Fließmarkierungen auf einem Dichtungsprofil. (Bildquelle: Teknor Apex)

Fließmarkierungen auf einem Dichtungsprofil. (Bildquelle: Teknor Apex)

Bei den TPEs für Dichtungsanwendungen handelt es sich hauptsächlich um thermoplastische Vulkanisate (TPV). Diese zeichnen sich unter anderem durch einen niedrigen Druckverformungsrest sowie hohe Wärmebeständigkeiten aus. Weiterhin werden Styrolblock-Copolymere (TPS) eingesetzt, welche gute Verarbeitungseigenschaften mit sehr guter UV-Stabilität kombinieren. Teknor Apex liefert diese Compounds unter dem Handelsnamen Sarlink für die Automobilindustrie. Aktuelle Entwicklungen konzentrieren sich auf die Beseitigung von optischen und leistungsorientierten Problemen von Dichtungen und anderen Außenkomponenten.

Identifizierung der Ursachen von Teiledefekten

Dichtungssysteme für Automobile umfassen eine Vielzahl von Anwendungen: Scheibenführungen und -einfassungen, Frontscheibenrahmen, Eckanbindungen, Dachträger, Dach- und Verkleidungsabdichtungen, Dichtungen zwischen Motorraum und Kühler, Heckklappendichtungen und komplette Dichtungsmodule von Scheibenführungen in den Türen.

Die Bindenaht ist über die Profilbreite deutlich zu erkennen. (Bildquelle: Teknor Apex)

Die Bindenaht ist über die Profilbreite deutlich zu erkennen. (Bildquelle: Teknor Apex)

Thermoplastische Elastomere für diese Einsatzgebiete müssen nicht nur die von OEMs definierten Materialanforderungen erfüllen, sondern auch gute UV- und Ozonbeständigkeit, gute Eigenschaften bei hohen und niedrigen Temperaturen sowie eine hohe Chemikalienbeständigkeit aufweisen. Darüber hinaus ist es wichtig, dass die TPE-Komponenten für diese Anwendungen über eine erstklassige Oberflächengüte verfügen. Für Elemente wie Rahmen oder Eckanbindungen bedeutet das, dass häufige optische Mängel wie Einfallstellen, Fließ-, Bindenaht- und Tropfenmarkierungen, Schlieren und sogenannte „Tigerstreifen“ vermieden werden müssen. Weiterhin wird eine gute Haftfestigkeit des TPEs auf Glas oder co-extrudierten Profilen erwartet.

Moldflow-Simulation eines Dichtrahmen. (Bildquelle: Teknor Apex)

Moldflow-Simulation eines Dichtrahmen. (Bildquelle: Teknor Apex)

Bei der Entwicklung neuer thermoplastischer Elastomere, welche die genannten Herausforderungen erfüllen sollen, verwendete Teknor Apex speziell entwickelte Spritzgusswerkzeuge mit verschiedenen Anschnitten, -größen und Wandstärken, um Simulationen durchführen zu können. Darüber hinaus setzte das Unternehmen CAE-Techniken ein, um den Formgebungsprozess und die Dichtungskräfte zu simulieren.

Ursache für Tigerstreifen aufgezeigt

Tigerstreifen, die auf der Ober- und Unterseite des Musterteils zu erkennen sind. (Bildquelle: Teknor Apex)

Tigerstreifen, die auf der Ober- und Unterseite des Musterteils zu erkennen sind. (Bildquelle: Teknor Apex)

Ein Beispiel der analytischen Arbeit, die Teknor Apex zur Ursachenidentifizierung von Oberflächendefekten durchführte, ist die Verwendung eines „Lineal-Werkzeugs“ zur Untersuchung der Tigerstreifen. Die Kavität der Form besitzt eine Länge von 40 cm, eine Breite von 25 mm und eine Stärke von 2 mm. Der Durchmesser des Anspritzpunktes kann variiert werden, um hohe und niedrige Scherungen zu simulieren. In einer Füllstudie wurden mehrfarbige Schmelzen verwendet, wobei sich die dunklere Komponente zunächst in der Mitte befand. Wie die Studie zeigt, bewegt sich das dunklere Material beim Füllvorgang von der Mitte des Teiles nach oben und unten an die Oberfläche. Das als Tigerstreifen bezeichnete Muster wird somit nachweislich durch eine instabile Schmelzefront verursacht. Das kann durch die Wahl des Basispolymers verbessert oder gar beseitigt werden.

Füllstudie, um das Entstehen der Tigerstreifen aufzuzeigen. (Bildquelle: Teknor Apex)

Füllstudie, um das Entstehen der Tigerstreifen aufzuzeigen. (Bildquelle: Teknor Apex)

Solche optischen Defekte entstehen meist bei relativ hochviskosen Formmassen. Um eine ausreichende Fließfähigkeit der Schmelze im Werkzeug zu gewährleisten, setzen Verarbeiter häufig kleine Anschnittdurchmesser ein, um für eine hohe Scherung und damit Fließfähigkeit des Materials zu sorgen. Bei dieser Kombination erstarrt die Schmelze frühzeitig am Anspritzpunkt, wodurch das Anpassen der Prozessparameter zum Verhindern optischer Defekte nur begrenzt möglich ist. Teknor Apex hat TPE Compounds mit verbesserten Fließeigenschaften entwickelt, welche sowohl mit kleinen als auch großen Anspritzpunkten verwendet werden können. Besonders mit großen Anspritzpunkten führten diese verbesserten Eigenschaften zu einem breiteren Verarbeitungsfenster, um Nachdruckzeiten, Einspritzgeschwindigkeiten und weitere Parameter zu variieren. Das Ergebnis war eine verbesserte Oberflächenqualität.

Zusammenhang von Viskosität und Scherrate bei unterschiedlichen Temperaturen. (Bildquelle: Teknor Apex)

Zusammenhang von Viskosität und Scherrate bei unterschiedlichen Temperaturen. (Bildquelle: Teknor Apex)

Das breitere Verarbeitungsfenster ermöglicht auch eine verbesserte Haftfestigkeit des TPE an Glas oder co-extrudierten Profilen, da ein langsamerer Erstarrungs- oder Kristallisierungsprozess eine bessere Verbindung gewährleistet. Das ist insbesondere bei Eckverbindungen wichtig, bei denen eine schlechte Fügenaht bei der Montage zu Defekten führen kann. Das breitere Verarbeitungsfenster der neuen TPV- und TPS-Compounds ermöglicht auch bei Scheibendichtungen die optimalen Bedingungen zu finden, um Einfallstellen und sichtbare Schweißnahtmarkierungen zu verhindern.

TPEs mit hoher Fließfähigkeit für Dichtungssysteme

Angespritzte Eckverbindung. (Bildquelle: Teknor Apex)

Angespritzte Eckverbindung. (Bildquelle: Teknor Apex)

Unter den Compounds, die aus diesen Entwicklungsarbeiten resultieren, befinden sich Serien mit hoher Fließfähigkeit für Dichtungsprofile und Außenteile wie Windschutzscheibenrahmen, Verkleidungsabdichtungen und Eckanbindungen. Die verbesserte Verarbeitbarkeit ermöglicht eine gute Oberflächenqualität bei gleichzeitiger guter Anbindung an weitere Substraten.

Neue TPV-Compounds dieser Art weisen eine Scherviskosität von 200 Pa•s und eine Dichte von 920 kg/m3 auf. Eine reduzierte Kristallisationsrate führt zu fließfähigeren Materialien, die weniger anfällig für Prozessschwankungen sind. Diese Verbesserungen führen außerdem zu sehr guten Oberflächeneigenschaften und zu einer präzisen Replikation komplexer Bauteile. Als TPVs behalten diese Compounds die sehr guten Dichtungseigenschaften bei hohen Temperaturen bei, und sind beständig gegen verschiedenste Schmierstoffe und Lösungsmittel bei niedrigem oder mattem Glanzgrad.

In den Verarbeitungs- und Nutzungseigenschaften sind die neuen TPS-Compounds den normalen Styrolmaterialien überlegen. Sie besitzen eine ausgesprochen hohe Fließfähigkeit, eine verbesserte Oberflächengüte und eine höhere UV-Stabilität. Ihre Scherviskositäten liegen zwischen 120 bis 135 Pa•s. Neben Varianten mit Dichten von 1.100 kg/m3 sind auch solche mit sehr geringen Dichten 940 kg/m3 verfügbar, die eine weitere Gewichtseinsparung ermöglichen. Compounds in beiden neuen TPS Serien zeigen ein großes Verarbeitungsfenster, und lassen sich bei hoher UV-Stabilität leicht einfärben.

 

Kontakt

Teknor Apex International, Pawtucket, USA.

Über den Autor

Ger Vroomen

ist Senior Marketing Manager für den Automobilbereich bei Teknor Apex in Europa.