Lubomír Zeman: Technologie des Spritzgießens von Thermoplasten und Gewichtsreduzierung von Spritzgussteilen, 1. Teil

EINLEITUNG

Gegenwärtig ist eines der am meisten diskutierten weltweiten Themen in der Automobilindustrie, vereinfacht gesagt, der „Kampf“ zwischen den Befürwortern von Automobilen mit Verbrennungsmotor – ICEV, Internal Combustion Engine Vehicle, Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor – und den Befürwortern von Automobilen mit vollelektrischem Antrieb, die ausschließlich mit Energie aus einer Batterie betrieben werden – BEV, Battery Electric Vehicle, batterieelektrische Fahrzeuge – oder Hybrid-Elektroautos, die nicht nur mit elektrischer Energie, sondern auch mit einem Verbrennungsmotor ohne die Möglichkeit des Aufladens aus dem Stromnetz betrieben werden – HEV, Hybrid Electric Vehicle, Hybrid-Elektrofahrzeug oder Plug-in Hybrid Electric Vehicle – PHEV, eine Kombination aus den Eigenschaften eines Elektroautos und eines Verbrennungsmotors mit der Möglichkeit, über ein Kabel aus der Steckdose aufzuladen.   .

Beide Lager geben sich nach außen hin sehr unversöhnlich, aber aus einer externen Perspektive haben sie eines gemeinsam – das Bestreben, Emissionen und Luftschadstoffe zu reduzieren sowie den CO2-Fußabdruck zu verringern (der CO2-Fußabdruck ist ein Maß für die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Umwelt und den Klimawandel. Der CO2-Fußabdruck konzentriert sich auf die Menge an Treibhausgasen, die wir in unserem täglichen Leben produzieren, zum Beispiel durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Erzeugung von Strom oder Wärme, durch Transport usw. Er wird in Kohlendioxidäquivalenten /CO₂/ ausgedrückt und in Gewichtseinheiten – Kilogramm und Tonnen – angegeben. Vereinfacht gesagt: Der CO2-Fußabdruck ist die Menge an Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen, die während des Lebenszyklus eines Produkts, das wir verwenden, freigesetzt wird – Freisetzung von Emissionen aus der Tätigkeit des Produkts, zum Beispiel beim Autofahren – direkter Fußabdruck und indirekter Fußabdruck aus der Nutzung, einschließlich seiner Herstellung und Ähnlichem.), einschließlich nachhaltiger Entwicklung (Sustainable Development – das ist eine Entwicklung, die es gegenwärtigen und zukünftigen Generationen ermöglicht, ihre grundlegenden Lebensbedürfnisse zu befriedigen, ohne dabei die Vielfalt der Natur zu verringern und die natürlichen Funktionen der Ökosysteme zu erhalten – eine Form der Entwicklung der menschlichen Gesellschaft, die wirtschaftlichen und sozialen Fortschritt mit dem umfassenden Erhalt der Umwelt in Einklang bringt).

Einer der gemeinsamen Nenner für die oben genannten Bemühungen ist die Gewichtsreduzierung von Produkten, die in den Lebenszyklus eintreten – Produktlebenszyklus. Der Begriff „Produktlebenszyklus“ wird in zwei Bedeutungen verwendet:

- Leben eines Produkts von der Rohstoffgewinnung über dessen Herstellung und Nutzung bis hin zur Entsorgung als Abfall – in dieser Bedeutung wird er im Zusammenhang mit Umweltauswirkungen und der Ökobilanzierung (LCA – Life Cycle Assessment) verwendet

- Leben eines Produkts von der Phase der Markteinführung bis hin zur Marktrücknahme

Für unseren Text werde ich mich an die erste Bedeutung halten – Material, Herstellung, Abfallbehandlung.

Bis vor kurzem konzentrierte sich die Dekarbonisierung (der Begriff Dekarbonisierung umfasst die Begrenzung und Reduzierung der Produktion des CO2-Fußabdrucks und von CO2-Äquivalenten aus dem Betrieb eines Unternehmens. Also die Menge der in die Atmosphäre freigesetzten Treibhausgasemissionen mit dem Ziel, eine nachhaltigere Entwicklung zu erreichen, erneuerbare Energiequellen zu nutzen, eine größere Nachhaltigkeit in der Lieferkette zu erreichen) der Automobilindustrie vor allem auf die Reduzierung von Betriebsemissionen bzw. Auspuffemissionen aus dem Energie- oder Kraftstoffverbrauch. Derzeit machen Betriebsemissionen mehr als 80 % des Lebenszyklus von ICE-Fahrzeugen (Internal Combustion Engine, Verbrennungsmotoren, sowohl Benzin-Ottomotoren als auch Dieselmotoren) und etwa 60 % bei BEV (Batterieantrieb) mit dem aktuellen Energiemix aus. Es gibt eine begründete Annahme, dass sich dieses Verhältnis allmählich ändern wird. Die Ausweitung der Elektrifizierung des Straßenverkehrs, der zunehmend mit Energie aus erneuerbaren Quellen betrieben wird, eliminiert langfristig die Auspuffemissionen (es bleiben Emissionen aus Bremsen, Reifenabrieb usw.), und infolgedessen werden die in der Produktionsphase enthaltenen Emissionen (eingebettete Emissionen) einen immer dominanteren Anteil ausmachen. Bei BEV mit Strom aus erneuerbaren Quellen können in Zukunft eingebettete Emissionen bis zu 90 % der Lebenszyklusemissionen von Fahrzeugen ausmachen.

Das Gewicht ist einer der Hauptindikatoren, der maßgeblich das Ausmaß der Umweltauswirkungen eines konkreten Automobils bestimmt. Nach Angaben des europäischen Verbandes der Kunststoffverarbeiter Plastics Europe (www.plasticseurope.org) verringert sich der CO2-Fußabdruck, den ein Pkw während seiner Betriebsdauer hinterlässt, um 20 Kilogramm Kohlendioxid, wenn sein Gewicht um nur ein Kilogramm reduziert wird. Hier kommt einer der grundlegenden Vorteile von Kunststoffteilen zum Tragen – ihr Gewicht ist bis zu halb so groß wie das vergleichbarer Komponenten aus anderen Materialien, wodurch ihr Einsatz den Kraftstoffverbrauch um 25 % bis 35 % senkt. Eine Gewichtsreduzierung kann in vielen Fällen auch zu einer Verringerung des Fertigungsaufwands führen (zum Beispiel kann die Verringerung der Wandstärke eines Spritzgussteils dessen Produktionszeit verkürzen) und dadurch auch zu einer Senkung des Teilepreises. Einer der Schlüsselbegriffe in der Welt der Entwicklung und Herstellung von Pkw ist daher „Lightweight“ – Gewichtssparen. Dieser Begriff umfasst jedoch nicht nur das Ersetzen von Metall durch Kunststoff. Es geht auch um intelligente Konstruktionsansätze und ein Design, das nur mit einer solchen Materialmenge arbeitet, dass die korrekte und sichere Funktion des Produkts gewährleistet ist.

Wir können uns unser Leben ohne die Anwendung von Kunststoffen bereits nicht mehr vorstellen. Nach Schätzungen des oben genannten europäischen Verbandes Plastics Europe belief sich der Gesamtverbrauch an Kunststoffen in Europa im Jahr 2022 auf fast 60 Millionen Tonnen. Zu den bedeutendsten Sektoren im Kunststoffverbrauch gehören die Verpackungsindustrie (fast 40 %), das Bauwesen (fast 20 %), die Automobilindustrie (fast 9 %), gefolgt von der Elektroindustrie und der Landwirtschaft. Zu den weiteren Sektoren, die für den Einsatz von Kunststoffen und die Steigerung ihres Verbrauchs von Bedeutung sind, kann das Gesundheitswesen genannt werden, wo es im Zusammenhang mit der alternden Bevölkerung zur Entwicklung spezieller medizinischer Hilfsmittel und Materialien unter Verwendung von Werkstoffen auf Basis von Polymermatrices kommen wird.

Obwohl der Trend der alternden Bevölkerung in allen Regionen der Welt spürbar sein wird, wird sich dieser Trend in Europa, Asien und Lateinamerika am schnellsten zeigen. Beispielsweise kommen in Asien derzeit auf eine Person im postproduktiven Alter im Durchschnitt neun Menschen im erwerbsfähigen Alter. Bis zum Jahr 2050 wird sich dieses Verhältnis auf vier Menschen im erwerbsfähigen Alter verringern. In Europa ist ein besonders signifikanter Rückgang der Bevölkerung im erwerbsfähigen Alter zu erwarten, was sich in einem Rückgang der Menschen im erwerbsfähigen Alter pro Person im postproduktiven Alter von derzeit vier auf zwei widerspiegeln wird.

Neben der Verpackungs- und Bauindustrie, wo bei den Kunststoffverarbeitungstechnologien am häufigsten Extrusion, Blasformen und Thermoformen sowie Vakuumformen eingesetzt werden, ist in den übrigen Sektoren normalerweise die Spritzgießtechnologie prioritär. Betrachten wir also, wie es aus Sicht der Gewichtseinsparung um die Spritzgießtechnologie für Thermoplaste in der realen Welt steht.

VORAUSSETZUNGEN FÜR DIE GEWICHTSREDUZIERUNG – WERKSTOFFE FÜR DAS SPRITZGIESSEN VON THERMOPLASTEN

Die Grundlage für die Gewichtsreduzierung bei Bauteilen, die mittels Spritzgießtechnologie hergestellt werden, ist in erster Linie das verwendete Spritzgießmaterial selbst. Wie bereits erwähnt, haben Kunststoffe im Vergleich zu früher üblicherweise verwendeten Konstruktionswerkstoffen, wie beispielsweise Stahl mit einer spezifischen Dichte von 7,85 g.cm-3, Nichteisenmetallen (Aluminium 2,7 g.cm-3, Kupfer 8,9 g.cm-3), Nichteisenmetalllegierungen (Duraluminium 2,8 g.cm-3, Messing - Durchschnitt 8,8 g.cm-3, Bronze - Durchschnitt 8,4 g.cm-3) usw., den Vorteil einer geringeren spezifischen Dichte (zum Vergleich – besser schneidet von den Konstruktionswerkstoffen nur Holz ab, das eine Dichte im trockenen Zustand von 0,270 g.cm-3 – Fichte, über 0,313 g.cm-3 – Kiefer, bis 0,405 g.cm-3 – Eiche hat) und das normalerweise über die gesamte Breite ihres für das Spritzgießen geeigneten Portfolios – amorphe Werkstoffe – PC, PMMA, PS, HIPS, PVC, ABS, PC/ABS, SAN, ASA, PPO, CA, PPS, PEI, PES, PSU, PAI, teilkristalline Werkstoffe – LDPE, HDPE, PP, PA, POM, PET, PBT, PFA, LCP, PEEK, PEK, Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix mit partikulärem Füllstoff (M), verstärkend (GF, CF), mit Nanofüllstoffen, mit Füllstoffen biologischen Ursprungs usw., spezielle Typen von Thermoplasten – wärmeleitend, elektrisch leitfähig, magnetisch, Flüssigkristalle (LCD), Biokunststoffe – biologisch abbaubar aus fossilen Rohstoffen, biologisch abbaubar aus erneuerbaren Rohstoffen, biologisch abbaubar und kompostierbar, nicht biologisch abbaubar aus erneuerbaren Rohstoffen, biobasierte Blends, die technische Thermoplaste mit Biokunststoffen kombinieren, Blends, thermoplastische Elastomere (TPE): TPE – O Polyolefin-Typen, TPE – S Styrol-Typen, TPE – U Polyurethan-Typen, TPE – E Copolyester-Typen, TPE – A Polyether-Blockamid-Typen, EVA Ethylenvinylacetat.

Kunststoffe als für die Verarbeitung mittels Spritzgießtechnologie geeignete Werkstoffe haben eine breite Spanne der Dichte (von ca. 0,9 g.cm-3 bis ca. 2,2 g.cm-3, gilt für Werkstoffe ohne Füllstoff), was – siehe Angaben oben – erheblich dazu beiträgt, das Gewicht von Spritzgussteilen und Baugruppen, in denen Spritzgussteile aus Thermoplasten einen integralen Bestandteil bilden, zu verringern. Ein Beispiel aus der Verpackungsindustrie – eine gläserne (spezifisches Gewicht von Glas – ca. 2,5 g.cm-3) Halbliter-Bierflasche hat ein Gewicht von ca. 330 g/Stück, eine Eineinhalb-Liter-Flasche aus Polyethylenterephthalat (PET, spezifisches Gewicht 1,38 g.cm-3) wiegt nur ca. 38 g/Stück, der Unterschied im Gewicht der Flaschen beträgt 88,5 %, ganz zu schweigen vom Füllvolumen, das bei PET 3 x höher ist.

Thermoplaste verfügen zudem über eine hohe Variabilität der Eigenschaften, ein sehr gutes Verhältnis von Gewicht zu mechanischen Eigenschaften (Elastizität, Festigkeit), sie sind zäh bei niedrigen Temperaturen, haben hervorragende Isolationseigenschaften (sie sind Wärme-, Schall- sowie Elektroisolatoren), können aber auch Wärme gut leiten, sind elektrisch leitfähig, können magnetisch sein, sind beständig gegen Wasser, Korrosion, chemische Einflüsse, widerstehen biologischen Wirkstoffen (Bakterien, Schimmel, Pilze, Insekten), sind hygienisch unbedenklich, haben in Rohrleitungsform eine geringe hydraulische Rauheit, sind beständig gegen Inkrustation, ermöglichen den Einsatz einer sehr breiten Palette an Verarbeitungstechnologien, sind leicht einfärbbar, können sehr gut dekoriert werden – von Hochglanz bis zu verschiedenen Arten von Narbungen und Texturen, sind recycelbar, sind relativ günstig usw.

Wenn ich die Aufzählung der positiven Eigenschaften vorgenommen habe, muss ich auch anführen, dass sie auch Eigenschaften haben, die ihre Verwendung einschränken. Man kann sagen, dass der am meisten diskutierte Punkt ihr Einfluss auf die Ökologie bzw. die Umweltaspekte (die die Umwelt betreffen) von Kunststoffen ist. Kunststoffe sind unter normalen Bedingungen sehr stabil, unterliegen einem sehr langsamen spontanen Abbau und sind problematisch zu entsorgen. Kunststoffe haben gewöhnlich eine niedrige Temperaturbeständigkeit, ihre Eigenschaften sind deutlich von ihrer Einsatztemperatur und der Dauer der Belastungseinwirkung abhängig. Die Eigenschaften, insbesondere bei Verbundwerkstoffen mit Verstärkungsfüllstoffen, sind anisotrop (Anisotropie = Eigenschaft, durch die die Abhängigkeit einer gegebenen Größe von der Wahl der Richtung bestimmt wird, d. h. in Richtung des Polymerflusses haben sie andere Eigenschaften als in der zum Fluss senkrechten Richtung), ihre thermische Ausdehnung ist um eine Größenordnung (ca. 10x) größer als bei metallischen Werkstoffen, einige Kunststoffe sind hygroskopisch und saugfähig, sie sind teilweise brennbar, aus einigen können gesundheitsschädliche Monomere und sich zersetzende Additive freigesetzt werden, sie weisen witterungsbedingte und physikalische Alterung auf, unterliegen Spannungsrisskorrosion, sind kerbempfindlich, durchlässig für niedermolekulare Stoffe, quellen auf oder lösen sich sogar in selektiven Lösungsmitteln (selektives Lösungsmittel = Medium, das ein Lösungsmittel für zumindest eine Komponente aus einem Polymergemisch ist), ein Nachteil kann die Entstehung statischer Elektrizität sein, usw. Spritzgießteile aus Thermoplasten enthalten nicht unerhebliche innere Spannungen, die in vielen Anwendungen bis zu ihrer Zerstörung führen können.

Viele der genannten Nachteile "reiner" Polymermaterialien können bei ihrer Herstellung durch geeignete Additivierung, Füllstoffe, die Vorbereitung von Materialmischungen, chemische Modifikationen usw. verringert oder sogar eliminiert, beseitigt werden.

Bevor wir uns die aktuellen materiellen Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung ansehen, werde ich versuchen, den Weg einer möglichen zukünftigen Entwicklung in diesem Bereich der Herstellung von gewichtsreduzierten Spritzgießteilen zu skizzieren.

Ein durchschnittliches heutiges Personenkraftwagen enthält ca. 120 kg (ca. 15 % bis 20 % ihres Gesamtgewichts) an allen Arten von Kunststoffen, die durch verschiedene technologische Verfahren verarbeitet wurden. Der Trend zur weiteren Gewichtsreduzierung wird wahrscheinlich sogar noch an Intensität gewinnen, und zwar auch trotz des gleichzeitigen Drucks zur Abkehr von Autos mit Verbrennungsmotoren hin zu Elektroautos, bei denen zur Erreichung von für den Kunden vernünftigen Reichweiten Batterien mit hoher Kapazität und damit auch hohem Gewicht erforderlich sind, was neben der Reichweite beispielsweise auch die Möglichkeit des Parkens in Parkhäusern beeinflusst, die nach älteren Vorschriften gebaut wurden, d. h. mit geringerer Tragfähigkeit der baulichen Konstruktionen, sowie eine größere mechanische Belastung der Autoteile hervorruft, die Belastung und den Verschleiß von Straßenbelägen erhöht, einen größeren Reifenabrieb verursacht, den Verschleiß und Abrieb der Bremsen erhöht, usw.

Die Kapazität der Batterie, die in direktem Verhältnis zur spezifischen Energie des Akkumulators steht und das Verhältnis zwischen Energie und Batteriegewicht ausdrückt, hat einen direkten Einfluss auf die Reichweite eines Elektroautos. Das Gewicht des Fahrzeugs ist neben der Fahrgeschwindigkeit, der Anzahl der Beschleunigungen, der Überwindung von Anstiegen und der Fahrweise des Fahrers, einschließlich der Nutzung elektrischer Verbraucher, die im Auto zur Erhöhung des Komforts des Fahrers und seiner Besatzung eingebaut sind (insbesondere die Klimaanlage, die ebenfalls Energie aus dem Akkumulator entnimmt, wobei die Rückgewinnung von Wärmeenergie für den Betrieb der Verbraucher nicht ausreicht), einer der Hauptfaktoren, die die Reichweite einschränken. Ein Gewichtsvergleich – SUV Hyundai KONA – in der vollelektrischen Ausführung mit einer Batteriekapazität von 42 kWh, theoretische Reichweite 289 km, hat ein Betriebsgewicht von 1.610 kg, in der Dieselversion mit einem 1,6-l-Motor hat er, je nach Ausstattung, ein Betriebsgewicht von 1.390 kg bis 1.504 kg.

Trotz der genannten Anforderungen an die Erhöhung der Batteriekapazität für BEV-Autos scheint es, dass das Bestreben der BEV-Hersteller, Elektroautos mit möglichst großer Reichweite – 1.000 km und mehr – herzustellen, was zur Entwicklung und Produktion von Batterien mit Kapazitäten von 150 kWh und mehr führte, das Gewicht des Autos zwar deutlich erhöhte, den Herstellern aber einen größeren Gewinn brachte – auf neue Kundenanforderungen gestoßen ist. Laut dem chinesischen Unternehmen NIO, das BEV mit austauschbaren Batterien entwickelt und herstellt sowie ein Netzwerk von Batteriewechselstationen betreibt und auch Batterien mit einer Kapazität von 150 kWh anbietet (im Jahr 2023 legte das Modell NIO ET7 mit einer solchen Batterie innerhalb von 14 Stunden über 1.000 km zurück), werden in Abhängigkeit von den Kundenanforderungen am häufigsten Batterien mit einer Kapazität von 75 kWh gewechselt (ca. 97 % der Nutzer), während es früher 100 kWh waren. Dies zeigt die Tatsache, dass Batteriekapazität und Reichweite in Einklang mit der Eingliederung des Autos in das entsprechende Segment und der Art seiner Nutzung stehen müssen. An einen Stadthatchback werden ganz andere Anforderungen gestellt als an ein Familien-SUV. Und sie bewegen sich auch in einer anderen Preisklasse. All das muss richtig kombiniert werden, zudem unter Berücksichtigung der sich dynamisch entwickelnden Prioritäten und Trends auf dem Markt. Trotz der möglichen Änderung des Trends – siehe vorstehender Text – bleibt das erhöhte Gewicht von batteriebetriebenen Autos eine Tatsache.

Im Automobilbau ist laut der Agentur ICIS (www.icis.com) das am häufigsten verwendete Polymer Polypropylen PP mit einem Anteil von 35 %, gefolgt von Polyurethan PU mit 19 %, Polyamiden PA mit 11 % und ABS mit 8 %. Mehr als die Hälfte der verbrauchten Kunststoffe wird in Innenausstattungsteilen von Automobilen angewendet, gefolgt von Außenteilen, Teilen im Motorraum und in der elektronischen Ausstattung von Personenkraftwagen.  

Die Entwicklung und Nutzung neuer Kunststoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften ist ein wichtiger Impuls für die Entwicklung in einer Reihe von Industriezweigen. Es ist ein Weg, um in die Kette der großen Hersteller von Commodity-Kunststoffen (eine Commodity ist eine Ware, die auf dem Markt ohne Qualitätsunterschied gehandelt wird; Lieferungen von verschiedenen Herstellern sind gegenseitig austauschbar) Firmen einzubinden, die sich mit dem Compoundieren (vom englischen compound – mischen, Mischung) befassen.

Additive für Polymersysteme stellen eine vielfältige Skala von Polymer-Modifikationen (Änderungen, Anpassungen) dar, die zumeist auf die Verbesserung ihrer physikalischen Eigenschaften ausgerichtet sind. Es geht dabei vor allem um mechanische, anwenderbezogene oder verarbeitungstechnische Eigenschaften. Moderne Additive werden mit dem Ziel entwickelt, die Stabilität des Systems in der jeweiligen Polymerumgebung zu erhöhen und gleichzeitig neue, funktionelle Eigenschaften zu erzielen. In diesem Zusammenhang kann man insbesondere von folgenden Anwendungsbereichen sprechen: Schutz vor UV-Strahlung, fotoaktive selbstreinigende Ausrüstungen (Entfernung von Verschmutzungen von verschiedenen Oberflächen unter Nutzung von Katalysatoren, die dazu beitragen, eine Änderung zu bewirken, und die durch Sonneneinstrahlung zur Zersetzung organischer Stoffe in unschädliche Bestandteile aktiviert werden), leitfähige Polymersysteme und Oberflächenmodifikationen.

Biokunststoffe

Die in aktuellen Konstruktionen genutzten Polymermaterialien werden insbesondere aus fossilen natürlichen Stoffen – Erdöl, Kohle, Erdgas – hergestellt, d. h. Stoffen, die zwar in der Natur vorkommen, aber nicht erneuerbar und zeitlich begrenzt verfügbar sind. Deshalb sucht man nach Wegen zu deren Ersatz, und ein Weg ist die Nutzung erneuerbarer Quellen, Quellen auf biologischer Basis. Aus Abfallbiomasse (Biomasse ist die Gesamtheit aller Stoffe, die die Körper aller Organismen bilden, sowohl Pflanzen, Bakterien, Cyanobakterien und Pilze als auch Tiere) und anderen erneuerbaren Quellen lassen sich mittels thermochemischer (thermische Effekte bei chemischen Reaktionen und Vorgängen) und enzymatischer Verfahren (ein Enzym ist ein einfaches oder zusammengesetztes Protein mit katalytischer Aktivität; Enzyme bestimmen die Art und Geschwindigkeit chemischer Reaktionen und steuern die Mehrheit der biochemischen Prozesse, nahezu alle biochemischen Reaktionen werden enzymatisch gesteuert, Enzyme sind eine spezielle Gruppe von Katalysatoren, die die Wahrscheinlichkeit des Stattfindens einer Reaktion erhöhen) Stoffe – Biokunststoffe und Bio-Additive – herstellen, die in der Lage sind, bestehende Rohstoffe aus fossilen Quellen zu substituieren.

Der Begriff Biokunststoffe umfasst eine ganze Familie von Materialien, die entweder auf Biomaterialien basieren oder biologisch abbaubar sind, oder beides.

Biobased, d. h. basierend auf Biomaterialien, bedeutet, dass das Material oder Produkt (vollständig oder teilweise) aus Biomasse (von Pflanzen) abgeleitet ist. Die für die Herstellung von Biokunststoffen verwendete Biomasse stammt beispielsweise aus Mais, Zuckerrohr oder Cellulose (das Wort hat seinen Ursprung im lateinischen cellula = Zelle; es handelt sich um ein lineares Polymer pflanzlichen Ursprungs, ein unverzweigtes Polysaccharid, das unter anderem in Ballaststoffen enthalten ist. Die Summenformel von Cellulose ist C6H10O5).  

Der Begriff biologisch abbaubar beschreibt einen chemischen Prozess, während dessen Mikroorganismen, die in der Umwelt verbreitet sind, Materialien in natürliche Stoffe wie Wasser, Kohlendioxid und Kompost (ohne künstliche Zusätze) umwandeln. Der Prozess der biologischen Abbaubarkeit hängt von den Bedingungen ab, unter denen der biologisch abbaubare Kunststoff gelagert wird – Temperatur, Druck, Mikroorganismen, einschließlich des konkreten Materials und seiner Anwendung.

Die europäische Organisation European Bioplastics Association, www.en.european-bioplastics.org, führt ein zweiachsiges Modell an, das alle Arten von Thermoplasten, einschließlich ihrer möglichen Kombinationen, umfasst – siehe Abbildung 1. Thermoplaste werden in vier Grundgruppen unterteilt – die horizontale Achse unterscheidet die biologische Abbaubarkeit und die vertikale Achse unterteilt die Materialien in solche, die aus fossilen Quellen stammen, am häufigsten aus petrochemischen Rohstoffen, oder aus erneuerbaren Quellen.

Abbildung 1: Klassifizierung von Thermoplasten gemäß European Bioplastics – vier Grundgruppen:

- Kunststoffe, die nicht biologisch abbaubar sind und aus petrochemischen Rohstoffen hergestellt werden – diese Kategorie umfasst klassische, d. h. herkömmliche Kunststoffe (obwohl sie nur eine Kunststoffgruppe darstellen, machen sie insgesamt mehr als 90 % der weltweiten Kunststoffproduktion aus)

- biologisch abbaubare Kunststoffe aus erneuerbaren Quellen – Kunststoffe, die aus Biomasse hergestellt werden und biologisch abbaubar sind

- biologisch abbaubare Kunststoffe aus fossilen Rohstoffen – Kunststoffe, die biologisch abbaubar sind, aber aus fossilen Quellen hergestellt werden

- nicht biologisch abbaubare Kunststoffe aus erneuerbaren Quellen – Kunststoffe, die aus Biomasse hergestellt werden, aber nicht biologisch abbaubar sind

Hinweis – Achtung: Kunststoffe aus fossilen, petrochemischen Rohstoffen sind nicht mit biologisch abbaubaren Kunststoffen kompatibel; sie können nicht zusammen gesammelt und recycelt werden, sondern müssen voneinander getrennt und separat behandelt werden.

Biokunststoffe machten im Jahr 2021 weniger als ein Prozent der weltweit produzierten Kunststoffmenge von mehr als 367 Millionen Tonnen aus, etwa 2,41 Millionen Tonnen, davon wurden ca. 0,118 Millionen Tonnen Biokunststoffe in der Automobil- und Transportindustrie verwendet, die Verpackungsindustrie als größter Anwender von Biokunststoffprodukten verbrauchte 1,15 Millionen Tonnen, was etwa 48 % des gesamten Biokunststoffmarktes im Jahr 2021 entsprach – siehe Plastic Europe. Im Jahr 2026 soll die Produktion von Biokunststoffen bei etwa 7,59 Millionen Tonnen liegen, und dieser Anteil sollte mehr als 2 % der gesamten produzierten Kunststoffmenge betragen, wobei die Verpackungsindustrie erneut die führende Rolle beim Verbrauch einnehmen wird.

Im Zusammenhang mit den genannten Zahlen zur Produktionsmenge von Biokunststoffen stellt sich die Frage – sind oder werden Biokunststoffe einen wesentlichen Beitrag für unsere Zukunft leisten? Oder genauer: Warum haben Biokunststoffe, die als wesentliche Lösung für das Kunststoffproblem (Abfall) propagiert wurden, ihre vielversprechenden Erwartungen bei weitem nicht erfüllt? Einleitend zitiere ich die Aussage von Ramani Narayan, Professor an der School of Packaging in Michigan, USA, www.canr.msu.edu: „Das Konzept, dass wir es benutzen und wegwerfen können, wobei es egal ist, wo wir es hinwerfen, und es sicher verschwindet, existiert nicht“. Im weiteren Text werden wir die Aussage von Professor R. Narayan am Beispiel von PET-Flaschen verdeutlichen.

Einweg-Kunststoffverpackungen aus Erdöl, in der Regel aus PET, sind die Art, in der weltweit die meisten Getränke und Lebensmittel verkauft werden. In vielerlei Hinsicht handelt es sich um eine perfekte Verpackung – fest, leicht, vielseitig, transparent und kostengünstig. Sie schützt Produkte außerordentlich gut, hält sie frisch und widersteht sogar der Säure und dem Druck von mit CO2 kohlensäurehaltigen Erfrischungsgetränken, ohne über Monate oder Jahre hinweg zu brechen oder durchlässig zu werden.

Ein konkurrierender Biokunststoff muss diese Funktionen replizieren, nachahmen und den PET aus fossilen Quellen ersetzen, was nur bei einigen Produkten gelingt. Die zwei am häufigsten verwendeten Biokunststoffe sind PHA, Polyhydroxyalkanoat, das im Allgemeinen aus Zuckern hergestellt wird, die aus Algen gewonnen werden, und PLA, Polymilchsäure, die aus Zucker hergestellt wird, der in Nutzpflanzen wie Mais oder Zuckerrohr vorkommt. Der Preis von PLA macht ein Zehntel des Preises von PHA aus, weshalb PLA häufiger verwendet wird, insbesondere beispielsweise in der Verpackungsindustrie. PHA wird am häufigsten als Beschichtung auf der Innenseite von Pappbechern und für medizinische Anwendungen eingesetzt.

Keiner dieser Biokunststoffe hat sich jedoch weit verbreitet, und zwar aus einem einfachen Grund – sie erreichen nicht die Festigkeit und die anderen Eigenschaften herkömmlicher Kunststoffe und sind zudem teurer. Der globale Kunststoffmarkt hat einen Wert von ca. 1,2 Billionen Dollar (Billion = 10¹² = 1 000 000 000 000) und Biokunststoffe haben einen Marktanteil von ca. 9 Milliarden Dollar (Milliarde = 10⁹ = 1 000 000 000).

Beide genannten Biokunststoffe – PLA, PHA – können durch Mikroorganismen abgebaut werden und werden innerhalb relativ kurzer Zeit wieder Teil der natürlichen Welt, aber dies geschieht nur, wenn der Biokunststoff als Abfall gesammelt und in kontrollierten und regulierten industriellen Kompostieranlagen bei hoher Temperatur, unter bestimmtem Druck und in Gegenwart geeigneter Mikroorganismen kompostiert wird. Es gibt nicht viele solcher Anlagen, insbesondere in Entwicklungsländern, zu denen wir uns in diesem Sinne ebenfalls zählen können, wo das Problem der Kunststoffverschmutzung am schwerwiegendsten ist. Wenn Biokunststoffe auf Deponien landen, wie es viele tun, ohne dass für ihren Abbau ausreichend Sauerstoff vorhanden ist, können sie Jahrhunderte überdauern und Methan, ein starkes Treibhausgas, freisetzen. Wenn sie in die Umwelt gelangen, stellen sie eine ähnliche Bedrohung dar wie PET-Kunststoff. Biokunststoffe können also eine falsche Lösung sein, wenn die Möglichkeiten zu ihrer Sammlung und Kompostierung begrenzt sind. Eine gewisse Lösung ist ihre energetische Verwertung, wobei die ökologische Lösung in der Reduzierung der Menge an Einwegverpackungen liegt, die wir verwenden.

Experten behaupten, dass die Herausforderungen, die mit der massiven Einführung von Biokunststoffen verbunden sind, zeigen, wie schwierig es sein wird, die Milliarden von Plastikflaschen zu ersetzen, die den Planeten verschmutzen. Die bisherige Entwicklung stellt im Vergleich zum wachsenden Bedarf an Kunststoffverpackungen nur kleine Schritte dar, insbesondere in der Entwicklungswelt, wo jährlich Milliarden von Flaschen verbraucht werden. Das Recycling traditioneller Plastikflaschen ist eine enorme Herausforderung für Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen, von denen viele praktisch über keine Recyclingsysteme verfügen. Bis zu 95 % der Kunststoffabfälle, die über Flüsse in die Weltmeere gelangen, stammen aus 10 Flüssen in Asien und Afrika. Ähnliches gilt auch für andere Industriezweige, die nicht auf Kunststoffprodukte verzichten können.

Thermoplaste mit reduzierter Entflammbarkeit

Im Zusammenhang mit den Trends zur Gewichtsreduzierung von Personenkraftwagen sowie deren Sicherheit, insbesondere bei BEV-Fahrzeugen, liegt ein erhebliches Augenmerk auf der Selbstverlöschung von Kunststoffen, die bei der Konstruktion solcher Autos verwendet werden. Selbstverlöschung ist bei Autos keine neue Anforderung, gewinnt aber beim Einsatz von Batterieantrieben deutlich an Bedeutung, insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Brandsicherheit.   

Niemand war bisher in der Lage, alle Faktoren zu lösen, die während der Verbrennung von polymerbasierten Materialien auftreten. Es gibt kein umfassendes Modell der Verbrennung für diese Materialien; einige Aspekte sind klar, und andere Aspekte, insbesondere wenn ihre Auswirkungen miteinander verknüpft sind (wie bei realen Bränden), erlauben nur grobe Approximationen.

Allgemein gilt die Feststellung, dass alle Polymere unter bestimmten Bedingungen brennbar sind. Die Brennbarkeit von Polymermaterialien als organische Stoffe, die ihrer Natur nach bereits mehr oder weniger brennbar sind, ist am größten, wenn ihre Makromoleküle nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen. Ihre Brennbarkeit lässt sich durch Additive verringern, aber auch durch deren Wirkung kommt es nicht zu einer vollständigen Beseitigung der Brennbarkeit. Zur Veranschaulichung lassen sich Verbundwerkstoffe mit Polymermatrix und faserigen Verstärkungsfüllstoffen anführen – unter Bedingungen, die bei einem Brand üblicherweise herrschen, brennen Glasfasern nicht und tragen somit nicht zur Verbrennung des Materials bei, tragen aber gleichzeitig zur Gewichtserhöhung des jeweiligen Verbundwerkstoffs bei. Auch die meisten anorganischen Füllstoffe brennen nicht, greifen jedoch in den Verbrennungsprozess ein und können den Verbrennungsvorgang beeinflussen.

Andere Faserverstärkungen – Kohlenstofffasern, Aramidfasern, chemische (Polymere) Fasern, Naturfasern, tierischen Ursprungs, mineralische usw. – senken das spezifische Gewicht von Spritzgieß-Verbundwerkstoffen, werden unter Brandbedingungen zwar brennen, aber ihre Beiträge zur Entstehung und zum Verlauf der Verbrennung sind allgemein viel geringer als bei Polymermatrizen und werden üblicherweise nicht wesentlich berücksichtigt. 

Polymere, die im Makromolekül eine ausreichende Konzentration an retardierenden Elementen enthalten (Retardation = Verzögerung, Verlangsamung, Hemmung), hören nach Entfernen der Flamme auf zu brennen; sie sind selbstverlöschend (zum Beispiel Polyvinylchlorid – PVC – und Polytetrafluorethylen – PTFE). 

Eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuereinwirkung haben depolymerisierende Polymere (chemisch komplexe Stoffe zersetzen sich in einfache Bestandteile) zu brennbaren Monomeren oder solche, die sich zu brennbaren Verbrennungsprodukten zersetzen, beispielsweise Polyolefine (PP), Polystyrol (PS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyoxymethylen (POM), Kautschuke usw.

Das Verbrennen eines Polymers findet nur an dessen Oberfläche statt, daher ist die Brenngeschwindigkeit auch von der Größe seiner brennenden Oberfläche abhängig, wobei auf der Oberfläche eine verkohlte Schicht entsteht, die das Polymer von der Flamme isoliert und so die Brenngeschwindigkeit senkt. 

Obwohl keine objektiven Bewertungskriterien zur Bestimmung der Reihenfolge von Polymeren nach ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Feuereinwirkung zur Verfügung stehen, gibt es eine Reihe von Methoden zur Bewertung der Brennbarkeit von Polymermaterialien; im Bereich des Spritzgießens von Thermoplasten wird am häufigsten der sogenannte Sauerstoffindex – LOI (Limited Oxygen Index) verwendet sowie Methodiken der amerikanischen unabhängigen sicherheitswissenschaftlichen Organisation mit globaler Reichweite Underwriters Laboratories, www.ul.org – UL 94 V (vertikale Anordnung der Prüfung) und UL 94 HB (horizontale Anordnung der Prüfung). Die genannten Prüfungen arbeiten mit offener Flamme.

Sauerstoffindex – LOI = (O2 / ( O2 + N2 )). 100 /%/ - entspricht der minimalen Konzentration von Sauerstoff in Volumenprozent in einer Mischung mit Stickstoff, bei der das Polymer noch brennt. Ein Polymermaterial ist leicht entflammbar, wenn sein LOI kleiner als 21 Vol.-% ist, langsam brennend bei einem LOI im Bereich von 21 % bis 28 % und es ist selbstverlöschend, wenn es einen Sauerstoffindex von mehr als 28 Volumenprozent aufweist.

UL 94 ist ein weit verbreiteter Entflammbarkeitstest für Kunststoffe, der misst, wie ein Kunststoffteil brennt und wie gut es die Ausbreitung von Flammen verhindert. Die UL 94-Entflammbarkeitsprüfung klassifiziert Kunststoffe nach ihrer Fähigkeit, eine Entzündung zu verhindern, bei hohen Temperaturen beständig (kohärent, intakt) zu bleiben und brennbare Kunststofftropfen zu erzeugen. 

Da tatsächliche Brandbedingungen unvorhersehbar sind, spiegeln die UL 94-Entflammbarkeit sowie der LOI nicht wider, wie ein Material auf ein Feuer reagieren wird. Sowohl der Sauerstoffindex (LOI) als auch die UL 94-Normen bestimmen vielmehr, wie akzeptabel oder geeignet ein spezifisches thermoplastisches Spritzgießmaterial für einen bestimmten Zweck in Bezug auf seine Entflammbarkeit ist.

Die UL 94-Entflammbarkeitsbewertung enthält sechs Entflammbarkeitskategorien; für den Bedarf an Spritzgießgranulaten bzw. zur Bewertung von Proben daraus werden vier verwendet, geordnet von der am leichtesten entflammbaren HB bis zur am wenigsten entflammbaren V-0:

- HB – horizontaler Brenntest, bei dem das Brennen vor einer Distanz von 100 mm von der Flamme aufhört   

- V-2 – vertikaler Test (Platzierung der Probe in vertikaler Position) – das Brennen stoppt innerhalb von 30 Sekunden, was ein Abtropfen, die Bildung von Tropfen aus der vertikalen Kunststoffprobe ermöglicht

- V-1 – vertikaler Test (Platzierung der Probe in vertikaler Position) – das Brennen stoppt innerhalb von 30 Sekunden, was ein Abtropfen, die Bildung von Tropfen aus der vertikalen Kunststoffprobe an Stellen außerhalb der Flammen ermöglicht

- V-0 – vertikaler Test (Platzierung der Probe in vertikaler Position) – das Brennen stoppt innerhalb von 10 Sekunden, was ein Abtropfen, die Bildung von Tropfen aus der vertikalen Kunststoffprobe an Stellen außerhalb der Flammen ermöglicht

LOI-Werte für ausgewählte Polymermaterialien zeigt Tabelle 1, einschließlich der Zuordnung von LOI zu UL 94 V-0.

Tabelle 1 : Sauerstoffindex-Werte ausgewählter Polymermaterialien

Die Entflammbarkeit von Polymermaterialien hängt vor allem von der chemischen Struktur des Polymers und von einigen physikalischen Faktoren ab, die das Brennen beeinflussen, zum Beispiel der Sauerstoffmenge, der Oberflächengröße (Fasern und Folien brennen leichter als Polymere in Form von Produkten mit größeren Wandstärken – UL 94 V-Werte werden üblicherweise einschließlich der Dicke der bewerteten Probe von 0,8 mm; 1,6 mm; 3,2 mm angegeben) usw. Ein wichtiger Faktor, der die Zersetzungs- und Brenngeschwindigkeit von Polymeren beeinflusst, ist deren Wärmeleitfähigkeitskoeffizient; diejenigen mit einem höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten sind schwerer entzündbar.

Daraus ergibt sich, dass wir bei deren Verarbeitung mittels Spritzgießtechnologie durch die Änderung prozesstechnologischer Parameter praktisch kein Brennen auslösen und somit deren Widerstandsfähigkeit gegen Brennen weder senken noch erhöhen können. Richtig gewählte technologische Parameter ändern weder die Zusammensetzung der Makromoleküle des gegebenen spritzgegossenen Materials noch die daran gebundenen oder darin eingefügten Additive.

Durch eine ungeeignete Änderung der Spritzgießparameter können wir (zusammen mit der Konstruktion des Spritzgießwerkzeugs – Entlüftungssystem der Formkavität) das Entstehen des Diesel-Effekts beeinflussen, d.h. die Entstehung einer lokalen Stelle mit verbranntem Material, aber beim Entstehen des Diesel-Effekts handelt es sich nicht um eine Flamme.

Zur thermischen Zersetzung, insbesondere von Additiven in Thermoplasten, kann es durch eine lange Verweilzeit der Polymerschmelze bei Verarbeitungstemperatur in der Plastifiziereinheit der Spritzgießmaschine oder im Heißkanal des Spritzgießwerkzeugs kommen. Hierbei handelt es sich jedoch um eine indirekte Beeinflussung der Entflammbarkeit, bei der sich einzelne Komponenten des Polymers bis hin zu dessen Makromolekülen temperaturbedingt zersetzen – aber nicht brennen – können. Es handelt sich um einen schrittweisen Prozess, der bereits bei relativ niedrigen Temperaturen (üblicherweise über 100 °C) beginnen kann. Die thermische Beständigkeit eines Polymers lässt sich nicht durch einen einzigen Temperaturwert definieren, sondern lässt sich durch die Zeit definieren, während der das Polymer einer bestimmten Temperatur ausgesetzt werden kann, ohne dass es zu einer Änderung einer konkreten Eigenschaft, zum Beispiel der Festigkeit, kommt. 

Ähnlich können wir das Material durch Einwirkung hoher Scherspannungen thermisch degradieren, was durch die Zusammensetzung des spritzgegossenen Materials, Spritzgießparameter, insbesondere die Einspritzgeschwindigkeit und die lokale Temperatur an der gegebenen Stelle sowie den Querschnitt der Formkavität (die Formkavität stellt bei ihrer Füllung mit Polymerschmelze in der Realität einen Strömungskanal dar, wo Formelemente, Dickenänderungen usw. vorhanden sind, allgemein hydraulische Widerstände, die lokal die Strömungsgeschwindigkeit der Polymerschmelze erhöhen und dadurch die Reibung und somit auch die Scherspannung erhöhen können) oder des Heißkanals (ungeeignet gewählte – kleine – Kanalquerschnitte im Verhältnis zum Volumen der beförderten Polymerschmelze) an der gegebenen Stelle des Werkzeugs beeinflusst wird. Wiederum handelt es sich jedoch nicht um ein Brennen.

In der Einleitung dieses Kapitels wurde die Verzögerung, Flammhemmung bzw. die inhibitorische Wirkung, die Unterdrückung oder Verhinderung des Brennens, der Verbrennung infolge von Wärme und Flammen sowie der Schutz von Kunststoffbauteilen vor Entzündung und Entflammung erwähnt. Flammschutzmittel oder selbstverlöschende Additive sind Stoffe, die die Wärmebeständigkeit von Materialien gegen Verbrennung erhöhen und dadurch die Entflammbarkeit von Thermoplasten senken bzw. verringern, diese verzögern, kontrollieren und gegebenenfalls den Verbrennungsvorgang löschen. Ihre Wirksamkeit tritt in der Regel erst bei höheren Konzentrationen ein (5 % bis 30 % und mehr, bis zu 80 %), ist abhängig von der flammhemmenden Kapazität des jeweiligen Stoffes und hat daher auch Einfluss auf die Verarbeitungseigenschaften (Verweilzeit der Schmelze bei Temperatur, Scherbeanspruchung bei der Plastifizierung, Scherbeanspruchung beim Füllen der Formnester mit der Polymerschmelze) sowie auf die Gebrauchseigenschaften (sie beeinflussen in der Regel die mechanischen Eigenschaften der Polymere negativ). Durch ihre mögliche Zersetzung können sie auch das Aussehen der Spritzgussteile beeinträchtigen. Auch Füllstoffe anorganischen Ursprungs tragen zur Flammhemmung bei.

Eine Reihe flammhemmender Additive verhindert die Pyrolyse, die Brände verursachen kann. Pyrolyse ist ein Prozess, bei dem Polymerketten in Kohlenwasserstoffmoleküle und brennbare Gase zerfallen, die sich anschließend mit Sauerstoff zu exothermen (wärmeerzeugenden) chemischen Reaktionen verbinden. Reaktive flammhemmende Additive werden direkt in das Polymermolekül eingebaut, während aktive Additive dem Polymermaterial als Mischung beigegeben werden. Beide Arten von Flammschutzmitteln können die Entzündung in der Dampfphase (gasförmig) und der kondensierten Phase (fest) eines Feuers unterdrücken.

Generell lässt sich sagen, dass drei Arten von Flammschutzmitteln zur Verfügung stehen:

- Radikalfänger in der Gasphase - bromierte Flammschutzmittel (BRF). BRF sind organische Halogenverbindungen, die einer thermischen Zersetzung unterliegen, bevor sie Chemikalien freisetzen, die die Oxidationsreaktionen der Flammen reduzieren. BRF sind kostengünstig und funktionieren mit vielen Polymeren, aber Halogene gelten als toxisch und sind daher in Kunststoffen verboten.

- Endotherme Zersetzung - nutzt mineralische Verbindungen, die als Antazida bekannt sind (aus dem medizinischen Wörterbuch übernommen – Verbindungen, die die Säure des Mageninhalts reduzieren), wie Aluminium- oder Magnesiumhydroxide, als Flammschutzmittel für die Dampfphase des Feuers – die Präsenz von gasförmigem Sauerstoff oder sauerstofffreisetzenden Stoffen, die somit den Verbrennungsprozess fördern. Diese Verbindungen zersetzen sich, wenn sie hoher Hitze ausgesetzt sind, und absorbieren die durch endotherme Reaktionen erzeugte Wärme (Energie in Form von Wärme wird verbraucht). Dadurch wird die Verbrennung gestoppt, das Material abgekühlt und die Entstehung von Flammen verhindert.

- Thermische Abschirmung (Kohlenstoffbildung) - Phosphor-Flammschutzmittel sind halogenfreie Verbindungen, die beim Erhitzen Phosphorsäure bilden, welche den Feststoff verkohlt und eine starke Kohlenstoffschicht erzeugt. Diese isoliert das Polymer und verzögert die Pyrolyse, was zu einer erschwerten Freisetzung von Gasen führt, die einen Brand entfachen könnten. Phosphorhaltige Flammschutzmittel können aktiv (reagieren auf äußere Reize) oder reaktiv (Fähigkeit eines chemischen Stoffes, chemische Reaktionen einzugehen) sein.

Einige Kunststoffe sind von Natur aus hitzebeständig und haben hohe Schmelzpunkte, was dazu beiträgt, ihre Entflammung zu verhindern. Diese Kunststoffe benötigen keine Flammschutzmittel, zum Beispiel amorphes Polyetherimid (PEI, Schmelztemperatur 219 °C), Polybenzimidazol (PBI, dauerhafte Temperaturbeständigkeit an der Luft 343 °C), teilkristallines Polyetheretherketon (PEEK, Schmelztemperatur 371 °C), teilkristallines Polyphenylensulfid (PPS, Dauereinsatztemperatur bis 240 °C), amorphes PVC (Schmelztemperatur von ca. 160 °C bis ca. 210 °C), PTFE (Schmelztemperatur 327 °C) usw.

Neben einer Reihe von Vorteilen, wie zum Beispiel der Eignung für eine ganze Reihe von Additiven und insbesondere für die Bildung von Verbundwerkstoffen, in denen sie – wie zum Beispiel PPS – die Funktion der Polymermatrix haben – mit verstärkenden Füllstoffen (Glasfaser, Kohlenstofffaser), mit mineralischen Partikelfüllstoffen, modifiziert mit Elastomeren, mit hoher chemischer Beständigkeit, hoher Temperaturbeständigkeit, Kriechstromfestigkeit, thermisch und elektrisch leitfähig, mit guten Gleiteigenschaften usw. – haben sie auch gewisse weniger vorteilhafte Eigenschaften, die insbesondere auf die hohe Schmelztemperatur des kristallinen Anteils (über 280 °C) zurückzuführen sind – hoher Energiebedarf beim Spritzgießen – Trocknungstemperatur 130 °C, Trocknungszeit mit trockener Luft 3 bis 4 Stunden, Schmelztemperatur 310 °C bis 330 °C, Werkzeugtemperatur 130 °C bis 150 °C.

Mit der Anforderung an die Verwendung, insbesondere im Automobilbau bei BEV-Typen, ist eng auch die Anforderung an eine dauerhafte Farbgestaltung der Spritzgussteile (Steckverbinder, Abdeckungen und weitere Teile) verbunden, die mit der Batterie zusammenhängen (im weiteren Sinne dürfen wir auch die Kunststoffteile in Ladestationen nicht vergessen) – orangefarbene Einfärbung, die der Norm für die Kennzeichnung elektrischer Leiter entsprechen und gegen hohe Verarbeitungstemperaturen beim Spritzgießen beständig sein muss. In vielen Fällen kommen Konstrukteure mit Verbundwerkstoffen aus, deren Matrix aus Polypropylen-Homopolymeren oder -Copolymeren oder Polyamid-Compounds besteht, die in beiden Fällen mit mineralischen Partikelfüllstoffen oder verstärkenden Glasfasern gefüllt sind. Die Materialien verfügen über eine Brandschutzklassifizierung UL 94 V-0.

Ende des ersten Teils.

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