3M Deutschland GmbH Energy and Advanced Materials Division 3M Glass Bubbles Mikro-Glashohlkugeln Anwendungsmöglichkeiten in der Automobilindustrie

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1 3M Deutschland GmbH Energy and Advanced Materials Division 3M Glass Bubbles Mikro-Glashohlkugeln Anwendungsmöglichkeiten in der Automobilindustrie

2 Mehr Leistung - weniger Gewicht Der Faktor Gewichtsreduzierung spielt in der Kraftfahrzeugindustrie eine immer größere Rolle. Bereits Anfang der 70er Jahre setzten Automobilhersteller erstmalig 3M Glass Bubbles in SMC- und BMC-Bauteilen (Sheet/Bulk Moulded Composites) ein. Schon bald darauf folgten Karosseriedichtmassen und Unterbodenschutz-Beschichtungen. Die Liste der Anwendungen in der Automobilindustrie, die heute in vielen Bereichen den Einsatz von Glass Bubbles bereits vorschreibt, wächst ständig: Abstandsensoren, Schiebedachrahmen, Lenkräder, Stoßstangen, Front-/ und Heckschürzen, Armaturenbretter und Motorenverkapselungen sind nur einige der zahlreichen Applikationen. Weltweit enthält ca. jedes fünfte gefertigte Fahrzeug Glass Bubbles Tendenz steigend. Glass Bubbles eröffnen eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber konventionellen, unregelmäßig geformten mineralischen Füllstoffen oder Glasfasern. Bei der Herstellung von Kunststoffbauteilen können sie nicht nur zur Gewichtsreduzierung beitragen, sondern sorgen auch für eine bessere Formstabilität und höheren Produktionsdurchsatz. Außerdem führen sie auch zu einer erhöhten Abriebfestigkeit, zu einer reduzierten Wärmelängenausdehnung sowie einer verbesserten Oberflächenhärte. Des Weiteren können sie durch entsprechende Material- und Prozessverbesserungen zu einer Kostenersparnis beitragen. Anwendungsbeispiele Schiebedach aus Kunststoff Kühlventilatoren und Ventilatorenrahmen Luftzufuhr/ -ansaugrohre Karosseriedichtmassen Kofferrauminnenverkleidung Strukturschäume Schiebedachrahmen Lenkräder Armaturenbrettbauteile Karosseriebauteile (Zierleisten) Frontscheinwerfermontagevorrichtungen Motorabdeckungen/ -blenden Tanküberlaufschutzventile und -schwimmer Seitenschweller Reifen Unterbodenbeschichtungen Frontschürzen 3M Glass Bubbles So sparen Kunststoffgewicht Kühlergrillgitter und Versteifungsrippen 2

3 Kostengünstige Gewichtsreduzierung im Fahrzeugbau mit SMC/BMC Reflektoren für Frontscheinwerfer, Karosserieteile und Bauteile im Motorraum sind anspruchsvolle, technische Anwendungen. Verglichen mit anderen, momentan eingesetzten Werkstoffen Stahlblech und Aluminiumoder Magnesiumguss bieten SMC (Sheet Molding Composites) und BMC (Bulk Molding Composites) für Systemlieferanten und Automobilherstellern eine Menge an Möglichkeiten, Produkt- und Prozesskosten zu optimieren. Um Bauteile für unterschiedliche Einsatzgebiete realisieren zu können, kommen je nach Anwendung konventionelle, mineralische Füllstoffe zum Einsatz. Diese bringen jedoch nicht immer nur Vorteile mit sich und sind nicht immer dazu geeignet, gewünschte Gewichtseinsparungen zu erzielen. 3M Glass Bubbles sind eine leistungsstarke Alternative oder Ergänzung zu diesen konventionellen, unregelmäßig geformten mineralischen Füllstoffen oder Glasfasern in der Produktion von SMC, BMC und anderen Kunststoffen. Bereits vor über 25 Jahren wurde nachgewiesen, dass mit 3M Glass Bubbles die Möglichkeit besteht, das Gewicht von Bauteilen wie Autotüren, Stoßstangen, Schallschutzplatten und Schiebedächern um bis zu 30 % zu verringern. Gleichzeitig konnten viele gewünschte physikalischen Eigenschaften dabei erhalten bleiben und zum Teil sogar verbessert werden. Von SMC/BMC zu Leicht-SMC/-BMC 3M Glass Bubbles reduzieren die Dichte von Standard-SMC/BMC auf 1,3 g/cm³ oder noch weniger. Das entspricht Gewichtseinsparungen von bis zu 30 %. Und es gibt weitere Vorteile: 3M Glass Bubbles ermöglichen gleichzeitig mehr Präzision bei der Fertigung und verbessern die Formstabilität. Zudem kommen sie der Wärmebeständigkeit zugute. Gewichtsersparnis muss kein Kostentreiber sein Die allgemein gängige Annahme, Gewichtsreduzierung = Zusatzkosten, ist irreführend und zum Teil auch falsch. Mit 3M Glass Bubbles können Sie das Gewicht von Bauteilen reduzieren, ohne dass dafür die Kosten in der Herstellung steigen müssen. Kofferraumboden aus Leicht-SMC Geräuschdämmende Motorverkapselung aus Leicht-SMC 3

4 Spritzgießen von Thermoplasten Die 3M bietet eine umfassende Produktfamilie der hochfesten 3M Glass Bubbles, mit niedriger Dichte, an. Durch die unterschiedlichen Härtegrade der einzelnen Produkttypen ist es möglich, den proportional ansteigenden Druckanforderungen in den Compoundier- und Spritzgussprozessen standzuhalten. Fallbeispiel Zwei große Compounder für Thermoplaste haben den Versuch unternommen, ein Bauteil mit geringen Toleranzvorgaben und einer geforderten Materialdichte von etwa 0,8 g/cm³ herzustellen, um die Schwimmfähigkeit in Benzin zu ermöglichen. Die Lösung war eine Materialzusammensetzung aus Nylon 6.6 und eine 50 % Volumenladung mit der 3M Glass Bubble S60HS. Durch die Verwendung der 3M Glass Bubbles war man in der Lage, die Zielvorgaben zu erreichen und in der Fertigung einen Mischungs- und Formgebungsprozess mit einem Arbeitsdruck von über bar zu realisieren. Empfohlenes Produkt: 3M Performance Additive im30k Mit dem 3M Performance Additive im30k ist es der 3M gelungen, eine Mikro- Glashohlkugel zu entwickeln, die speziell dem in der Kunststoffindustrie üblichen Verarbeitungsdruck von bis zu bar standhält und dabei eine Dichte von nur 0,60 g/cm³ und eine Partikelgröße von 17 µm (Durchmesser D50) aufweist. Diese hohe Festigkeit, im Verhältnis zur Dichte, ermöglicht eine Verwendung in vielen der anspruchsvollsten Compoundier- und Spritzgussprozessen und somit ein gleich bleibendes Dichteverhältnis im Bauteil. Verglichen mit konventionellen Füllstoffen geben Ihnen 3M Glass Bubbles mehr Flexibilität bei der Entwicklung und Herstellung leichterer und gleichförmigerer Teile aus ABS, Acetal, Nylon und anderen Thermoplasten. Außerdem weisen Formteile, die aus einem Thermoplast mit 3M Glass Bubbles hergestellte werden, eine geringere Wärmelängenausdehnung auf. Parallel verbessert sich auch die Dimensionsstabilität des Polymerverbundstoffs, dies zeigt sich in einem geringeren Verzug und Schrumpf der Bauteile. Auswirkung von 3M Glass Bubbles auf die Gewichtsreduktion Teilchendichte (g/m 3 ) % GF 67% Nylon 33/67 Glass Glasfaser-Nylon Fiber-Nylon 66 System 66 System 31% GF 64% Nylon 30% GF 60% Nylon % GF % Nylon 26% GF 53% Nylon Gewicht% Glass Bubbles Volumenladung Gewichtsreduktion % Weight Reduction (%) S60HS/iM30K Oberflächenbeschichtete S60HS/ Oberflächenbeschichtete im30k Auswirkung von Oberflächenbehandlung auf mechanische Eigenschaften % 450% 1100 % Nylon % S60HS 20 % Silane-beschichtete S60HS 20 % im30k 20 % Silane-beschichtete im30k 0 Kerbschlagfestigkeit Notched Izod Tensile Zugfestigkeit Strength Flex Biegefestigkeit Strength Zugdehnung Elongation Tensile Zugmodul Modulus Flex E-Modul Modulus (KJ/m 2 ) (MPa) (MPa) (%) (MPa) (MPa) 4

5 Dichtmassen und Strukturschäume in der Automobilindustrie Der Einsatz von Mikro-Glashohlkugeln wird für PVC-Plastisole in Unterbodenschutz und Versiegelungen vorgeschrieben. Die Verwendung von 3M Glass Bubbles kann zu einer Reduzierung des Gesamtgewichts einer Unterbodenbeschichtung um bis zu 20 % führen. Dies bietet für das allgemeine Fahrzeuggewicht ein enormes Einsparpotential und hilft zudem dabei die immer strenger werdenden CAFE Standards in den USA und CO 2 -Vorgaben in Europa zu erfüllen. Parallel können, mit 3M Glass Bubbles befüllte Plastisole dazu beitragen, die Kosten in vielen Anwendungen um bis zu 20 %, gegenüber Plastisol mit konventionellen Füllstoffen zu verringern. Glass Bubbles bieten noch einen zusätzlicher Vorteil: Sie verbessern den Steinschlagschutz, denn sie absorbieren die dynamische Energie eines Aufpralls, indem sie unter Stoßbelastung zerbrechen. Reduzierung der Kosten beim Einhalten von Gesetzesvorgaben In vielen Teilen der Welt gibt es schon heute Gesetzesvorgaben, die die Verwendung von PVC, Hauptbestandteil von Plastisol, regeln. Dies führt dazu, dass alle Automobilhersteller die Verwendung von PVC bereits reduziert haben bzw. in Zukunft noch reduzieren müssen. Um diesen Vorgaben zu entsprechen, wenden sich die Automobilhersteller mehr und mehr der Verwendung von wesentlich teureren Harzen (z.b. Acryl) zu. 3M Glass Bubbles können dabei helfen, die ökonomische Auswirkung dieser notwendigen Umstellung zu reduzieren, in dem sie anstelle von kostspieligen Harzen Verwendung in entsprechenden Beschichtungsmaterialien finden. Die spezifische Härte der 3M Glass Bubbles ist fast gleichzusetzen mit der von Quarz und liefert somit ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Zerkratzen und Absplittern. Die sphärische Form der 3M Glass Bubbles ermöglicht eine hohe Packungsdichte innerhalb des Plastisols und verhindert somit effektiv das Fortschreiten von korrosiven Prozessen. Erhöhung der Karosseriesteifigkeit und -festigkeit in der Automobilindustrie Gewichtsreduktion, höhere Karosseriesteifigkeit und ein Verbessern des Vibrationsverhaltens von Fahrzeugkarosserien sind permanente Aufgaben im Lastenheft der Fahrzeugentwicklung. Leider schließen konventionelle Lösungsansätze für eine höhere Karosseriesteifigkeit, realisiert durch belastbarere Materialien oder zusätzliche Verstrebungen, eine gewünschte Gewichtsreduzierung in der Regel aus. Durch die Verwendung von speziellen Strukturschäumen, die punktgenau dort angebracht werden können wo ihre Funktion benötigt wird, ist es dennoch möglich bestmögliche Ergebnisse in punkto Steifigkeit und Festigkeit zu erzielen ohne dabei das Fahrzeuggewicht unnötig in die Höhe zu treiben. 3M Glass Bubbles eignen sich auch als innovativer Füllstoff für Strukturschäume, da sie durch ihre geringe Dichte dazu beitragen können, Gewicht einzusparen. Somit ist es möglich, ohne unverhältnismäßig hohe Mehrkosten zu verursachen, eine Erhöhung der Karosseriesteifigkeit und -festigkeit, eine Verbesserung der Dauerschwingfestigkeit und ein verbessertes Vibrationsverhalten zu erzielen. oberer Kabelbaum (Kabelkanal) Frontplattenversteifung obere und untere Kühlerverkleidung Stoßstangenverstärkung für Frontalunfälle bei hoher Geschwindgkeit Belüftungskanalversteifung gegen Karosserierisse Knotenpunktverstärkung für mehr Steifigkeit bei Überschlagunfällen (Knotenpunkte der A- und B-Säulen) Karosserieaufhängung (vorne und hinten) Vorderer Karosserieüberhang für Frontalunfälle bei hoher Geschwindgkeit Empfohlenes Produkt: 3M Glass Bubbles S38HS und K46 obere Türrahmenversteifung lokale Längsträgerverstärkung an der Federungsaufnahme Knotenpunktverstärkung für mehr Steifigkeit bei direkten Türverstrebung Seitenunfällen für mehr Steifigkeit Unterbodenverstärkung (partiell und vollflächig) 6

6 Was sind 3M Glass Bubbles? 3M Glass Bubbles sind mikroskopisch kleine Glashohlkugeln aus wasserunlöslichem, chemisch stabilem Borsilikatglas und verfügen über eine niedrige Dichte. Jede Glashohlkugel zeichnet sich durch ihre perfekte Kugelform aus. Die unterschiedlichen Größen der einzelnen Glass Bubbles Partikel sorgen für eine optimale Packungsdichte, im Vergleich zu unregelmäßig geformten mineralischen Füllstoffen. Packungsdichte Unregelmäßig geformte Füllstoffe Füllstoffe in Kugelform Physikalische Merkmale Durchschnittliche Teilchendichte* Nenndichte g/cm 3 Schüttdichte Isostatische Druckfestigkeit** Aufschwimmrate Produktnummer Toleranzbereich g/cm 3 Toleranzbereich (errechnet) g/cm 3 Testdruck Anteil unzerstörter Glass Bubbles in % bar MPa psi Min. Typisch Typische Werte in % des Volumens K1 0,125 0,10-0,14 0,05-0, , K15 0,15 0,13-0,17 0,07-0, , K20 0,20 0,18-0,22 0,10-0, , K25 0,25 0,23-0,27 0,13-0, , K37 0,37 0,34-0, 0,19-0, , K46 0,46 0,43-0,49 0,28-0, , S22 0,22 0,19-0,25 0,09-0, , S32LD 0,29 0,26-0,32 0,14-0, , S32 0,32 0,29-0,35 0,16-0, , S38 0,38 0,35-0,41 0,19-0, , S38HS 0,38 0,35-0,41 0,19-0, , S60 0,60 0,57-0,63 0,31-0,43 690*** 69, S60HS 0,60 0,57-0,63 0,31-0,43 1.2*** 124, im30k 0,60 0,57-0,63 0,30-0, 2.000*** 200, * 3M QCM ** 3M QCM *** 3M QCM

7 Mehr Optionen mehr Lösungen Die Wahl des richtigen Produkts 3M bietet eine Reihe von 3M Glass Bubbles an, die sich in Dichte, Druckfestigkeit und Größe unterscheiden. Für welchen Typ 3M Glass Bubbles Sie sich entscheiden, hängt von Ihrer speziellen Anwendung und deren Anforderungen ab. Neben SMC/BMC, Thermoplasten, Dichtmassen und Strukturschäume können Glass Bubbles auch in LFT, RIM, RRIM und leichtgewichtigen Karosseriespachtelmassen eingesetzt werden. 3M Glass Bubbles Druckkraft-Dichte Diagramm Isostatische Druckfestigkeit [bar] im30k S60HS S Partikelgröße = D Wenn Sie sich für 3M Glass Bubbles entscheiden, erhalten Sie mehr als nur ein sehr gutes Produkt. Sie erhalten gleichzeitig auch Zugang zu den globalen Technik- und Marketingressourcen von 3M, einschließlich der aktiven Unterstützung bei Produktversuchen und der Prozess- und Verarbeitungsoptimierung. Neben den Daten im Bezug auf OEM-Spezifikationen bieten wir Ihnen auch Hilfe bei der Problemlösung in punkto globaler Koordination und bei einzelnen Belangen in der Lieferkette an. Dies stellen wir durch lokal tätige Mitarbeiter in allen Regionen der Welt sicher. 3M ist auf die Anforderungen der Automobilindustrie ausgerichtet. Somit können Sie von uns mehr Unterstützung in der Anwendungsentwicklung erwarten wir geben Ihnen mehr Optionen in der Entwicklung und sorgen somit für profitable Lösungen für Sie und Ihre Kunden. Optionen Mehr mehr Lösungen 7

8 WICHTIGER HINWEIS: Die vorstehenden Angaben stellen unsere gegenwärtigen Erfahrungswerte dar. Es obliegt dem Verwender, vor Verwendung des Produktes selbst zu prüfen, ob es sich, auch im Hinblick auf mögliche anwendungswirksame Einflüsse, für den von ihm vorgesehenen Verwendungszweck eignet. Alle Fragen einer Gewährleistung und Haftung bestimmen sich nach den jeweiligen kaufvertraglichen Regelungen, sofern nicht gesetzliche Vorschriften etwas anderes vorsehen. 3M Deutschland GmbH Energy and Advanced Materials Division Carl-Schurz-Straße 1 D Neuss Deutschland Telefon Telefax eamd.de@mmm.com Please recycle. Printed in Germany. 3M All rights reserved. EAMD-0907/GB-Automotive/G-3M