Rezyklat-Werkstoffe sind im Automobilbau im Trend. Sie schonen Ressourcen wie Energie und Rohstoffe und bieten dem Automobilhersteller die attraktive Möglichkeit, sein Image als nachhaltig wirtschaftendes, umweltschonendes Mobilitätsunternehmen zu stärken. Der Konstrukteur von Fahrzeugkomponenten steht beim Einsatz von heute üblichen Rezyklaten häufig vor dem Problem, dass er im Vergleich zu Neuware ein schlechteres Eigenschaftsprofil in der Bauteilauslegung berücksichtigen muss. Zum Beispiel kann das „Vorleben“ der Rezyklate Ursache für ein uneinheitliches Viskositätsverhalten durch partiell veränderte Polymerstrukturen und Kettenabbau sein. Häufig enthalten die bislang verwendeten Rezyklate zudem störende Verunreinigungen wie Reste von Farbpigmenten, anderen Kunststoffen, Klebstoffen, Metallen und Lacken, die trotz ihres geringen Gehaltes unter anderem zu Oberflächenschäden am Bauteil führen.

PC/PET-Blends aus sortenreinen Rezyklatrohstoffen

Entscheidend für die Qualität eines Werkstoffes ist daher die Herkunft seiner Rohstoffe. Bei Verwendung erstklassiger Rezyklat-Rohstoffe lassen sich hochwertige „grüne“ Polymer-Blends herstellen, die den Vergleich mit konventioneller Neuware in keinerlei Hinsicht zu scheuen brauchen und ihr von ihrem Leistungsprofil her mindestens ebenbürtig sind. Das zeigt das Beispiel des neuen mineralgefüllten Blends aus Polycarbonat und Polyethylenterephthalat (PC+PET) Makroblend GR 235M, den Bayer Materialscience für horizontale, offline lackierte Pkw-Karosserieteile wie Kofferraumabdeckungen und -schürzen, Spoiler oder Deckel von Verdeckkästen und Antennen maßgeschneidert hat. Das Kürzel „GR“ steht dabei für „Grün“, um die Nachhaltigkeit des Materials zu unterstreichen. Das Blend wird aus PET formuliert, das aus Getränkeflaschen stammt. Bei deren Herstellung finden ausschließlich hochreine PET-Typen Verwendung, die die strengen Anforderungen der Nahrungsmittelindustrie erfüllen können. Blendpartner des PET ist Polycarbonat, das für die Produktion handelsüblicher 5-Gallonen-Wasserflaschen entwickelt wurde. Eingesetzt werden Chargen, die zum Beispiel nur wegen minimaler Farbabweichungen nicht für den Einsatz in Wasserflaschen vertrieben werden können. Wichtig für diese Art Automobilanwendung sind jedoch ausschließlich die unverändert hohen und einheitlichen Eigenschaften der Polymerstruktur, die zu einem Premium PC/PET Blend führen, das zugleich höchsten mechanischen Anforderungen und engsten Spezifikationstoleranzen gerecht wird.

Die Kombination aus definiert hochreinen Post-Consumer- und Post-Industrial-Abfällen sichert dem neuen PC+PET-Blend sein hohes Leistungsniveau. Der Werkstoff ist im Prinzip in seinem mechanischen, thermischen und verarbeitungstechnischen Eigenschaftsprofil ein „grüner“ Ableger des bereits in der Produktion von Karosserieteilen eingeführten Makroblend UT235M aus konventionell hergestellten Komponenten und erfüllt wie dieser die entsprechenden Spezifikationen.

Wirtschaftliche Alternative zu SMC, Stahlblech und Aluminium

Wie sein Schwesterprodukt aus Neuware ist der neue Hightech-Konstruktionswerkstoff vor allem eine wirtschaftliche Alternative zu Sheet-Mold-Compounds (SMC), Stahlblech und Aluminium. So ist es speziell bei Spoilern, Dachmodulen und Antennendeckeln in jüngster Zeit verstärkt zu einer Substitution von SMC durch mineralverstärkte PC+PET- und auch PC+PBT-Typen gekommen. Solche Blends sind insbesondere bei großen Stückzahlen wirtschaftlicher, weil die aus ihnen gefertigten Bauteile nacharbeitsfrei sind und direkt Class A-Oberflächen mit guter Lackhaftung ergeben. Diese können direkt beschichtet werden, ohne dass eine Vorbereitung etwa durch Primern oder Corona-Behandlung notwendig ist.

Dagegen müssen vergleichbare Teile aus SMC von Graten und Schwimmhäuten befreit und zur Lackierung vorbehandelt werden. Hinzu kommt, dass die PC-Blends eine niedrigere Dichte als SMC und auch Stahlblech haben, was Potenzial zur Gewichtsreduzierung eröffnet. Außerdem bieten sie mehr Gestaltungsfreiheit, weil mit ihnen im Spritzguss im Gegensatz zur SMC-Technik Hinterschnitte darstellbar sind. Gegenüber Metallen haben die Blends den Vorzug, dass mit ihnen die Bauteilkosten durch die Integration von Funktionen – wie Führungen und Befestigungselemente – gesenkt werden können.

Hohe Dimensionsstabilität, geringe Längenausdehnung und Schwindung

Eine der Stärken des neuen PC+PET-Blends ist die geringe, weitgehend isotrope Längenausdehnung. Die linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, (CLTE, Coefficient of Linear Expansion, ISO 11359–1,-2) liegen auf dem niedrigen Niveau von nur 0,45 x 10–4 K-1. Enge, optisch ansprechende Spaltmaße zwischen benachbarten Baugruppen (Nullfugenoptik) sind daher kein Problem. Auch neigt der Werkstoff im Gegensatz zu reinen teilkristallinen Polyesterwerkstoffen kaum zur Verarbeitungs- und Nachschwindung, so dass sich selbst große Bauteile mit nur geringen inneren Spannungen verzugsarm fertigen lassen. Darüber hinaus ist seine Schwindung im Gegensatz zu diesen Materialien fast isotrop. Insgesamt zeigen entsprechende Bauteile eine gute Dimensionsstabilität. Für horizontale Anwendungen bringt das Blendmaterial eine ausreichend hohe Formbeständigkeitstemperatur mit. Seine Zähigkeit ist über einen breiten Temperaturbereich hoch, was Voraussetzung für ein gutes Crash-Verhalten der Karosseriekomponenten ist.

Der Vergleich mit dem Schwesterprodukt zeigt, was der neue Rezyklat-Blend leisten kann. So kommt das etablierte PC+PET-Blend zum Beispiel in einer Kofferraumabdeckung mit Spoiler serienmäßig zum Einsatz. Kennzeichen des Bauteils ist seine aufwändige Geometrie mit scharfen Kanten. Letztere wären mit Stahlblech oder Aluminium durch Tiefziehen kaum umsetzbar gewesen. Aus dem Blend besteht nicht nur die Außenhaut des Bauteils, sondern auch die separat gefertigte Substruktur, die der gesamten Baugruppe eine ausreichende Steifigkeit verleiht.

Gute Fließfähigkeit, hohe Entformungstemperaturen

Beim Spritzgießen der komplexen Geometrie des Heckbauteils macht sich auch die gute Fließfähigkeit des Blends bezahlt. Gegenüber dem Vorgängermaterial Makroblend DP 7665, das als Werkstoff für Heckspoiler diente, ist die Fließfähigkeit um rund 10 Prozent verbessert. Dadurch vergrößert sich noch einmal der Verarbeitungsspielraum, weil beim Spritzgießen entweder der Einspritzdruck oder die Massetemperatur gesenkt werden kann. Letzteres führt an bestehenden Werkzeugen zu kürzeren Kühl- und damit Zykluszeiten, was eine wesentlich wirtschaftlichere Fertigung ermöglicht.

Ein Senken des Einspritzdruckes bietet sich an, um Bauteile mit filigranen Strukturen schonend zu produzieren. Zudem hat der Verarbeiter dann den Vorteil, dass er kleinere Spritzgießmaschinen mit geringeren Schließkräften verwenden kann. Die Folge ist ein Plus an Flexibilität bei der Maschinenwahl und Produktionsplanung. Die hohe Fließfähigkeit erlaubt es zudem in vielen Fällen, einfachere Werkzeuge einzusetzen, weil nicht so viele Anschnitte notwendig sind. Außerdem tritt weniger Werkzeugverschleiß auf.

Neue Technologien
Rezyklat für das Recycling

Wegen seiner mit Neuware vergleichbaren Qualität und seiner im Einsatz nur geringen Alterung bietet sich der neue Konstruktionswerkstoff am Lebensende der aus ihm gefertigten Bauteile für das Recycling an. Dies ist gerade vor dem Hintergrund der verschärften Richtlinie zur Altautoverwertung ein wichtiger Vorteil des Materials. Denn nach den Vorgaben der Richtlinie sollen bis zum Jahr 2015 bezogen auf das Gewicht 95 Prozent der Werkstoffe von Fahrzeugen wiederverwertet werden.

 

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Dr. Achim Feldermann, Stefan Schulten und Dr. Eckhard Wenz, Bayer Materialscience, Leverkusen, Tel. 0214 / 30–1