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Mit innovativen Ultramid®-Werkstoffen die Systemkosten senken |
Technische Kunststoffe: Die Entwicklung geht weiter
Mit innovativen Ultramid®-Werkstoffen die Systemkosten senken
Ausführungen von Dr. Jochen Engelmann, Marketing Ultramid®
22. Juni 2004, Fachpressekonferenz zur K 2004 in Ludwigshafen
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Mit der Entwicklung neuer Ultramid®-Compounds bietet die BASF ihren Kunden intelligente Lösungen, die dazu beitragen, die Systemkosten eines Bauteils über den gesamten Herstellungsprozess zu reduzieren. Dazu kann man an drei Punkten ansetzen:- Reduzierung der Werkstoffkosten,
- Reduzierung der Fertigungskosten im Spritzguss,
- Reduzierung der Nachbearbeitungskosten.
Drei Neuheiten aus der Ultramid-Produktentwicklung zeigen, wie sich in diesen drei Bereichen Kosten sparen lassen (Bild 1).
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Reduzierte Werkstoffkosten: verbesserte Wärmestabilisierung
Mit ihrer zunehmenden Leistungsfähigkeit halten Kunststoffe immer stärker Einzug in Bereiche mit sehr hoher Temperaturbelastung, wo sie Anwendungen aus Metall ersetzen. Nicht selten treten zum Beispiel im Automobil-Motorraum Betriebstemperaturen von 180-200 Grad Celsius auf, so dass in diesem Segment zur Zeit noch teure teilkristalline Hochtemperatur (HT)-Polymere wie Polyphthalamid (PPA) oder Polyamid 46 (PA46) zum Einsatz kommen.
Mit Ultramid A3WG10 schwarz 20560 HS (highly stabilized) hat die BASF einen neuen Compound entwickelt, der auf PA66 mit 50 Prozent Glasfasern basiert. Aufgrund seines hervorragenden Wärmealterungsverhaltens stellt das Material eine leistungsfähige und kostengünstige Alternative zu den Spezialpolymeren dar. Bei den mechanischen Eigenschaften, wie etwa der Bruchspannung, zeigt Ultramid A3WG10 HS nach 1.000 Stunden Wärmealterung bei 190 Grad Celsius eine ähnliche Stabilität wie die derzeit eingesetzten Produkte (Bild 2). Betrachtet man die Festigkeit bei den typischen Gebrauchstemperaturen, ist A3WG10 HS sogar deutlich überlegen.
In Kundenversuchen führt das Ultramid trotz seines hohen Füllgrades zu Formteilen mit sehr guter Oberflächenqualität. Das Material zeigt beim Vibrationsschweißen eine außerordentlich gute Verschweißbarkeit und auch nach Wärmealterung exzellente Schweißnahtfestigkeiten.
Auch bei der Spritzgussverarbeitung ergeben sich Vorteile für das neue Ultramid, denn es kann bei Standard-PA66-Bedingungen verarbeitet werden. Daher sind keine aufwändigen und kostspieligen Spezialaggregate notwendig, um die bei HT-Polymeren benötigten hohen Masse- bzw. Werkzeugtemperaturen zu erzeugen. Das neue Material bietet dem Kunden also nicht nur Vorteile bei den Werkstoffkosten, sondern auch bei der Fertigung (Bild 3).
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Reduzierte Fertigungskosten: verbesserte Fließfähigkeit
Die Kosten für die Fertigung eines Spritzgussteils werden im Wesentlichen durch die Investitionen in Anlagen und Werkzeuge sowie durch die Zykluszeit, oder mit anderen Worten, den Ausstoß an Teilen pro Zeiteinheit, bestimmt. Um hier anzusetzen, ist also die Entwicklung von Compounds vorteilhaft, die eine niedrige Schmelzeviskosität aufweisen. Sie lassen sich einerseits bei niedrigeren Massetemperaturen verarbeiten und erlauben so kürzere Kühl- und damit Zykluszeiten. Werden sie andererseits bei Standard-Massetemperaturen verarbeitet, resultieren Vorteile in der Fließfähigkeit. Dann können Spritzgießmaschinen mit geringerer Schließkraft oder vereinfachte Angusssysteme verwendet werden und die Investitionskosten sinken.
Compounds mit guter Fließfähigkeit haben jedoch oft Nachteile bei den mechanischen Eigenschaften, vor allem bei der Schlagzähigkeit. Daher hat sich BASF bei der Entwicklung der neuen Ultramid HP-Typen (high productivity) das Ziel gesetzt, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Fließfähigkeit und mechanischen Eigenschaften zu erhalten (Bild 4).
Ein Beispiel ist das neue Ultramid B3WGM24 HP: Das mit 10 Prozent Glasfasern und 20 Prozent Mineral verstärkte PA6 wird bevorzugt für Motorabdeckungen eingesetzt. Bei diesen großflächigen Teilen ist eine gute Fließfähigkeit des Compounds, aber auch die Zähigkeit und Dehnbarkeit des Materials von Bedeutung. Gegenüber dem Standard-Werkstoff fließt Ultramid B3WGM24 HP um 40 Prozent besser und bietet die selbe Festigkeit. Bei Schlagzähigkeit und Bruchdehnung ergeben sich im Gegensatz zu Standard-Typen im BASF-Sortiment nur Einbußen von rund zehn Prozent. Dies kann bei der Anwendung für Motorabdeckungen meist toleriert werden (Bild 5). Wettbewerbsprodukte verlieren hier deutlich mehr (mehr als 30 Prozent).
Ein weiteres Beispiel ist das mit 30 Prozent Glasfasern verstärkte Ultramid B3EG6 HP, das speziell für das Segment Elektrohandwerkzeuge entwickelt wurde. Hier liegen erste positive Rückmeldungen von Kunden vor. Das ist deshalb bemerkenswert, weil gerade bei diesen Anwendungen sehr hohe Anforderungen an die Zähigkeit des Materials gestellt werden.
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Reduzierte Nachbearbeitungskosten: metallische Oberflächen
Zwischen der Spritzgussfertigung und der Endmontage erfährt ein Bauteil in vielen Fällen mindestens einen Nachbearbeitungsschritt. Neben klassischen Fügetechniken wie Schweißen, Kleben oder Schrauben zählen dazu auch Veredelungsschritte für die Oberfläche wie Bedrucken oder Lackieren.
Eine Ultramid-Neuentwicklung der BASF betrifft deshalb metallisch eingefärbte Compounds, die ohne einen zusätzlichen Lackierungsschritt ein hochwertiges metallähnliches Aussehen vermitteln. Neben den bereits seit einiger Zeit im Markt etablierten, auf PA6 basierenden Produkten B3EG6 titangrau für Saugrohranwendungen und B3GM24 alusilber für Motorabdeckungen, wird das Portfolio der BASF jetzt durch ein neues Produkt auf Basis von PA66 ergänzt.
Ultramid A3HG7 titangrau mit 35 Prozent Glasfasern zielt besonders auf das Anwendungssegment Zylinderkopfabdeckungen. Mit dieser Neuheit ist es der BASF als erstem Rohstofflieferant gelungen, ein Additiv-System zu entwickeln, das auch bei den erhöhten Verarbeitungs- und Anwendungstemperaturen des PA66 eine sehr hohe Farbstabilität bei außerordentlicher Oberflächengüte gewährleistet (Bild 6).
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