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Kunststoffe

Kostengünstig zum Highend-Interieur Thermoplastische Polyurethane (TPU) eröffnen Automobil-Designern bei der Gestaltung des Fahrzeug-Innenraumes interessante Möglichkeiten. Besonders vielversprechend ist ihre Kombination mit bewährten PC-Blends im 2K-Spritzguss. Voraussetzung ist jedoch eine gute Haftung zwischen den Werkstoffen: Bayer MaterialScience macht mit einer Reihe technisch aufeinander abgestimmter Materialpaarungen aus einem umfangreichen Werkstoff-Baukasten stabile und schlagzähe Spritzguss-Bauteile mit der gefragten SoftTouch-Haptik in einem kostengünstigen Fertigungsverfahren zugänglich.

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1 Einleitung Kunststoffe sparen im Automobilbau nicht nur Gewicht und Montagekosten, sie werden in diesem Sektor zunehmend auch als Designerwerkstoffe wahrgenommen. Sie erlauben es dem OEM, sich nicht nur durch Motorleistungs- und Verr brauchsdaten, sondern auch mit mutiger Gestaltung etwa der Scheinwerfer oder des Cockpits von den Mitbewerbern abzuheben; so helfen Kunststoffe mit, facettenreiche „Produktpersönlichkeiten“ und damit neue Kaufanreize zu schaffen, Bild 1. In jüngerer Zeit hat die Entwicklung zum hochwertigen, gleichwohl kostensparenden Design-Kunststoff neue Impulse erhalten. So genannte Soft-Touch-Oberr flächen, die vom Kunden als besonders hochwertig empfunden werden, sind auf dem Vormarsch. Zugleich gelingt es, dem Kunststoff durch effiziente Verarbeitungstechniken wie dem Zweikomponenten-(2K-)Spritzguss weitere Wirtschaftt lichkeitsreserven zu erschließen. Aktuelle Entwicklungen bei Bayer MaterialScience führen beide Trends zusammen: Ein neues Verfahren macht per 2K-Spritzguss kostengünstig hergestellte Bauteile für den Cockpit-Bereich zugänglich, denen ein tragender Kern aus einem Polycarbonat-Blend hervorragende mechanische Kennwerte verleiht und die sich durch direkte Kombination

mit dem TPU Desmopan in einem Verarr beitungsschritt zugleich mit der gefragten Soft-Touch-Haptik ausstatten lassen – ohne aufwendige Lackierung oder Vorbehandlung. Auch innovative hart-weiche Kombinationen unter Beteiligung der im Automobilsektor etablierten PC-Konstruktionswerkstoffe werden nun wirtschaftlich verfügbar.

2 Polycarbonat-Blends Das Polycarbonat (PC) Makrolon und seine Blends gehören zu den Kunststoffen, die vom Trend zu immer hochwertigeren polymeren Werkstoffen im AutomobilInterieur profitieren konnten. Ein großer Teil der globalen PC-Blend-Produktion wird in der Automobilindustrie verr braucht. Bauteile, die bei einem Unfall weder brechen noch splittern dürfen, sind eine Domäne dieser Blends. So überzeugt etwa der amorphe, thermoplastische PC-Blend Bayblend (PCABS) – gerade auch im Vergleich zu Polyy propylen (PP) und reinem ABS – unter anderem durch eine hohe und einstellbare Wärmeformbeständigkeit sowie mit einer guten Dimensionsstabilität und Steifigkeit über einen weiten Temperaturbereich. In crashrelevanten Bereichen ist außerdem seine gute Duktilität beziehungsweise Schlag- und Kerbschlagzähigkeit von Vorteil, die auch bei nied-

Die Autoren

Dipl.-Ing. Jürgen Hättig verantwortet das Key Account Management Automotive und Sport & Leisure für verschiedene Regionen innerhalb der Business Unit Thermoplastische Polyurethane der Bayer MaterialScience AG in Dormagen.

Dr. Eckhard Wenz leitet den technischen Produktservice für Polycarbonat und Polycarbonatblends für die Region Europa innerhalb der Business Unit Polycarbonates der Bayer MaterialScience AG in Leverkusen.

Mathias Lauter arbeitet in der technischen Produktbetreuung innerhalb der Business Unit Thermoplastische Polyurethane der Bayer MaterialScience AG in Dormagen.

Dipl.-Ing. Philipp Möller ist Mitarbeiter in der Business Unit Polycarbonates der Bayer MaterialScience AG in Leverkusen.

Bild 1: Kunststoffe werden im Automobil-Innenraum mehr und mehr auch als Design-Werkstoffe wahrgenommen (hier das Cockpit des New Beetle mit Komponenten aus Bayblend T65) ATZproduktion 01I2009 Jahrgang 2

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teilen, sondern erfüllt mit seiner Tieff temperaturzähigkeit auch erhöhte Anforderungen an den Fußgängerschutz. Mit der Variante Bayblend DP W85 XF (W steht für „weatherable“) ist seit Kurr zem auch ein lichtechter PC-ASA-Blend auf dem Markt, der für den Außeneinsatz nicht mehr lackiert werden muss. Dies zahlt sich auch im Innenraum aus, wo helle, lichtbeständige Werkstoffe gefragt sind, die unter Sonneneinstrahlung nicht zur Vergilbung neigen.

3 TPU als „Haptik-Werkstoff“

Bild 2: Der Spoiler des Alfa Romeo besteht aus Makroblend DP 7665, einem mineralverstärkten PC-PET-Blend

rigen Temperaturen (bis -35 °C) gute Werr te aufweist. Im Innenraum zahlen sich zudem seine guten Emissions- und Fogging-Eigenschaften aus. Typische Anwendungen von Bayblend im Automobil sind großformatige Verr kleidungen von Instrumententafeln oder Türseiten (Bayblend T65 im VW Beetle oder VW Sharan), splitterfreie Sicherheitsbauteile im Bereich des Airbagaustritts und des Knieaufpralls sowie Displaykonsolen (Bayblend T85 im Opel Astra). Neue glasfaserverstärkte PC-ABS-Blends (Bayblend T88 GF-10 und GF-20) wurden speziell für mechanisch belastete Bauteile wie Armlehnen, Mittelkonsolen, Cupholder und Flaschenhalter entwickelt. Bayblend T45 PG ist darüber hinaus galvanisierbar. Zudem enthält die XtremeFlow-Familie Varianten von Bayblend, die sich gegenüber solchen PC-ABS-Blends auf dem Markt, die aus anderen Typen von Bayblend bestehen, durch eine noch einmal gesteigerte Fließfähigkeit auszeichnen. Bayblend eignet sich auch für komplexere Verarbeitungstechniken wie das Gasinnendruckverfahren oder den Kaskaden-Spritzguss. Der PC-PBT- beziehungsweise PC-PETBlend Makroblend von Bayer findet bislang eher im Exterieur Anwendung. Hier punktet dieser Kunststoff durch hohe Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit sowie gute Zähigkeit auch bei tiefen Temperaturen. Gegenüber Polyamiden und anderen teilkristallinen Thermoplasten 8

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überzeugen diese PC-Polyester-Blends zudem durch ihre geringe Neigung zur Wasseraufnahme. Außerdem ist Makroblend gut und ohne Vorbehandlung zu lackieren; die Oberflächenqualität err reicht dabei Class-A-Niveau. Typische Anwendungen sind Heckblenden oder Spoiler (zum Beispiel im Alfa Romeo 156), Bild 2, Stoßfänger sowie Kühlergrills (zum Beispiel in der A-Serie von Audi und im VW Passat). Hier unterstützt Makroblend nicht nur den Trend zu immer großzügiger dimensionierten Bau-

Auch thermoplastische Polyurethane wie Desmopan haben sich als aufschmelzbare und damit spritzgusstaugliche Materialien beim Automobil längst in Interieuranwendungen etabliert. Sie setzen Akzente in Bereichen, in denen der Kunde mit einer besonders hochwertigen Haptik überzeugt werden soll. TPU decken ein Härtespektrum von 65 shore A bis 75 shore D ab, kommen dabei aber ohne Weichmacher aus und sind leichter zu verarbeiten als Gummi. Ihr E-Modul überspannt den Bereich von rund 5 bis etwa 1000 MPa. Darüber hinaus sind TPU kratz- und abriebfest, beständig gegenüber vielen Alltagschemikalien und auch bei tiefen Temperaturen flexibel. Vor allem weisen Oberflächen aus Desmopan einen angenehmen, trockenen Grip auf.

Bild 3: Schaltknäufe aus Desmopan nutzen sich dank ihrer Abriebfestigkeit über Jahre kaum ab

wie etwa Dichtlippen, rutschfeste Matten sowie Funktionsteile, in denen das elastische Polyurethan Scharnierfunktionen übernimmt. Auch im TPU-Sektor sind mittlerweile aliphatische Typen erhältlich, die über hohe UV-Beständigkeit verr fügen und somit auch für die Fertigung heller Bauteile geeignet sind, Bild 4.

4 Zwei Welten zusammenführen

Bild 4: Beinahe eine Standardanwendung für aliphatische TPU: griffige Jalousien (hier das Cockpit des Renault Scenic)

TPU werden zum Beispiel zur Herstellung robuster Schaltknäufe verwendet und in vielen Modellen der führenden Hersteller als flexible Jalousien einge-

setzt, Bild 3. Hier überzeugt Desmopan nicht nur mit seiner haptischen Qualität, sondern auch mit hoher Kratzfestigkeit. Hinzu kommen weitere Anwendungen

Versuche, die Eigenschaften dieser beiden Kunststoff-Familien in einem kostengünstigen Spritzgussverfahren systematisch zu kombinieren, sind sehr attraktiv. Hier macht sich positiv bemerkbar, dass Desmopan zu vielen anderen polymeren Werkstoffen eine gute Haftung aufbaut. So eröffnet sich ein erhebliches Potenzial für den Zweikomponenten-Spritzguss, wenn es gelingt, unter den vielen in Frage kommenden Kunststoffen diejenigen zu identifizieren, die einen optimalen Verr bund gewährleisten. Eine systematische

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Tabelle: Materialmatrix zum Vergleich verschiedener Materialpaarungen Makroblend

Bayblend

PC / PBT

PC / ABS

ABS

PC / PET

W: PC / ASA

ASA

PA

PP / TPO

Aromatisch Ester

++

+ bis ++

+

o

--

Aromatisch Ether

++

+ bis ++

+

o

--

++

+ bis ++

+

o

--

wöhnliche Eigenschaftskombinationen „in einem Schuss“ kombinieren lassen. Auch im Hinblick auf ihre Fogging- und VOC-Eigenschaften präsentieren sich Desmopan und PC-Blends als ideales Paar.

Desmopan TPU

6 Fazit und Ausblick

Aliphatisch

TPO = thermoplastische Polyolefine Desmopan haftet ausgezeichnet an vielen PC-Blends. Diese Materialkombination ist demnach geeignet für den 2K-Spritzguss von hart-weichen Komponenten. Als sehr gut gelten Schälwiderstände ab 4 N/mm; bereits ab 3 N/mm ist eine Delamination von Hand nicht mehr möglich

Betrachtung eines breiteren WerkstoffPools zur fallbezogenen Auswahl der optimalen Kombination fehlte bislang. Hier ist ein Polymerhersteller mit einer breiten Palette leistungsfähiger Spritzgusswerkstoffe im Vorteil: Bayer MaterialScience hat in den vergangenen Monaten das breite Spektrum der hauseigenen PCABS- beziehungsweise PC-PBT/PET-Blends in ausführlichen Versuchsreihen auf ihre Kompatibilität mit verschiedenen Spritzgusstypen aus Desmopan überprüft. Erste Ergebnisse des umfangreichen Screenings sind in der Tabelle zusammengefasst. Dargestellt sind die Resultate von Schälversuchen nach DIN 53569 an Probekörpern, die im 2K-Spritzguss auf gängigen Anlagen hergestellt wurden. Als sehr gut dürfen Schälwiderstände ab 4 N/mm gelten; bereits ab 3 N/mm ist eine Delamination von Hand nicht mehr möglich. Bei einigen der hier aufgeführten Materialkombinationen konnten durchaus Werte im Bereich um 6 bis 7 N/mm gemessen werden, in Einzelfällen sogar noch höhere. Besonders gute Ergebnisse wurden zum Beispiel mit Makroblend DP 6007 und DP 7645 beobachtet. Bei Makroblend DP 6007 handelt es sich um eine Neuentwicklung für lackierte und unlackierte Karosserieaußenteile wie Stoßfänger oder Lkw-Außenkomponenten, Makroblend DP 7645 ist ein elastomermodifizierter, unverstärkter PC-PET-Blend für Spritzguss-Anwendungen. Auch Desmopan-Produkte gehen mit den genannten Makroblend-Varianten im 2K-Spritzguss unmittelbar einen festen Verbund ein. 10

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Eine Vorbehandlung der Werkstoffe beziehungsweise Spritzlinge – etwa durch Plasmabehandlung oder Beflammen – ist hierfür nicht erforderlich. Eine sehr gute Haftung wird auch zwischen dem besonders fließfähigen und UV-beständigen PC-ABS-Blend Bayblend T88 GF20 und Desmopan DP 3085A beobachtet. Zu anderen Desmopan-Typen ist die Haftung immer noch gut; die Werte, die für die Kombination mit anderen gängigen Spritzgusswerkstoffen wie PA, PP/TPO und sogar ABS beziehungsweise ASA zu notieren sind, werden meist übertroffen. Auch das Polycarbonat Makrolon selbst schneidet in den Prüfungen sehr gut ab.

5 Wirtschaftliche Vorteile Diese Versuche belegen: Die Materialkombination Desmopan-Bayblend/Makroblend eignet sich in der Tat zur kostengünstigen Herstellung von spritzgegossenen Bauteilen, die die Vorteile von PC-Blends – etwa ihre hohe Dimensionsstabilität und Zähigkeit – mit denen der thermoplastischen Polyurethane – zum Beispiel ihre hohe Oberflächengüte – vereinen. Die wirtschaftlichen Vorteile des 2KSpritzgusses lassen sich in vollem Umfang realisieren. Dabei kann der Anwender auf einen großen Teil der bewährten PCBlends und der Desmopan-Werkstoffpalette zurückgreifen. Damit steht ein umfangreiches Baukastensystem aufeinander abgestimmter Spritzgusswerkstoffe zur Verfügung, mit denen sich auch unge-

Die diesem System innewohnenden Möglichkeiten sind immens und eignen sich vor allem für „Materialehen“, die Designern im Automobil-Interieur neue, wirtschaftliche Gestaltungsmöglichkeiten an die Hand geben. Da sich sowohl Desmopan als auch Bayblend und Makroblend durch eine sehr gute Narbenabbildung auszeichnen, kann die Grenze zwischen beiden Werkstoffdomänen für das bloße Auge nahezu unsichtbar gehalten werden. So lässt sich der Glanzgrad von Bayblend- und Desmopan-Oberflächen durch die Überlagerung von Mikro-Überstrukturen über die vorgegebene OEM-Narbung in weiten Bereichen steuern; eine Anpassung des Glanzgrades der BayblendDomäne an den des Desmopan-Teils ist daher technisch kein Problem. Auch das Setzen farblicher Akzente durch Einsatz unterschiedlich durchgefärbter Granulate ist nach wie vor eine Option. Andere Einsatzmöglichkeiten sind großflächige, in einem Schuss gefertigte Bayblend-Instrumententafeln sowie handliche Handy- beziehungsweise Cupholder, in denen einzelne Bereiche dank Desmopan rutschfest ausgeführt sind, ebenso weiche Konsolen-Details, die dem Fahrer in der Dunkelheit beim Tasten etwa nach der Tankdeckel-Verriegelung durch eine bestimmte Haptik zusätzliche Orientierung bieten. Denkbar sind zudem Cockpit-Details wie galvanisierte Oberflächen mit eingearbeiteten Streifen in Lederhaptik. Weiche Desmopan-Elemente, die per 2K-Spritzguss etwa mit einem Bauteil aus dem galvanisierbaren PC-ABSBlend Bayblend T45 verbunden sind, überstehen auch die Bedingungen des Galvanisierungsprozesses. O

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