Unter den mineralischen Füllstoffen gewinnen Funktionsminerale, die wichtige Eigenschaften in das Compound und den Werkstoff einbringen, an Bedeutung, um verzugsarme und kratzfeste Bauteile herzustellen. Entsprechende Anforderungen mit ökologisch unbedenklichen, natürlichen Mineralen erfüllen zu können, ist oft ein geschätzter Vorteil, da auch grüne Produkte verwirklichbar sind. Vor allem dann, wenn diese sogar für Lebensmittelkontakt zugelassen sind.

Die Kärntner Montanindustrie, Wolfsberg, Österreich, stellt mikronisierte Funktionsminerale her und ist spezialisiert auf Minerale, deren Partikelform maßgeblich an der Funktionstüchtigkeit der Bauteile in der jeweiligen Anwendung beteiligt ist. Das Unternehmen hat mit einer speziellen Mahltechnologie eigene, für Polymeranwendungen maßgeschneiderte Typen entwickelt. Phlogopit beispielsweise findet in verschiedenen Polymeren, Produkten und Bauteilen Anwendung. Typischerweise wird es für Motorabdeckungen, Verkleidungen, Armaturenbretter, Tanks oder auch geschäumte Bauteile eingesetzt.

Es erhöht die Steifigkeit und die Dimensionsstabilität, vermindert dagegen aber den Verzug. „Under-the-hood-Anwendungen“, wie beispielsweise Motorabdeckungen, profitieren von einer erhöhten Wärmeformbeständigkeit. Mit diesem Mineral gefüllte Thermoplaste – vor allem technische Kunststoffe – lassen sich mit den üblichen Verfahren verarbeiten: vom Spritzgießen über die Extrusion bis hin zum Rotationsguss. Daneben kommt der Füllstoff auch in duroplastischen Anwendungen wie Epoxiden zum Einsatz.

Das Mineral gehört zur Gruppe der Schichtsilikate. Aufgrund seiner Kristallstruktur ist es möglich, mit guter Rohwarenqualität und einer darauf abgestimmten Mahltechnologie sehr feine Produkte mit ausgeprägter Plättchen-Form herzustellen. Damit lassen sich feinste Produkttypen mit bis zu 5 µm mittlerem Teilchendurchmesser beziehungsweise Standardtypen mit Aspektverhältnissen bis 45:1 gewinnen. Das Aspektverhältnis entspricht dem Verhältnis Partikeldurchmesser zu Partikeldicke. Typische Füllgrade liegen in allen Polymeren zwischen 10 und 40 Prozent. Das Mineral lässt sich beim Compoundieren leicht dispergieren und führt aufgrund der geringen Mohs-Härte von 2,5 kaum zu Abrasion und Verschleiß.

Eine Anwendungsstudie in PP (Homopolymer) hat gezeigt, dass das Mineral im Vergleich zum ungefüllten PP bei einem Füllgrad von 40 Prozent die Zug- und Biege-E-Module verdreifacht und die Wärmeformbeständigkeit um 60 Prozent steigert. Die Schwindung wird nicht nur im Gesamten verringert, sondern das Mineral gleicht auch anisotrope Schwindung aus. Dieser Aspekt wird im Spritzgießen in glasfasergefüllten Compounds genutzt, in denen die Glasfaser häufig zu anisotroper Schwindung und somit zum Verzug der Kunststoffteile führt. Herkömmlicherweise werden als Abhilfe Glaskugeln als zusätzlicher Füllstoff verwendet, jedoch haben Glaskugeln negativen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften sowie die Wärmeformbeständigkeit. Eine Kombination von

Glasfaser mit der Mineraltype

Mica HLP 100 hingegen reduziert sowohl die Verarbeitungsschwindung insgesamt, als auch das unterschiedliche Schwindungsverhalten längs und quer zur Fließrichtung im Vergleich zum reinen Glasfaser-gefüllten Compound signifikant. Das anisotrope Schwindungsverhalten ist auch deutlich geringer als bei der herkömmlichen Alternative mit Glaskugeln. Darüber hinaus ist die Wärmeformbeständigkeit deutlich höher. Die mechanischen Eigenschaften werden kaum beeinflusst und bleiben auf einem ähnlich hohen Niveau wie mit reiner Glasfaser.

So ist es möglich, verzugs- und schwindungsarme glasfasergefüllte Bauteile herzustellen, die sehr gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Dimensionsstabilität aufweisen. Um den besonderen Anforderungen an die Schlagzähigkeit Genüge zu tun, können auch oberflächenmodifizierte Produkte eingesetzt werden. In Duroplasten verhilft das Mineral neben verbesserter mechanischer Beständigkeit, auch zu erhöhter Hitze- und Wärmeformbeständigkeit, Verbesserung der Rissbeständigkeit und Rissüberbrückung und wird außerdem zur elektrischen Isolierung verwendet.

Auch Wollastonit gilt mit seiner speziellen Partikelform als Funktionsmineral. Typische Anwendungen sind Paletten, Folien, Haushaltswaren, Dichtungen und vor allem Automotive-Teile, wie Zierkappen, Griffe, Armaturenbretter, Stoßstangen oder Innenverkleidung. Auch dieses Mineral ist für den Lebensmittelkontakt zugelassen und ökologisch völlig unbedenklich. Als Calciumsilikat ist es ein Mineral mit nadeliger Partikelform und damit prädestiniert, Kunststoffe zu verstärken. Durch entsprechende Aufbereitung werden feinste Produkte mit ausgeprägtem Aspektverhältnis hergestellt. Produktfeinheiten bis zu 2 µm mittlerem Teilchendurchmesser sind bei Feinst-Typen möglich. Es können Aspektverhältnisse bis 20:1 bei Standard-Typen erreicht werden. Diese Angabe entspricht hier dem Verhältnis Länge zu Durchmesser. Das Calciumsilikat ist ein weißes Mineral mit hoher chemischer Reinheit, das auch im Compound geruchlos ist.

Es wird hauptsächlich zur Verstärkung, das heißt zur Erhöhung von Zug- und Biege-E-Modul, und zur Verbesserung der Kratzfestigkeit eingesetzt. Eine Anwendungsstudie in PP (Homopolymer) mit der Type Submicro 4-15 zeigt eine Erhöhung des Zug-E-Moduls von 1.700 MPa im ungefüllten PP auf 6.500 MPa bei einem Füllgrad von 40 Prozent des Silikats. Die Wärmeformbeständigkeit wird um mehr als 50 Prozent von 56 auf 99 °C erhöht. Dabei zeigt sich auch, dass feinere Produkte mehr Verstärkungswirkung bringen, als gröbere. Die feinsten Typen erreichen zusätzlich eine gute Schlagzähigkeit, die mit oberflächenmodifizierten Produkten noch weiter verbessert werden kann. Aufgrund der relativ hohen Härte – 5 nach Mohs – sorgt das Mineral für eine sehr gute Kratzfestigkeit und ist damit eine echte Alternative zu weicheren Mineral-Füllstoffen, wie beispielsweise Talkum. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet sich das Calciumsilikat besonders für Sichtteile im Automotive-Bereich.

 

Fakuma 2014: Halle/Stand B2/2115