TER Plastics POLYMER GROUP

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1 DACH_D_V1 TER Plastics POLYMER GROUP YOUR SPECIALIST FOR PERFORMANCE POLYMERS Hochleistingspolymerlösungen Effektiv, Produktiv, Branchentreff / KIMW Lüdenscheid, 18.Mai

2 Inhalt Leichtbau ein Thema für alle Industriesegmente? Leichtbau / neue Materialien in der Automobilindustrie Vorteile LFT Technologie / Möglichkeiten mit thermoplastischen Composites Gute Oberflächen und hohe Festigkeiten ein Widerspruch? Zusammenfassung 2

3 Inhalt Leichtbau ein Thema für alle Industriesegmente? Treiber / neue Materialien in der Automobilindustrie Vorteile LFT Technologie / Möglichkeiten mit thermoplastischen Composites Gute Oberflächen und hohe Festigkeiten ein Widerspruch? Summary 3

4 Leitmessen / Kunststoffe Themen Schwerpunkte: Leichtbau Metallersatz Thermoplastische Composites Hybride Werkstoffe Effiziente Verarbeitung Ressourceneffizienz Neue Werkstoffe / Tribologie Funktionsintegration 4

5 Inhalt Leichtbau ein Thema für alle Industriesegmente? Leichtbau / neue Materialien in der Automobilindustrie Vorteile LFT Technologie / Möglichkeiten mit thermoplastischen Composites Gute Oberflächen und hohe Festigkeiten ein Widerspruch? Summary 5

6 Trend Leichtbau Innovationstreiber Automobil Emissionen: CO 2 - Ziel der EU bis 2020: 95 g CO 2 pro km Faktoren für Kraftstofverbrauch % Aerodynamik 19% Roll widerstand 13% Friktion/ Elektrisch 3% Antrieb 42% Gesamtgewichtsverteilung für ein typisches Fahrzeug Elektrisch 4% - Interieur 14% - Aggregate 15% - Fahrzeug- 24% - gestell der Kompaktklasse Karosserie 43% - Gewicht 23% Das Gewicht trägt mit 23% zum Kraftstoffverbrauch bei Source: VW AG 6

7 Trend Leichtbau Anteil der Antriebtechnologien bis 2030 ANTEIL ANTRIEBSTECHNOLOGIEN AN NEUZULASSUNGEN IN DER EU V-Motor hybrid E-Motor 0,005 0,025 0,02 0,11 0,15 0,37 0,38 0,97 0,87 0,47 0,47 0, TER PLASTICS POLYMER FORUM

8 Trend Leichtbau Dichtevergleich Metall /Polymere 8 7 Dichte [g/ccm] Steel Aluminium PPS PA GF50 Dichte [g/ccm] Dichtereduktion ca. 70% Steel Aluminium PPS PA GF50 2 Component 8

9 Trend Leichtbau Eigenschaftvergleich Zähigkeit / Steifigkeit Metallersatz Composites 9

10 Trend komplexes Motordesign Downsizing, Turbolader, Thermal Management Steigende Ladeluftdrücke und Temperaturen ,8 bar C ,4 bar C ,3 bar C ,5 bar C und komplexeres Motordesign Beispiele: Turbolader (Kompressor) Zwei Kühlkreisläufe (HT, NT) Wassergekühlte Ladeluftkühler Abgasrückführung Wärmetauscher für Motorölkreislauf incl. Turbolader, Getriebeölkreislauf, Leistungselektronik, Batterie Aktiv geschaltete Kühlventile Elektrische Wasserpumpen 48V-Bordnetz Quelle Solvay 10

11 Trend komplexes Motordesign Smart Molecule Technologie Solvay Quelle Solvay Klassische Hitzestabilisatoren smart-molecule modifizierte PA6.6-Kette Die TECHNYL Red X Technologie PA6.6 Kette Ausgangszustand Spritzfrisch Hitzestabilisator als Additiv Selbstvernetzung nach Hitzeeinwirkung Schutz der Kette durch Additive Verzögerter thermo-oxidativer Abbau Nach Langzeit-Hitzeeinwirkung: Leichte Vernetzung der Ketten Deutliche Eigenschaftsverbesserung Quelle Solvay 11

12 Trend komplexes Motordesign Technyl RedX Eigenschaften nach Hitzeeinwirkung Quelle Solvay Eigenschaften im Zugversuch nach 24h Warmlagerung bei 220 C Quelle Solvay Eigenschaftszuwachs > 50% bei 220 C Keine Versprödung (konstante Bruchdehnung) Bessere Eigenschaften als hochschmelzende Polymere Bruchdehnung C Bruchspannung C E-Modul C 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Selbstaktivierender Vernetzungsprozess Strength C Spritzfrisch Elongation C Selbstaktivierende Vernetzung wirkt der Materialalterung entgegen E-Modul C nach 24h bei 220 C Quelle Solvay 12

13 Trend Elektrifizierung Verbennungsmotor / Effizienz Energieverluste

14 Trend Elektrifizierung Elektrische geregelte Wasserpumpe- Durafide /PPS Forderung: Chemikalienbeständigkeit gegen LLC Temperaturwechselfestigkeit für den Stator Kern Insert Prüfbedingungen 130 C Langzeitkühlmedium Nissan Quelle Polyplastics 14

15 Trend Elektrifizierung Hybridfahrzeug / Kühlung Wechselrichter Quelle: US DoE Forderung: Chemikalienbeständigkeit gegen Kühlmedium Temperaturwechselfestigkeit Quelle Polyplastics

16 Anforderung an Komponenten im Kühlkreislauf DURAFIDE Temperaturwechselfestigkeit Gate Metal Insert 300 Zyklenzahl bis zum Bruch 22 mm Weld Thickness 1 mm Weld C, 1.5hours 140 C, 1.5hours 50 0 DURAFIDE 1130A1 Comp. PPS Quelle Polyplastics

17 Brandneue Hochleistungspolymere DSM ForTii Ace Thermische/mechanische Eigenschaften Quelle :DSM 17

18 Brandneue Hochleistungspolymere DSM ForTii Ace Chemikalienbeständigkeit 18

19 Brandneue Hochleistungspolymere DSM ForTii Ace - Verarbeitbarkeit Quelle :DSM 19

21 Long Fiber Technology Vergleich der Faserimprägnierung Schlechte Faser Matrix Haftung Gute Faser Matrix Haftung 21

22 Eigenschaftsabgrenzung Weitgehende Verbesserung der Eigenschaften Kerbschlagzähigkeit Steifigkeit vs. Temperatur Kriechverhalten bei 120 C, 60 MPa PA66 GF50 Ermüdungsverhalten PA66 LGF50 PA66 GF50 PA66 LGF50 Hochleistungspolymere für technische Anwendungen 22

23 LFT Compounds Eigenschaftsvergleich Typ Eigenschaft Fasergehalt Zug E-Modul Kerbschlag- Zähigkeit Bruchdehnung Dichte Einheit % GPa kj/m² % kg/m³ TEREZ PA HGL TEREZ PA GF , TEREZ PA HGL TEREZ PA GF , TEREZ PA HCL TEREZ GT2 HGL TEREZ HT100 HGL Hochleistungspolymere für technische Anwendungen 23

24 Leichtbau Composites Duroplast vs. Thermoplast Duroplast Thermoplast Geringe Viskosität des Ausgangsmonomers Bessere Benetzung Kaum Kriechneigung Höhere Kriechneigung Fasertränkung eingeschränkt Keine nachträgliche Umformung möglich Nicht schweißbar Zeit für Reaktion länger als Abkühlzeiten bei Thermoplasten Nachträgliche Umformung möglich Vollständiges Werkstoffrecycling Zykluszeit (Abkühlen) Höhere Duktilität Schweissbar 24

25 Leichtbau / UD, MD Tapes Forschungsprojekt Thermopre Eigenschaften UD Prepreg Faserart E-Glasfaser Faservolumengehalt 47 % Polymer Einzelschichtdicke Mechanische Kennwerte Zugmodul Zugfestigkeit Druckfestigkeit Polypropylen (PP) in Faserrichtung 34,8 GPa 0,20 mm quer zur Faserrichtung 865 MPa 380 MPa Belastungsangepasster Strukturbaukasten 5,4 GPa 19 MPa 45 MPa

26 Leichtbau / UD, MD Tapes Forschungsprojekt Thermopre Aluguss mit Stahlblech- Anbauteilen Gewicht 7,7kg Motorträger VW E-Golf Gewichtseinsparung bis 35% Kosteneinsparung bis 30% Höherer Energieabbau im Crashfall kein abruptes Bauteilversagen nahezu gleiche Festigkeitsperformance 26

27 Leichtbau Prepregs zukünftige Trends Thermoplast Trend hin zu Polymerträgern: Kompensation der Kriechneigung Technische Kunststoffe PA6, PA66, PBT,PET Hochleistungspolymeren PA 4,6 PPA PPS PEI PSU Nachträgliche Umformung möglich Vollständiges Werkstoffrecycling Zykluszeit (Abkühlen) Höhere Duktilität Schweissbar 27

29 Automobil Automotive Inerieur Anforderungen Mechanik Oberfläche/ Kratzbeständig UV Beständig Chemikalienresistent Emission/ Geruch Temperatur 29

30 Anforderungen an Compounds Hervorragende Oberfläche HPP EP PC PMMA PA6 PC/ABS PBT PC/ASA POM ASA ABS PA/ABS Com amorph teilkristallin 30

31 Anforderungen an Compounds Mechanische Eigenschaften Sichtbare Glasfaser an der Oberfläche Composites 31

32 TEREZ GT2 300 HG 50 Vergleich Zug-E-Modul PA66 GF 50 GT2 300 HG 50 Zug-Modul ISO C (Mpa) dry conditioned Der Zug-E-Modul TEREZ GT2 300 HG 50 ist nicht abhängiog von trockenem oder Konditioniertem Zustand 32

33 TEREZ GT2 300 HG 50 / PA66 GF 50 Vergleich der Kriechbeständigkeit bei120 C 1 (%) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Kriechbeständigkeit 120 C Spannung 30 MPa 0, PA 66 GF 50 GT2 300 HG 50 (h) Nach 1000h kommt es lediglich zu einer leichten Verformung des TEREZ GT2 300 HG 50 von weniger als 0,7% 33

34 TEREZ GT2 300 HG 50/ PA 66 GF 50 / Aluminium Vergleich Bruchdehnung und Festigkeit Bruchspannung ISO C (Mpa) AL226 GT2 300 HG50 PA66GF 50 tr. PA66 GF50 kond. Bruchdehnung ISO C (%) 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 AL226 GT2 300 HG50 PA66GF 50 tr. PA66 GF50 kond. 34

35 TEREZ GT2 300 HG 50 / PA 6 GF 50 / Dimensionsstabilität Wasseraufnahme, ISO 62 [%] Schwindung [%] 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 PA 6 GF 50 GT3 300 HG 50 GT2 300 HG 50 GT3s 300 HG ,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 PA 6 GF 50 GT3 300 HG 50 GT3X 300 HG 50 GT HG 50 *Storage in water for 500h at 23 C In flow direction Perpendicular to flow 35

36 TEREZ GT2 300 HG 50 Optische Oberflächenanalysen Vergleichende Glanzmessung, Oberflächentopographie und Rauhtiefenmessung Hochglanz VDI Narbe 3400 Nr. 30 Strukturiert REM Aufnahmen unterschiedlicher Formteilbereiche GT2 300 HG 50 PA 66 GF 50 Analyse des tendenziell besseren Oberflächenbildes von TEREZ GT2 im Vergleich zu anderen Polyamiden. Schliffbilder / Querschnitt 3 mm und 2 mm Wandung Betrachtung der Glasfasern an der Formteiloberfläche / im Querschnitt 36

37 TEREZ GT2 300 HG 50 / PA 66 GF 50 3-D Topographievergleich / Glanzmessung strukturierte Oberfläche TEREZ GT2 300 HG 50 Glanzgrad 60 PA 66 GF ,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 PA6 PA 66 GF50 TEREZ GT2 300 HG50 Hoch glanz Mittel glanz Ideal glatte Oberfläche Bildung eines Streulichtkegels mit Reflexionsrichtung Matt 0-30 Diffuse Streuung des Lichtes, geringe Reflexion TEREZ GT2 300 HG 50 bildet die Oberflächenstruktur im Vergleich zu PA 66 GF50 besser ab. 37

38 TEREZ GT2 300 HG 50 Glasfaserabzeichnung erhöhte Einspritzgeschwindigkeit Formteiloberfläche 0,003mm 38

39 Inhalt Leichtbau ein Thema für alle Industriesegmente? Treiber / neue Materialien in der Automobilindustrie Vorteile LFT Technologie / Möglichkeiten mit thermoplastischen Composites Gute Oberflächen und hohe Festigkeiten ein Widerspruch? Zusammenfassung 39

40 Zusammenfassung Leichtbau ist ein wichtiges Entwicklungsthema über alle Industriezweige hinweg Es werden weiterhin neue Polymermodifikationen entwickelt um den steigenden Anforderungen zu entsprechen Hochleistungspolymere sind auch für Hybrid und elektrische Antriebsarten ein grosses Thema. Langfaserpolymere werden durch dás Thema Metallersatz mehr und mehr Einsatz finden Thermoplastische Composites lassen neue Entwicklungsmöglichkeiten zu und entwickeln sich nun auch in Richtung der Hochleistungspolymere Hohe Festigkeiten und anspruchsvolle Oberflächen sind kein Widerspruch. Eine Nachbaearbeitung ( z.b. Lackierung ) hochfester Bauteile auf Basis GT2 nicht notwendig. 40

41 Vielen Dank. 41