Ausführungen von Dr. Peter Eibeck
Business Development E/E
Engineering Plastics Europe
BASF SE, Ludwigshafen
Zu den Herausforderungen für Werkstoffe in der automobilen Antriebstechnik zählen unter anderem hohe Temperaturen, Feuchtigkeit und Vibrationen. Um in einem solchen Umfeld über den Lebenszyklus eines Autos bestehen zu können, müssen die eingesetzten Kunststoffe oft speziell ausgerüstet sein. Dies gilt auch für thermoplastische Polyester wie Polybutylenterephthalat (PBT), die unter der Motorhaube zum Beispiel für Stecker, Steckverbinder und Gehäuse von Elektronikbauteilen eingesetzt werden. Kontakt mit Wasser – auch in Form von Luftfeuchtigkeit – führt bei Polyestern vor allem bei erhöhten Temperaturen zu einer hydrolytischen Spaltung der Polymerketten und damit zu einer Schwächung des Materials.
Ultradur HR - hydrolysebeständiges PBT
Mit ihren Ultradur® HR-Typen (HR steht für hydrolysis resistant) bietet die BASF optimierte PBT-Werkstoffe an, die in der Lage sind, unter feuchten Umgebungsbedingungen der Hydrolyse zu widerstehen. Dadurch eignet sich der Werkstoff für die Produktion von besonders langlebigen Bauteilen, die den Betrieb unter verschärften Bedingungen überstehen. Dies gilt auch für zwei neue Ultradur-Typen, die eine hohe Hydrolysebeständigkeit mit integriertem Flammschutz beziehungsweise mit Lasertransparenz verbinden und so zahlreiche neue Anwendungen erschließen helfen.
USCAR Klasse 5 – Prüfung bestanden
Darüber hinaus erfüllen die Ultradur HR-Typen der BASF nicht nur gebräuchliche Tests, sondern auch die anspruchsvollen Klimawechselprüfungen der Klasse 5 nach der einschlägigen USCAR-Norm. Diese Prüfnorm ist in letzter Zeit immer häufiger in den Lastenheften der Automobilindustrie verankert. Bauteiltests nach dieser Norm sind zum Beispiel für Stecker und Steckverbindungen vorgeschrieben. Sie gehen in ihren Anforderungen weit über die gebräuchlichen statischen Klimatests hinaus. Schon in der Vergangenheit zeigte das speziell entwickelte Ultradur HR, dass es feucht-heißen Umgebungsbedingungen problemlos standhalten kann. Ultradur HR ist mit 30 % Glasfaserverstärkung unter dem Namen Ultradur B4330 G6 HR und mit 15 % Glasfaserverstärkung unter dem Namen Ultradur B4330 G3 HR erhältlich. Beide Varianten sind wesentlich hydrolysebeständiger als Produkte ohne HR-Ausrüstung und liegen auch im Vergleich zu HR-modifizierten Wettbewerbswerkstoffen vorn.
Alterung im Klimaschrank: 6.000 Stunden stabil
Zur Verifizierung der Hydrolysebeständigkeit werden häufig Testverfahren mit konstanten Klimabedingungen eingesetzt. Gängige Bedingungen zur beschleunigten Prüfung sind zum Beispiel eine Temperatur von 85°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 85 %. Prüfkörper aus Ultradur HR-Typen wurden in diesem Klima standardmäßig bis zu 3.000 Stunden gelagert und nach festgesetzten Abständen eingehend untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Zugfestigkeit über die gesamte Testdauer konstant hoch blieb.
Um die Grenzen des Materials auszuloten, wurde der Test für Ultradur B4330 G6 HR auf 8.000 Stunden ausgeweitet. Dabei ergab sich, dass erst nach 4.800 bis 6.000 Stunden eine graduelle Verschlechterung der Zugfestigkeit eintritt. Damit ist Ultradur HR unter diesen Bedingungen deutlich stabiler als alle anderen Werkstoffe.
Prüfung bei verschärftem Klimawechsel: USCAR Klasse 5
Wesentlicher Unterschied der Bauteilprüfung nach USCAR Klasse 5 ist, dass die Hitze- und Feuchtigkeitslast auf die Prüfkörper nicht statisch sondern vielmehr zyklisch einwirkt. Innerhalb eines Acht-Stunden-Zyklus werden die Prüfkörper verschiedenen, definierten Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten ausgesetzt. Dabei ist der Wechsel dieser Parameter so gewählt, dass die vom Kunststoff aufgenommene Feuchtigkeit keine Gelegenheit zum Entweichen hat, ehe eine Hochtemperaturphase beginnt. Dies simuliert einen zweistufigen Prozess: Zuerst wird das Bauteil im Normalklima durchfeuchtet, dann erwärmt es sich rasch in einem temporären Betriebsprozess, entweder durch Fremd- oder Selbsterwärmung. Dies stellt eine außerordentlich starke Belastung für einen Werkstoff wie PBT dar. Die hydrolytische Schädigung eines konventionellen PBT wäre unter solchen Umständen sehr hoch.
Insgesamt 40 Mal wird dieser Prüfzyklus wiederholt, ehe die Probekörper einer eingehenden Untersuchung ausgesetzt werden. Auch dabei zeigt Ultradur HR eine enorme Beständigkeit und nur geringfügige Änderungen der mechanischen Eigenschaften. Während die Zugfestigkeit eines nicht-hydrolysestabilisierten Vergleichsmaterials bereits nach 20 Zyklen sehr stark abgefallen ist, bleibt die Zugfestigkeit von Ultradur HR auch nach 40 Zyklen praktisch konstant. Sie liegt damit deutlich über dem Wettbewerbsprodukt.
4.000 Stunden Wärmealterung ohne Probleme
Auch bei einer Lagerung unter trocken-heißen Bedingungen schneidet Ultradur HR besser ab als andere Produkte. Dies zeigen Tests zur Wärmealterung, für die Ultradur B4330 G6 HR über 4.000 Stunden in einem Wärmeschrank einer konstanten Temperatur von 150°C ausgesetzt wurde. Anschließende mechanische Prüfungen zeigten, dass die Schlagzähigkeit auf einem konstant hohen Niveau bleibt. Die Schlagzähigkeit eines Vergleichsmaterials ohne HR-Ausstattung fiel hingegen schnell auf ein niedriges Niveau ab. Eine gute Wärmealterungsbeständigkeit ist wichtig, wenn Bauteile dauerhaft durch Fremd- oder Selbsterwärmung auf hohe Temperaturen gebracht werden. Da Ultradur HR-Produkte permanente Belastungen mit hohen Temperaturen im trockenen Zustand besonders gut meistern, sind sie auch für Anwendungen mit hoher Temperaturbelastung sehr gut geeignet, zum Beispiel für Bauteile im Motorraum.
Neue Anwendungsmöglichkeiten im Elektroauto
Mit diesem deutlich erweiterten Eigenschaftsprofil empfiehlt sich Ultradur HR für eine Reihe von Anwendungen, für die PBT bislang nicht in Betracht kam. So kann die hohe Wärmestabilität in Verbindung mit den bekannt guten elektrischen Eigenschaften von PBT für Bauteile von Elektrofahrzeugen interessant sein. Zum Beispiel für Ladestecker, Gehäuse von Batterie-Stacks oder auch Stecker im Hochvoltkreis von Elektroautos.
Stabile und problemlose Verarbeitung
Ultradur HR ist nicht nur auf Hydrolysebeständigkeit, sondern auch auf eine möglichst stabile Schmelzeviskosität ausgelegt. Damit bietet das Material gute Voraussetzungen für die Verarbeitung auch bei hohen Temperaturen und längeren Verweilzeiten. Die optimierte Schmelzeviskosität vermeidet unschöne fleckige Oberflächen auf den Bauteilen, den sogenannten Marmor-Effekt. Zudem ist die Neigung gering, thermisch vercracktes Material, so genannte Schmutzpunkte, zu bilden, ebenso wie die Gefahr verstopfter Heißkanäle, die zu einer Produktionsunterbrechung führen können.
Neue Typen: Flammschutz und Lasertransparenz
Aktuell arbeitet die BASF daran, weitere hydrolysestabilisierte Ultradur-Typen zu entwickeln. Zu den jüngsten Produkten zählt Ultradur B4450 G5 HR. Diese Neuentwicklung verbindet Hydrolysebeständigkeit mit eingebautem Flammschutz, einer hohen Kriechstromfestigkeit und geringer Rauchgasdichte. Dieses Eigenschaftsprofil zielt unter anderem auf die Elektromobilität ab. Da in Elektrofahrzeugen deutlich höhere Ströme fließen als in Fahrzeugen mit konventionellem Antriebsstrang, werden auch die Sicherheitsanforderungen an betroffene Bauteile neu überdacht werden müssen.
Eine weitere Neuentwicklung betrifft die Kombination von Hydrolysestabilisierung und Lasertransparenz. Ultradur B4300 G6 HR LT verfügt über eine lasertransparente Schwarzeinfärbung und spezifizierte Lasertransparenz für das Laserdurchstrahlschweißen. Anwendungen dafür sind zum Beispiel Steuergeräte- oder Sensorgehäuse, die nicht nur hydrolysebeständig sein müssen, sondern auch aus mehreren Gehäuseteilen lasergeschweißt werden.
Mehr Informationen zu Ultradur:
www.ultradur.de
Weitere Informationen zu den Werkstoffen Ultradur® der BASF gibt es über die Email-Adresse @email oder über die Telefonnummer +49 (0) 621 60-78780.
Pressefoto: Unter www.basf.com/pressefoto-datenbank, Rubrik „Kunststoffe“ oder Suchbegriff „Ultradur“. Text und Foto finden Sie in Kürze auch im Pressearchiv Kunststoffe der BASF: www.basf.de/kunststoffe/presseinformationen.
