Ziel der Entwicklung
Die Motivation für das Forschungsprojekt ist der Leichtbau, der ein anhaltend aktueller Trend in vielen Industriebranchen ist. Zielstellung ist die Entwicklung der Verfahrenskombination von Zwei-Komponenten-Sandwich-Spritzgießen und thermoplastischen Schaumspritzgießen (TSG), die eine rationelle Herstellung von preisgünstigen Leichtbauteilen ermöglicht. Bisher entstand der Schaum durch ein chemisches Treibmittel. Die physikalische Begasung durch Treibfluid ermöglicht im Vergleich hierzu eine deutlich reduzierte Schaumdichte. Daraus ergibt sich die Aufgabe, das 2K-Sandwichspritzgießen mit dem physikalischem Schäumen zu kombinieren und somit den Leichtbaueffekt noch weiter zu steigern. Das technische Risiko der Verfahrenskombination liegt darin, dass das Gas nicht über die Trennebene entweichen kann wie dies beim 1K-TSG der Fall ist. Daraus resultiert eine ungleichmäßige Verteilung der Schaumstruktur entlang des Fließwegs mit negativen Auswirkungen auf Maßhaltigkeit, Schwindung, Verzug und mechanische Eigenschaften. Diese Risiken zu minimieren ist eine weitere Zielstellung des Forschungsvorhabens. Die Verfahrenskombination soll an Materialien, die für die kunststoffverarbeitende Industrie von hoher Bedeutung sind, praktisch erprobt und zur Serienreife geführt werden.
Vorteile und Lösungen
Im Forschungsvorhaben ist es gelungen, die Verfahrenskombination bis zur Serienreife zu entwickeln. Die Leichtbauteile sind wirtschaftlich, großserientauglich und maschinenfallend ohne Nacharbeit herstellbar. Nach maschinentechnischen Anpassungen, Inbetriebnahme und Anpassungsmaßnahmen von Seiten des Herstellers konnten für die Praxis der kunststoffverarbeitenden Industrie relevante Materialien prozesssicher verarbeitet werden. Für eine möglichst breite Ausrichtung der zukünftigen Anwendungen wurden sechs „Eigenschaftscluster“ definiert: 1. Geringe Kosten, 2. Geringer CO2-Footprint durch nachwachsende Rohstoffe, 3. Class-A-Oberfläche, 4. Geringer CO2-Footprint durch Recyclingmaterial, 5. Hohe Performance, 6. Tribologieoptimiertes Material für hohe Verschleißfestigkeit. Die jeweiligen Spritzgießversuche dienten der Technologiefindung und der Erprobung der Verfahrenskombination. Für jedes Eigenschaftscluster wurde eine geeignete Additivierung zur Homogenisierung der Schaumstruktur gefunden. Die Herausforderung der Verfahrenskombination, die Ausbildung einer ungleichmäßigen Schaumstruktur mit große Blasen am Fließwegende konnte durch Technologiefindung und Additivierung abhängig vom jeweiligen Materialtyp deutlich verbessert werden.
Abschließend kann gesagt werden, dass das Forschungsprojekt „Cell-2K+“ sehr erfolgreich verlaufen ist. Momentan werden einige zukunftsweisende industrielle Anwendungen mit Beispielcharakter für Kunden entwickelt. Im Hinblick auf die anhaltende Bedeutung des Leichtbauthemas ist mit weiterem Interesse an dieser speziellen Leichtbaulösung zu rechnen. Im Laufe des Projekts ergaben sich interessante und langfristige Kooperationen mit industriellen Anwendern wie zum Beispiel:
- Tragendes Bauteil im Bereich Elektromobilität
- Großvolumiges Bauteil im Automobil-Motorraum
- Rotierendes Maschinenelement: Verringerung bewegter Massen.
Momentan werden weitere kundenspezifische Applikationen entwickelt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Prädestiniert sind verrippte, flächige, plattenartige oder schalenförmige Bauteile mit tragender Funktion, die biegesteif sein müssen. Beispiele im Bereich Automotive sind: Front-End-Träger, Säulenverkleidung, Schwellerverkleidung, Batterieträger, Haube für Zylinderkopf, Verdeckkastendeckel, Trittstufenverkleidung, Sitzschale, Kofferboden, Heckspoiler. Beispiele für technische Anwendungen sind hochfeste flächige Gehäuse, Aufbauten für Roboterköpfe, bewegte Schließmechanismen, schnell rotierende Maschinenelemente.
Unter Beachtung der stofflichen und rheologischen Kompatibilität lassen sich geometrieabhängig Verhältnisse von Haut- zu Kernschichtanteile von 30:70, maximal von 20:80 erreichen. Die Kernschichtdichten liegen bei zirka 0,5 g/cm³ oder darunter. Die so erzielten Gewichtsreduzierungen liegen im Bereich von 25 bis 45 Prozent, je nach Materialpaarung.
