Bauteile aus Duroplast mit unterschiedlichen Qualitäten

Formteildefekt am linken Bauteil: Unzureichende Nachdruckübertragung im Bereich der Montagehalterung hervorgerufen durch unregelmäßig variierende unverdichtete Fließfrontbereiche, die zu Füllverlaufsunterschieden führen. (Bild: Luca Hoffmannbeck, SKZ)

Das Kunststoff-Zentrum (SKZ) arbeitet gemeinsam mit den Unternehmen RF Plast und Hiltel Formentechnik an einem neuen Verfahren im Duroplast-Spritzgießen, um unverdichtete Fließfrontbereiche zu eliminieren. Im Projekt „Gasgegendruck-Duroplastspritzgießen“ (GGD-DSG) liegt der Fokus auf der Entwicklung neuartiger Werkzeugtechnologien, die die Kavität abdichten und den Prozess durch Gasgegendruck stabilisieren.

Duroplaste bieten aufgrund ihrer thermischen, chemischen und elektrisch isolierenden Eigenschaften vielseitige Einsatzmöglichkeiten, besonders in der E-Mobilität und Elektronik. Allerdings beeinträchtigen materialspezifische Fließphänomene die Qualität und Prozessstabilität. Das Projekt will diese Probleme lösen und eine nachhaltigere Herstellung von Duroplast-Bauteilen ermöglichen.

Wie funktioniert der Ansatz des Gasgegendrucks?

Im Zentrum der Forschung steht die Entwicklung neuartiger Spritzgießwerkzeuge, die eine Evakuierung der Kavität und eine kontrollierte Gasbeladung während des Einspritzprozesses erlauben. Durch einen konstanten Gasgegendruck wird die Fließfront komprimiert gehalten. Dies verhindert unverdichtete Bereiche, verbessert die Bauteilqualität – beispielsweise die Bindenahtfestigkeit – und erhöht die Prozessstabilität durch reproduzierbare Füllverläufe.

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Das Kunststoff-Zentrum SKZ möchte im Zuge des Forschungsprojekts Biodurinject rieselfähige Duroplast-Formmassen auf Basis nachwachsender Rohstoffe entwickeln. Dies gilt sowohl für das Matrixmaterial, die Füllstoffe als auch für die Fasern. Die Formmassen sollen der Herstellung technischer Formteile im Spritzgießverfahren dienen. Produzierte Formteile sollen ein Eigenschaftsniveau erreichen, das den konventionellen Erzeugnissen entspricht. Am SKZ in Würzburg wurden im Rahmen dieses Vorhabens auf Basis nachwachsender Rohstoffe bisher sieben verschiedene biobasierte ungesättigte Polyester (UP) im Labormaßstab durch Polykondensation synthetisiert. Dafür wurde eine Kondensationsapparatur im Chemielabor aufgebaut und eine experimentelle Methodik erarbeitet. Als Kondensationsprodukt erhielten die Forscher des Instituts jeweils eine bei 190 °C heiße, viskose, gelbliche Flüssigkeit, die bei Raumtemperatur vollständig kristallisiert. Diese wurde bereits mittels DSC analytisch charakterisiert. Die Neigung zur Rekristallisation wurde im Trockenschrank durch Aufschmelzen und anschließendes Unterkühlen untersucht. Nachdem die Grundeigenschaften entsprechend geklärt worden waren, konnten die Wissenschaftler bereits in erste Versuche hinsichtlich praktischer, industrieller, Anwendung einsteigen. Diesbezüglich wurden die neuen UP-Harze mit nachwachsenden Füllstoffen und Fasern sowie einem thermischen Initiator bei 100 °C bis 120 °C im Messkneter compoundiert, um das Benetzungsverhalten der Schmelzen und das thermische Verarbeitungsfenster zu untersuchen. Zudem werden derzeit Richtrezepturen für die Compounds erarbeitet. Drei der ersten elf Compounds wurden inzwischen bereits mittels Plattenpresse bei 155 °C gehärtet – einer Temperatur, wie sie auch im industriellen Duromer-Spritzguss üblich ist. „Wir hoffen nachweisen zu können, dass die biobasierten Duroplaste als echte Alternative zu den konventionellen eingesetzt werden können. Die aktuellen Ergebnisse stimmen uns hier sehr zuversichtlich für eine künftige Anwendbarkeit im industriellen Maßstab“, erklärt Johannes Rudloff, Bereichsleiter Materialien, Compoundieren und Extrudieren am SKZ. Das Projekt wird unter anderem von Süd-West-Chemie und Baumgarten Automotive Technics unterstützt.
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Forschungsprojekt Biodurinject

SKZ forscht zu biobasierten Duroplast-Formmassen

Das Kunststoff-Zentrum SKZ möchte im Zuge des Forschungsprojekts Biodurinject rieselfähige Duroplast-Formmassen auf Basis nachwachsender Rohstoffe entwickeln. Dies gilt sowohl für das Matrixmaterial, die Füllstoffe als auch für die Fasern. Mehr dazu hier

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Das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg hat mit dem Umzug in die neuen Räumlichkeiten seiner Modellfabrik die Forschung und Bildung im Bereich Fügen und Oberflächentechnik erweitert. Die Mitglieder im Team von Bereichsleiter Dr. Eduard Kraus sind nun in drei Gruppen gegliedert.Die Gruppe Thermische Fügetechnologien unter der Leitung von Dr. Gernot Hochleitner wird sich künftig verstärkt mit Themen wie Laserschweißen, Digitalisierung und KI-Unterstützung von Fügeprozessen, Direktfügen und Recycling beschäftigen. Unter der Leitung von Michael Heilig erweitert die Forschungsgruppe Kleben und Oberflächentechnik ihr Kompetenzportfolio um die Schwerpunkte Adhäsionsforschung auf Rezyklaten, VUV-Vorbehandlung, Plasmabeschichtung von Polymeren, Modifizierung von Klebstoffen und Haftklebebändern sowie nachhaltige Klebelösungen.Die neuen Technika dieser Forschungsgruppen ermöglichen dem SKZ, fügetechnischen Verfahren und polymere Materialien im Bereich Fügen und Oberflächentechnik zu erforschen. Durch die enge Zusammenarbeit mit Industriepartnern sollen künftig praxisnahe Lösungen entwickelt werden, die den Anforderungen der modernen Produktion gerecht werden.Die kontinuierlich wachsende Gruppe Bildung unter Leitung von Johannes Kocksch erweitert ihr Bildungsangebot im Bereich Fügen und Oberflächentechnik. Neben Seminaren und Workshops bietet das SKZ auch Schulungen nach Richtlinien des DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V.) und DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V.).
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Fügen und Oberflächentechnik

SKZ baut Forschungs- und Bildungsbereiche in Würzburg aus

Das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg hat mit dem Umzug in die neuen Räumlichkeiten seiner Modellfabrik die Forschung und Bildung im Bereich Fügen und Oberflächentechnik erweitert. Die Mitglieder im Team von Bereichsleiter Dr. Eduard Kraus sind nun in drei Gruppen gegliedert. Zu den Hintergründen

Welche Rolle spielt die digitale Entwicklung?

Ein weiterer Bestandteil des Projekts ist die Nutzung von Digital Twins. Diese virtuellen Abbilder der Produktionsprozesse werden in Entwicklungszyklen integriert, um präzisere Vorhersagen zur Bauteilqualität zu ermöglichen. Der sogenannte Sim2Real-Gap, die Abweichung zwischen Simulation und Realität, wird dadurch minimiert. Dies soll die Effizienz von Simulationen in der Produktentwicklung nachhaltig steigern.

Durch die Verbesserungen in Prozessstabilität und Bauteilqualität trägt das Verfahren zur Steigerung der Ressourceneffizienz bei. Dies ist besonders relevant für Branchen wie die Automobilindustrie, Elektronik und Luftfahrt, die auf zuverlässige Hochleistungsmaterialien angewiesen sind.

Wer unterstützt das Projekt?

Das dreijährige Forschungsvorhaben wird im Rahmen des bayerischen Verbundforschungsprogramms (BayVFP) von der bayrischen Landesregierung gefördert. Industriepartner wie Engel Austria (Spritzgießmaschinen), Duresco und Bakelite (Materiallieferanten) sowie Simpatec und Wittmann Battenfeld (Peripheriegeräte) sind assoziiert beteiligt.

Das Projekt GGD-DSG zeigt, wie technologische Innovationen die Herausforderungen der kunststoffverarbeitenden Industrie adressieren und gleichzeitig ökologische wie ökonomische Potenziale erschließen können.

Quelle: SKZ

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Kunststoffrecycling: Der große Überblick

Mann mit Kreislaufsymbol auf dem T-Shirt
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SKZ – Das Kunststoff-Zentrum

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