Beschichtung Fahrzeugverscheibung

Kunststoffe – robust und sicher

Thermoformbare Polymerblends für Schienenfahrzeuge
Nach mehr als 150 Waschzyklen bleibt die Trübung der Prüfplatten im Falle des reinen Wetcoats unter einem Prozent. Dagegen übersteigt sie bei Nasslack-Plasma-Beschichtungen schon nach etwa 50 Waschungen diesen kritischen Wert, weil unter anderem Delaminierungen der Plasmaschicht auftreten.
Egal ob Bahn, Auto oder Flugzeug: Beim Einsatz von Kunststoffen kommt es nahezu immer auf die Sicherheit, designerisches Potenzial und Robustheit im Einsatz an.

Ob Stadtbahn oder Hochgeschwindigkeitszug – Kunststoffe prägen das Interieur moderner Schienenfahrzeuge. Unter den Handelsnamen Bayblend FR 3030 und Bayblend MTR bietet Bayer Materialscience Polycarbonat/Acrylbutadienstyrol-(PC/ABS-)Platten an. Das lichtundurchlässige Material mit angenehmer Haptik lässt sichin verschiedensten Farben einfärben. Das thermoformbare Polymerblend erweist sich auch bei kleinen Produktionsserien für großdimensionierte Bauteile wie Sitze, Abdeckhauben, Dach- und Wandverkleidungen als kostengünstig und bietet gleichzeitig hohe Sicherheit.

So erfüllen beide Typen des Werkstoffs Bayblend laut Anbieter die strengsten Brandschutzvorgaben der UL-94 und alle relevanten internationalen Bestimmungen: Für die Eisenbahnindustrie sind die Platten gemäß S4/SR2/ST2 (DIN 5510-2) klassifiziert und entsprechen auch den französischen Reglements (M1/F2). MTR genügt darüber hinaus auch den amerikanischen Standards für Anwendungen in Bahnen – Docket 90 A/ASTM  E 162 (Strahlungstest zum Brandverhalten von Bodenbelägen) und Docket 90 A/ASTM E 662 (Rauchgasdichte). Sollte es trotz allem zu einem Brand kommen, sind die Verbrennungsgase nur wenig korrosiv. Hinsichtlich der Rauchgasdichte und Toxizität werden die Anforderungen der DIN 5510-2 Anhang C und selbst der Flugzeugindustrie gemäß ABD 0031 und AITM 2.0007 eingehalten. Das Erstickungsrisiko – die Nummer 1 unter den Todesursachen bei Feuer – wird somit beträchtlich verringert.

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Darüber hinaus bleiben die guten Werte für Schlagzähigkeit und Kerbschlagzähigkeit bei beiden Plattentypen über einen weiten Temperaturbereich stabil. Mit 2750 MPa (FR 3030) und 3800 MPa (MTR) ist der Elastizitätsmodul für nicht glasfaserverstärkte Produkte auffallend hoch. Bei einem Unfall bieten Bauteile aus diesen Materialien aufgrund ihrer Stabilität hohe Schutzwirkung. Werden die Platten zusätzlich mit einer Polyvinylidenfluorid-(PVDF-)Deckschicht ausgerüstet, können Farben oder Tinten kaum noch anhaften. Unerwünschte Graffities können einfach wieder entfernt, dauerhafte Schäden wirksam unterbunden werden. Zugleich bietet die PVDF-Schicht einen guten UV-Schutz und verhindert Verfärbungen der polymeren Bauteile.

Die Polymerblends von Bayer MaterialScience haben auch unter ökologischen Gesichtspunkten eine Menge zu bieten: Mit einem Chlor-, Brom- und Jodgehalt unter 0,2 Gew.-% und einem Fluorgehalt von weniger als 0,1 Gew.-% sind sie als halogenfrei klassifiziert (DIN/VDE 0472, Teil 815). Sie entsprechen den Auflagen zahlreicher Umweltsiegel, wie etwa dem Blauen Engel, der EU Ecolabel Euro Flower und dem schwedischen TCO-Prüfsiegel. Außerdem werden EU-Richtlinien wie RoHS (Restriction of the Use of Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment) und WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) erfüllt.

Wetcoats versus Wetcoats mit Plasmadeckschicht

Besonders kritische Oberflächen bietet die Verglasung im Fahrzeugbau. Um das Gewicht zu drücken und neue Geometrien realisieren zu können, versuchen alle Hersteller, Glas durch Kunststoffe zu ersetzen. Ein kritischer Punkt ist die Empfindlichkeit der Oberflächen: Trübungen führen sehr schnell zur Unbrauchbarkeit der Verscheibung. Mit verschiedenen Beschichtungen sollen die Kunststoffflächen resistenter gegen mechanische Beanspruchungen werden.

Die Abriebfestigkeit von Automobilscheiben aus Kunststoff oder Glas wird mit Hilfe des so genannten Taber-Tests (ASTM D 1044, DIN 52347) an Prüfkörpern ermittelt. Zwei Reibrollen drücken dabei mit definierter Kraft auf den jeweiligen Prüfkörper, der je nach Art der Scheibe für eine bestimmte Zahl an Umdrehungen rotiert. Das Ausmaß der resultierenden Oberflächentrübung (Haze) entscheidet über das Testergebnis.

Für bisher in Serie eingesetzte Polycarbonat-Scheiben war der Taber-Test dank schützender Nasslack (Wetcoat)-Beschichtungen kein Problem. Allerdings stellt er keine alltagsnahe Belastung dar und liefert daher auch keine zuverlässige Aussage über die wirkliche Abriebfestigkeit der Scheiben im „harten Autoleben“. Bayer Materialscience hat deshalb gängige Beschichtungssysteme unter Realbedingungen in einer kommerziellen Waschgarage geprüft – mit eindeutigem Resultat. „Reine Polysiloxan-Wetcoats sind deutlich abriebbeständiger als Nasslacksysteme mit Plasmadeckschicht. Auch nach 100 Waschzyklen tritt keine für das Auge sichtbare Trübung auf. Die gute Abriebbeständigkeit der reinen Wetcoat-Beschichtungen konnten wir außerdem an gebrauchten Polycarbonat-Serienscheiben verifizieren“, erklärt Peter Capellen, Coating-Experte im Automotive Glazing Team.

Für den „Waschstraßen-Test“ wurden Polycarbonat-Prüfplatten mit verschiedenen Beschichtungen auf einem Autodach befestigt. Das Fahrzeug durchlief über einen Zeitraum von mehr als drei Jahren einmal pro Woche die Autowaschanlage einer Tankstelle und wurde ansonsten im normalen Fahrbetrieb des Chemieparks genutzt. Die Bürsten der Anlage bestanden aus x-förmigen, gespleißten Polyethylen-Borsten. Gewaschen wurde mit Wasser ohne Zusatz von Wachs. Nach zehn Waschzyklen wurde die Lage der Prüfplatten auf dem Dach verändert, um positionsunabhängige Ergebnisse zu erhalten.

„Nach über 150 Waschzyklen in mehr als drei Jahren mit wöchentlichem Besuch in der Waschgarage bleibt die Trübung der Prüfplatten im Falle des reinen Wetcoats AS 4000 von Momentive Performance Materials unter einem Prozent. Sie ist daher für das Auge nicht sichtbar“, so Capellen. Dagegen übersteigt sie bei speziell für die Automobilverscheibung angebotenen Nasslack-Plasma-Beschichtungen schon nach etwa 50 Waschungen diesen kritischen Wert. Dies liegt auch daran, dass der Anfangswert der Trübung im Falle der Plasma-Systeme mit bereits knapp unter einem Prozent höher liegt. Außerdem treten relativ schnell punktförmige Enthaftungen der Plasmaschicht auf, so genannte Delaminierungen, die zu verstärkter Lichtstreuung und damit sichtbaren Trübung führen.
Um die Stichhaltigkeit dieser Ergebnisse zu prüfen, wurden verschiedene „gebrauchte“, mit reinen Wetcoats beschichtete Polycarbonat-Scheiben aus Serienfahrzeugen untersucht. Darunter waren zum Beispiel die hinteren, feststehenden Seitenfenster eines Kleinwagens aus dem Bayer-Polycarbonat Makrolon. Berücksichtigt wurden nur Scheiben, die älter als zwei Jahre waren. „Dabei zeigte sich, dass alle Teile selbst nach sechs Jahren Straßeneinsatz in den transparenten Bereichen eine Trübung von weniger als einem Prozent aufwiesen“, so Capellen. Auch der Oberflächenglanz im Schwarzbereich der Scheiben hatte kaum nachgelassen.

„Die Expertise, die wir unter anderem aus diesen Versuchen bei der Beschichtung von Polycarbonat-Scheiben gewonnen haben, ist Teil von Bayvision. Hinter dieser Marke steht ein Service-, Material- und Know-how-Paket, das wir Systemlieferanten und OEMs für Projekte zu Automobilscheiben aus Makrolon anbieten. Es reicht von der Auswahl maßgeschneiderter Werkstoffe über die kunststoff- und beschichtungsgerechte Konstruktion eines Verscheibungsbauteils bis hin zu geeigneten Verarbeitungsverfahren wie etwa dem Spritzprägen“, so Volkhard Krause, Leiter des Automotive Glazing Teams.

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