Vor allem bei Kunststoffteilen unter der Motorhaube steigen die Anforderungen an die Langzeitbeständigkeit gegen zyklische mechanische Belastungen, auch Betriebsfestigkeit genannt. Lanxess, Köln, baut deshalb eine neue Polyamid-6-Produktreihe namens Durethan Performance […]
Materialermüdung: In 3-Punkt-Biege-Versuchen nach Wöhler übersteht Durethan BKV30PH2.0 bei einer Biegelast von 2,75 kN über zwei Millionen Lastzyklen, während ein Standard-PA-6 mit 30 % Glasfasergehalt bereits nach rund 700.000 Zyklen versagt. (Abb.: Lanxess)
Die verschiedenen Materialvarianten sind im Vergleich zu Standardprodukten mit gleichem Glasfasergehalt teils um ein Mehrfaches beständiger gegen ein Ermüden bei pulsierender Belastung. Erste Vertreter der Produktreihe sind die wärmestabilisierten Compounds Durethan BKV30PH2.0, BKV35PH2.0 und BKV40PH2.0 mit Glasfasergehalten von 30, 35 und 40 % sowie das mit 30 % Glasfasern verstärkte und schlagzäh modifizierte Durethan BKV130P. Das P im Produktnamen steht dabei für Performance.
Fokus auf Motorraum, Leichtbau und Elektrowerkzeuge
„Wir zielen mit den neuen Produkten auf Anwendungen im Automobil wie etwa Luftansaug- und Ölfiltermodule oder Parkbremsen. Großes Einsatzpotenzial besteht außerdem bei Gehäuse- und Strukturbauteilen von Elektrowerkzeugen wie Bohr- oder Schleifmaschinen. Und für die Möbelindustrie könnten aus dem schlagzäh modifizierten Produkttyp beispielsweise Möbelschließsysteme gefertigt werden“, erläutert Dr. Thomas Linder, Experte in der Materialentwicklung von Durethan bei Lanxess. Neben dem dynamischen Verhalten konnte auch das statisch-mechanische Eigenschaftsprofil der neuen Konstruktionswerkstoffe verbessert werden. So sind sie zum Beispiel bei höheren Temperaturen zugfester als Standardprodukte gleichen Glasfasergehalts. „Das mechanische Eigenschaftsprofil macht das Polyamid-6-basierte Durethan Performance in vielen Fällen zu einer Materialalternative für Polyamid-66-Compounds, die sich in den vergangenen Jahren stark verteuert haben. Die Substitution kann häufig mit Produktvarianten gleichen Glasfasergehalts erfolgen, so dass keine höhere Materialdichte und damit ein höheres Bauteilgewicht in Kauf genommen werden muss“, erläutert Linder.
Umfangreiche Wöhler-Tests
Lanxess hat das dynamische Verhalten der neuen Compounds an einem Demonstrator untersucht, der einfachen Leichtbauteilen nachempfunden ist. Bei diesem sogenannten HiAnt-Träger handelt es sich um ein spritzgegossenes U-förmiges Profil, das innen mit kreuzweise angelegten Rippen verstärkt ist. Mit diesem praxisnahen Prüfkörper wurden unter anderem 3-Punkt-Biege-Ermüdungsversuche nach Wöhler durchgeführt. Linder: „In diesen Prüfungen zeigte zum Beispiel Durethan BKV30PH2.0 bei einer Biegelast von 2,75 kN eine rund dreimal so hohe Lebensdauer wie ein Polyamid-6-Standardmaterial mit 30 Prozent Glasfaserverstärkung.“
Maßgeschneidert für hochbelastete Strukturbauteile
Lanxess plant, die Produktfamilie Durethan Performance weiter auszubauen. Kurz vor der Markteinführung stehen zum Beispiel zwei Compounds mit 50 und 60 % Glasfaserverstärkung. „Diese Werkstoffe bieten sich mit ihrer hohen Festigkeit und Steifigkeit besonders für dynamisch belastete Strukturbauteile an – so etwa im Automobilleichtbau für Träger von Elektro- und Elektronikmodulen“, erklärt Linder.
Unterstützung entlang der gesamten Bauteilentwicklung
Der Werkstoffhersteller unterstützt Anwender in der Entwicklung zyklisch hoch beanspruchter Komponenten von der Konzeptphase über die Bauteil- und Werkzeugauslegung bis hin zum Produktionsstart. Diese Leistungen sind unter dem Namen HiAnt gebündelt. Angeboten werden beispielsweise zahlreiche Bauteilprüfungen. „Zusätzlich zu unseren servo-hydraulischen Zugprüfmaschinen zur Ermittlung von Wöhler-Kurven verfügen wir über ein Shaker-Technikum, das vor allem für Vibrationsprüfungen von Fahrzeuganwendungen ausgelegt ist und dabei alle gängigen Tests zur Betriebsfestigkeit abdeckt“, sagt Linder. Weiterhin führt Lanxess für Kunden Druckschwellversuche an Bauteilen aus dem Fahrzeugkühlkreislauf sowie Druckwechsel- und Backfire-Tests etwa an Ansaugmodulen durch.
