Treffpunkt Kunststoff: Füllstoffe und Additive zur Funktionalisierung von Kunststoffen

  1. Aufmacherbild_collage_kfz_Bildquelle Polymaterials


Die Nachfrage nach funktionalisierten Kunststoffen und Kunststoffbauteilen in der Automobil- und
Elektroindustrie nimmt immer mehr zu. Um Produkte mit spezifischen Eigenschaften wie
Wärme und elektrische Leitfähigkeit, mechanische Stabilität oder sensorische Funktionalitäten
entwickeln und herstellen zu können, gilt es, die richtige Kombination an Additiven und
Füllstoffen in Verbindung mit der eingesetzten Produktionstechnologie zu optimieren.

„Füllstoffe und Additive zur Funktionalisierung von Kunststoffen“ lautete so auch das Thema
der diesjährigen Tagungsreihe der Gemeinschaftsinitiative Treffpunkt Kunststoff des
Kunststoff-Netzwerk Franken (KNF) und des Cluster Neue Werkstoffe (CNW). Am 10. Juli
2014 widmete sich die erste einer zweireihig angelegten Veranstaltung den Möglichkeiten zur
thermischen und elektrischen / elektromagnetischen Funktionalisierung von Kunststoffen.
Fachexperten aus ganz Deutschland kamen nach Bayreuth, um gemeinsam innovative
Möglichkeiten zur Kunststofffunktionalisierung kennen zu lernen und zu diskutieren.
Geschäftsführer Hans Rausch vom KNF und Prof. Dr. Rudolf Stauber, Sprecher des CNW
und Geschäftsführer der Fraunhofer Projektgruppe IWKS begrüßten die Teilnehmer und
führten durch den Tag.

Im Bereich der elektrisch leitenden Kunststoffe eröffnen sich heute insbesondere in der
Lichttechnik völlig neue Wege zur Realisierung von Produkten. So werden voll
funktionsfähige LED-Lichtleisten in nur einem Prozessschritt in einem Werkzeug gefertigt, wie
Dr. Winfried Schmidt, OECHSLER AG, zeigte. Die Realisierung solcher komplexen Bauteile
bei gleichzeitiger Integration verschiedenster Funktionen wird nur durch intelligente
Verfahrenskombinationen möglich. Eine Zukunftsvision stellt dabei die Verbindung der
Kunststofftechnik mit dem 3D-Druck dar, wie der Dr. Winfried Schmidt weiter ausführte.

Neue Compounds zu entwickeln ist eine sehr komplexe Aufgabe. Betrachtet man alleine die
thermoplastischen Kunststoffe, ergeben sich auf der Basis von rund 100 verschiedenen
Thermoplasten plus einer Vielzahl an Additiven und deren Kombinationen Millionen
Kombinationsmöglichkeiten für die Entwicklung. Um zeit- und kostenaufwendige
Laborversuche zu vermeiden, hat die polyMaterials AG das „high troughput screening System
(HTS)“, entwickelt, welches es ermöglicht, in kurzer Zeit eine Vielzahl von
Kombinationsmöglichkeiten und Varianten zu testen und zu analysieren. Dieses System
erlaubt es, bis zu 10 mal mehr Rezepturen pro Woche herzustellen, zu testen und zu
evaluieren als es auf herkömmlichem Wege bisher möglich war, erläuterte Dr. Gerhard Maier,
polyMaterials AG, in seinem Vortrag.

Das Potential der Kunststofftechnologie für den Einsatz in der modernen Lichttechnik zeigte
Dr. Christoph Heinle, RF Plast GmbH, auf. Die RF Plast GmbH nutzte einen Bornitrid-
Kunststoff-Compound als Basis für Kühlk.rper und entwickelte hieraus eine LED-Lampe auf
der Grundlage der MID-Technologie, welche gegenüber den heutigen aluminiumbasierten
Lampen große Gewichtsvorteile aufweist.

Ein Großteil der Eigenschaften eines Kunststoffs wird durch die Matrix definiert. Um zu
thermisch leitfähigen Kunststoffen zu kommen, ist es notwendig, den leitenden Füllstoff in
ausreichender Menge in der Matrix zu verteilen, um spezifische Füllstoffgehalte zu realisieren.
Damit beeinflusst die Auswahl des einzusetzenden Compounds das werkstoffgerechte Design
des späteren Bauteils, wie Dr. Luca Posca, LATI Industria Termoplastici S.p.A., darlegte.
Die Zunahme der Integration von Elektronik, z.B. in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, lässt
den Bedarf an elektrostatischer Abschirmung bei Kunststoffteilen wachsen. Da Kunststoff an
sich elektrisch nicht leitend ist, müssen hier Strategien und Bauteilkonzepte entwickelt
werden, die eine Abschirmung gewährleisten. Durch den Einsatz von elektrisch leitfähigen
Kunststoffen und eines EMV-gerechten Bauteildesigns können maßgeschneiderte Lösungen
entwickelt werden, wie Dr. Andreas Abbach, EMCC DR. RAŠEK, anschaulich darstellt.

Das Potential, das Carbon-Nano-Tubes (CNT) bieten, um die elektrische Leitfähigkeit von
Kunststoffen zu erreichen, stellte Dr. Walter Schütz, FutureCarbon GmbH, vor. CNTs können
chemisch modifiziert und in geeigneten Systemen dispergiert werden, um sie als Additive für
Compounds, als Lacke oder als Beschichtung zu nutzen. Aufgrund ihrer elektrischen
Leitfähigkeit eignen sie sich z.B. sehr gut, um Flächenheizungen z.B. für den automobilen
Innenraum und in der industriellen Wärmetechnik zu realisieren.

Werkstoff und Eigenschaftssimulation

Die vielfältigen Einflüsse der Matrix und der Füllstoffe sowie deren Wechselwirkungen machen
für eine effiziente Bauteilentwicklung den Einsatz von Simulationswerkzeugen notwendig. So
kann z.B. mittels der μCT oder der focused ion beam Spektroskopie die Mikrostruktur der
Matrix sichtbar und für die Simulation zugänglich gemacht werden. Damit lässt sich die
statistische Verteilung der Struktur ohne aufwendige Analysen untersuchen, Gerade auf der
Mikroebene basiert die Simulation auf einfachen Gesetzmäßigkeiten wie dem Fourier-Gesetz,
das genutzt werden kann, um diese Ebene parallel zu skalieren und somit größere Strukturen
darzustellen, wie Dr. Andreas Wiegmann von der Math2Market GmbH am
Anwendungsbeispiel CNT-gefüllter Polymere erläuterte.

Eine weitere Möglichkeit bildet die Multiskalensimulation, um lokale Werkstoffeigenschaften
mit der Bewertung ganzer Bauteile zu verknüpfen und praxisrelevante Aussagen abzuleiten.
Dabei können Struktureigenschaftsbeziehungen gewonnen werden, aus denen sich
vielversprechende Lösungen vorhersagen lassen. „Es zeigt sich, dass die Simulation eine
neue Form des Denkens ist, denn mit schnellen Simulationen kann man experimentieren und
gewinnt neue Erkenntnisse auf spielerische Art“, so Dr. Jan Seyfarth, e-Xstream engineering.

Die Veranstaltung behandelte Themen von der Simulation über die Compoundentwicklung
bis hin zur Fertigung elektrisch und thermisch funktionalisierter Bauteile. In ihrem
abschließendem Vortrag spannte Dr. Marieluise Lang, SKZ – KFE gGmbH den Bogen zur
Folgeveranstaltung aus der Reihe „Treffpunkt Kunststoff: Füllstoffe und Additive zur
Funktionalisierung von Kunststoffen“ am 06. November 2014 in Kronach. Schwerpunkt dieser
Veranstaltung ist dann die mechanische und sensorische Funktionalisierung.

Weitere Informationen zum Kunststoff-Netzwerk Franken finden sie unter:
www.kunststoff-netzwerk-franken.de

und zum Cluster Neue Werkstoffe unter:
www.cluster-neuewerkstoffe.de


Referenten und Veranstalter waren von den positiven Rückmeldungen zur Tagung
begeistert.

(v.l.n.r.: Dr. Marcus Seitz (CNW), Dr. Jan Seyfarth (hi), Dr. Andreas Wiegmann,
Dr. Christoph Heinle, Dr. Winfried Schmidt, Dr. Andreas Abbach, Dr. Marieluise Lang, Dr.
Gerhard Maier, Dr. Luca Posca, Hans Rausch (KNF), Prof. Dr. Rudolf Stauber (Sprecher
Cluster CNW)

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