Weist ein Gegenstand vor oder kurz nach dem Kauf erhebliche Beschädigungen auf, so kommt es entweder zu keinem Kauf oder im Anschluss zu einer Reklamation. Eine angegriffene Oberfläche vermittelt automatisch geringe Qualität und ist weder vom Hersteller, Verkäufer noch Käufer gewünscht. Je höher der Preis des Produkts, umso niedriger ist die Toleranzgrenze der Käufer auch für kleinste Mängel. Gerade im Automobilbau spielt daher die Kratzbeständigkeit als Qualitätsmerkmal eine überdurchschnittlich große Rolle. Da jedoch die mechanische Einwirkung bei bestimmten Automobilbauteilen sehr hoch ist, besonders im Bereich der Einstiegsleisten, sind Spuren kaum zu vermeiden. Dennoch sollten diese so gering wie möglich ausfallen, um auch nach Jahren eine gute Qualität zu vermitteln.

Weniger Gewicht notwendig
Da die Anforderungen sowohl an das Interieur als auch an das Exterieur von Automobilen in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen sind, entscheidet längst nicht mehr nur die Motorleistung über den Kauf eines Autos. Die zunehmenden Ansprüche bei Komfort und Sicherheit erfordern es, Gewicht zu reduzieren. Aus diesem Grund gelten die leichten Kunststoffe als kostengünstige Alternative zu Materialien mit höheren Dichteeigenschaften. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von Kunststoffen ein hohes Maß an Individualisierung, einhergehend mit einer gesteigerten Wertanmutung. Mit dem Leichtbauwerkstoff Kunststoff lässt sich eine hohe Oberflächengüte bei optimal eingestelltem Glanzgrad erreichen. Das ist jedoch nicht nur aus optischen Gründen wichtig. Die vorherrschende Massenmobilität stößt an die Grenzen von Ressourcen und Kosten. Beispielsweise stieg der weltweite Pkw-Bestand im Zeitraum von 1960 bis 1996 um 862%¹. Bis 2005 erhöhte er sich um weitere 13% und führte dabei kontinuierlich zur Beeinträchtigung der Umwelt². Um das zu verhindern, muss die automobile Technik nachhaltiger, umweltfreundlicher und ressourcenschonender werden.

Eigenschaften maßschneidern
Bei der Verwendung von Kunststoffen für hochwertige Bauteile ist es besonders wichtig, den Werkstoff mit geeigneten Additiven und Füllstoffen zu modifizieren, um Eigenschaften maßzuschneidern bzw. zu verbessern. Speziell Polypropylen kann aufgrund seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten mit einer großen Bandbreite an Zuschlagstoffen modifiziert werden. Das führt zu einer Erweiterung des Spektrums an mechanischen Eigenschaften, z.B. dem Widerstand gegen mechanische Oberflächeneinwirkungen. Je besser beispielsweise die Kratzbeständigkeit eines Kunststoffbauteils ist, desto qualitativ hochwertiger erscheint seine Oberfläche. Gewünscht ist meist eine matte Oberflächenanmutung, jedoch geht diese meist mit einer erhöhten Kratzanfälligkeit einher. Besonders anfällig gegen mechanische Beschädigungen sind talkumgefüllte Polypropylen-Typen. Aus diesem Grund ist eine gezielte Ausrüstung zur Minimierung von Kratzern unerlässlich. In der Regel legen Automobilhersteller solche Forderungen im Lastenheft einer Neuentwicklung fest. Der Kunststoff wird dann für den gewünschten Zweck mit speziellen Additiven ausgerüstet.

Die Vorgaben der Automobilhersteller liegen bei einer messtechnischen Standardabweichung von kleiner als Delta E 1,5. Trotz der Ausrüstung des Kunststoffs durch entsprechende Additive kann die Kratzfestigkeit des Automobilbauteils nicht immer gewährleistet werden. Wichtig ist hierbei, möglichst schnell und ohne zusätzliche Kosten eine Alternative zu finden. Die Verwendung einer schützenden Lackschicht ist in diesem Zusammenhang keine kostensparende Alternative, sondern verursacht lediglich zusätzliche Kosten. Der Grafe Gruppe, Blankenhain, ist es mit speziellen Masterbatches gelungen, diese technischen Herausforderungen zu meistern und eine kostenneutrale Variante zu entwickeln.

Qualität prüfen
Um Kunststoffe qualitativ aufzuwerten, sind auch zuverlässige Prüfungsmethoden notwendig. So eignet sich beispielsweise zur Überprüfung der Kratzbeständigkeit der Erichsen Scratch Hardness Tester (Hersteller: Erichsen GmbH & Co.KG, Hemer). Bei diesem Verfahren wirkt eine Hartmetall-Kugelspitze (Durchmesser 1 mm, Auflagekraft bis 50 N möglich) des Geräts auf den Probekörper ein und verursacht Risse auf dessen Oberfläche, deshalb spricht man auch von einer Ritzhärteprüfung³. Durch die definierten, sich kreuzenden sowie rechtwinkligen Schnitte entsteht ein Gitterschnittraster von 20 Schnitten mit 2 mm Schnittabstand⁴. Mit Hilfe dieser genormten Vorgehensweise wird die Oberflächenqualität des Probekörpers beurteilt. Gerade bei unzureichender Modifizierung neigt der Kunststoff zu abgeplatzten Teilstücken sowie Brüchen und stark unruhigen Prüfrissen. Beurteilt werden kann dieser Effekt auf dem belasteten Teil des Prüfkörpers, der deutlich aufgehellt erscheint. Diese Aufhellung ist mit einem Spektrophotometer messbar und in Zahlenwerten dokumentierbar. Das Ergebnis wird anschließend mit Norm- und Kennwerten verglichen. Der daraus resultierende Wert Delta L zeigt die Abweichung der Helligkeit. (Bedingungen: Lichtart D65, Messgeomtrie d/8 unter Glanzauschluss, Messöffnung Ø 27mm). Eindeutige Vorteile liegen bei diesem Vorgang in der Präzision sowie der Reproduzierbarkeit der Mess- und Prüfergebnisse unter den gegebenen Normvorgaben.

Oftmals wird die Kratzbeständigkeit mit einer zunehmenden Härte des Kunststoffs gleichgesetzt. Je härter der Kunststoff, umso weniger anfällig ist er gegen Kratzer. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass nicht die Härte entscheidend ist, sondern die Fähigkeit nach mechanischer Beanspruchung keine Abnutzung aufzuweisen. Ab einem gewissen Grad an Härte kann ein Gegenstand unter Umständen schwer bis gar nicht in den Kunststoff eindringen, ein weiches und damit nachgiebiges Kunststoffbauteil zeigt häufig eine höhere Kratzanfälligkeit. Eine elastische und leicht flexible Oberfläche kann den mechanischen Einflüssen jedoch ausweichen, so dass lediglich eine Spur in Form von plastischer Verformung entsteht. Optisch ist dieser Vorgang weniger auffällig als das Aufreißen bei sehr harten Kunststoffen. Die multiple Streuung des reflektierenden Lichts führt dazu, dass der Kratzer weiß erscheint und somit mit dem bloßen Auge deutlich erkennbar ist. Bei einer plastischen Verformung kommt es bei Messungen mit dem Spektrophotometer zu keiner multiplen Streuung und somit erscheint ein Kratzer nicht deutlich weiß. Dies führt zu einer Art „Selbstheilung“ des Kunststoffs.

Literatur
¹ Kraftfahrt-Bundesamt: Jahresbilanz des Fahrzeugbestandes. Flensburg, 2013
² Kraftfahrt-Bundesamt: CO2-Monitoring und Energieeffizienz. Flensburg, 2013
³ Erichsen: Von der Natur des Kratzens - Grundsätzliches sowie Möglichkeiten der praktischen Anwendung. Maßstab für Qualität seit 1910. Hemer, 2013
⁴ Erichsen: Mess- und Prüfgeräte für die Oberflächentechnik. Hemer, 2013