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Recycling- und Biokunststoffe spielen eine immer größere Rolle auf dem Weg in eine nachhaltige Wirtschaft. Daher wurde ihre Eignung für elektromechanische Baugruppen untersucht, welche z. B. im Automobilbereich unter schwierigen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Dabei müssen die Bauteile einen dichten Verbund zwischen Kunststoff- und Metallkomponenten aufweisen. Möglich wurden dieser Verbund durch optimierte Plasmavorbehandlungen, welche auch jenseits der elektromechanischen Baugruppen Anwendungen ermöglichen, die eine gute Haftung erfordern.
Über elektromechanische Baugruppen
Um die Nachhaltigkeit der industriellen Produktion zu verbessern, können verstärkt Alternativen zu herkömmlichen Werkstoffen auf Basis von Rohöl verwendet werden. Um einen Beitrag dazu zu leisten, untersuchte INNOVENT in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit der febana Feinmechanische Baugruppen GmbH, wie sich elektromechanische Baugruppen mit Bestandteilen aus Kunststoff und Metall auch aus Bio- und Recyclingkunststoffen zusammensetzen lassen. Diese elektromechanischen Baugruppen werden z. B. als Stecker- oder Sensorgehäuse zum Teil mit Sicherheitsrelevanz in Industrieanwendungen genutzt und enthalten zusätzliche Komponenten wie Leiterbahnen oder Leiterplatten. Sie werden in anspruchsvollen Umgebungen unter breiten Temperaturbereichen, hoher Feuchtigkeit und teils aggressiven Chemikalien verwendet. Die im Kunststoffgehäuse eingegossenen Komponenten müssen eine gute Adhäsion am Gehäuse bzw. den verwendeten Vergussmassen aufweisen, um das Eindringen von Flüssigkeiten zu vermeiden.
Wie schlagen sich Recycling- und Biokunststoffe?
Um all diese Ansprüche zu untersuchen, wurde von der febana Feinmechanische Bauelemente GmbH eine Musterbaugruppe entwickelt, die in Abbildung 1 in verschiedenen Fertigungsstufen gezeigt ist. An dieser konnte das Zusammenspiel zwischen Recycling- und Biokunststoffen mit den Metallkomponenten untersucht werden. Relevant waren dabei vor allem mechanische und thermische Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung der Kunststoffe. Die untersuchten Recyclingkunststoffe erfüllten dabei alle die gewünschten Anforderungen, die Biokunststoffe lagen je nach Füllstoff etwas unter der geforderten Festigkeit.
Um nun die Haftung zwischen Kunststoff und Metall weiter zu verbessern, wurden Vorbehandlungen mittels Beflammung und Atmosphärendruckplasma durchgeführt. Die unterschiedlichen Kunststoffe benötigten unterschiedliche Plasmaparameter für ein optimales Klebeergebnis. In Abbildung 2 sind die durch die Plasmabehandlung erzielten Verbesserungen in der Benetzbarkeit gezeigt. Die Flammenbehandlung hingegen stellte sich als ungeeignetes Verfahren für die komplexen Geometrien der Baugruppe heraus.
Die mit Plasmaaktivierung erfolgreich hergestellten Materialverbunde in den Testbaugruppen wurden in praxisnahen Tests erfolgreich auf ihre Dichtheit hin untersucht.
Und was lässt sich damit machen?
Diese Untersuchungen zeigen, dass Recyclingkunststoffe ihr Leben nicht als Down-Cycling-Produkte wie Balkonkasten oder Zaunpfahl fristen oder gar in der thermischen Verwertung beenden müssen, sondern ein wirtschaftlich interessantes Up-cycling zum Beispiel für Anwendungen im Automobilbereich möglich sind. Auch die Verwendung von Biokunststoffen im Spielwarenbereich ist denkbar.
Mit den gewonnenen Erkenntnissen zur Aktivierung von Recycling- und Biokunststoffen eröffnen sich auch Felder jenseits der Materialverbunde in elektromechanischen Baugruppen. So kann eine Plasmaaktivierung auch die Bedruckbarkeit von Kunststoffen mit handelsüblichen Tinten erhöhen, was bei der Produktvermarktung eine wichtige Rolle spielt. Durch die Kombination aus Recycling- oder Biokunststoffen mit Atmosphärendruckplasma lassen sich somit fossile Rohstoffe einsparen, die Abfälle reduzieren und Materialkreisläufe aufbauen.
INNOVENT e.V.
Klaus Vogelsang
Wissenschaftlicher Mitarbeiter Oberflächentechnik
k.vogelsang@innovent-jena.de
Musterbaugruppe in verschiedenen Fertigungsstufen
Copyright: INNOVENT e.V.
Verbesserungen in der Benetzbarkeit durch Plasmabehandlung
Copyright: INNOVENT e.V.
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars
Chemistry, Environment / ecology, Materials sciences, Mechanical engineering, Traffic / transport
transregional, national
Research results, Transfer of Science or Research
German
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