwicklung waren umfangreiche Spritzgießversuche, die der Kunststoffhersteller Covestro in seinem Technikum durchführte.

Für die Herstellung des Frontmoduls des BMW iX, die sogenannte Niere, werden verschiedene Produktionsverfahren miteinander kombiniert.  

Verbindung von Spritzprägen, partiellem Film Insert Molding und Direct Coating ermöglicht innovatives Frontmodul des BMW iX. 

Große Exterieurteile mit integrierten Funktionen und hochwertigen Oberflächen fertigen

Polyurethan

Facelifting für Elektrofahrzeuge

Ein Großteil des weltweiten Polycarbonats wird in Asien und dort insbesondere in China verarbeitet. Außerhalb des asiatischen Raums konzentrieren sich die Hersteller verstärkt auf Spezialitäten und Produkte für neue Herstellungstechnologien.

Auf PC basierende Folien ermöglichen attraktive Designs im Automobilinnenraum. Galvanisierte Echtmetalloberflächen mit Touchsensorik sind sowohl bei ein- als auch ausgeschalteter Hinterleuchtung ein echter Hingucker. 

Polycarbonat (PC): Funktionsintegration und neue Spezialitäten

Messe K-Kunststoffmesse

Kennzahlen

Qualitätsmanagement

Wachstumstreiber China

Große Einsatzchancen hat der Werkstoff Polycarbonat für optische Komponenten, wie die nicht abbildenden, mit Freiformflächen versehenen Linsen für LED-Leuchten und -Scheinwerfer im Kraftfahrzeug. Dank neu entwickelter Materialien mit höherer Transmission und lichtstabilen Einfärbungen lassen sich nun komplexe Linsen in hervorragender Qualität herstellen. Gleichzeitige innovative Verfahrensentwicklungen gestatten eine exakte wirtschaftliche Fertigung solcher Linsen in Großserie. 

Polycarbonat: Aufs Licht fokussiert 

In Zusammenarbeit mit einem Hersteller von Datenspeichersystemen hat die Epic Polymers Ltd., Kaiserslautern, die Führungselemente eines Tape-Backup-Systems in Kunststoff umgesetzt. Als Werkstoff wird ein elektrisch leitfähiges, tribologisch modifiziertes Polycarbonat mit der Bezeichnung Star-Therm E GN FR TS0 eingesetzt. 

Die Führungselemente eines Tape-Backup-Systems bestehen aus dem elektrisch leitfähigen, tribologisch modifizierten Polycarbonat mit Namen Star-Therm E GN FR TS0 

Führungselemente aus elektrisch leitfähigem PC 

Star-Therm E GN FR TS0 

Speziell für transparente PC-Anwendungen wie Frontscheinwerfer oder durch Spritzprägen hergestellte Glazing-Teile, die eine hohe ästhetische Qualität erfordern, hat die INglass-HRSFlow Gruppe, San Polo di Piave/Italien, die Heißkanal-Serie Diamond Lux entwickelt. Sie eignet sich besonders zur Verarbeitung von PC und PC-HT (hochtemperaturbeständig). Entscheidend war bei der Entwicklung der Heißkanäle die thermische Optimierung. Das ließ sich unter anderem durch Isolieren der Platten gegenüber dem Werkzeug erreichen. Dafür werden Abstandshalter mit geringer Wärmeleitfähigkeit eingesetzt, wobei ebenfalls die Verlustleistung in den Wärmebrücken berücksichtigt wurde. Alle Kontakte in Richtung der Form sind geometrisch optimiert, um die Wärmeableitung zu reduzieren. Sie bestehen dabei aus Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit. 

Die Heißkanalserie Diamond Lux ist speziell für die Fertigung von PC- und PC-HT-Anwendungen wie Frontscheinwerfer und Lampen ausgelegt 

Heißkanalsystem speziell für Polycarbonat optimiert 

Normalien und Heißkanaltechnik

Diamond Lux Line 

Ob als Spritzgussgranulat oder in Form von Massivplatten und Folien – maßgeschneiderte Polycarbonate und ihre Blends gewinnen als Werkstoffe für optische Komponenten von Lampen und Leuchten stark an Bedeutung. Grund ist der wachsende Einsatz der LED-Lichttechnik. Gefertigt werden aus ihnen unter anderem Diffusoren, Reflektoren, Lichtleiter, Fokussieroptiken, Gehäuseteile und Kühlkörper. 

Polycarbonat: LED-Lichttechnik im Trend 

Angelehnt an das rasante Marktwachstum im Bereich der optischen Technologien wächst die Relevanz transparenter Kunststoffe als hochmoderne, vielgeartete Konstruktionswerkstoffe für optische Komponenten und Systeme. Es lohnt sich, diese zukunftsträchtige Entwicklung tiefergehend zu beleuchten. 

Polyacrylate

Trendbericht: Kunststoffe in optischen Systemen 

LEDs (Light Emitting Diodes) sind aus modernen Beleuchtungskonzepten nicht mehr wegzudenken. Zwei neue Plexiglas Formmasse-Typen aus dem Haus der Evonik Industries AG, Essen, ermöglichen Leuchtenherstellern und Lichtdesignern nun, die Vorteile der energiesparenden LEDs noch besser zu nutzen. 

Vergleich verschiedener Materialien mit LED-Hinterleuchtung.  

Plexiglas Formmassen für LEDs 

Produktfamilie Plexiglas LED 

Häufig verwendete Medizinprodukte sind im klinischen Alltag durch Gebrauch, Reinigung oder Desinfektion und Sterilisation hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Ein gemeinsames Forschungsprojekt untersuchte die Belastung ausgewählter Kunststoffe, um möglichst realitätsnahe Aussagen über deren Langzeiteinsatz als Medizinprodukt zu erhalten. 

Langzeiteinsatz von Kunststoffen in Medizinprodukten 

Polyetherketon

Werkstoffprüfung

Auswirkung der Mehrfachsterilisation 

Polycarbonat ist ein technischer Thermoplast, der sich durch hohe Transparenz, hohe Wärmeformbeständigkeit und gute Schlagzähigkeit auszeichnet.

Polycarbonat ist ein technischer Thermoplast, der sich durch hohe Transparenz, hohe Wärmeformbeständigkeit und gute Schlagzähigkeit auszeichnet. Die wichtigsten Einsatzbereiche sind Formteile und Gehäuse, Konstruktionsbauteile aus Polycarbonatglas sowie Montageplatten. PC-Blends haben weitere Einsatzmöglichkeiten zum Beispiel in Li-Ionen-Batterien.

Polycarbonat ist wie die Polyolefine (PP und PE) ein Thermoplast. Es gehört zu den amorphen, technischen Thermoplasten. Polycarbonate zählen chemisch zu den Polyestern. Die technisch bedeutendsten aromatischen Polycarbonate werden durch Polykondensation aus Bisphenol A und Phosgen hergestellt.

Das erste industriell relevante Polycarbonat wurde von Bayer in Deutschland in den 1950er-Jahren erfunden und im Jahr 1958 auf den Markt gebracht. Gegenwärtige Hersteller von PC sind z. B. Covestro (Makrolon) Sabic (Lexan), Dow (Calibre) und Trinseo (Xantar). Daneben gibt es zahlreiche Hersteller aus China.

PC lässt sich mit allen für Thermoplaste üblichen Verfahren wie Spritzgießen, Extrusion und Thermoformen verarbeiten.

Kennzeichen dieses Polymers ist die Eigenschaftskombination aus hoher Transparenz, hoher Wärmeformbeständigkeit und sehr guter Schlagzähigkeit, daneben weist es mittlere bis hohe Festigkeit und Steifigkeit sowie einen hohen Kriechmodul und gute Maßhaltigkeit auf.

<tr><td>+ Kristallklar (Lichtdurchlässigkeit 89%)</td><td>+ Selbstverlöschend nach Brandschutzklasse V-2 (mit Additiven V-0)</td></tr><tr><td>+ sehr hohe Schlagfestigkeit (bei niedrigen Temperaturen bis zu - 40°C)</td><td>+ für Lebensmittelkontakt zugelassene Typen verfügbar</td></tr><tr><td>+ hohe Einsatztemperaturen (konstant 120°C und 145°C kurzzeitige Spitzenbelastung)</td><td>– hohe Neigung zur Spannungsrissbildung unter konstanter Belastung</td></tr><tr><td>+ geringe Feuchtigkeitsaufnahme und gute Dimensionsstabilität</td><td>– Lösungsmittel können Bruch auslösen</td></tr><tr><td>+ geringere Schwindung als die meisten anderen Kunststoffe</td><td>– Abbau in Wasser bei über 60°C, kann aber in der Spülmaschine gereinigt werden</td></tr><tr><td>+ gute elektrische Eigenschaften</td><td>– geringe UV-Beständigkeit</td></tr>

Die Dauereinsatztemperatur liegt zwischen –40 und 130 °C, kurzfristig sind bis etwa 150 °C möglich. Durch Schlagzähmodifikation lässt sich PC auch bei –60 °C verwenden.

PC ist formstabil und schlagfest, es ist jedoch kerbempfindlich und weist nur eine geringe Abriebfestigkeit auf. Um Kratzer zu vermeiden, werden deshalb bei Anwendungen wie Scheinwerferstreuscheiben zusätzlich Kratzfestlacke (z. B. auf Basis organischer Siliziumverbindungen) aufgebracht. Sie verbessern als Schutzschicht auch die chemische Beständigkeit von PC. Auch mithilfe spezieller Folien lassen sich PC-Oberflächen kratz- und abriebfest machen.

Polycarbonat ist transparent. Ohne weiteren Schutz vergilbt und versprödet PC bei längerer Sonneneinstrahlung rasch. Um PC gegenüber UV-Licht zu schützen, können bestimmte Stabilisatoren oder spezielle Folien verwendet werden.

Als Polyester ist PC hydrolyseempfindlich. Längere Einwirkung von heißem Wasser kann zu Spannungsrissen führen.

Der Kunststoff Polycarbonat ist beständig gegen verdünnte Säuren, viele Öle und Fette sowie gegen Ethanol, jedoch unbeständig gegen Basen, aromatische und halogenierte Kohlenwasserstoffe sowie Ketone und Ester. PC hat gute elektrische Isoliereigenschaften.

PC ist sehr gut für großflächige, behälterartige und gehäuseartige, aber auch komplexe Bauteile geeignet. Darüber hinaus spielt der Werkstoff eine wichtige Rolle für Konstruktionsbauteile: Transparente Anwendungen wie Automobil-Leuchten, Instrumenten-Sichtscheiben, optische Linsen, Signallinsen, medizinische Anwendungen, Gehäuse für „Weiße Ware“, Formteile und Gehäuse für die Elektrotechnik, Kabelverteilerschränke, große Trinkwasserbehälter, Handy- und andere Gehäuse. Auch Polycarbonat-Zuschnitte für große Montageplatten, Doppelstegplatten für Terrassenüberdachungen und Gewächshäuser sind gebräuchlich.

Eines der größten Einsatzgebiete von PC in der Vergangenheit waren CDs und DVDs. Aufgrund der rückläufigen Zahl der produzierten Datenträger hat dieser Bereich an Bedeutung verloren.

PC kommt häufig als Glasersatz zum Einsatz, etwa bei Automobilscheinwerfern, Fenstern von Flugzeugen oder Brillengläsern. Im Gegensatz zu Glas ist es deutlich leichter und schlagfester. Außerdem ist die Splitterbildung bei Bruch geringer, wodurch die Verletzungsgefahr sinkt. PC verfügt jedoch über eine geringere Abriebfestigkeit und Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Sonneneinstrahlung als Glas. Deshalb wird es beim Einsatz als Glasersatz häufig mit einer zusätzlichen Schutzschicht aus Lack versehen.

Ungefähr 10–15 % der PC-Gesamtmenge wird in Blends mit anderen Kunststoffen verwendet, um eine gute Kombination von Materialeigenschaften und -preis zu erreichen.

Die Zusammensetzung wird z. B. in Gehäusen für Mobiltelefone verwendet. Großes Einsatzpotenzial haben PC+ABS-Blends auch in Li-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen. Dort werden sie etwa für Bauteile wie Zellhalter, Endplatten, Modulwände, Abdeckungen, Spacer, Rahmen für Pouch-Zellen und Crash-Absorber verwendet.

PC+PBT-Blends vereinen die Vorteile von amorphem PC und kristallinem PBT. PC trägt zur Schlagzähigkeit bei Kälte und Dimensionsstabilität bei, während PBT der Mischung chemische Beständigkeit und Steifigkeit verleiht. Ihr Einsatzgebiet liegt z. B. in der Automobilproduktion, wo die Blends den Härtungsverfahren bei der Lackierung besser standhalten.

PC in Zusammensetzung mit ASC weist eine deutlich bessere UV-Beständigkeit auf als reines Polycarbonat.

Im Jahr 2019 wurden weltweit 5,5 Mio. Tonnen PC produziert. Bis 2029 wird ein Anstieg auf fast 9 Mio. Tonnen erwartet. Vor allem in China steigt der Bedarf stetig. Dort werden die Kapazitäten massiv ausgebaut. Bis 2025 werden voraussichtlich 50 Prozent des weltweit produzierten Polycarbonats in China hergestellt. Es ist davon auszugehen, dass China in den nächsten Jahren vom PC-Importeur zu einem der wichtigsten PC-Exporteure werden wird.

Klassisch wird PC aus Erdöl hergestellt. Die Hersteller arbeiten jedoch mit Hochdruck daran, fossile Rohstoffe für die PC-Produktion durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen. Covestro hat bereits erste PC-Produkte seiner Makrolon-Reihe auf den Markt gebracht, die das Unternehmen als klimaneutral bezeichnet.

PC in seiner reinen Form lässt sich als Thermoplast sehr gut mechanisch recyceln. Anders verhält es sich bei Blends. Ein Großteil der im Automobilbau verarbeiteten Polycarbonat-Scheiben und Polycarbonat-Blends wird derzeit geschreddert und thermisch verwertet. Eine Alternative dafür ist chemisches Recycling. Die Polymerketten von PC lassen sich thermisch-chemisch aufspalten. Die gewonnenen Monomere können anschließend erneut zu Polycarbonat polymerisiert werden. Durch chemisches Recycling können auch enthaltene Additive und Verstärkungsstoffe entfernt werden. Außerdem lässt es sich mittels Pyrolyse in Kohlenwasserstoffe umwandeln, die anschließend erneut zu Kunststoffen oder anderen chemischen Produkten verarbeitet werden können.

Polycarbonat kommt in der Regel nicht in unmittelbaren Kontakt mit Lebensmitteln. Früher wurde PC als Material für Babyflaschen verwendet. Jedoch ist die Nutzung dafür seit einiger Zeit in Deutschland verboten, da unter bestimmten Bedingungen zur Freisetzung des als gefährlich geltende Bisphenol A kommen kann.

[1] Abts, G.: Kunststoff-Wissen für Einsteiger; ISBN: 978–3–446–46527–5, Carl Hanser Verlag, München (2020)

[2] Bruder, U.: Kunststofftechnik leicht gemacht; ISBN : 978–3–446–45222–0, Carl Hanser Verlag, München (2016)

[3] Bonten, C.: Kunststofftechnik; ISBN : 978–3–446–46538–1; Carl Hanser Verlag, München (2020)

[4] Werkstoff für viele Trends; Kunststoffe 10/2020, S.52-58; <a href="https://www.kunststoffe.de/a/fachartikel/werkstoff-fuer-viele-trends-213084" target="_blank">https://www.kunststoffe.de/a/fachartikel/werkstoff-fuer-viele-trends-213084</a>

[5] <a href="https://utopia.de/ratgeber/polycarbonat-pc-das-solltest-du-ueber-den-kunststoff-wissen/" target="_blank">https://utopia.de/ratgeber/polycarbonat-pc-das-solltest-du-ueber-den-kunststoff-wissen/</a>

Optische Speichermedien sind ein großer Anwendungsbereich für Polycarbonat

Auch im Fahrzeugbereich wird Polycarbonat im Bereich von transparenten Bauteilen oder Applikationen eingesetzt

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