Entspanntes und sicheres Fahren durch niedrige Emissionen (VOC, Fog, Geruch) Bildquelle: Hexpol TPE

Entspanntes und sicheres Fahren durch niedrige Emissionen (VOC, Fog, Geruch) Bildquelle: Hexpol TPE

Im Automobilinnenraum werden thermoplastische Elastomere eingesetzt, da sie sowohl optisch als auch haptisch einen qualitativ hochwertigen Eindruck geben. Des Weiteren riechen TPE-Bauteile deutlich weniger als vergleichbare Bauteile aus Gummi. In manchen Anwendungen, wie Klimakomponenten sind auch die dämpfenden Eigenschaften von TPE von Vorteil, da sich so Störgeräusche, zum Beispiel Quietschen oder Klappern, minimieren lassen. Qualitativ hochwertige TPE werden daher mit vier der fünf klassischen Sinne positiv wahrgenommen und aus diesem Grund immer häufiger im Automobilinnenraum eingesetzt.

In den letzten Jahren ist der Einfluss der Automobilindustrie auf die Luftqualität zunehmend in den Fokus gerückt. Doch neben den CO2 und Stickstoff-Emissionen an die Umgebung ist auch die Innenraumluftqualität inzwischen von großer Bedeutung sowohl für die Hersteller als auch für die Kunden. Heutzutage gehören niedrige Emissionswerte zu den wichtigsten Materialeigenschaften für den Automobilinnenraum, da sie maßgeblich zum Fahrkomfort beitragen. Aus diesem Grund dürfen Bauteile auch über lange Zeit keine Stoffe an die Luft abgeben, welche zum Beispiel durch unangenehmen Geruch auffallen, oder die Gesundheit der Insassen beeinträchtigen können.

Anforderungen von OEMs und Gesetzgebern deutlich erhöht

Um dies zu gewährleisten haben sich die Anforderungen von OEMs und Gesetzgebern an Materialien für den Innenraum in den letzten Jahren deutlich erhöht. In einigen Ländern, beispielsweise China, Japan und Korea, wurde in den letzten Jahren gesetzliche Standards eingeführt, welche die maximale Konzentration von einigen schädlichen Stoffen im Innenraum reglementieren.

Es ist wahrscheinlich, dass solche oder ähnliche Standards in Zukunft auch in Europa und Amerika eingeführt werden. Aus diesem Grund gibt es auch von Seiten der OEMs die Bestrebung möglichst niedrige Emissionswerte in den Fahrzeugen zu haben, damit diese in möglichst allen Ländern der Welt verkauft werden können.

TPE im Automobil bieten Vorteile für vier der fünf klassischen Sinne. Bildquelle: Hexpol TPE

TPE im Automobil bieten Vorteile für vier der fünf klassischen Sinne. Bildquelle: Hexpol TPE

Die auffälligste Art von Emission im Automobilinnenraum ist der Geruch. Die Substanzen in der Luft können dabei von den verschiedenen Bauteilen im Innenraum kommen. Insbesondere Kunststoff-Teile sind in der Vergangenheit häufiger durch einen unangenehmen Geruch aufgefallen. Während der Neuwagengeruch in Europa und Amerika überwiegend als angenehm bewertet wird, wird er im asiatischen Raum häufig als störend aufgefasst.

Eine weitere auffällige Art von Emission ist das sogenannte Fogging. Dieses beschreibt einen Niederschlag beziehungsweise eine Trübung die bei Temperaturunterschieden an der Autoscheibe auftritt. Die Ursache für diesen Niederschlag sind meist mittelflüchtige organische Substanzen in der Luft (SVOC). SVOC werden oft relativ langsam, aber über lange Zeit freigesetzt. Aus diesem Grund können sie auch noch Jahre nach der Produktion eine negative Wirkung haben.

Die Emission von flüchtigen Bestandteilen des Materials kann allerdings auch ein direktes Gesundheitsrisiko sein. Von diversen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) ist bekannt, dass sie ab einer bestimmten Konzentration beispielsweise Kopfschmerzen, Übelkeit, Atemprobleme oder Schwindel auslösen. Insbesondere wenn die Emission zum Beispiel durch einfallendes Sonnenlicht und geschlossene Türen und Fenster verstärkt wird, kann eine kritische Konzentration im Innenraum schnell erreicht werden.

Es gibt außerdem auch diverse kritische Substanzen, welche freigesetzt werden können und Gesundheitsschäden auslösen können. Dazu gehören zum Beispiel Benzol, Formaldehyd und Nitrosamine. Diese besonders schädlichen Stoffe werden von den OEMs deshalb streng reglementiert. In manchen Ländern, wie China, Japan, Russland und Korea, gibt es für einige dieser Stoffe sogar gesetzliche Maximalwerte für den Automobilinnenraum.

Unterschiedliche Emissionstests der Automobilhersteller

Testreihenfolge im Automobilbereich: 1) Rohmaterial (Granulat), 2) Bauteil, 3) komplettes Fahrzeug Bildquelle: Hexpol TPE

Testreihenfolge im Automobilbereich: 1) Rohmaterial (Granulat), 2) Bauteil, 3) komplettes Fahrzeug Bildquelle: Hexpol TPE

Zur Überwachung der auftretenden Emissionen müssen sowohl Rohmaterialien, als auch Bauteile und komplette Fahrzeuge mit diversen Methoden getestet werden. Diese Tests werden trotz Bemühungen zur Harmonisierung, zum Beispiel durch ISO 12219, je nach Automobilhersteller unterschiedlich gehandhabt, weshalb es eine Vielzahl von Prüfnormen gibt, welche sich zum Teil deutlich unterscheiden.

Der Geruch von Materialien beziehungsweise Bauteilen wird meist nach der Norm VDA 270 geprüft. Für diesen Test wird eine bestimmte Menge des zu prüfenden Materials in einem Glasgefäß mit einem definierten Volumen für eine bestimmte Zeit und Temperatur gelagert. Der Geruch wird anschließend von geschulten Personen mit Schulnoten von 1 bis 6 bewertet.

Das Fogging-Verhalten (Beschlagen der Scheiben) kann entweder gravimetrisch oder reflektometrisch nach der Norm ISO 6452 bestimmt werden. Bei beiden Varianten wird eine bestimmte Menge des Materials in ein Gefäß gegeben, abgedeckt und dann erwärmt. Die Abdeckung, aus Glas beziehungsweise Aluminium, wird gekühlt, damit sich durch den Temperaturunterschied ein Niederschlag an der kühlen Oberfläche bilden kann. Bei der reflektometrischen Variante wird mit einem Reflektometer gemessen, wie stark dieser Niederschlag die Glasplatte trübt, während bei der gravimetrischen Variante der Gewichtsunterschied der Aluminiumplatte – vor und nach dem Test – gemessen wird.

Die Bestimmung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) kann entweder über den sogenannten Statischen Headspace (VDA 277) oder über dynamische Thermodesorption (VDA 278) erfolgen. Für die Bestimmung des TVOC nach VDA 277 wird die Probe in ein geschlossenes Gefäß gegeben und dann für 5 h auf 120°C erhitzt. Anschließend wird die Luft aus dem Gefäß entnommen und in einen Gaschromatographen (GC) mit Flammionisationsdetektor (FID) überführt. Die Detektion von Einzelsubstanzen ist über eine zusätzliche Massenspektrometrie (MS) möglich.

Die Thermodesorption nach VDA 278 ist direkt auf die Detektion einzelner Substanzen ausgelegt. Bei dieser Methode wird die Probensubstanz in einem kleinen Röhrchen erhitzt und die entströmende Luft kontinuierlich mittels Gaschromatographie und Massenspektroskopie untersucht. Die Erwärmung erfolgt erst für 30 min auf 90°C (VOC-Wert) und danach für 60 min auf 120°C (Fog-Wert).

Steigende Emissionsgrenzwerte für den Innenraum

Tabelle 1: Emissionswerte von Dryflex Automotive Interior TPE Bildquelle: Hexpol TPE

Tabelle 1: Emissionswerte von Dryflex Automotive Interior TPE Bildquelle: Hexpol TPE

Die genauen Emissionsgrenzwerte für Innenraumbauteile unterscheiden sich je nach OEM, allerdings lässt sich insgesamt beobachten, dass die Anforderungen ansteigen. Ein Beispiel hierfür ist der Geruchstest: Während vor einigen Jahren oft eine Geruchsnote von 4 (störend) noch akzeptiert wurde, erwarten die meisten Hersteller inzwischen eine Geruchsnote von maximal 3 (deutlich wahrnehmbar, aber nicht störend).

Die Emissionsmessung über Thermodesorption (VDA 278) wird unter anderem von Daimler, Porsche und BMW durchgeführt. Daimler beispielsweise setzt hierbei für thermoplastische Elastomere Zielwerte von 500 µg/g (VOC) beziehungsweise 1500 µg/g (Fog). Der statische Headspace nach VDA 277 wird von VW als Prüfung eingesetzt und für thermoplastische Elastomere ist ein Grenzwert von 30 µg C/g definiert. Für das gravimetrische Fogging (16 h, 100°C) wird von den meisten OEMs ein Grenzwert von maximal 2 mg vorgeschrieben.

Um all diese Anforderungen mit den Bauteilen erfüllen zu können müssen Rohstoffe eingesetzt werden, welche diese Emissionsgrenzwerte nicht überschreiten. Hexpol TPE hat hierzu die neue TPE-Serie Automotive Dryflex Interior entwickelt, die sehr geringe Emissionswerte aufweist.

Zu den Vorteilen der neuen TPEs zählt neben einer sehr guten Verarbeitbarkeit auch die Realisierbarkeit von feinen Narbungen und Oberflächeneffekten. Der Hauptvorteil sind jedoch die minimierten Emissionswerte, welche deutlich niedriger sind als bei konventionellen TPE für den Innenraum und auch die strengen OEM Vorgaben deutlich unterschreiten. Eine vergleichende Zusammenfassung wird in Tabelle 1 gezeigt.

Emissionsanforderungen der OEMs deutlich übertreffen

Typische Anwendungen von Dryflex Automotive Interior TPE: Einlegematten und HVAC-Komponenten Bildquelle: Hexpol TPE

Typische Anwendungen von Dryflex Automotive Interior TPE: Einlegematten und HVAC-Komponenten Bildquelle: Hexpol TPE

Bei den neuen TPE-Compounds werden die geforderten Emissionswerte deutlich unterschritten, wodurch auch die fertigen Bauteile leicht die Emissionsanforderungen der OEMs erfüllen beziehungsweise deutlich übertreffen können. Insbesondere bei Tests, die eine hohe Schwankung aufweisen, zum Beispiel aufgrund kleiner Probenmenge, bietet ein Material welches die Grenzwerte deutlich unterschreitet, die Sicherheit, dass bei sachgemäßer Fertigung die Anforderungen erfüllt werden. Außerdem wurden die neuen TPE-Materialien auch nach diversen anderen Innenraum-Tests geprüft. Zu diesen Tests gehören beispielsweise die Lichtechtheit, das Brandverhalten und die mechanischen Eigenschaften. Derzeit verfügbar und in akkreditierten Prüflaboren getestet sind Dryflex Interior TPE Typen im Härtebereich von 25 bis 85 Shore A.

Die neuen TPE-Typen sind für eine Vielzahl von Anwendungen im Automobilinnenraum hervorragend geeignet. Sie können beispielsweise sehr gut für Einlegematten in Armaturenbrett, Tür, Mittelkonsole oder Handschuhfach eingesetzt werden. Auch für Getränkehalter und Zierleisten eignen sich diese TPE. Neben diesen sichtbaren Anwendungen bietet die TPE-Serie auch Materialien für Klimaanlagen (HVAC), welche zum Beispiel als Dichtungen für Lüfterklappen oder Luftkanaldichtungen verwendet werden.

Nachhaltige und biobasierte Materialien

Typische Anwendungen von Dryflex Automotive Interior TPE: Einlegematten und HVAC-Komponenten Bildquelle: Hexpol TPE

Typische Anwendungen von Dryflex Automotive Interior TPE: Einlegematten und HVAC-Komponenten Bildquelle: Hexpol TPE

Neben den technischen Eigenschaften von Materialien wird inzwischen auch großer Wert auf die Herkunft und die Nachhaltigkeit der Rohmaterialien gelegt. Aus diesem Grund wird die Herstellung von Kunststoffen aus fossilen Rohstoffen häufig kritisiert. Als umweltfreundliche Alternative wurde die Dryflex Green TPE entwickelt, welche große Anteile an Rohstoffen auf pflanzlicher Basis enthält. Diese nachwachsenden Rohstoffe, wie Zuckerrohr, stammen aus zertifiziert nachhaltigem Anbau (beispielsweise ISCC+) und tragen so zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks bei. Je nach Härtegrad des Materials ist ein biobasierter Anteil von bis zu >90 Prozent möglich. Die Eigenschaften und Verarbeitbarkeit sind ähnlich wie bei konventionellen TPE und können anwendungsspezifisch angepasst werden. Des Weiteren sind biobasierte Compounds mit niedrigen Emissionswerten verfügbar, die im Automobilinnenraum eingesetzt werden können. So werden beispielsweise für ein 65 Shore A TPE in der Thermodesorption nach VDA 278 sehr geringe Messwerte in VOC (82 µg/g) und Fog (142 µg/g) erreicht.

Für den Einsatz im Automobilinnenraum gehört das Emissionsverhalten inzwischen mit zu den wichtigsten Materialeigenschaften, weshalb es durch eine Vielzahl von Tests überprüft wird. Durch den Einsatz von emissionsoptimierten TPE können die Emissionen jedoch auf einen Bruchteil reduziert werden. Auf diese Weise können die Grenzwerte von OEMs und Gesetzgebern deutlich unterschritten werden. Außerdem ist eine frühzeitige Emissionsminimierung auch eine optimale Vorbereitung auf zukünftige, noch strengere Regularien. Durch Innovationen im Bereich TPE-Rohstoffe und Prozesstechnik sind nun auch Materialien mit geringen Emissionswerten auf biologischer Basis möglich, die die Nachhaltigkeit von Automobilen verbessern.

 

Kontakt

Hexpol TPE, Lichtenfels

info.de@hexpolTPE.com

 

 

Über die Autoren

Florian Dresel

ist Central Research Engineer bei Hexpol TPE, Lichtenfels

Dr.-Ing. Thomas Köppl

ist Product Manager bei Hexpol TPE, Lichtenfels