März 2014

wicht. Die zunehmende Elektrifizierung lässt den Bedarf an thermisch sowie elektrisch leitfähigen Kunststoffen steigen. Ob zum Schutz der Batterien, zum Verringern der Staubbelastung im Interieur oder für eine moderne Lichttechnik mit LEDs. Kunststoffeigenschaften übernehmen hier wichtige Funktionen in der Konstruktion.

Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Automobilen ergeben sich auch neue Anforderungen an Kunststoffe und damit Aufgabenfelder für die Masterbatch- und Compound-Hersteller. Gefragt sind Kunststoffe mit den passenden mechanischen und physikalischen Eigenschaften bei gleichzeitig hohen Qualitätsanforderungen für geringe Bauteilgewichte. Um Gewicht zu sparen, werden Metalle durch Kunststoffe ersetzt. Die „Ersatz-Werkstoffe“ müssen dabei die Funktionen der Metalle übernehmen. Für mechanisch belastete Bauteile kann mit leichten Composites auf Basis von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) eine hohe Steifigkeit und Festigkeit der Produkte erreicht werden. Für diese Werkstoffklasse geht es in der Produktentwicklung vor allem um Möglichkeiten der Umsetzung im Großserien-Prozess. Auch spielt hier der Einsatz von Rezyklat-Fasern eine wachsende Rolle. „Wir beschäftigen uns mit der Verwendung von Recyklat-CFs in unseren ,Smart Compounds‘. Wichtige HP-Eigenschaften lassen sich so kosteneffizient erreichen. Die Qualitäten aus den Recycling-Prozessen sind schon sehr gut zu verarbeiten. Wir hoffen noch ein wenig auf effizientere kommerzielle Bedingungen, erste Projekte laufen aber schon“, sagt Steffen Felzer, Geschäftsführer von Grafe Polymer Technik.

Gewicht wird jedoch nicht nur bei größeren Teilen der Karosserie gespart, sondern auch bei Interieurbauteilen, wie Abdeckungen und Säulenverkleidungen oder elektrisch abschirmende und ableitende Konstruktionsbauteile. Für Elektromobile gewinnen speziell leitfähige Kunststoffe beim Einsatz leistungsfähiger Akkumulatoren und Elektromotoren an Bedeutung. Die Werkstoffe müssen gleichermaßen leichtgewichtig, prozesssicher, kosteneffizient aber auch mechanisch wie thermisch robust sein. Um die Leitfähigkeit von Kunststoffen zu erhöhen, werden häufig Ruße oder Metalle als Additive eingesetzt. „Problemstellung sind dann neben der Farbe – freundliches Schwarz – die oft abrasiven Eigenschaften, die besondere Anforderungen an die Maschinen und Aggregate stellt“, so Felzer. „Und die hohen Füllgrade der Füllstoffe beeinträchtigen die Ausgangseigenschaften des ausgewählten Polymers immens. Das bedeutet, dass eine umfängliche Materialentwicklungen zum Erzeugen elektrisch leitfähiger Kunststoff-Compounds notwendig ist. Die einfache Zugabe von Masterbatches oder Füllstoffen führt in der Regel zu deutlichen Eigenschaftsveränderungen im Bereich Mechanik, Fließfähigkeit und Verarbeitbarkeit.“

Eine elektromagnetische Abschirmung erfolgt häufig bei Gehäuseteilen mit Leitungsummantelungen oder Leitbeschichtungen. Hierunter zählen abschirmende Abdeckungen für Verteilerkappen- und Zündkabel. Aber auch selbstregelnde Heizelemente zum Beispiel für Kfz-Spiegel oder Scheibenwaschdüsen werden aus leitfähigen Kunststoffen hergestellt. „Der Bedarf für elektromagnetisch schirmende Kunststoffe wächst, ich sehe da sehr große Potenziale. Auch hier sind wir in Vorentwicklungen begriffen. Benchmark ist hier allerdings die EMV-Lackierung mit Silber. Technisch ist das schwer zu erreichen, jedoch mit Einschränkungen eventuell kosteneffizienter durch ,Smart Compounds‘ lösbar. Auch hier ,kämpfen‘ wir mit den unterschiedlichsten Füllstoffsystemen und Composites. Ergebnisse werden sicherlich in den nächsten zwei Jahren bemusterbar.“

Staubfrei und schön im Auto-Innenraum

Für den Einsatz von Kunststoffe im Automobil spricht außerdem ihre große Gestaltungsfreiheit mit hochwertigen Oberflächen. Besonders im Interieur spielt der Werkstoff hier seine Pluspunkte aus. Es kann sich jedoch durch statische Aufladung der Kunststoffoberfläche die Staubbelastung deutlich erhöhen. Hierfür sind Kunststoffe und Anti-Statik-Ausrüstung gefragt. „Neben den wirklich leitfähigen Kunststoffen, kann man auch permanent antistatische Kunststoffe erzeugen, die auch frei colorierbar sind,“ sagt Felzer.

Diese werden beispielsweise im Innenraum von Automobilen eingesetzt, um der Einstaubung von Kunststoffteilen entgegenzuwirken. Bei der Entwicklung dauerhaft wirksamer, nicht migrierender Systeme liegt der Fokus auf der Effizienzverbesserung. Für den Einsatz in PP und in PC/ASA wurden neue permanente Antistatika entwickelt und getestet. Diese Produkte zeichnen sich durch geringere Einsatzkonzentrationen aus. Darüber hinaus hat das Unternehmen Kombinationsprodukte für den Einsatz in PP und in PC/ASA entwickelt, mit denen Materialeinfärbung und permanent antistatische Ausstattung in einem Dosierschritt erfolgt. Die Weiterentwicklung migrierender Antistatika zielte hauptsächlich auf eine Ausdehnung der Wirkdauer ab. Dafür bietet die Grafe-Gruppe ein neues Produkt für Polyolefine an. Das High-Performance-Antistatikum (HPAS) weist eine Wirkdauer von mehr als vier Jahren auf, was sich bei Langzeittests an PP-Bauteilen gezeigt hat.

Gezieltes Wärmemanagement

Des Weiteren nehmen auch thermische Eigenschaften von Kunststoffen in Bauteilen eine zunehmend wichtige Rolle ein. Zum Beispiel für eine moderne Beleuchtungstechnik, die immer häufiger mit LEDs umgesetzt wird. Bei dieser Lichttechnik ist ein gutes Wärme-Management für die Lebensdauer der Leuchten unverzichtbar. „Mit dem Thema Wärmeleitfähigkeit beschäftigen wir uns intensiv. Es gibt zahlreiche Anwendungen, die ein gezieltes Management von Wärmeflüssen in funktionellen Bauteilen und Aggregaten verlangen.“ Moderne Automobil-Konzepte sind unmittelbar mit dem Einsatz von Kunststoffen verbunden. Sie müssen nicht nur zur Verringerung des Gewichts beitragen, sondern auch zahlreiche andere Anforderungen erfüllen. Entsprechend maßgeschneiderte Kunststoffe erhalten hier ein anspruchsvolles Aufgabenfeld.

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