PUR-Hochdruckreaktionsgießmaschine
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Haptik, Optik, Funktionalität und Schutz sind maßgeblich von der Automobilindustrie vorangetriebene Forderungen an Kunststoffoberflächen der Zukunft. Dabei wachsen die zwei Welten der Oberflächenbehandlung und der Kunststoffverarbeitung weiter zusammen, was sich in einer Vielzahl integrierter Prozesse widerspiegelt. In diesem Spannungsfeld der Herausforderungen wurden am Institut für Recycling der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften mit der PUR-Anlage zahlreiche Untersuchungen durchgeführt. Ausgehend vom Trägermaterial mit dem Anspruch des Leichtbaus und der für die Anwendung geforderten mechanischen Kennwerte wie z.B. Festigkeit und Schlagzähigkeit wurde der Einsatz unterschiedlicher Werkstoffkombinationen als Trägermaterial (z.B. klassische Werkstoffe / Werkstoffsysteme PC, ABS, PC/ABS, PBT) für PUR-Lacksysteme im Rahmen von Automobil Interieur und Exterieur-Bauteilen untersucht. Neben kompakten Trägermaterialien wurden vergleichbare Untersuchungen mit geschäumten Trägermaterialien sowie naturfaserverstärkten (Sisal, Hanf, Flachs) Trägermaterialien durchgeführt. Auch die Kombination von geschäumt und naturfaserverstärkt war Gegenstand von Forschungsaktivitäten in Verbindung mit unterschiedlichen PUR-Lacksystemen. Wesentliche Untersuchungsparameter waren z.B. das Schwindungsverhalten und die Haftungseigenschaften von Träger und unterschiedlichen PUR-Lacksystemen. Das Aufbringen von Oberflächensystemen mittels Überfluten oder Coating-Verfahren sowie die Verarbeitbarkeit der PUR-Lacksysteme in der Anlage wurde mit unterschiedlichen Lacksystem-Herstellern sowie Anwendern angepasst und optimiert. Das Überfluten von Bauteilen mit PUR-Lacksystemen mit dem Ziel des Aufbaus von geringen Schichtstärken (bis 0,3 mm) mit zuweilen hochkomplexen Werkzeugen war die Zielsetzung unterschiedlichster Studien-, Diplomund Bachelorarbeiten. Vorteile bieten sich dabei aber nicht nur am fertigen Produkt, denn bereits in der Verarbeitung profitiert der Anwender von zahlreichen Eigenschaftsverbesserungen. So können selbsttrennende Eigenschaften den Einsatz von Trennmitteln bei gleichzeitig geforderter guter Haftung zum Substrat überflüssig machen. Unter entsprechenden Voraussetzungen sind hiermit hochglänzende Bauteile möglich, die im geschlossenen Spritzgießwerkzeug mit PUR-Lacksystemen überflutet werden. Die Integration der Oberflächenveredelung in den Fertigungsprozess ist ein steter Forschungsschwerpunkt bei den Arbeiten mit der PUR-Anlage, denn abhängig von der Art der Oberfläche und der Bauteilgestaltung stehen dem Anwender prinzipiell zwei Strategien zur Verfügung: Zum einen die klassischen IMD- und IML-Verfahren (In-Mold Decoration, In-Mold Labeling), bei denen eine Folie oder eine Transferschicht durch Hinter- oder Überspritzen auf ein Bauteil übertragen wird. Gegenstand all unserer Forschungs- und Untersuchungsansätzen ist das Verfahren, bei denen das Bauteil noch im Werkzeug mit einem Lacksystem überflutet wird. Die Integration von Oberflächentechnik und Kunststoffverarbeitung spiegelt sich hier wider, so dass Spritzgießer und Lackentwickler in Zusammenarbeit neue Systempakete erarbeiten und anbieten können. Die Einstellung der Oberflächeneigenschaften in einem weiten Bereich von transparenten, farbigen, hochglänzenden oder matten Lacken erlaubt es auch bei entsprechender Gestaltung des Werkzeugs die Haptik zwischen hart und weich zu variieren. Die Trägermaterialien mit dem Anspruch des Leichtbaus wurden hinsichtlich ihrer Haftung zum PUR-Lack optimiert, so dass der Verbund auch starken Belastungen standhält. Um das Überfluten im geschlossenen Werkzeug zu ermöglichen, wird nach der Herstellung des Kunststoff-Korpus das Werkzeug mitsamt Bauteil verschoben und mit der zweiten Werkzeughälfte verschlossen, in der sich die Kavitäten für den Lack befindet. Ein besonderes Augenmerk gilt unter anderem der Abdichtung für das niedrigviskose PUR-Lacksystem, dessen Applikation mit einer Hochdruck-Dosieranlage und einem selbstreinigenden Mischkopf erfolgt. Die Änderungen an den Pumpen für einen geeigneten Vordruck im Rahmen der geplanten Dosierung erwiesen sich als notwendig und speziell für das Dosieren kleinster Mengen als zielführend. So ist die 2K-Spritzgießmaschine kombiniert mit einer PUR-Dosiermaschine eine Komplettlösung zur montagefertigen Herstellung von beschichteten Bauteilen. Der Aufbau der PUR-Lacksysteme für die finale Oberflächengestaltung sowie eingehende Prüfungen zum Verhalten von selbstheilenden Lacken stand neben einer guten Applikation im Focus der Untersuchungen (Promotionsarbeit). Dieses PUR-Lacksystem vereint in seiner Anwendung mehrere Anforderungen, indem es nämlich einen wirksamen Schutz des damit beschichteten Bauteils mit einer hochwertigen Anmutung und einer angenehmen Haptik kombiniert. Im Gegensatz zu klassischen Kratzfestbeschichtungen, die auf eine maximale Härte abzielen, weisen diese PUR-Gießlacke die Fähigkeit zur Selbstheilung auf. Kratzer stellen sich durch diese Eigenschaft bereits bei Raumtemperatur von selbst wieder zurück. Dadurch werden Oberflächen mit neuen Eigenschaften geschaffen, die in dieser Form durch konventionelle Beschichtungsverfahren nicht herstellbar sind. Um auch weiterhin den hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität gerecht zu werden, werden weitere Forschungsaktivitäten unsererseits in der Polyurethantechnologie durchgeführt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Natural fiber reinforced thermoplastic foams - A new material group for lightweight structures. Society of plastics Engineers (SPE) Antec 2010, Orlando
Achim Schmiemann, A. Otten
- Neue technische Lösungen dank PUR (er) - Vielfalt. Poster-Präsentation, IZB Wolfsburg 2010
Albert Otten
- Material concept vision for large-scale production of finished colored external body panels in automobile. Internationaler VDI-Kongress, Kunststoffe im Automobilbau, 21.-22.03.2012 Mannheim
Jörg Hain, Achim Schmiemann, Paolo Bersch
- Physical foam injection moulding of PC-Blends: perspectives and available techniques. Kunststofftrends im Automobil, Tagungsband 09.2011, Wolfsburg
Paolo Inacio Bersch, Jöra Hain
- Hochglänzende, selbstheilende Kunststoffoberflächen für den Exterieurbereich im Automobil. Internationale Fachmesse für Oberflächen und Schichten O&S, 12.-14.06.2012 Stuttgart
Jörg Hain
- Hochglänzende, selbstheilende Kunststoffoberflächen für den Exterieur- /Interieurbereich im Automobil. Symposium Material innovativ, Aschaffenburg 2013
Jörg Hain
- Coatable wood plastics foams für automotive applications. Society of plastics Engineers (SPE) Antec 2014, Tagungsband
Erik Homey, Achim Schmiemann
- Foamed SMA/TPU Blends for in-mold coating with PUR. Society of plastics Engineers (SPE) Antec 2014 Posterpresentation
Robin Führmann, Eric Homey, Achim Schmiemann
- Material concept vision for large-scale production of finished colored external body panels in automobile. Antec Society of plastics Engineers (SPE) Antec 2014, Tagungsband
Jörg Hain, Achim Schmiemann, Paolo Bersch
