Werkstoffverbund Thermoplastisches Polyurethan kann Kautschuk als Dämpfungselement ersetzen

Funktionsteile aus Metall und Kautschuk können konstruktiv und fertigungstechnisch vorteilhaft ersetzt werden. Als Bauteilträger ist die Metallsubstitution durch thermoplastische Kunststoffe im vollen Gang. Als Dämpfungskomponente hat BASF das thermoplastische Polyurethan Elastollan (TPU-X) entwickelt, das wirtschaftliche Substitutionspotenziale bietet.

Anbieter zum Thema

GGB Heilbronn GmbH

COSCOM Computer GmbH

Xometry Europe GmbH

BASF SE

Gummi-Metall-Verbunde spielen in vielen Bereichen der Technik eine wichtige Rolle – vor allem bei der Dämpfung mechanischer Schwingungen in Maschinenlagern und im Fahrwerk. Die aufwändige Gummifertigung, die enorm gestiegenen Metallpreise und der Trend zum Leichtbau haben jedoch inzwischen zur Suche nach alternativen Verbundteilen geführt.

Vernetztes TPU ersetzt Gummikomponente

So ist bereits vielfach die Substitution der schweren metallischen Komponenten durch leichtere Kunststoffe gelungen, die zudem fertigungstechnisch erhebliche Vorteile bieten. Stahl und Aluminium lassen sich zum Beispiel durch das BASF-Polyamid Ultramid CR ersetzen.

Seit einiger Zeit wird auch darüber nachgedacht, die Gummikomponente durch thermoplastische – also im Spritzgießverfahren verarbeitende – Elastomere, zu ersetzen. Der Lösungsansatz der BASF-Tochter Elastogran, Lemförde setzt auf ein vernetzendes thermoplastisches Polyurethan (TPU-X), das auf der K 2007 erstmals vorgestellt wird.

Aus dem neuartigen TPU-X mit dem Handelsname Elastollan und den thermoplastischen Polyamidwerkstoffen Ultramid A3WG7 CR und A3WG10 CR (PA 66) lassen sich durch Zwei-Komponenten-Spritzgießen in einem Schritt Formteile herstellen, in denen der leichte, glasfaserverstärkte Thermoplast für Stabilität sorgt und das vernetzte thermoplastische Polyurethan die gummi-elastischen Eigenschaften beisteuert. Die beiden Polyamid-Werkstoffe sind auf dynamische Belastung hin optimiert (Kürzel CR) – und haben somit auch schwingungsdämpfende Eigenschaften.

Gummielastisch, chemikalien- und ozonbeständig

Kennzeichnend für das chemisch vernetzte, gummielastische TPU Elastollan ist die Eigenschaftskombination aus verbessertem Druckverformungs- und Schwingungsverhalten. Damit erscheint dieser Werkstoff für Anwendungen im Automobil- und Maschinenbau geeignet zu sein. Ohne Zusatz von Weichmachern erreicht er eine niedrige Härte (60 Shore A). Im Dauergebrauch übersteht das TPU-X Elastollan Temperaturen bis 120 °C, die maximale, kurzzeitige Gebrauchstemperatur beträgt 150 °C.

Die chemische Vernetzung bei der Herstellung führt zu einer verbesserten Chemikalienbeständigkeit des Werkstoffs. Dadurch können Anwendungen erschlossen werden, in denen klassische Kautschuke aufgrund der Anfälligkeit gegenüber bestimmten Ölen und Fetten nicht in Frage kommen. Weitere Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Gummimischungen ergeben sich aufgrund der sehr guten Ozonbeständigkeit, der vielfältigen Einfärbbarkeit und der Geruchsneutralität.

Werkstoffverbund im modifizierten Spritzgießprozess hergestellt

Der TPU-Polyamid-Verbund wurde von Elastogran und BASF gemeinsam entwickelt. Das speziell modifizierte TPU-Elastomer Elastollan wird in einem Zweischneckenextruder plastifiziert, mit einem neuentwickelten flüssigen Prepolymer versetzt und an die Bauteilkomponente aus dem Polyamid Ultramid CR angespritzt. Das thermoplastische Polyurethan vernetzt molekular während des Spritzgießprozesses und erlangt so insitu die gummitypischen Eigenschaften.

Weil der Werkstoff Elastollan eine sehr gute Haftung zum ebenfalls thermoplastischen Polyamid der Ultramid-CR-Familie hat, kann das Verbundteil in einem Prozess hergestellt werden, ohne dass ein Haftvermittler (Primer) nötig ist. Die Werkstoffvernetzung findet bei den im Spritzgießverfahren üblichen Werkzeugtemperaturen und Zykluszeiten statt. Mit Hilfe des automatisierten, kontinuierlichen Spritzgießprozesses ist eine hohe Qualitätskonstanz zu erreichen.

Im Vergleich zur Fertigung konventioneller Gummi-Metall-Verbunde eröffnet dieser Herstellungsprozess erhebliche Vorteile, denn außer Primern werden auch das Vulkanisieren und weitere Folgeprozesse, zum Beispiel Nachbearbeitung und Kalibrierung, eingespart. Die Designfreiheit steigt.

Herstellung auf der K 2007 bei Krauss-Maffei

Von der technischen Vorteilen des Polyamid-TPU-Verbunds können sich die Besucher auf der Kunststoffmesse K 2007 in Düsseldorf überzeugen: Der Maschinenbauer und Projektpartner Krauss-Maffei zeigt dort eine kompakte Fertigungszelle – bestehend aus einem Spritzgießcompounder, einem Beistellaggregat für das Mehrkomponenten-Spritzgießen und einer Automation mit Linearroboter. Damit lässt sich ein praxisnah gestaltetes Bauteil aus Dämpfungselement und Träger in einem Vier-Takt-Werkzeug wirtschaftlich realisieren.

In Deutschland werden derzeit rund 230000 t Kautschuk zu technischen Elastomer-Erzeugnissen verarbeitet. Die gummielastischen Eigenschaften des vernetzten TPU-X Elastollan – in Verbindung mit technischen Kunststoffen wie dem Polyamid Ultramid sowie den damit verbundenen Prozess- und Fertigungsvorteilen – bieten nicht nur der Automobilindustrie, sondern auch dem Maschinen- und Anlagenbau vorteilhafte Substitutionsmöglichkeiten.

Hans-Werner Kampsen ist Leiter Vertrieb und technischer Service Automotive, Spritzguss, bei der Elastogran GmbH in Lemförde.

(ID:216945)