Werkstoffe Sieben Neuheiten aus dem Bereich Werkstoffe

Von Juliana Pfeiffer

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Ein Aluminiumnitrid mit guter thermischer Leitfähigkeit, ein PBT, das sensible Elektronik vor Umwelteinflüssen schützt, über das mehrlagige Isolationsmaterial Mtex, bis hin zu neuen Verfahren zum Upcycling von PET- & Polyurethan-Schaumstoffresten: Die Neuheiten im Bereich Werktsoffe.

Das speziell für Wasserstoffanwendungen konzipierte Material PPH2 weist hoge mechansiche Eigenschaften auf.
Das speziell für Wasserstoffanwendungen konzipierte Material PPH2 weist hoge mechansiche Eigenschaften auf.
(Bild: Poppe + Potthoff)

Ceramtec hat mit AIN HP eine neues Hochleistungssubstrat im Portfolio. AlN steht für Aluminiumnitrid, ein Material, das eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt und in Leistungswandlern im Schienenfahrzeugbau oder im Bereich der neuen Energien eingesetzt wird. HP steht für High Performance und drückt die exzellente Biegebruchfestigkeit von 450 MPa (Megapascal) aus. Bei dem Substrat AlN HP konnten die Ceramtec-Entwickler die Biegebruchfestigkeit gegenüber der Vorgängergeneration der AlN-Substrate um über 40 % steigern. Die endmontierten Leistungsmodule sind damit dauerbelastbar. Keramiksubstrate wie AlN HP weisen eine deutlich höhere thermische Leitfähigkeit bei gleichzeitig besserer Temperaturbeständigkeit und Isolationsfähigkeit als beispielsweise PCB-Materialien auf. Damit eignen sich solche Materialien auch für den Einsatz in passiven Bauelementen, Highpower-LEDs oder Chip-Widerständen.

PBT schützt sensible Elektronik

In der Automobilelektrik kommt vielen kleinen Bauteilen eine große Bedeutung zu. Filigrane Raddrehzahlsensoren etwa erfassen die Drehzahl der Räder und geben die Information an das ABS und ESP weiter. So können die Systeme bei einem Ausbrechen des Fahrzeugs, etwa bei einer Vollbremsung, Gegenmaßnahmen einleiten, um die Fahrzeugstabilität und Lenkfähigkeit zu erhalten. Durch ihre Positionierung an den Rädern sind die Sensoren dabei extremen klimatischen Bedingungen und Medien wie Spritzwasser und Streusalz ausgesetzt. Mit dem Polybutylenterephthalat (PBT) Ultradur B4335G3 HR HSP hat BASF ein Material entwickelt, das sensible Elektronik vor derartigen Einflüssen schützt. Das PBT ist mit Additiven ausgerüstet, die den hydrolytischen Abbau stark verzögern. Dies macht das Material beständig gegen Schädigung durch Wasser bei erhöhten Temperaturen. Dabei bleibt die standardmäßig geringe Feuchteaufnahme von 0,2% erhalten, die dem PBT hervorragende elektrische Isolationseigenschaften und eine gute Dimensionsstabilität verleiht. Zudem ist es widerstandsfähig gegen Spannungsrisse durch alkalische Medien. Somit wird das verwendete Bauteil langlebiger und zuverlässiger, was den Sicherheitsstandard erhöht.

Metallbeschichtetes Gewebe Mtex als Isolationsmaterial etabliert

(Bild: Frenzelit)

Frenzelit hat zusammen mit dem Lehrstuhl Metalle der Universität Bayreuth sowie dem ehemaligen Forschungszentrum ATZ Sulzbach-Rosenberg (seit 2012 Teil des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT) das mehrlagige Isolationsmaterial Mtex entwickelt. Das Material entsteht im thermischen Spritzverfahren, bei dem ein Aluminiumdraht in einer extrem heißen Gasflamme aufgeschmolzen, zerstäubt und mit sehr hoher kinetischer Energie auf ein Glasgewebe aufgespritzt wird. Es handelt sich also um eine mechanische Verbindung, bei der sich vereinfacht ausgedrückt das Metall um die Fasern legt und gleichzeitig miteinander verzahnt. Der Vorteil gegenüber chemischen Verbindungen von Metallen und technischen Textilien über einen Kleber ist die hohe Temperaturstabilität. Verklebte Materialien können höchstens bis 250 Grad Celsius mit Temperatur beaufschlagt werden, bis der Kleber und damit die Verbindung sich auflöst und möglicherweise auch giftige Gase verursachen kann. Das Mtex-Gewebe dagegen ist kurzzeitig bis 650 Grad Celsius temperaturbeständig. Bis 600 Grad Celsius Oberflächentemperatur wird eine ausreichende Langzeitbeständigkeit erzielt. Zunächst wurde das Material im passiven Brandschutz als Vorhangmaterial eingesetzt. Mittlerweile ist das Mtex-Gewebe für Isolationen im Motorraum prädestiniert. In einem Automobilprojekt sollte eine aufwendige Isolation bestehend aus mehreren Lagen entwickelt werden. Zu dem Zeitpunkt wurde ein Wettbewerbsprodukt genutzt, das jedoch bei zu hoher Hitzeeinwirkung auf dem Prüfstand Flammen am Rand der Isolation verursachte. Grund hierfür war der enthaltene Kleber des Isolationsmaterials. Mit der mechanischen Verbindung der Mtex-Lagen zueinander konnte das Problem vollständig beseitigt werden.

Spezieller Werkstoff für Wasserstoffanwendungen

(Bild: Poppe + Potthoff)

Poppe + Potthoff hat das speziell für Wasserstoffanwendungen konzipierte Material PPH2 entwickelt. Um das hochflüchtige Gas innerhalb des Antriebssystems zu lagern und zu transportieren, müssen die Bauteile, die im direkten Kontakt mit dem Wasserstoff stehen, beständig sein. Bisher wird hierfür austenitischer Edelstahl verwendet. Dieser ist unter anderem durch seinen hohen Nickelgehalt sehr teuer. Zudem weist das Material relativ geringe Festigkeiten, so dass die Bauteile für höhere Druckbeständigkeiten mit größeren Wandstärken ausgelegt werden müssen. Dies erhöht das Gewicht und der höhere Materialeinsatz führt wiederum zu höheren Kosten der Bauteile. Der legierte Kohlenstoff-Stahl PPH2 weist hohe mechanische Eigenschaften auf. Dadurch können mit PPH2 hergestellte Komponenten dünnwandiger als aus Edelstahl gefertigte Komponenten ausgelegt werden, was neben einem geringeren Gewicht auch zu einer Verringerung der Materialkosten führt und damit einen weiteren klaren Vorteil für die Kunden darstellt. Ein wirksamer Schutz vor Korrosion wird durch eine Zink-Nickel Beschichtung gewährleistet. Zudem eignet sich das Material für Schweißprozesse (beispielsweise für die Herstellung von Common Rails) und lässt sich leicht verarbeiten. Es kann daher auf bekannte Fertigungsverfahren, die beispielsweise bei der Fertigung von Komponenten für Dieselmotoren zum Einsatz kommen, zurückgegriffen werden. Auf diese Weise lassen sich zusätzliche Kosten sparen, zumal Maschinen und Anlagen nicht umgerüstet werden müssen, wenn zuvor bereits C-Stahl verarbeitet wurde.

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Werkstoff für leichte und wartungsarme Flugzeug-Fahrwerke

(Bild: Trelleborg)

Trelleborg Sealing Solutions hat mit Orkot C620 einen für die Luft- und Raumfahrtindustrie ausgelegten Verbundwerkstoff in sein Portfolio aufgenommen. Er ermöglicht die Konstruktion besonders leichtgewichtiger und gleichzeitig enorm fester und damit lange haltbarer Komponenten. Orkot C620 ist ein Composite-Material, das Glasfasern mit einem reibungsarmen TX Orkot Belag kombiniert. Die Eigenschaften der verschiedenen Schichten erhöhen die Tragfähigkeit und Festigkeit und reduzieren gleichzeitig Reibung und Verschleiß. Das ermöglicht längere Wartungsintervalle. Der Werkstoff zeichnet sich zudem durch einen niedrigen Reibungskoeffizienten aus und widersteht gleichzeitig hohen Belastungen. Das Stick-Slip-Verhalten wurde minimiert. So entsteht weniger dynamische und statische Reibung, was sicherere Bewegungen bei hohen Lasten ermöglicht und einen reibungslosen Betrieb des Fahrwerks bei Start und Landung sicherstellt. Die Schlagzähigkeit von 200 KJ/m² prädestiniert Orkot C620 für Anwendungen mit extremer Belastung. Eine Biegefestigkeit von 320 Megapascal verleiht dem Werkstoff Vielseitigkeit und Haltbarkeit. Darüber hinaus bleibt es flexibel und elastisch genug, um in seine ursprüngliche Form zurückzukehren und Vibrationen zu dämpfen.

Paletten aus Kokosfasern

(Bild: Frimo)

Die meisten Einwegpaletten werden in Südostasien benötigt. Aufgrund der Holzknappheit muss das nur wenige Wochen bis zur anschließenden Entsorgung benötigte Holz über große Entfernungen importiert werden. Allein in Asien müssen so für konventionelle Einwegpaletten jährlich rund 170 Millionen Bäume gefällt werden. Nicht zuletzt gehört Holz zu den Rohstoffen, die derzeit von Liefer- und Preisproblemen betroffen sind. Das niederländische Startup Coco Pallet bietet mit seinen Einwegpaletten aus Kokosnussabfällen eine nachhaltige Alternative. Hierfür hat Frimo einen Verarbeitungsprozess entwickelt. Dabei werden die pulver- und faserförmig aufbereiteten Abfälle aus Kokosnussschalen unter Druck und Temperatur zu robusten Paletten verpresst. Dabei werden die Kokosfasern nur mit dem natürlich enthaltenen Lignin so verbunden, dass keinerlei zusätzliche Stoffe hinzugefügt werden müssen. Frimo begleitet das Startup Unternehmen bereits seit einigen Jahren. Jetzt entstand zusammen mit Coco Pallet ein spezielles Füll- und Dosiersystem und ein Protoypenwerkzeug zur Herstellung dieser innovativen und platzsparend stapelbaren Paletten. Zusätzlich sind die Paletten recycle- aber auch biologisch abbaubar. Aufbauend auf dem Erfolg der Paletten plant Coco Pallet bereits den Einsatz des Verfahrens für weitere Anwendungsgebiete.

Upcycling von PET- & Polyurethan-Schaumstoffresten

(Bild: Rampf)

Die Rampf-Gruppe entwickelt seit mehr als drei Jahrzehnten chemische Verfahren, mit denen Post-Consumer-Schaumstoffabfälle wie gebrauchte Matratzen, Teppich und Bodenbeläge, Sitzmöbel, Autositze, Motorradsitzbänke, Dämmmaterialien sowie Fitness- und Freizeitartikel in hochwertige Polyole aufbereitet werden. Mit dem Solvolyse-Verfahren (Glykolyse, Acidolyse und Aminolyse) werden Recyclingpolyole hergestellt, die sowohl hinsichtlich Qualität als auch technischer Eigenschaften mit den sonst aus neuen Rohstoffen gewonnenen Polyolen zumindest vergleichbar sind. Die Recyclingpolyole von Rampf werden präzise auf die Produktionsumgebung des Kunden abgestimmt und können daher direkt im Herstellungsprozess für neue Produkte eingesetzt werden. Mit einem weiteren chemischen Verfahren lassen sich PET/PSA, andere Polyester (PLA, PC, PHB) und erneuerbare bzw. biobasierte Rohstoffe wie Pflanzenöle als Rohstoffquellen für die Produktion biobasierter Polyole nutzen.

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