Kunststofftechnik Ein Zukunftsgarant namens Kunststoff

Autor / Redakteur: Peter Königsreuther / Peter Königsreuther

Die Weltbevölkerung zählt rund 7,7 Mrd. Menschen, die berechtigtermaßen auch einen gewissen Lebensstandard genießen wollen. Moderne Kunststoffe helfen dabei, das zu ermöglichen.

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Auch Kunststoffe übernehmen die Zukunftssicherung
Auch Kunststoffe übernehmen die Zukunftssicherung
(Bild: Lanxess)

In vielen Abenteuergeschichten, in deren Verlauf der Held eine Wüste zu durchqueren hat, wird schnell klar, wie wichtig sauberes Trinkwasser für das Überleben ist. Für uns ist es eine Selbstverständlichkeit, dass das lebensspendende Nass einfach so aus dem Wasserhahn in beliebiger Menge fließen kann – und das meiste davon nicht, um das Überleben zu sichern.

Kunststoff sichert Trinkwasserversorgung

Angesichts der steigenden Bevölkerung muss der Trinkwasserversorgung und -sicherung folglich ein Hauptaugenmerk gewidmet werden. Die BASF hat sich dieses Problems bereits angenommen. Moderne Wasseraufbereitungsanlagen sichern die Versorgung mit Wasser, bedürfen aber effektiver Filtereinrichtungen, damit das kühle Nass auch sauber beim Verbraucher ankommt. Diese Arbeit übernehmen Membranfilter aus hochreinem Ultrason, einem Polyethersulfon (PESU), laut BASF jetzt noch besser als die bekannten Ultrafiltertypen (UF) aus Polyvinylidendifluorid (PVDF). Das Material erlaube eine so bisher nicht erreichbare Kombination aus engster Porengrößenverteilung mit dennoch hohen Durchflussmengen beim Filterprozess.

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Damit, heißt es, können Ultrason-Membranfilter nicht nur Verunreinigungen sondern auch auch Mikroparasiten, Sporen, Bakterien und sogar Viren zuverlässig entfernen. Das damit gesäuberte Wasser erfülle alle Anforderungen des geltenden Trinkwasserstandards und müsse außerdem nicht nachträglich gechlort werden.

Membrane aus Ultrason sollen sich nicht so schnell durch Ablagerungen verstopfen (Fouling) und sind sehr gut zu reinigen, weil der Kunststoff gegen Säuren und Laugen resistent ist. Die Wasserdampfsterilisation bei einer Temperatur von 134 °C oder die Reinigung durch Ethylenoxid oder Gammastrahlung sollen sich mehrfach durchführen lassen, bevor der Filter getauscht werden müsse.

Genug nachhaltiger Strom

Geht es um die Sicherung von Energie, dann hat das Unternehmen Covestro jetzt etwas Neues aus der Kunststoffentwicklung zu bieten: Polyurethan als Matrixpolymer für die Herstellung von rund 60 m langen Windkraft-Rotorblättern für über 2 MW leistende Windkraftanlagen. Damit werden aber auch wesentlich leistungsfähigere Windkraftanlagen machbar. Das neue Polyurethan (PUR) wurde laut Covestro speziell für diesen Einsatzzweck entwickelt. Außer seiner guten mechanischen Belastbarkeit, die die Herstellung solch langer Rotorblätter ermöglicht, bietet das Covestro-PUR im Gegensatz zu auf Epoxid basierenden Matrixsystemen eine schnellere Aushärtung. Nicht zuletzt soll das Material bei der Vakuuminfusion der zur Verstärkung dienenden Glasfaserstrukturen leichter zu verarbeiten sein. Beide Pluspunkte gehören zu den Vorteilen, welche die Herstellung der Rotorblätter wirtschaftlicher machen, was sich auf die Investitionskosten für eine Gesamtanlage positiv auswirkt. Das PUR-Harz wird außerdem bei der Herstellung der den Rotorblättern zugehörigen Holmgurte und Shear Webs (Scherstege) eingesetzt.

Die Brennstoffzelle aus hochwertigen Polymeren

In puncto Mobilität, und zwar nicht mehr ganz nur von morgen, wirbelt das Technologieroulette momentan um reine, batteriebasierte E-Antriebe über hybride Antriebssysteme bis hin zur Brennstoffzelle, die ihren Einsatz bereits während der Apollo-Missionen der Nasa erfolgreich absolvierte. Mittlerweile bewegen sich U-Boote, Schiffe und Lkw sowie Personenbusse mit der Kraft der sanften Knallgasreaktion aus Sauerstoff und Wasserstoff, die für den permanenten Stromfluss sorgt – und zwar ohne die Probleme, die eine schwere Batterie mit sich bringt. Dass das serienmäßig auf den Pkw-Maßstab umgesetzt werden kann, beweist Toyota beispielsweise mit bereits knapp 10.000 verkauften Exemplaren seines Brennstoffzellen-Autos mit Namen Mirai.

Auch deutsche Autobauer wollen dabei den Anschluss nicht verpassen und bei diesem Thema zielgerichtet reagieren. Mercedes Benz Fuel Cell und Joma-Polytec entwickeln derzeit deshalb eine Brennstoffzelle aus technischem Kunststoff zur Serienreife, die ihresgleichen suchen soll. Möglich machen das Kunststoffe von der BASF. Das Endergebnis soll den Mercedes GLC F-Cell in Bewegung setzen, einen hybriden Pkw, der außerdem über eine nachladbare Lithium-Ionen-Batterie verfügt. Eine besondere Hauptrolle nimmt das BASF-Produkt Ultramid ein, heißt es. Dabei handelt es sich um ein Polyamid, das chemisch beständig ist und auf Dauer dynamisch hoch belastet werden kann, wie die BASF präzisiert. Genauer gesagt sind die beiden für diese Aufgabe maßgeschneiderten, glasfaserverstärkten Ultramid-Typen A3WG10 CR und A3EG7 EQ daran beteiligt. Aus ihnen werden die Kathoden- und Anodenplatten für die Brennstoffzelle gefertigt. Speziell das Ultramid A3EG7 EQ entspricht nach Aussage von BASF den Reinheitsanforderungen der Elektroindustrie.

Kunststoffe als effiziente Kühlelemente

Um bei der Elektromobilität zu bleiben, darf außerdem das Know-how von Lanxess nicht vergessen werden. Dr. Martin Wanders, Leiter der globalen Anwendungsentwicklung bei Lanxess, nimmt dabei Stellung zu zwei aktuellen Entwicklungsrichtungen des Unternehmens: „Einer unserer Schwerpunkte liegt auf der Substitution des immer schwerer verfügbaren und damit vergleichsweise teuren Polyamid 66 (PA66). Ein anderer zielt auf die Optimierung von Elektrofahrzeugen durch den Einsatz von Polyamiden und Polyestern.“ Lanxess habe deshalb vor einiger Zeit ein spezielles „e-Powertrain-Team“ zusammengestellt, das sich vor allem um letzteren Fokus kümmern werde.

Man sieht für diese hauseigenen Thermoplaste in der Elektromobilität unterschiedliche Einsatzschwerpunkte, heißt es. Dazu zählen Ladesysteme, Inverter, Elektromotoren, Hilfssysteme wie Kühlpumpen und Elemente, die der Batterie zuzuordnen sind. Potenziell interessante Batterieanwendungen seien zum Beispiel Zellhalter, Spacer, Abdeckungen, Modulträger und Gehäuseteile. „Oft sind unsere Thermoplaste die passende Leichtbaualternative zu herkömmlichen Materialien wie Druckgussmetallen – so etwa bei Crash-relevanten Strukturbauteilen für die Batterie“, erklärt Julian Haspel, Leiter des neuen Teams. Aber es sollen sich damit auch völlig neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnen. Dazu zählen beispielsweise elektrisch isolierende, aber thermisch leitfähige Compounds, so der Experte.

Thermisch leitfähige Polymere sind auch ein Themengebiet, dem sich die Barlog-Gruppe seit einiger Zeit widmet. Barlog Plastics nutzt für diesen Zweck allerdings eine wesentlich bunter gemischte Palette von dafür möglichen Thermoplasten. Außer Polyamiden bietet das Unternehmen auch thermisch leitfähige Compounds auf Basis von PBT, PPS, PPA und EBA (Ethylen-Butylacrylat) an. Deshalb seien auch sehr individuelle Mixturen zur Lösung eines Problems machbar.

Praktische Anwendungsbeispiele für dieses Know-hows finden sich als Kühlkörper und Gehäusekomponenten in LED-Leuchten oder Scheinwerfersystemen von Automobilen. Das Elektrofahrzeug richte den Blick der Entwickler aber auf neue Wege, genauso wie die Brennstoffzelle. Wo früher hitzebeständige Kunststoffe gefragt waren, sind heute mehr und mehr wärmeleitende Polymersysteme in modernen Fahrzeugen verbaut, um Wärme gezielt dort abzuleiten, wo sie entsteht – und das mit zusätzlichem Leichtbaueffekt, betonen die Experten von Barlog.

Polyamid 6 als funktionierender PA66-Ersatz

Die Kfz-Entwickler sollen derzeit vor allem Polyamid-Typen schätzen, die eine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 bis 2 W/mK aufweisen. Außerdem seien sie gut zu verarbeiten und relativ günstig. Doch lange würden die Standard-PA dem Trend nicht mehr genügen. Barlog kann mit den anderen vier Kunststoffen Abhilfe schaffen, wie es heißt. Der bestehende Baukasten an Hochleistungskunststoffen beinhaltet dazu auch funktionelle Füllstoffe, wie Metallfasern, Keramikpulver, Graphit oder mineralische Additive, merkt Barlog Plastics an. Und, wie schon erwähnt, fokussiert sich Lanxess auch auf die Substitution des immer teurer werdenden PA66. Die soll sich mit der neuen Polyamid-6-Produktreihe Durethan P machen lassen, bei der es sich bis jetzt um zwei hochverstärkte Polymere handelt, die sich auch als vergleichsweise wirtschaftliche Alternative zu PA-66-Werkstoffen herauskristallisieren würden. Durethan BKV50PH2.0 und Durethan BKV60PH2.0EF heißten die Neulinge und haben Kurzglasfasergehalte von 50 respektive 60 Gewichtsprozent. Das „P“ im Namen steht für die Abkürzung „Performance“. Es soll die hohe Betriebsfestigkeit dieser Kunststofftypen unter pulsierenden Belastungen unterstreichen. Lanxess erklärt, dass die Beständigkeit gegen zyklisch auftretende mechanische Belastungen im Vergleich zu Standardprodukten mit identischen Glasfasergehalten weit höher ist.

Vorsicht vor übereilten Entscheidungen

Egal also, ob es um die Sicherung von Grundbedürfnissen wie der Wasserversorgung geht, um nachhaltige Energien oder um die bezahlbare, ressourcenschonende Mobilität: Kunststoffe sind Schlüsselmaterialien, die noch weit mehr Anwendungsmöglichkeiten ins Feld führen, als es die hier geschilderten Beispiele beweisen. Wer Kunststoffe pauschal verbieten will, nimmt in Kauf, dass die Zukunft einer Milliardenbevölkerung aufs Spiel gesetzt wird. MM

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