K.D. Feddersen: Metallersatz im Motorraum durch innovatives Kurzglasfaser-PP

Als Folge wachsender Anforderungen an die Werkstoffe erweist sich die Modifizierung seit langem bewährter Thermoplaste, durch spezielle Ausrüstungen oder durch Verstärkungsmaterialien, als besonders geeignete anwendungsspezifische Problemlösung. Hierbei werden Verstärkungsstoffe in der Kunststoff-Matrix homogen verteilt und können gegebenenfalls, wie z.B. bei Glasfasern, mit speziellen Additiven an die PP-Matrix chemisch angekoppelt werden. Das teilkristalline Polypropylen (PP) findet als Basiswerkstoff Verwendung.

Eine Trägerplatte für eine Sitzkonstruktion im Automobilbereich wurde bei einem führenden Kunststoffverarbeiter zunächst mit einem Standard PP, 30 % glasfaserverstärkt, produziert. Bei der Montage der Fertigteile stellte sich jedoch heraus, dass das Material leider nicht die nötige Festigkeit für diese Anwendung aufwies und das Bauteil an den Verbindungsstellen gebrochen ist. Nach genauer Überprüfung der Bauteilanforderungen gemeinsam mit einem Anwendungstechniker des Kunststoff-Distributeurs K.D. Feddersen (www.kdfeddersen.com), wurde eine Optimierung des Bauteils und des Designs erarbeitet. Bei der Auswahl des geeigneten Werkstoffes fiel die Wahl auf eine Hostacom Type, einem PP-Homopolymer aus dem Hause LyondellBasell Industries.

Generell zeigen Thermoplaste ein typisches Kriechverhalten. Sie verformen sich im Laufe der Zeit bei mechanischer Beanspruchung bereits bei Raumtemperatur. Das hier eingesetzte speziell modifizierte Hostacom G3 R05, ebenfalls 30 % glasfaserverstärkt, jedoch chemisch gekoppelt, weist nur eine geringe Kriechneigung bei Belastung auch bei höheren Temperaturen auf. Seine Wärmealterungsbeständigkeit ist zudem sehr hoch.

Bei der chemischen Kopplung wird die Bindung zwischen Glasfaser und Matrix erhöht, sodass eine Verbesserung der Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Kerbschlagzähigkeit gegenüber herkömmlichen glasfaserverstärkten Werkstoffen auftritt. Die meisten Eigenschaften einer chemisch gekoppelten Glasfaser in Verbindung mit einer optimierten Polymermatrix lassen sich hierbei mit denen eines LGF-Werkstoffes vergleichen.

Das Bauteil konnte nach den durchgeführten Modifikationen mit dem neu gewählten Werkstoff entsprechend den Vorgaben des Endabnehmers gefertigt und montiert werden.

Einsatz von glasfaserverstärktem PP für Front-End Bauteil
Eine Innovation ist auch der Einsatz von Kurzglasfaser-PP in der Produktion des Front-Ends (Bild) im neuen VW Tiguan, da dieser Anwendungsbereich traditionell von Metallen oder anderen technischen Kunststoffen abgedeckt wurde.

Hohe Temperaturen, Schläge und Vibrationen sind typische Bedingungen im Motorraum, die hohe Herausforderungen an die verwendeten Bauteile stellen. Schlagzähigkeit, Dimensionsstabilität, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit sind unerlässliche Eigenschaften für alle in diesem Bereich verwendeten Materialien. Für VW sei neben diesen Eigenschaften zudem ein ausgewogenes Kosten-Nutzen Verhältnis entscheidend gewesen. Beim Hostacom G3R05 wurde durch Modifikation der Polymer-Matrix eine erhöhte Schlagzähigkeit mit beispielloser Steifigkeit sowie einem Biegemodul von mehr als 7.000 MPa (an Prüfplatten) erreicht. Entsprechende Statik- und Dynamik-Tests sowie Dauerschwingungsversuche verliefen positiv, sodass eine Zulassung des Werkstoffes für die Front-End Anwendung bei Volkswagen erfolgte.

Weiterhin sei für diese neue Generation der glasfaserverstärkten Kunststoffe charakteristisch, dass die Fasern im gesamten Bauteil sehr regelmäßig verteilt und von gleichmäßiger Länge sind. Dies bewirke eine geringe Verzugsneigung der Bauteile und das Material lasse sich auch für Spritzgussteile mit komplexer Geometrie einsetzen.

Hostacom-Produkte aus dem Hause LyondellBasell Industries wurden speziell für den Einsatz im Kfz-Innen- und Motorraum sowie für Elektronikanwendungen konzipiert. Neben unverstärkten Produkten und Produkten mit den Verstärkungsstoffen Mineral und Glas, die insbesondere Steifigkeit, Zähigkeit, Schwindungsverhalten, Kriechverhalten, mechanische Festigkeit, Wärmeformbeständigkeit und die Verarbeitbarkeit beeinflussen, gibt es auch leichtfließende Typen. Mit diesen können vor allem die Zykluszeiten und damit die Produktionszeit und letztendlich auch die Produktionskosten positiv beeinflusst werden. Durch die Verwendung dieser leichtfließenden Typen besteht beispielsweise die Möglichkeit zur Reduzierung der Formteilwandstärke und der Produktion von verzugsarmen Formteilen.

Metallsubstitution im Motorraum
Bei der Substitution von Metallen im Motorraum spielt die hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit des Werkstoffes bei geringer Kriechneigung eine entscheidende Rolle.

Eine bessere Geräusch- und Schwingungsdämpfung im Vergleich zu ABS (Beispiel Unterbodenverkleidung, Motorkapselung oder Gehäuse von Elektronikteilen) bringt für den Endanwender entscheidende Produktvorteile. Die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstoffes kann sowohl matt und kratzfest (Anwendung: Kfz-Säulenverkleidung) als auch hochglänzend für Sichtteile ausgerüstet werden.

Spezielle emissions- und geruchsarme Typen für die Anwendung im Fahrzeuginnenraum sowie in Kfz-Heizungs- und Klimagehäusen runden die vielseitigen und flexiblen Eigenschaften dieses Produktes ab. Zur besseren Abgrenzung der Einsatzgebiete tragen PP-Typen für Kfz-Innenanwendungen und Motorraum sowie für Elektroanwendungen aus dem Hause LyondellBasell Industries den Handelsnamen Hostacom, Produkte für den Kfz-Außenbereich werden unter dem Handelsnamen Hifax vertrieben. Eine neue Produktfamilie, die sich durch hohe Weichheit, Flexibilität und außergewöhnliche Haptik auszeichnet, wird unter dem Handelsnamen Softell angeboten.

K. D. Feddersen GmbH & Co. KG, Hamburg

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