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.

Dr. Michael Zobel, Vorsitzender von PlasticsEurope Deutschland e. V. und Managing Director High Performance Materials, Lanxess Deutschland GmbH, Dormagen

16:9

20:7

Gastkommentar von Dr. Michael Zobel

Messe K-Kunststoffmesse

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Die Antwort auf viele Fragen

Mit umfangreichen und spezifischen Modifikationen der Eigenschaften können Kunststoffe klassischen Metallbauteilen immer mehr Anwendungen abluchsen.

Bild 1. Grivory G5V weist im Vergleich zum bereits bekannten Grivory GV zwischen 60 °C und 100 °C deutlich bessere mechanische Eigenschaften auf

Quelle: Ems-Chemie, © Tabelle: Kunststoffe

Zwei neue Polyamid-Typen sollen technische Bauteile wirtschaftlicher machen

Polyamide

Thermoplaste

Technische Kunststoffe

Fortschrittlicher Metallersatz

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.

Bei Sichtbauteilen ist häufig eine gleichmäßige, glänzende Oberfläche gewünscht, die sich mit glasfaserverstärktem Polyamid oft nur schwer erreichen lässt. Grivory G7V von EMS löst dieses Problem

Aliphatisches Hochleistungspolyamid für Oberflächen

Spritzgießen

Oberflächentechnik

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Glänzende Bauteile ohne Lackierung

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

Compound

Elektronik

Automotive

Vibrationsschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Hybridwerkstoffe

Laserschweißen

Laserauftragsschweißen

Laserbearbeitungen

Lasertechnik

Verbesserungen bei Materialien und  der Verarbeitung

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

Polyethylen

Streifinger, Florian

Polyvinylchlorid

Standardkunststoffe

Polyethylenterephthalat

Kunststoff-Rezyklat

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

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.

Sicherungsträger müssen flammgeschützt werden. Reiher verwendet für seine Modelle ein mit rotem Phosphor flammgeschütztes, mit 25 % Glasfasern verstärktes PA 66

Mehr als ein Viertel Polyamid-Produktionsabfälle für das Spritzgießen verwenden

Flammschutzmittel

Additive

Recycling flammgeschützter  Produktionsabfälle

Erfahrungen aus der Metallbearbeitung lassen sich nicht unbedingt auf Kunststoffe übertragen. Das musste der Hersteller eines gefrästen Kunststoffbauteils schmerzlich erfahren. Mit den üblichen Spanverfahren konnten die notwendigen Toleranzen nicht eingehalten werden. Durch einen eigens entwickelten Prozess gelang die Herstellung aber schließlich.

Das Spanen von Kunststoff kann eine Herausforderung sein. Vor allem, wenn die Ansprüche an die Toleranzen sehr hoch sind, wie bei diesem Teil für einen Pilotenhelm

Schneller und genauer: HSC-Fräsen von technischen Kunststoffen

Fräsen

Spanende Verfahren

Werkstückspanntechnik, spanend

Spanntechnik

Höhere Präzision beim Spanen

Der Ersatz von Metallen durch Kunststoffe ist bei vielen Bauteilen eine interessante Möglichkeit, um Gewicht zu sparen und eine höhere Designfreiheit zu erhalten. Bei verschiedenen Anwendungen spielt dabei auch die Wärmeleitfähigkeit der Polymere eine wichtige Rolle. Um diese zu steigern, kommen verschiedene Additive in Frage. Welche dafür besonders geeignet sind, hat Domo Engineered Materials bei der Entwicklung zweier Polyamid-Familien untersucht.

Bild 5. Beispiel für den Wärmetransport durch den Kühlkörper einer LED: Die an der Oberfläche A entstehende Wärme (T2) wird durch den Kühlkörper transportiert (Wärmestrom Q) und kann dort an die Umgebung abgegeben werden. Aus der Differenz zwischen T2 und T1 ergibt sich die Wärmeleitfähigkeit (h)

 Quelle: Domo Engineered Materials; Grafik: © Hanser

Welche Füllstoffe sich am besten für wärmeleitfähige Kunststoffe eignen und wie sich damit Metall ersetzen lässt

Wärmetransport mit Kunststoff  statt mit Metall

Der US-amerikanische Compoundeur Teknor Apex hat drei halogenfrei flammgeschützte, glasfaserverstärkte Polyamid-Compounds (PA) mit V-0-Klassifizierung vorgestellt.

Beispielanwendung Motorabdeckung in der Automobilindustrie

Glasfaserverstärkt und halogenfrei flammgeschützt

Der Werkstoffhersteller Solvay bietet ab sofort eine Serie teilweise biobasierter Polyphthalamid-Compounds (PPA) an. Sie firmieren unter dem Namen Amodel Bios und wurden speziell für Elektro- und Elektronikanwendungen in der Elektromobilität entwickelt. Dem Unternehmen zufolge stammt der erneuerbare Rohstoffanteil aus Quellen, die nicht in Konkurrenz zum Anbau von Lebensmitteln stehen. Das Polymer soll außerdem zu 100 % mit erneuerbarer Energie hergestellt werden.

Elektromobilität

Mobilität

Teilbiobasiertes PPA für Elektrofahrzeuge

Die elektrische Architektur in Elektrofahrzeugen ist wesentlich anspruchsvoller als in konventionell angetriebenen Automobilen. Insbesondere bei der Isolierung von Hochvolt-Komponenten (HV) steigen die Anforderungen an die verwendeten Materialien. Mit speziell für Elektrofahrzeuge maßgeschneiderten Werkstoffen können Herausforderungen in der HV-Technologie im Automobil verwirklicht werden.

Die Isolierung von HV-Komponenten in Elektrofahrzeugen stellt hohe Ansprüche an die verwendeten Werkstoffe

Polyamid-Spezialitäten für die Elektromobilität

Hochspannung im Auto

Bei elektrischen Bauteilen können schnell hohe Temperaturen entstehen. Für diese sind übliche selbstverlöschende Compounds oft nicht die beste Lösung. Stattdessen sollten speziell für diesen Anwendungsfall entwickelte Materialtypen verwendet werden.

Das PPA Laramid eignet sich für die Herstellung von Komponenten für elektrische Bauteile wie Kontakthalter, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind

PPA-Compounds für elektrische Bauteile

Einsatzbereit trotz hoher Temperaturen

Die Umsetzung von Serienanwendungen im Lasersintern wird gegenwärtig noch durch eine unzureichende Materialvielfalt gehemmt. Viele wichtige Konstruktionswerkstoffe aus der traditionellen Kunststoffverarbeitung waren für das Verfahren bisher nur eingeschränkt verfügbar. PA 66 und PBT erweitern das Einsatzgebiet des Lasersinterns erheblich und zeigen in vielen Fällen bessere Eigenschaften als klassische PA-11- und PA-12-Materialien.

Als temperaturbeständiger und flammwidriger Werkstoff mit hohen mechanischen Kennwerten eröffnet PA 66 neue Applikationsmöglichkeiten für das Lasersintern, wie beispielsweise die Anwendung als Sensorhalterung 

Lasersintern mit PA 66 und PBT

Selektives Lasersintern von Kunststoff, Metall, Keramik

Verfahren für die additive Fertigung

Pulverbettverfahren

Additive Fertigung

Vom Spritzgießen in den 3D-Druck

Vom 15. bis 18. November 2022 werden auf der Formnext in Frankfurt am Main Neuheiten aus der additiven Fertigung präsentiert. Einige Messe-Highlights können wir schon heute verraten.

Auch in der additiven Fertigung ist das Thema Nachhaltigkeit angekommen, das zeigt unter anderem Evonik mit seinem neuen PA12-Pulver.

Vom 15. bis 18. November 2022 werden auf der Formnext in Frankfurt am Main wieder live Neuheiten zur additiven Fertigung präsentiert. Einige Messe-Highlights können wir schon heute verraten.

Diese Neuheiten werden auf der Formnext 2022 präsentiert

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, andere

Anlagen für die Additive Fertigung

3D-Druck-Anlage, pulverbettbasiert, Metall

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

3D-Druck-Anlage, strahlbasiert, Metall

3D-Drucker (für FDM, FFF, etc.)

Premierenfieber in Frankfurt

Materialverzug stellt beim 3D-Druck ein Problem dar. Dipromat hat deshalb verzugsfreie PA und PP entwickelt. Sie eignen sich auch für das Spritzgießen.

Carbonfaserverstärkte Präzisions-PA sind bei 3D-Druck-Anwendungen beliebt, da die Schwindung durch Carbonfasern minimal ist. Die Fasern besitzen eine negative Schwindung und gleichen dadurch die Matrixschwindung aus. Die von Apium additiv gefertigten Bauteile kommen bei einem Carbonfaseranteil von 15 % lediglich auf eine Schwindung von 0,1 % in beiden Richtungen.

Polypropylen

Vom Spritzgießen in die additive  Fertigung und wieder zurück

3D-Druckmaterialien für hoch beanspruchte Endbauteile

Auf der Formnext 2022 wird Lehvoss innovative, polymerbasierte Materialien für den anspruchsvollen 3D-Druck sowie deren Anwendungen vorstellen.

Auf der Formnext 2022 wird Lehvoss innovative, polymerbasierte Materialien für den anspruchsvollen 3D-Druck sowie deren Anwendungen vorstellen. Dazu gehört unter anderem Luvocom 3F PEI 50236 GY, basierend auf Polyetherimid (PEI), das die EN45545–2 R1 HL3-Zertifizierung bereits für 3D-gedruckte, nur 2 mm dicke Proben erfüllt.

Die produzierten Prüfkörper erzielten bisher unerreichte Prüfwerte und positionieren somit das Material als eines der besten seiner Klasse für Bahnanwendungen. Dies ermöglicht den Einsatz von 3D-gedruckten Teilen in sensiblen Anwendungen in Schienenfahrzeugen. Luvocom 3F PEI 50236 GY ist grau eingefärbt. Damit kann eine Grundlackierung von Bauteilen entfallen und die Witterungsbeständigkeit beziehungsweise die UV-Beständigkeit wird verbessert. Der Werkstoff erfüllt zusätzlich die UL 94 V0-Prüfanforderungen und das schon ab 0,4 mm dicken Prüfbauteilen.

Die Herstellung von mechanisch belastbaren, temperatur- und chemikalienresistenten Formwerkzeugen für laminierte Bauteile aus GFRP- und CFRP-Kunststoffen mittels 3D-Druckverfahren setzt sich unaufhaltsam durch. Die so gefertigten Werkzeuge zur Laminierung von Prototypen (Losgröße 1) oder Kleinserien stellen eine technisch hochwertige und wirtschaftliche Alternative zum konventionellen Formenbau dar, da aufwendige und zeitintensive Schruppprozesse durch endkonturnahen 3D-Druck und den direkt nachgeschalteten Feinschlichtprozess ersetzt werden.

Lehovss bietet für diesen Bereich eine breite Palette von maßgeschneiderten 3D-Druckwerkstoffen. Diese ermöglichen den Einsatz auch von anspruchsvollen Harzsystemen, wie zum Beispiel Polyester- oder Epoxidharz, die für anspruchsvolle Carbonfaserlaminate wie in der Energie-, Luft- und Raumfahrttechnik, im Rennsportsegment und Bootsbau oder in Sportgeräten zum Einsatz kommen. Insbesondere unterscheiden sich die Harzsysteme in ihrer chemischen Reaktivität und den erforderlichen Konsolidierungstemperaturen und -drücken. Die gewählte Faser-Harzkombination erfolgt spezifisch für jede Anwendung und stellt demzufolge unterschiedliche Anforderungen an die verwendeten Werkzeuge und damit an die Werkzeugmaterialien. Die Materialpalette auf Basis von PC+ABS, PET, PA, PPS oder PEEK ist auf die Verfahren FFF(Fused Filament Fabrication) und FGF (Fused Granular Fabrication) maßgeschneidert.

Luvosint PA12 9270 BK wiederum ist als schwarz eingefärbtes Polyamid-12-Pulver nicht nur für Automobilanwendungen geeignet, sondern generell auch für die industrielle Fertigung von schwarzen Bauteilen. Zudem kann das Pulver vollständig in nachfolgenden Bauprozessen wiederverwendet werden, sodass kein Altpulver entsteht, das zu entsorgen wäre. Das macht Lasersintern mit diesem Material laut Hersteller deutlich kosteneffizienter und vor allem nachhaltiger als bisher.

Lehmann&Voss&Co. KG Werk Hamburg-Wandsbek 

https://www.lehvoss.de

Aus Luvocom 3F PEI 50236 GY im FFF-Verfahren hergestellter Demonstrator. 