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Kunststoffe im Automobilbau - Eigenschaften nach Maß

CFRTP-CompositesLeichtbau bei optisch anspruchsvollen Anwendungen

Folien und Platten aus endlosfaser-verstärktem thermoplastischem Verbundwerkstoff

Covestro beginnt mit der Großserienfertigung eines Endlosfaser-verstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffs. Dazu wurde die Produktionskapazität deutlich erweitert und das fränkische Markt Bibart zu einem Standort für Hightech-Werkstoffe ausgebaut.

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Kunststoffe im AutomobilbauEigenschaften nach Maß

Kunststoffe im Automobilbau. Von der Außenhaut bis in den Motorraum reichen die Anwendungen von Kunststoffen im Automobilbau. Designerische und funktionale Forderungen müssen gleichermaßen bedient werden.

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Karosserieaußenteile

Großes Potenzial sieht Lanxess beispielsweise für PBT- und Polyamid-Compounds in Karosserieaußenteilen – etwa bei Stoßfängern, Schwellern, Frontgrills, Türgriffen, Tankklappen, Spoilern und Spiegelgehäusen. Im Fokus der Entwicklungsarbeiten stehen nach Unternehmensangaben neben anwendungsspezifisch optimierten mechanischen Eigenschaften gute Oberflächenqualitäten und eine gute Lackierbarkeit.

Beispiel einer Materialinnovation für Tankklappen ist das mit 20 Prozent Glaskugeln verstärkte Pocan B 5220 XF. Es wird als Alternative zu Blends aus Polyphenylenethern und Polyamid (PPE und PA) angeboten, die häufig in der Serienproduktion von Tankklappen eingesetzt werden, weil sie online lackierbar sind. Nachteil solcher Blends ist jedoch die hohe Wasseraufnahme, die sich negativ auf die geforderte Maßhaltigkeit auswirkt. PBT hingegen zeichnet sich durch hohe Dimensionsstabilität aus. Zudem halte die PBT-Variante den gängigen Temperaturen der kathodischen Tauchlackierung (KTL) stand. Das Bauteil kann daher an der Karosserie montiert werden und mit ihr die Online-Lackierung samt KTL-Prozess durchlaufen, was Kosteneinsparungen etwa in puncto Logistik und Lackieraufwand erschließt. Dagegen seien mineralgefüllte PBT- oder PA-Compounds, aus denen ebenfalls Tankklappen hergestellt werden, nicht KTL-fähig.

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Das thermische Verformungsverhalten des neuen Werkstoffs wurde laut Werkstofflieferant mit Hilfe von Tankklappen, die auf einem Serienwerkzeug gefertigt wurden, intensiv untersucht. Selbst nach einer Stunde bei 200 °C sei die Verformung der frei aufgehängten Bauteile vernachlässigbar gering. Eine weitere Stärke des neuen PBT sei die gute Oberflächenqualität und Lackierbarkeit, weil das Material keine Glasfasern enthält. Gegenüber vergleichbaren glaskugelverstärkten Standardmaterialien soll Schmelzefließfähigkeit um etwa 50 Prozent höher liegen – bei gesteigerter Zähigkeit.

Teilabdeckung

PC+PBT-Blend für Kühlergrills
Speziell für Kühlergrills wurde der unverstärkte Polycarbonat+PBT-Blendwerkstoff Pocan TP 406-001 entwickelt. Er sei vor allem für Bauteile mit Class A-Oberflächen konzipiert, die eine Hochglanzlackierung erhalten. Das Material zeige eine geringe und gleichmäßige Schwindung und neige kaum zum Verzug. Dank der auch bei Kälte hohen Zähigkeit des Blends splittere der Kühlergrill im Falle eines Crashs nicht, was dem Fußgängerschutz zugute kommt. Die hohe Wärmeformbeständigkeit sorge dafür, dass lange, horizontale Gitterlamellen nicht durchhängen, wenn die Abwärme des Kühlers sie erhitzt.

Weitere Varianten der Produktreihe werden für Karosserieaußenteile eingesetzt, die nicht online lackiert werden. Für Spoiler eigne sich beispielsweise ein Blend, das bis zu 25 Prozent Post Consumer-Rezyklat aus PET-Flaschen enthält. Das mineralverstärkte (PET+PC)-Blend wird unter anderem als besonders schlagzäh und verzugsarm angeboten. Für Unterkonstruktionen von Spoilern, aber auch für Außenspiegelgehäuse und Türgriffe biete sich das wärmestabilisierte und leichtfließende Polyamid 6 Durethan DP 2131/20 W1 EF an. Es bringe für nicht lackierte Karosserieaußenteile eine gute Witterungsbeständigkeit mit.

EPDM-Kautschuk

Thermoplastischer Pressmassen lokal verstärken
Ein weiterer starker Trend der Automobilindustrie ist der umfassende Einsatz von Verbundwerkstoffen. Nicht nur an Karosserie und im Innenraum, auch in nichtsichtbaren, hochbelasteten Komponenten. Als Beispiel für den Einsatz von Hochleistungsverbundwerkstoffen der Marke Tepex von Bond-Laminates dient die Teilabdeckung des Nachschalldämpfers am BMW i8. Sie wird im DLFT-Verfahren (Direct Long Fiber Thermoplastic) aus einer Polypropylen-Pressmasse hergestellt, die mit Langglasfaser-Rovings verstärkt ist. Als Decklage dient ein Einleger aus Dynalite 104-RG601. Er soll mit Steifigkeit auch bei hohen Temperaturen dafür sorgen, dass sich die Teilabdeckung in der Hitze in der Umgebung des Nachschalldämpfers nicht verformt und versagt. Außerdem verbessere das Composite die Festigkeit und Schlagzähigkeit des Bauteils bei extrem niedrigen Temperaturen.

Steifigkeit und Schlagzähigkeit steigern
Der Einleger ist 0,5 Millimeter dick und besteht aus einer Polypropylenmatrix, in die 47 Volumenprozent Endlosglasfaser-Rovings als einlagiges Gewebe eingearbeitet sind. Damit nimmt die Steifigkeit der Teilabdeckung bei Raumtemperatur laut Anbieter etwa um den Faktor vier und bei der Betriebstemperatur des Nachschalldämpfers etwa um das Sechsfache zu. Auch die Schlagzähigkeit profitiere: In Durchstoßversuchen nach DIN 6603-2 ergeben sich demnach bei Raumtemperatur rund acht- bis neunmal höhere Werte als bei DLFT-Formmasse auf Basis von Polypropylen. Bei -30 °C liege die Schlagzähigkeit um den Faktor zehn höher, wobei DLFT auf Basis von Polypropylen unter diesen Bedingungen bei einem Crash splittere, der Tepex-Aufbau nicht.

Potenziale bei GMT- und LWRT-Materialien
Auch in anderen thermoplastischen Pressmassen und Umformmaterialien sei der Einsatz von Tepex zur lokalen Bauteilverstärkung attraktiv. So liegen die mechanischen Eigenschaften von Tepex-verstärkten DLFT-Polypropylenmaterialien laut Datenblatt auf dem Niveau glasmatten- und glasgewebeverstärkten Thermoplastsystemen (GMT und GMTex) auf Polypropylenbasis. Die Kombination eröffne beträchtliche Einsparmöglichkeiten – etwa in der Herstellung von Unterbodenkomponenten. Auch Polypropylen-basierte, glasfaserverstärkte Mischfaservliese (Low Weight Reinforced Thermoplastics, LWRT), aus denen unter anderem wegen ihrer hohen Schallabsorption Unterbodenverkleidungen produziert werden, lassen sich mit Decklagen versteifen. Die akustische Wirksamkeit bleibe dabei bei Verwendung von einlagigem Tepex erhalten.

Naturkautschuk ersetzen
Bei genau entgegengesetzten Anforderungen – nicht besonders steif, sondern dauerhaft hochelastisch in einem definierbaren Bereich – sollen ultra-hochmolekulare EPDM-Kautschuke punkten. Die Ende letzten Jahres vorgestellte synthetische Kautschuk Keltan 9565Q soll vor allem bei dynamischen Anwendungen einen vollwertigen Ersatz für Naturkautschuk bieten.

Die Anwendungen in der Automobilindustrie und anderen technischen Bereichen werden immer anspruchsvoller, besonders hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit. Hier gerät Naturkautschuk schnell an seine Grenzen. Die synthetische Alternative sei mit der maßgeschneiderten Molekularstruktur genauso belastbar und widerstandsfähig wie Naturkautschuk, weise diese Eigenschaften aber auch noch bei hohen Temperaturen auf. Diese Temperaturbeständigkeit ermögliche nicht nur den Einsatz, sondern auch die Verarbeitung auf einem höheren Temperaturniveau. Das kann die Produktivität bei verringerten Kosten verbessern.

Das gesättigte Polymergerüst verleihe diesem EPDM seine Beständigkeit gegenüber Ozon, UV-Strahlung und Hitze. Die lassen sich somit auch in dynamische Anwendungen zu nutzen. EPDM wird unter anderem für Türdichtungen, Schläuche, Riemen und Feder-Dämpferelementen verwendet. Das Produkt kommt auch in der Kunststoff-Modifikation, der Draht- und Kabelindustrie, Bauindustrie sowie bei der Produktion von Öl-Additiven zum Einsatz.

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