Anforderungen an Kunststoffe in der Automobilelektrik / -elektronik

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1 Anforderungen an Kunststoffe in der Automobilelektrik / -elektronik Kunststoffe in E&E-Anwendungen Der übergreifende Branchentreff 5. bis 6. Juni 28 Festung Marienberg, Würzburg Dipl.-Ing. Ralf Jantz Agenda Trends Marktübersicht Anwendungen Materialanforderungen Zusammenfassung

2 Wichtige Entwicklungsthemen in der Kfz-Industrie Erhöhte Sicherheit Einparkassistent (automatisches Einparken) Fußgängerschutz Erkennung von vorbeifahrenden Fahrzeugen Spurhalte- / Spurwechselassistent Abstandsregler (ACC - Adaptive Cruise Control) Erkennen von Verkehrsschildern Warnen des Fahrers bei Gefahr Kurvenlicht (intelligente Beleuchtung) Nachtsichtsysteme Erhöhung der Crashsicherheit (aktiv und passiv) LEDs für Front- und Rückscheinwerfer (Tagfahrlicht wird in Europa Pflicht) Reduzierung der CO 2 -Emissionen Leichtbau effizientere Motoren alternative Antriebe (Hybrid, Elektromotor) alternative Kraftstoffe (Methanol, Ethanol, Erdgas, ) Überproportionales Wachstum im Auto-EE-Bereich Auto-EE-Anwendungen Viele der innovativen Entwicklungen finden bei EE-Systemen statt. Überproportionales Wachstum der EE-Anwendungen im Vergleich zur Kfz-Produktion. Autoproduktion

3 Wachstum in Europa 5 kt 4 Kunststoffe in Auto-EE 4,8 % jährlich Wachstum Auto-EE Welt: 7,5 % jährlich bis 211 Kunststoffe im Automobil 27 (Europa) Technische Kunststoffe im Auto gesamt: ~ 35 kt ~ 11 % Auto-EE: ~ 385 kt PUR; 3 übrige; 86 übrige; 175 PA; 12 PA; 35 PP; 19 PBT; 9 PBT; 9 Angaben in kt Basis: 23,3 Mio Neufahrzeuge in Europa (27)

4 Anwendungen in Auto-EE Sensoren, Aktuatoren Stecker, Steckverbinder Sicherungskasten ECU (electrical control unit) elektronische Steuereinheit Schließsysteme Verstellmechanismus für Scheinwerfer Sockel, Fassungen (Lampen) Stellmotor Lenkstockhalter Scheinwerferabdeckrahmen (bezel) Lichtmaschine Anforderungsprofile Bauteilanforderungen Materialanforderungen Realisierung dünner Wanddicken, Leichtfließende Materialien Miniaturisierung Hohe Steifigkeit Hochmodulwerkstoffe Zuverlässigkeit Hydrolysebeständigkeit Maßgenauigkeit Isotrope Schwindung geringer Verzug

5 Anforderungsprofile Bauteilanforderungen Materialanforderungen Realisierung dünner Wanddicken, Leichtfließende Materialien Miniaturisierung Hohe Steifigkeit Hochmodulwerkstoffe Zuverlässigkeit Hydrolysebeständigkeit Maßgenauigkeit Isotrope Schwindung geringer Verzug Leichtfließende Materialien Zwischenebenen Elektrobox Anforderungen: Realisierung dünner Wanddicken geringer Verzug Vorteile durch den Einsatz eines leichtfließenden Materials: niedriger Fülldruck Zykluszeitreduzierung Material: Pocan DP 115 (PBT unverstärkt)

6 Vorteile von leichtfließenden Materialien niedriger Fülldruck geringere Zuhaltekräfte geringere Verformung von Kernen aufgrund der niedrigeren Drücke Zykluszeitreduzierung reduzierte Werkzeugwartungskosten dünne Wanddicken realisierbar bessere Oberfläche verbesserte Bindenahtqualität Längere Fließwege bei gleichem Fülldruck + 16 % + 3 % PA 6 GF 3 PA 6 GF 3 easy flow PBT GF 3 PBT GF 3 easy flow

7 Eigenschaftsprofil leichtfließender Materialien 2 % 15 Fließspirallänge Biegemodul Izod 1U Fülldruck 1 5 PA 6 GF 3 PA 6 GF 3 easy flow Fließfähigkeiten verschiedener Durethan-Typen Fließlänge, mm BKV3 EF DP BKV3 XF BKV35 EF BKV5 EF DP BKV6 EF BKV Wanddicke, mm

8 Intelligente Rezepturen für neue Anwendungen Leichtfließende Materialien Hochsteife EE-Boxen Entwicklung von hochgefüllten Typen Aufnahme hoher Gewichte Hochmodulwerkstoffe für Auto-EE-Anwendungen Anforderungsprofile Bauteilanforderungen Materialanforderungen Realisierung dünner Wanddicken, Leichtfließende Materialien Miniaturisierung Hohe Steifigkeit Hochmodulwerkstoffe Zuverlässigkeit Hydrolysebeständigkeit Maßgenauigkeit Isotrope Schwindung geringer Verzug

9 Steifigkeit Elektroverteilerkasten Der Elektroverteilerkasten befindet sich zwischen der Führerhauskabine eines LKW s und dem Motorbereich. Anforderungen: hohe Steifigkeit hohe dynamische Belastung Temperaturbelastung: bis 7 C gute Formstabilität Realisierung: Material mit hohem Füllgrad; möglich durch neue Rezepturentwicklungen (leichtfließend) Material: Pocan T 7391 (PBT+PET) GF 45 Hoher E-Modul bei hohen Temperaturen am Beispiel von PA 6 E-Modul, MPa Durethan BKV 6 EF (PA 6 GF 6) Durethan BKV 3 (PA 6 GF 3) Hohe Einsatztemperaturen von 17 C und höher Hohe Wärmeleitung (6% GF) und früheres Entformen bedingt durch hohe Steifigkeit führen zu kürzeren Zykluszeiten Temperatur, C

10 Hochleistungsthermoplaste Bruchspannung, MPa PA 66 GF 5 PA 6 GF 5 PPS GF3 PSU GF 3 PA4.6 GF6 LCP GF3 PBT GF 45 PA 6 GF 6 EF PA12 GF5 PEI GF 45 PPS GF+Min 65 PBT GF 6 LCP GF 5 PA 66 GF 5 PPS GF3 PA12 GF5 PA 6 GF 5 PPS GF+Min 65 LCP GF 5 PA 6 GF 6 EF PBT GF 45 PEI GF 45 PBT GF 6 PSU GF3 LCP GF3 PA4.6 GF E-Modul, MPa Hochgefülltes PA 6 Verzugsarm und hohe Dimensionsstabilität 1 geringere Schwindungsdifferenz geringerer Verzug 2,5 geringere Wasseraufnahme hohe Dimensionsstabilität Schwindung, %,8,6,4,2 Δ,55 % Δ,34 % Wasseraufnahme, % 2 1,5 1,5 PA 6 GF 3 PA 6 GF 6 EF PA 6 GF 3 PA 6 GF 6 EF Verarbeitungsschwindung Nachschwindung 23 C, 5 % r. F.

11 Anforderungsprofile Bauteilanforderungen Materialanforderungen Realisierung dünner Wanddicken, Leichtfließende Materialien Miniaturisierung Hohe Steifigkeit Hochmodulwerkstoffe Zuverlässigkeit Hydrolysebeständigkeit Maßgenauigkeit Isotrope Schwindung geringer Verzug Hydrolysebeständigkeit Anschlussstecker Anwendung im Bereich der Servolenkung. Anforderungen: Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen kein Versagen während der Fahrzeuglebensdauer Material: Pocan DP 7139 PBT GF 3, hydrolysestabilisiert

12 Vorteile der Hydrolysestabilisierung verbesserte Alterungsbeständigkeit besonders in feuchtem und heißem Klima geringere Abnahme der mechanischen Eigenschaften höhere Sicherheit gegen Bruch höhere Zähigkeit Hydrolysestabilisiertes PBT Sicherheitsreserven im Feuchtklima Eigenschaftsänderung, % Eigenschaftsänderung, % 12 Biegefestigkeit Pocan DP 7139 Pocan B Lagerdauer (Tage) 12 Izod-Schlagzähigkeit 1 Pocan DP Pocan B Lagerdauer (Tage) Lagerungsbedingung: 1 C und 1% r. F. Deutlich geringerer Eigenschaftsverlust am Ende der Lagerungszeit.

13 USCAR Test 7 Izod-Schlagzähigkeit, kj/m² DP 7139 GF 3 HR PBT GF 3 hydrolysestabilisiert B 3235 GF 3 PBT GF 3 Standard Anfangswert USCAR 2 USCAR 4-4 C bis max. 11 C -4 C bis max. 15 C jeweils 4 Zyklen à 9 Stunden Anforderungsprofile Bauteilanforderungen Materialanforderungen Realisierung dünner Wanddicken, Leichtfließende Materialien Miniaturisierung Hohe Steifigkeit Hochmodulwerkstoffe Zuverlässigkeit Hydrolysebeständigkeit Maßgenauigkeit Isotrope Schwindung geringer Verzug

14 Verzugsarmut Integrierte Zentralelektrik* Anforderungen: sehr geringe Verzugsneigung hohe Dimensionsstabilität hohe Steifigkeit Realisierung: Material mit geringer und isotroper Schwindung. Material: Pocan B 7616 (PBT+PC) GF 15 * vereint Lastverteilungs- und Fahrzeugelektronikfunktionen Verzugsarme Blends aus Polyester PBT GF - relativ hohe und anisotrope Schwindung Tendenz zum Verzug - normale GF-Oberfläche + hervorragende mechanische Eigenschaften (PBT+PC) GF + kleine und isotrope Schwindung sehr geringer Verzug + sehr gute Oberflächenqualität - reduzierte mechanische Eigenschaften - nur mittelmäßige Fließfähigkeit (PBT+ASA) GF ASA: Acrylnitril-Styrene-Acrylic

15 Neue verzugsarme Typen PBT GF 3 POCAN B 3235 (PBT+ASA) GF 3 POCAN A 313 (PBT+PC) GF 3 POCAN KU Eigenschaften PBT GF (PBT+ASA) GF (PBT+PC) GF Fließfähigkeit o mechanische Anforderungen Zähigkeit o Festigkeit / Steifigkeit o Wärmebeständigkeit o Verzug o geringer Verzug Oberflächenqualität o gute Oberfläche Witterungsstabilität o Beständigkeit Chemikalienbeständigkeit o

16 Einsatzbereiche komplexe Bauteilgestalt (sehr geringer Verzug) PBT+PC hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität PBT+ASA komplexe Bauteilgestalt (geringer Verzug) hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität gute Chemikalienbeständigkeit gute Witterungsstabilität PBT hohe mechanische Anforderungen hohe Chemikalienbeständigkeit Ausblick Weitere Trends Materialanforderungen LED/Technologie enge Toleranzen, Temperaturbeständigkeit Chemikalienbeständigkeit beständig gegen: CaCl 2, Natronlauge, AdBlue sichere Verbindungstechnologie Laserdurchstrahlschweißen Flammschutz zahlreiche FR-Typen sind bereits in vielen EE-Anwendungen im Einsatz Know How Transfer

17 Zusammenfassung Auto-EE-Markt wächst überproportional Wachstum wird durch neue Entwicklungen getrieben Technologiegetriebene Rohstoffhersteller begleiten dieses Wachstum durch gezielte Werkstoffentwicklungen. Geforderte Eigenschaftsprofile: - leichtfließend - hochsteif - hydrolysebeständig - verzugsarm - hochtemperaturbeständig (Temperaturen im Motorraum kurzfristig bis 2 C) - chemikalienbeständig (neue Füllstoffe) Danke für Ihre Aufmerksamkeit Weitere Informationen: Ralf Jantz LXS-SCP-BLAM-PAD-AD Phone: Mobile: Mail: ralf.jantz@lanxess.com