Kunststoffe gehören mit Abstand zu den vielseitigsten Werkstoffen mit den umfangreichsten Einsatzmöglichkeiten in der industriellen Fertigung. Gleichzeitig machen ihre unterschiedlichen Eigenschaften und deren Kombination die einsatzabhängige Verarbeitung oft zu einer Herausforderung. Dies betrifft vor allen Dingen das Spannungsverhältnis zwischen Flexibilität, Belastbarkeit und Verarbeitungsmöglichkeit sowie Formgebung. Hier das Optimum aus allen Bereichen zu erzielen, ist eine Aufgabe, der sich die K-Profile AG aus Bischofszell in der Schweiz seit 30 Jahren widmet. Dass es dem Spezialisten für Kunststoffprofile dabei immer wieder gelingt, mit neuen Hightech-Materialien Grenzen zu überwinden, belegt exemplarisch die Entwicklung eines Hitzeschutz-Profils für extreme Einsatztemperaturen.
Im Auftrag eines Maschinenherstellers im Bereich der Schmelzklebstoffherstellung galt es, eine Lösung für die Fertigung eines solchen Hitzeschutz-Profils zu finden, das verschiedene Eigenschaften vereint, die mit konventionellen Kunststoffen im Verfahren der Extrusion bisher nur unzureichend erzielt werden konnten. Einerseits galt ein wichtiges Augenmerk der Formgebung, in Gestalt der geringen Dicke des angestrebten Profils. Andererseits erforderte der Einsatzzweck eine extreme Hitzebeständigkeit für Einsatztemperaturen bis 270 °C sowie eine Klassifizierung als schwerbrennbar im Bereich V-0, nach Vorschrift UL94.
Allein die Vorgabe der Einsatztemperatur schloss gebräuchliche Standardkunststoffe aus, die für Temperaturen bis 100 °C geeignet sind. Selbst technische Thermoplaste rangieren in Fragen der Hitzebeständigkeit zwischen 100 und 140 °C und damit deutlich unter den vom Kunden vorgegebenen 270 °C. Bekannte Thermoplaste, die für vergleichbar hohe Temperaturen geeignet sind, setzen hingegen der Verarbeitung Grenzen und werden bevorzugt im Spritzgussverfahren verarbeitet. Die Fertigung von Profilen im Extrusionsverfahren konnte im Rahmen der Evaluierung des Kundenprojektes hingegen nicht als praktikabel eingeschätzt werden.
In mehr als zwei Monaten intensiver Arbeit, unter enger Abstimmung zwischen K-Profile, Rohstofflieferanten und dem Auftraggeber des Entwicklungsprojektes, stand dabei die Verarbeitung eines Hightech-Materials aus einer Kombination von Polyphenylensulfid (PPS) und Glasfaser (GF) im Zentrum. Versuche wurden mit drei verschiedenen Kombinationen aus PPS in unterschiedlicher Qualität und Glasfasergehalt in verschiedenen Mischverhältnissen durchgeführt. Im Ergebnis lag der Fokus auf drei Varianten, die sich als unterschiedlich geeignet für das Projekt erwiesen:
- Material F bestand aus PPS und 15 % GF. Trotz der gewünschten Hitzebeständigkeit erwies sich diese Kombination als ungeeignet, da seine Verarbeitung nicht optimal den technischen Möglichkeiten entsprach.
- Material R nutzt das gleiche Materialverhältnis, arbeitet jedoch mit unterschiedlichen Verarbeitungshilfsmitteln. Im Ergebnis lässt sich das Material wie gewünscht verarbeiten, erweist sich jedoch wegen der Rohstoffauswahl als erheblich kostenintensiver.
- Material D aus PPS und 40 % GF erfüllt ebenfalls die vorgegebenen Anforderungen hinsichtlich Belastbarkeit und Verarbeitung.
Parallel konnte die Fertigungstechnik von K-Profile so weit optimiert werden, dass es gelungen ist, im Extrusionsverfahren ein sehr dünnwandiges Profil herzustellen.
Die Heat deflection temperature HDT, (Wärmeverformungstemperatur) beträgt dabei bis 270°C ! Die Wärmeformbeständigkeit ist ein Mass für die Temperaturbelastbarkeit von Kunststoffen. Wegen deren viskoelastischen Verhaltens gibt es für Kunststoffe keine exakt definierte obere Einsatztemperatur, stattdessen wird eine Ersatzgröße unter definierter Last bestimmt. Diese Verformungstemperatur wird auch als "Verformungstemperatur unter Last" (DTUL), "" oder "Wärmeverformungstemperatur" (HDT) bezeichnet. Die beiden gebräuchlichsten Belastungen sind 0,46 MPa (66 psi) und 1,8 MPa (264 psi). Die gängige ASTM-Prüfung ist ASTM D 648, die entsprechende ISO-Prüfung ist ISO 75-1,2
„Das neu entwickelte Material bietet beeindruckende Möglichkeiten für den Einsatz von Kunststoffprofilen“, erklärt Reinhard Lechthaler, CEO der K-Profile AG. „Überall dort, wo extreme Temperaturen entstehen, sei es in Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie oder in anderen innovativen Branchen, öffnet es dem Einsatz von Kunststoffprofilen einen sinnvollen Zugang in Entwicklung und Fertigung. Dabei profitieren Kunden vor allen Dingen davon, dass wir, wie bei allen unseren Produkten, in der Lage sind, die höchsten Profileigenschaften auch von Kleinserien ab 500 m bis zu Produktionsmengen von einigen 100‘000 m zu gewährleisten.“
Im Auftrag eines Maschinenherstellers im Bereich der Schmelzklebstoffherstellung galt es, eine Lösung für die Fertigung eines solchen Hitzeschutz-Profils zu finden, das verschiedene Eigenschaften vereint, die mit konventionellen Kunststoffen im Verfahren der Extrusion bisher nur unzureichend erzielt werden konnten. Einerseits galt ein wichtiges Augenmerk der Formgebung, in Gestalt der geringen Dicke des angestrebten Profils. Andererseits erforderte der Einsatzzweck eine extreme Hitzebeständigkeit für Einsatztemperaturen bis 270 °C sowie eine Klassifizierung als schwerbrennbar im Bereich V-0, nach Vorschrift UL94.
Allein die Vorgabe der Einsatztemperatur schloss gebräuchliche Standardkunststoffe aus, die für Temperaturen bis 100 °C geeignet sind. Selbst technische Thermoplaste rangieren in Fragen der Hitzebeständigkeit zwischen 100 und 140 °C und damit deutlich unter den vom Kunden vorgegebenen 270 °C. Bekannte Thermoplaste, die für vergleichbar hohe Temperaturen geeignet sind, setzen hingegen der Verarbeitung Grenzen und werden bevorzugt im Spritzgussverfahren verarbeitet. Die Fertigung von Profilen im Extrusionsverfahren konnte im Rahmen der Evaluierung des Kundenprojektes hingegen nicht als praktikabel eingeschätzt werden.
In mehr als zwei Monaten intensiver Arbeit, unter enger Abstimmung zwischen K-Profile, Rohstofflieferanten und dem Auftraggeber des Entwicklungsprojektes, stand dabei die Verarbeitung eines Hightech-Materials aus einer Kombination von Polyphenylensulfid (PPS) und Glasfaser (GF) im Zentrum. Versuche wurden mit drei verschiedenen Kombinationen aus PPS in unterschiedlicher Qualität und Glasfasergehalt in verschiedenen Mischverhältnissen durchgeführt. Im Ergebnis lag der Fokus auf drei Varianten, die sich als unterschiedlich geeignet für das Projekt erwiesen:
- Material F bestand aus PPS und 15 % GF. Trotz der gewünschten Hitzebeständigkeit erwies sich diese Kombination als ungeeignet, da seine Verarbeitung nicht optimal den technischen Möglichkeiten entsprach.
- Material R nutzt das gleiche Materialverhältnis, arbeitet jedoch mit unterschiedlichen Verarbeitungshilfsmitteln. Im Ergebnis lässt sich das Material wie gewünscht verarbeiten, erweist sich jedoch wegen der Rohstoffauswahl als erheblich kostenintensiver.
- Material D aus PPS und 40 % GF erfüllt ebenfalls die vorgegebenen Anforderungen hinsichtlich Belastbarkeit und Verarbeitung.
Parallel konnte die Fertigungstechnik von K-Profile so weit optimiert werden, dass es gelungen ist, im Extrusionsverfahren ein sehr dünnwandiges Profil herzustellen.
Die Heat deflection temperature HDT, (Wärmeverformungstemperatur) beträgt dabei bis 270°C ! Die Wärmeformbeständigkeit ist ein Mass für die Temperaturbelastbarkeit von Kunststoffen. Wegen deren viskoelastischen Verhaltens gibt es für Kunststoffe keine exakt definierte obere Einsatztemperatur, stattdessen wird eine Ersatzgröße unter definierter Last bestimmt. Diese Verformungstemperatur wird auch als "Verformungstemperatur unter Last" (DTUL), "" oder "Wärmeverformungstemperatur" (HDT) bezeichnet. Die beiden gebräuchlichsten Belastungen sind 0,46 MPa (66 psi) und 1,8 MPa (264 psi). Die gängige ASTM-Prüfung ist ASTM D 648, die entsprechende ISO-Prüfung ist ISO 75-1,2
„Das neu entwickelte Material bietet beeindruckende Möglichkeiten für den Einsatz von Kunststoffprofilen“, erklärt Reinhard Lechthaler, CEO der K-Profile AG. „Überall dort, wo extreme Temperaturen entstehen, sei es in Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie oder in anderen innovativen Branchen, öffnet es dem Einsatz von Kunststoffprofilen einen sinnvollen Zugang in Entwicklung und Fertigung. Dabei profitieren Kunden vor allen Dingen davon, dass wir, wie bei allen unseren Produkten, in der Lage sind, die höchsten Profileigenschaften auch von Kleinserien ab 500 m bis zu Produktionsmengen von einigen 100‘000 m zu gewährleisten.“
