Masterbatches worldwide.

Kunststoff macht mobil

Ein Leben ohne Auto, die Bewegung von Menschen und Waren nur durch eigene Muskelkraft oder mit Hilfe von Pferd und Rind ist in unserer Zeit nicht mehr denkbar. 100 Jahre technische Revolution haben eine Mobilität ermöglicht, welche zu Zeiten des "Wilden Westens" undenkbar waren. Mit der Entwicklung Anfang des 20. Jahrhunderts bis heute, hat sich das Automobil als Verkehrsmittel im Individualverkehr durchgesetzt. Mit der Geburt der Massenmotorisierung stieß die Entwicklung an Ihre Grenzen von Ressourcen und Kosten. Das Fahrzeug muss immer umweltfreundlicher und ressourcenschonender, nachhaltiger und leichter werden, trotzdem aber komfortabel und dynamisch. Mit dem Einsatz von Kunststoffen eröffnete sich eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten im In- sowie Exterieur: Materialien wurden substituiert, Gewicht konnte eingespart werden und das Auto wurde zum persönlichen Prestige-, Design- und Identifikationsobjekt. Die Fortbewegung von A nach B steht somit nicht mehr im Vordergrund.

 

Mit den gestiegenen Anforderungen an Automobilität und des höheren Stellenwerts von Ökologie sowie Ökonomie ergaben sich neue Aufgabenfelder für Masterbatch- und Compoundhersteller. Die dadurch resultierende stetig steigende Nachfrage, Produkte schnell und flexibel entsprechend der Bedürfnisse und Wünsche der OEM zu gestalten, stellen die kunststoffverarbeitende Industrie vor eine große Aufgabe: hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Qualitätsanforderungen mit geringen Bauteilgewicht zu generieren.

 

Im konkreten Fall kollidierten die Eigenschaftsprofile herkömmlicher Luftkanalmaterialien mit den gestiegenen Anforderungen eines Neuproduktlaunches. Im Sinne der Kundenphysiologie müssen Emittenten im Fahrzeuginnenraum mit jedem Produktlaunch deutlich reduziert werden, welches ebenso auch alle Kunststoffaggregate betrifft. Der bis dato eingesetzte PP-Werkstoff in luftführenden Komponenten überschritt deutlich die neu definierten Grenzwerte für Emissionen im Fahrzeuginnenraum. Um den Anforderungen an ein verbessertes Klima im Fahrzeuginnenraum gerecht zu werden, wurde in mehreren Entwicklungsstufen in Zusammenarbeit mit einem großen deutschen OEM ein Low-Emission-PP-Compound entwickelt. Hierbei mussten für Luftführungen und Kanäle im Fahrzeugbau umfangreiche zusätzliche Anforderungen und Normen des OEM und der Prozesstechnologie berücksichtigt werden - ein emissionsarmes Extrusionsblasform-PP entstand.

 

Probleme des bisherigen Materials

Die Abbildung 1 stellt signifikante Anwendungsbereiche für thermoplastische Kunststoffe im Automobil dar. Mit der technischen Revolution des 19. Jahrhunderts bis heute, ist der Anteil des Kunststoffes im Automobil auf ein Fünftel (Abbildung 2) gestiegen. Die Vielzahl der Anwendungen zeigen deutlich, dass der Werkstoff den verschiedenen Anforderungen durch seine hohe Anpassungsfähigkeit, Leichtigkeit und einfache Verarbeitbarkeit gerecht werden kann. Gerade Polypropylen (PP) ist im Automobil ein Werkstoff mit einem stetig steigenden Marktanteil. Thermoplastische Kunststoffteile im Fahrzeug müssen individuell und spezifisch auf die Anforderungen des OEM abgestimmt werden. Hierbei kann die Masterbatch- und Compoundindustrie entscheidenden Einfluss auf die spätere Produktqualität nehmen. Dies betrifft unter anderem auch das Verhalten des Werkstoffs hinsichtlich Emission und Geruch. In allen Lebenslagen sind Menschen Gerüchen und Emissionen anthropogenen Ursprungs ausgesetzt. Die Reaktion auf Gerüche hat im Laufe der Zeit zugenommen, einige empfinden wir als angenehm, andere stellen eine Belästigung für unser Leben dar. Häufig spielt auch die Sorge vor gesundheitlichen Belastungen eine große Rolle.

 

In diesem Spannungsfeld wurden bei einem Tier 1 in mehreren Entwicklungsstufen PP Einstellungen für Luftführungen und Kanäle im Fahrzeugbau unter der Berücksichtigung der umfangreichen Anwendungsbereich für thermoplastische Kunststoffe im PKW Anforderungen des OEM abgestimmt. Die Herausforderung bei der Entwicklung des Compounds bestand darin, den Spagat zwischen Emission und Stabilität zu generieren.

 

Emissionen aus Lüftungskanälen

Bei der Verwendung von Kunststoffbauteilen können unter Umständen flüchtige Bestandteile freigesetzt werden. Das Emissionsverhalten des Materials wird durch mehrere Faktoren wie dem Materialcharakter sowie der –historie wie z.B. dem Verarbeitungsparametern beeinflusst. Weitere Faktoren stellen die Luftwechselgeschwindigkeit sowie -feuchtigkeit und auch durch andere Partikel im Raum wie beispielsweise Staub dar. Um das Emissionsverhalten messbar bzw. vergleichbar zu machen, geben die OEM Richtlinien sowie Normen vor. Unter wechselnden klimatischen Bedingungen werden an Bauteilen und Baugruppen eines Automobils die Emissionswerte und Geruchsnoten ermittelt. Nennenswert sind in diesem Bereich die VW 50180 sowie die VDA276-1. Hier werden die organischen Emissionen aus Bauteilen des KFZ-Innenraums in einer m³ Prüfkammer bestimmt. Die VDA270 beschreibt Prüfungen zum Geruchsverhalten von Werkstoffen unter Berücksichtigung unterschiedlichster Temperaturen.

 

Low-Emission-PP-Compound

Mit dem neu entwickelten Low-Emission-PP-Compound (Abbildung 3) für Blasform- und Spritzgussanwendungen im Automobil wurde eine geruchsarme PP-Innenraumtype geschaffen. In mehreren Tests konnte die Wärmealterungsstabilität gemäß VW 44045 nachgewiesen werden. Die prozessoptimierte Rezeptur generiert zusätzlich Optimierungspotentiale für Verarbeitbarkeit, Zykluszeit und Ausstoß.

 

Unter Zuhilfenahme geeigneter selbst entwickelter Additivpakete und dem Einsatz speziell ausgewählter Rußtypen entspricht das GRAFE-Compound den spezifischen Anforderungen: wärmealterungsstabil, emissionsarm, geruchsneutral und prozesssicher.

 

Der Vorteil

Ziele der OEM sind wettbewerbsfähige Produkte zu wettbewerbsfähigen Preisen mit einem maximalen Kundennutzen zu erhalten. Mit der Entwicklung eines geruchsneutralen und emissionsreduzierten PP-Compound konnte GRAFE den Anforderungen und Normen des OEM hinreichend entsprechen.

 

Emissionsarm. Die bisherig eingesetzten PP-Werkstoffe für luftführende Komponenten konnten die neu definierten Grenzwerte für Emissionen im Fahrzeuginnenraum nicht mehr erreichen. In dem neu entwickelten Low-Emission-PP Compound wurde den umfangreichen OEM-Anforderungen sowie den höchsten Ansprüchen eines modernen Serienprozesses hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit entsprochen.

Geruchsoptimal. Das menschliche Bewusstsein und die Sensibilität der Menschen gegenüber Schadstoffen in der Umwelt führen zu einer erhöhten Aufmerksamkeit gegenüber Gerüchen. Häufig spielt die Sorge vor gesundheitlichen Belastungen eine große Rolle. Mehrere Tests mit dem Extrusionsblasform-PP von GRAFE haben gezeigt, dass sich der Werkstoff nach Verarbeitung geruchsneutral verhält.

Prozessoptimiert. Die prozessoptimierte Rezeptur des PP-Compound ermöglicht eine bessere und schonendere Verarbeitbarkeit. Darüber hinaus können Ausstöße und die Zykluszeiten verbessert werden. Folgerichtig stellt sich der Verarbeitungsprozess kosteneffizienter dar. Kundenspezifisch. Das Extrusionsblasform-PP kann individuell auf die technologischen und kommerziellen Anforderungen des Kunden angepasst werden.

 

Weitere Projekte

Neben dem Low-Emission-PP-Compound wurden weitere innovative Produkte für den Automobilbau entwickelt. Exemplarisch steht das HP-Masterbatch-Composite: Dieses bietet signifikanten faserverstärkten Strukturbauteilen (Abb. 1) im Inter-, Exterieur und Powertrain höchste Performance für Langzeitwärmestabilität, Designfreiheit und Faserpolymeranbindung. Hierbei waren Forderungen hinsichtlich effizienter Zugabedosierung von unter 3 % zu realisieren. Selbst Höchsttemperaturlasten im Motorraum können den mit dem GRAFE-HPMC stabilisierten Strukturbauteilen auf Lebensdauer des Fahrzeugs keine relevanten Schäden zufügen.

 

Fazit

Der Werkstoff Kunststoff ist in unserer Welt nicht mehr wegzudenken. Er gestaltet viele Bereiche unseres Lebens einfacher, auch den Automobilbau konnte er durch seinen Facettenreichtum revolutionäre Impulse geben. Der erste Käfer 1948 wog 600 kg, hatte eine Höchstgeschwindigkeit von ca. 100 km/h und 24,5 Pferdestärken. 60 Jahre später wurde der Golf VI geboren. Dieses Auto ist mit 1.241 kg doppelt so schwer, bietet aber eine Leistung von bis zu 200 PS und Geschwindigkeiten deutlich über 200 km/h. An diesem Entwicklungspotential hat Kunststoff einen eindeutigen Anteil und zeigt deutlich, dass der Werkstoff Kunststoff der Motor des Fortschritts ist und weiterhin sein wird.

 

Mit dem neu entwickelten Low-Emission-PP-Compound standen die Entwickler der GRAFE-Gruppe vor neuen Herausforderungen, eine gleichbleibende Qualität der Bauteile mit den spezifischen Anforderungen der OEM zu realisieren. Frühere Produkte wichen von den Anforderungen und Normen der OEM ab. Mit dem innovativen PP-Compound können neue Anwendungsfelder erschlossen werden. In Zusammenarbeit mit einem großen deutschen OEM können die Anforderungen an ein verbessertes Klima im Fahrzeuginnenraum erreicht werden. Mit dieser Innovation haben die Mitarbeiter von GRAFE wieder einmal die Vision der Automobilhersteller verstanden und definiert Realisationspotentiale angeboten.

 

Der kompetente Partner

Gegründet wurde das Familienunternehmen 1991 in Jena. Vier Jahre später folgte der Umzug in den neuen hochmodernen Firmenkomplex nach Blankenhain, in dem heute mehr als 200 Mitarbeiter, 25 % davon in Forschung und Entwicklung, für hochinnovative Lösungen sorgen. Innovativ, schnell und mit höchster Sorgfalt entwickelt das Unternehmen Masterbatches, Compounds und Pigment-Pulvermischungen. Das Unternehmen GRAFE ist Partner der Kunststoff verarbeitenden Industrie und hat mehr als 1.800 Kunden weltweit, darunter Unternehmen der optischen Industrie, Spielzeugindustrie, Medizintechnik sowie Automobilindustrie, wie VW, Audi und Porsche. Die OEM-Partner vertrauen der ISO- und TS16949 zertifizierten Qualität in Produktion und Service. Das Thüringer Unternehmen entwickelte in Zusammenarbeit mit seinen Kunden aus der Automobilbranche mehr als 8.000 Farbrezepturen. Namhafte deutsche sowie internationale Automobilhersteller sind als Kunden von der Qualität und Flexibilität von GRAFE überzeugt. Die Einstellung thermoplastischer Kunststoffabbildungen für Innenraumfarben im PKW erfolgt in der Regel über eine vom OEM definierte Leder-, Lack- bzw. Textilvorlage. Im Laufe der letzten elf Jahre hat man so für 34 nationale und internationale OEM über 700 Interior-Trim Colors in 29 Thermoplastarten abgebildet. So zahlreich die Kunden, desto unterschiedlicher sind deren Ansprüche. Diesen individuellen Anforderungen werden die Mitarbeiter der GRAFE-Gruppe durch langjährige Erfahrungen und umfassendes Know-how gerecht. Die Kunden von GRAFE setzten auf die Fähigkeit der Mitarbeiter, intelligente Lösungen zu erarbeiten, welche ihre Produkte aufwerten und ihnen bessere Eigenschaften verleihen. Um diese zu sichern setzt die GRAFE -Gruppe sehr stark auf Ausbildung: 10 Prozent der Belegschaft sind Auszubildende und Studenten. So sichert GRAFE kontinuierlich Innovation und Wachstum. Mit global ausgerichteten Patenten, einer der größten Forschungsabteilung der Branche und einer intensiven Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Instituten, will GRAFE vergleichbaren Unternehmen immer einen Schritt voraus sein. Durch eine perfekte Produktionslogistik und einem hohen Automatisierungsgrad gewährleistet der Masterbatch-Spezialist eine schnelle Auftragsabwicklung und kurze Lieferzeiten. GRAFE steht vor allem für Qualität, Flexibilität, Schnelligkeit, Sorgfalt und Innovation.

 

LITERATUR

Helmers, Eckard: Über 100 Jahre Automobil – Woher kommen wir, wohin fahren wir? Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.chemie-am-auto.de/eisen/Folie_Eisen_Aluminium_1.jpg Bayrisches Landesamt für Umwelt: Gerüche und Geruchsbelästigungen, Augsburg, 2005

 

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