Borealis: Neue kohlefaserverstärkte Polypropylenlösungen für Automotive

Borealis, Anbieter von Lösungen in den Bereichen Polyolefine, Basischemikalien und Pflanzennährstoffe, kündigt den Ausbau seiner "Fibremod"-Technologie-Palette mit kohlefaserverstärkten Polypropylensorten an. Borealis‘ Fibremod-Palette wird nun durch "Fibremod" Carbon, ein kohlefaserverstärktes Polypropylen, erweitert. Diese Ergänzung des Portfolios soll der Automobilindustrie dabei helfen, die Vorteile kohlefaserverstärkter Kunststoffe zu nutzen, wie beispielsweise das hervorragende Dichte-Gewicht-Verhältnis, das erhebliche Gewichtsreduktionspotenzial sowie die verbesserten Möglichkeiten zur Funktionalisierung und Modularisierung der Bauteile. Außerdem soll die wirtschaftliche Effizienz der Fibremod Carbon-Palette zur weiteren Verbreitung dieses möglicherweise revolutionären Materials in der Automobil-Massenproduktion beitragen.

Angetrieben durch das Ziel, den Treibstoffverbrauch sowie die Gesamtbetriebskosten zu senken, nahm die Luftfahrtindustrie durch die Verwendung von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFRP) eine Pionierrolle in der Entwicklung der Leichtbauweise ein. Darüber hinaus fanden CFRP durch den Einsatz in hochwertigen Sportwagen und Motorsportfahrzeugen eine wichtige Nische.

Durch die immer lauter werdenden Forderungen nach verbesserter Treibstoffeffizienz halten diese Materialien nun auch Einzug in normalen PKW. Gesetzliche Vorschriften der Europäischen Union, um die CO2-Emissionen von Neuwagen bis 2020 auf durchschnittlich 95g/km zu senken, sowie die US Corporate Average Fuel Economy-Norm (CAFE), die darauf abzielt, die Fahrleistung von Neuwagen bis 2025 von 17 bis 26 Kilometer pro Liter zu steigern, sorgten für einen dringenden Bedarf an leichtgewichtigen Werkstoffen.

Spezifische Biegesteifigkeit von Fibremod mit Glasfaser (GF) und Kohlefaser (CF) im Vergleich zu üblicherweise verwendeten leichtgewichtigen Metall- und Polyamid- (PA-) Lösungen - (Grafik: Borealis).

OEMs und Tiers reservieren weiterhin einen großen Teil ihrer F&E-Budgets für die Entwicklung neuer Ideen für den Leichtbau in der Fahrzeug-Massenproduktion. Die Verwendung von Kohlefasern ermöglicht eine maßgebliche Verbesserung der Steifigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Glasfasermaterialien. Fibremod Carbon-Werkstoffe weisen laut Anbieter eine Steifigkeit auf, die es demnach bei Polypropylenen zuvor noch nicht gegeben hat, und erreichen bis zu 20.000 Megapascal (Mpa) in Verbindung mit einer außerordentlich geringen Dichte. Die spezifische Steifigkeit biete eine Möglichkeit zum Vergleich von Dichte und Steifigkeit unterschiedlicher Materialien, um so die effektivste Lösung zu ermitteln. Dies gilt als eine gängige Methode zur Nutzenevaluierung und Optimierung der Leichtbauweise. Im Rahmen dieses Vergleichs übertreffe Fibremod Carbon sogar leichtgewichtige Metalle wie Aluminium oder Magnesium, wodurch ein Gewichtseinsparungspotenzial von mehr als 60 Prozent im Vergleich zu Stahl ermöglicht werde. In der Praxis bedeute dies, dass Bauteile mit ähnlicher oder sogar höherer Steifigkeit und geringerem Gewicht entwickelt werden können. Für Strukturbauteile kann die Geometrie angepasst werden, um für eine optimale Nutzung der verbesserten Steifigkeit zu sorgen, was weiteres Potenzial für Gewichtseinsparungen schafft.

Fibremod Carbon - Leichtbau mit Kohlefasern
Das Borealis Fibremod Carbon-Technologie-Portfolio wird als eine äußerst kosteneffektive Alternative zu anderen technischen Polymeren, Hochleistungspolymeren oder auch leichtgewichtigen Metallen beschrieben. Mit Fibremod Carbon können demzufolge die gleichen Gewichtseinsparungen erzielt werden wie mit üblicherweise verwendeten Materialien wie Magnesium oder kohlefaserverstärktem Polyamid. Ein zusätzlicher Vorteil in diesem Zusammenhang sei die Vermeidung von Kontaktkorrosion und Feuchtigkeitsaufnahme sowie die Eignung der Werkstoffe für günstige Spritzgussprozesse, wobei nur halb so hohe Kosten wie mit herkömmlichen Materialien anfallen würden. Auch im Vergleich zu Aluminium sollen sich erhebliche Kostenvorteile ergeben; ein Vergleich mit PA6-GF30 veranschaulicht einen neutralen Kostenvorteil, allerdings ein um 30 Prozent höheres Gewichtsreduktionspotenzial (siehe Grafik).

Relative Materialkostensteigerung pro Kilogramm an Materialeinsparungen beim Vergleich von üblicherweise verwendeten Materialien wie Metallen, Polyamid (PA) und Fibremod - (Grafik: Borealis).

Entwicklungszeit und Kosten senken
Da kohlefaserverstärkte PP-Werkstoffe von Natur aus komplex sind, ist für ihre Entwicklung intensives Engineering erforderlich. Aus diesem Grund entwickelte Borealis computergestützte Methoden zur Prognose der Faserorientierung und -verteilung, was eine integrative Simulation der Performance der Endanwendung ermöglicht. Darüber hinaus hat Borealis moderne Testmethoden und Standards für faserverstärktes PP entwickelt und arbeitet an der weiteren Verbesserung seiner Modellierungs- und Simulationsmethoden. Das bedeutet, dass Borealis seinen Kunden umfassenden Support bei der Entwicklung und Implementierung neuer leichtgewichtiger Lösungen auf Basis von Fibremod Carbon bieten kann; die teure Entwicklung von Prototypen sowie die physischen Tests der Endanwendungen können somit auf ein Minimum reduziert werden.

Drei neue Sorten der Fibremod-Palette:

"Fibremod" CB201SY: ein 20% kohlefaserverstärktes technisches PP mit optimiertem Verhältnis von Leistungsstärke und Gewichtseinsparung
"Fibremod" CB301SY: ein 30% kohlefaserverstärktes technisches PP, das Gewichtseinsparungen von bis zu 40% im Vergleich zu anderen derzeit verwendeten Materialien ermöglicht
"Fibremod" CB401SY: ein 40% kohlefaserverstärktes technisches PP mit extrem hoher Steifigkeit, durch die leichtgewichtige Hochleistungskunstoffanwendungen ermöglicht werden

Diese neuen Werkstoffe eignen sich insbesondere für Anwendungen wie Kettenspanner, Pumpengehäuse, Scheinwerfergehäuse, Ölwannen, Sitzrahmen, Armlehnen, Schaltkulissen und Schiebedachrahmen. Außerdem wird die Möglichkeit einer Verwendung für Strukturteile und für Anwendungen unter der Motorhaube sowie für Motorradbauteile ausgelotet.

Weitere Informationen:
www.borealisgroup.com, www.borealisdrivingtomorrow.com, www.borouge.com

Kongress "Kunststoffe im Automobilbau", 09.-10. März 2016, Mannheim

Borealis AG, Wien, Österreich

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