Einsatz nachhaltiger Materialien

Transkript

1 Zielgruppe Das Projekt richtet sich an Unternehmen, die sich einen Überblick über die Einsatzfähigkeit und Optimierungsmöglichkeiten nachhaltiger Werkstoffe verschaffen möchten, die künftig den Einsatz dieser Werkstoffgruppe planen oder die bereits bestehende Produkte im Markt haben und diese fortentwickeln wollen. Ferner ist das Projekt auch für Unternehmen interessant, die als Zulieferer für künftige Projekte gerüstet sein wollen. Zielsetzung Ziel des Folgeprojekts ist es, unterschiedliche, in Abstimmung mit den Projektteilnehmern ausgewählte, nachhaltige Materialien hinsichtlich unterschiedlicher technischer und verarbeitungsrelevanter Kennwerte zu untersuchen. Ausgewählte Versuchsreihen sollen Aufschluss über die Möglichkeiten einer Umsetzung geben. Die Werkstoffe sollen bemustert und auf Besonderheiten untersucht werden. Auf Basis dieser Ergebnisse sollen im weiteren Projektverlauf ausgewählte Verstärkungsstoffe und Additive eingearbeitet werden, um gezielt erforderliche Eigenschaften zu optimieren. Projektleistungen Zwei Projekttreffen pro Jahr für ein bis zwei Personen pro Unternehmen (Teilnehmer können wechseln) Erfahrungsaustausch und Schulungen zum Thema Recherchen und Gemeinschaftsuntersuchungen zu den Projektinhalten Teilnahme am Seminar Einsatz von Biokunststoffen Zugang zum geschützten Internetbereich Aufbereitung der gesammelten Ergebnisse in einer erweiterbaren Auswahlmatrix Projektdaten Projektname: Einsatz nachhaltiger Materialien Projektstart: November 2013 Projektlaufzeit: 1,5 Jahre Projektkosten: 2 x * Information *Reisekosten sind im Preis nicht inbegriffen. Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts erhalten einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag. Die Rechnungsstellung erfolgt in Teilbeträgen zum Start des Projektes und nach der Hälfte der Projektlaufzeit. Weitere Auskünfte zum Projektinhalt und ablauf erhalten Interessenten über unsere Internetseite oder sprechen uns direkt an: Dipl.-Ing. Michael Tesch +49 (0) tesch@kunststoff-institut.de Dipl.-Ing. Corinna Mädje +49 (0) corinna.maedje@isk-iserlohn.de Prof. Dr.-Ing. Andreas Ujma +49 (0) ujma@fh-swf.de Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH (K.I.M.W.) Karolinenstraße Lüdenscheid Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) mail@kunststoff-institut.de Verbundprojekt Quelle: ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG 2. Projekt Einsatz nachhaltiger Materialien Technische Anwendungen biobasierter Werkstoffe

2 Inhalt Einsatz nachhaltiger Materialien Anforderungen bestimmen den Materialeinsatz Der Wunsch und auch die Forderung nach Nachhaltigkeit und Unabhängigkeit von fossilen Ressourcen drängen in der öffentlichen Diskussion immer stärker in das Bewusstsein. Damit einhergehend besteht die Notwendigkeit, den Einsatz alternativer Werkstoffe zu ermöglichen. Biokunststoffe stellen hier eine Materialsparte dar, die grundsätzlich das Potenzial bieten diesen Forderungen gerecht zu werden. Industrie und Produktentwicklung haben diesen Trend erkannt. Viele namhafte Rohstoffhersteller haben bereits unterschiedliche Biokunststoffe im Portfolio. Zukünftig sind noch weitere Polymersorten zu erwarten. Kapazitäten zur Produktion von Biokunststoffen werden signifikant ausgebaut, um die Verfügbarkeit für die Entwicklung neuer Produkte sicherzustellen. Dabei steht die Entwicklung von technischen Anwendungen im Fokus der Industrie. Erste Anwendungen sind bereits auf ihre Serientauglichkeit getestet und vielfach erfolgreich im Markt platziert worden. Die technische Einsatzfähigkeit bringt jedoch die Forderung nach Haltbarkeit mit sich. Die Prognosen für die künftigen Produktionskapazitäten bestätigen den Trend weg von der biologischen Abbaubarkeit, bis hin zum Einsatz biobasierter Materialien. Hier besteht die unweigerliche Forderung, dass die Eigenschaften vergleichbar mit denen der bisher eingesetzten petrochemisch basierten technischen Kunststoffe sind. Daher werden vermehrt sogenannte Drop-In-Lösungen entwickelt, bei denen die Monomere gegen biobasierte Monomere ausgetauscht werden. Diese Werkstoffe besitzen von Haus aus das Potenzial, kommerzielle technische Kunststoffe 1:1 zu substituieren. Häufig sind jedoch Eigenschaftsänderungen zu erwarten (z.b. Schwindungs- und Abkühlverhalten), die eine neutrale Betrachtung aller Prozessschritte notwendig machen. Quelle: ISK GmbH Ebenso stellt sich die Frage, wie im Hinblick der jeweiligen Industrieanforderungen Biokunststoffe für den technischen Einsatz modifiziert werden können. Hierzu zählen insbesondere Werkstoffe, die über eine biologische Abbaubarkeit verfügen (z.b. PLA oder PHA). Um das Potenzial der technischen Biokunststoffe ausschöpfen zu können, stehen nachfolgende Punkte im Interesse der Unternehmen: Bereitstellung von technischen Kennwerten zur Abschätzung der Einsetz- und Verarbeitbarkeit Klärung der Möglichkeit Materialien mit Standardadditiven, wie Verstärkungen, Flammschutz- und UV-Stabilisatoren, etc. so zu modifizieren, dass sie dem Einsatz gerecht werden inkl. Evaluierung möglicher Eigenschaftsveränderungen. Erste Untersuchungen zu diesen Themenbereichen sind bereits in einem Verbundprojekt in Zusammenarbeit des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid, der ISK GmbH und der FH-SWF erfolgreich durchgeführt worden. Damit ist das Potenzial jedoch noch lange nicht ausgeschöpft, denn es ergeben sich immer neue Fragestellungen, auf die das Folgeprojekt in Abstimmung mit den Projektteilnehmern Antworten liefern soll. Projektschwerpunkte Erstellen individueller Anforderungsprofile verschiedener Industriesparten Auswahl und Einsatz technischer Materialien in Abstimmung mit den Projektteilnehmern, z.b. PA, PTT PLA und PHA WPC bzw. NFK mit weiteren Matrixmaterialien Evaluierung von ausgewählten Materialeigenschaften unter Berücksichtigung der Anforderungsprofile mechanische, thermische, elektrische Eigenschaften Alterung rheologische Eigenschaften Recherche nach und Additivierung mit Verstärkungs und Füllstoffen Additiven, die zur Eigenschaftsverbesserung bzw. anpassung eingesetzt werden können Verifizierung der Wirksamkeit durch ausgewählte Prüfungen Weitere verfahrenstechnische Aspekte Einfluss der Maschinenparameter Einfärbung, Oberflächenbehandlung etc. Bestimmung der Veränderung der Verfahrensparameter durch Additivierung mit Füll- und Verstärkungsstoffen

3 2. Projekt Einsatz nachhaltiger Materialien - Technische Anwendung biobasierter Werkstoffe - Dipl.-Ing. Michael Tesch +49 (0) tesch@kunststoff-institut.de Dipl.-Ing. Julia Loth +49 (0) loth@kunststoff-institut.de Dipl.-Ing. Corinna Mädje +49 (0) corinna.maedje@isk-iserlohn.de Prof. Dr.-Ing. Andreas Ujma +49 (0) ujma@fh-swf.de Projektteam 1 Dipl.-Ing. Michael Tesch Mitglied der Geschäftsleitung Bereichsleiter Werkstofftechnik/ Neue Materialien Tel.: +49 (0) tesch@kunststoff-institut.de Dipl.-Ing. Corinna Mädje Projektingenierurin Tel.: +49 (0) corinna.maedje@isk-iserlohn.de Dipl.-Ing. Julia Loth Werkstofftechnik/ Neue Materialien Tel.: +49 (0) loth@kunststoff-institut.de Prof. Dr.-Ing. Andreas Ujma Tel.: +49 (0) ujma@fh-swf.de Blagica Ivanovic Projektorganisation Tel.: +49 (0) ivanovic@kunststoff-institut.de 2

4 Zahlen und Fakten zu Biokunststoffen 2008 Globale Produktionskapazität ca t Verbrauch Europa 2008 etwa t Produktionskapazität Deutschland ca t Nicht kompostierbare Biokunststoffe global < t 2009 Globale Produktionskapazität t 2011 Produktionskapazität Biokunststoffe erstmals 1 Mio. t überschritten Produktionskapazität Deutschland voraussichtlich t Nicht kompostierbare Biokunststoffe global 2011 ca t 2016 Verfünffachung der Produktionskapazität durch Bio-PET Gesamtkunststoffmarkt global ~ 270 Mio. t Entwicklung der Produktionskapazitäten 3 4

5 Verbundprojekt Einsatz nachhaltiger Materialien II Ø weltweite Produktionskapazität deutliche Zunahme Bio-PET - Verfünffachung der Kapazitäten insb. durch Bio-PET - dadurch Verschiebung der Mengenverhältnisse 5 Beweggründe für den Einsatz nachhaltiger Materialien Ø Wahrnehmung der Endlichkeit natürlicher Ressourcen Ø grüne Welle Produzent/Verbraucher Ø Marketing / Alleinstellungsmerkmal Ø Ökobilanz / CO2 Reduktion Ø Verfügbarkeit der Materialien Ø Wettbewerb beschleunigte Technologie- und Markteinführung Ø Realisierung von langlebigen, technischen Produkten mittlerweile möglich 6

6 offene Fragen Was können nachhaltige Materialien wirklich leisten? Können sogar Produktverbesserungen erzielt werden? Welche Modifizierungsmöglichkeiten sind verfügbar? Können Eigenschaftsprofile verschiedener Materialien bestimmten Industriezweigen zugeordnet werden? Wie sieht eine systematische Werkstoffauswahl aus? Welche Vor- und Nachteile sind bei der Materialauswahl generell zu beachten? Welche Verarbeitungsparameter sind zu berücksichtigen? Gibt es konstruktive Richtlinien (Artikelgeometrie/ Werkzeug)? Können Oberflächendekorverfahren angewandt werden? bereits erfolgte Arbeitspakete aus Projekt I, Mai 2010 bis Dezember Erarbeitung von Anforderungsprofilen verschied. Industriesparten umfangreiche Materialrecherchen und Erstellung von Materialsteckbriefen Festlegung der zu untersuchenden Materialien auf Basis der Anforderungsprofile Materialuntersuchungen Werkstoffprüfungen / Alterungsversuche Materialmodifizierung Verfahrenstechnische Aspekte (Schwindung, Fließverhalten, etc.) Oberflächenbehandlungsverfahren (Lackieren/Induktion) 8

7 Projektteilnehmer des Verbundprojektes I M+C Schiffer GmbH Leifheit AG Pöppelmann Kunststoff-Technik GmbH & Co. KG Volkswagen AG TerHell Plastic GmbH Spelsberg GmbH & Co. ebm-papst GmbH & Co. KG ITW Technology Center Bopla Gehäuse Systeme GmbH REHAU AG + Co Nennung mit freundlicher Genehmigung Projektschwerpunkte Einsatz nachhaltiger Materialien II Einsatz technischer Materialien in Abstimmung mit den Projektteilnehmern, z.b. PA, PTT PLA und PHA WPC bzw. NFK mit weiteren Matrixmaterialien Evaluierung von ausgewählten Materialeigenschaften unter Berücksichtigung der Anforderungsprofilen der Projektteilnehmer mechanisch, thermisch, elektrische, rheologische Eigenschaften Alterung Recherche nach Verstärkungs und Füllstoffen Additiven, die zur Eigenschaftsverbesserung bzw. anpassung eingesetzt werden können Einsatz und Evaluierung von Materialmodifizierungen durch ausgewählte Versuchsreihen und Prüfungen Verfahrenstechnische Aspekte Bestimmung der Veränderung der Verfahrensparameter infolge der Modifizierung Einfärbung 9 10

8 Analyse und Bestimmung von Werkstoffeigenschaften rheologische, fließtechnische Untersuchungen mechanische Stoffwerte thermische Stoffwerte elektrische Stoffwerte Schwindung und Verzug... Quelle: FISCHER ELEKTRONIK Quelle: KIMW GmbH Quelle: ISK GmbH Durchführung von Materialprüfungen vor dem Hintergrund spezieller Anforderungen Quelle: 11 Alterungsverhalten Sonnensimulation Bewitterungstest Klimalagerung Chemikalienbeständigkeit Quelle: KIMW GmbH, Xenontest Geruchsprüfungen Prüfungen erfolgen in einem akkreditierten Prüflabor Quelle: KIMW, Geruchsprüfung nach VDA

9 Beurteilung der Materialien im Hinblick der spritzgießtechnischen Verarbeitung Verarbeitung mit Standardmaschinen Vorbereitung, trocknen etc. Prozessparameter - Plastifizierung - Formfüllphase Quelle: KIMW Vorversuche zur Eigenschaftsaufnahme mit Werkzeugen einfacher Geometrie Herstellen von Bauteilen mit anspruchsvoller Geometrie (z.b. Telefonschale) Überprüfen der Entform- und Herstellbarkeit Aufzeigen von möglichen Problemen Kaltkanalwerkzeug /Heißkanalwerkzeug Aufbereitung der Projektergebnisse in einer erweiterbaren Auswahlmatrix 13 Bündelung der Ergebnisse der bisherigen und zukünftigen Versuche Möglichkeit, die Datenbank in Zukunft unternehmensspezifisch zu erweitern und zu pflegen Schaffung von Transparenz 14

10 Projektziele Einsatz nachhaltiger Materialien II Marktrecherche Schwerpunkt Füll- und Verstärkungsstoffe, Additive Vorauswahl technischer, biobasierter Materialien, die einer weitergehenden Betrachtung zugeführt werden Beurteilung der Materialien im Hinblick der spritzgießtechnischen Verarbeitung (z.b. Materialvorbereitung, Verarbeitungsparameter) Analyse und Bestimmung von Werkstoffeigenschaften Durchführung von Materialprüfungen vor dem Hintergrund spezieller Anforderungen aus den verschiedenen Industriebereichen z.b. Geruchsprüfungen, Alterungstest (Sonnensimulation, Bewitterung, Klimalagerung etc.) Evaluierung von Optimierungsmöglichkeiten im Hinblick der mechanischen Eigenschaften unter Berücksichtigung der Marktrecherche Projektleistungen Einsatz nachhaltiger Materialien II 15 Recherchen und Gemeinschaftsuntersuchungen zu den Projektinhalten Untersuchung verfahrenstechnischer Aspekte und deren Eigenschaftsabgleich Durchführung von Versuchsreihen zur Eigenschaftsoptimierung bis zu 4 Projekttreffen für ein bis zwei Personen je Unternehmen Erfahrungsaustausch und Schulungen zum Thema, die Teilnehmer können wechseln kostenlose Teilnahme am Seminar Einsatz von Biokunststoffen Zugang zum geschützten Internetbereich Aufbereitung der gesammelten Ergebnisse in einer erweiterbaren Auswahlmatrix 16

11 Verbundprojekt Einsatz nachhaltiger Materialien II Ø Projektstart: November 2013 Ø Projektlaufzeit: 1,5 Jahre Ø Projektkosten: 2 x Ø Mitgeltende Unterlagen Allg. Geschäftsbedingungen Projektflyer Ø Projektpartner: 17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dipl.-Ing. Michael Tesch +49 (0) tesch@kunststoff-institut.de Dipl.-Ing. Julia Loth +49 (0) loth@kunststoff-institut.de Dipl.-Ing. Corinna Mädje +49 (0) corinna.maedje@isk-iserlohn.de Prof. Dr.-Ing. Andreas Ujma +49 (0) ujma@fh-swf.de 18

12 Kunststoff-Institut Lüdenscheid Frau Blagica Ivanovic Karolinenstr Lüdenscheid per Fax: +49 (0) per mail@kunststoff-institut.de Anmeldung zum Projekt: Einsatz nachhaltiger Materialien 2 Hiermit bestätigen wir verbindlich unsere Teilnahme an dem Projekt Projektleiter: Dipl.-Ing. Michael Tesch Dipl.-Ing. Julia Loth Dipl.-Ing. Corinna Mädje Prof. Dr.-Ing. Andreas Ujma Projektkosten: /Jahr Laufzeit: 1,5 Jahre Projektstart: November 2013 Mitgeltende Unterlagen: AGB s und Projektflyer Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag. Unsere Einkaufsbestell-Nr. lautet: Wir reichen unsere Einkaufsbestell-Nr. nach Die Rechnungserstellung erfolgt ohne Einkaufsbestell-Nr. Die Einkaufsbestell-Nr. muss spätestens nach Ablauf von zwei Wochen nachgereicht werden! Sollte nach Ablauf der Frist noch keine Bestell-Nr. vorliegen erfolgt die Rechnungsstellung ohne diese Angabe. Firma* Straße* PLZ/Ort* Telefon Telefax Folgende Personen nehmen voraussichtlich teil*: 1. / 2. / Durchwahl/ *: Datum *erforderliche Angaben rechtsverbindliche Unterschrift / Stempel Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH (K.I.M.W) Karolinenstraße Lüdenscheid