Die jüngsten fünf weltweit führenden Materialinnovationen für die Automobilindustrie werden zusammengefasst, und diese internationalen Kunststoffunternehmen haben Maßnahmen ergriffen

Das Leichtbaupotenzial aller Automobilkomponenten wird untersucht. Hierzu zählen sowohl Verbrennungsmotoren (ICE) als auch Elektrofahrzeuge (EV). Fortschrittliche Kunststoffe und Kunststoffverbundstoffe können die Fahrzeugleistung erheblich verbessern.

Faserverstärkte technische Kunststoffverbundwerkstoffe sind 25-35 % leichter als Stahlteile gleicher Festigkeit. Neue Materialien finden auch Anwendung in:

1. Stärkere Verwendung von Kunststoffen/Verbundwerkstoffen in Karosserieteilen;

2. Lange Endlosfasertechnologie für Strukturteile;

3. Stärkere Verwendung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen in Teilen wie Strukturteilen aufgrund der Entwicklung kostengünstiger Verbundwerkstoffe;

4. Polycarbonat und Acryl als Glas für Dächer, Scheinwerfer und Rücklichter;

5. Anwendung von fortschrittlichem Nylon unter der Haube.

Auch Kunststofflieferanten passen Materialien an, um den Nachhaltigkeits- und Leichtbauzielen der Automobilindustrie gerecht zu werden.

Genbeta ist weltweit führend im Formel-E-Rennsport für Elektrofahrzeuge (EV). Es stellte kürzlich einen Guinness-Weltrekord bei der weltweit ersten vollelektrischen FIA-Weltmeisterschaft auf. Der Rekord gilt für die schnellste in Innenräumen erreichte Geschwindigkeit. Die erreichte Geschwindigkeit betrug 218,71 km/h (Kilometer pro Stunde) bzw. 135,9 mph (Meilen pro Stunde).

Zu den wichtigsten thermoplastischen Komponenten gehören:

Endplatten des vorderen Kotflügels– Die Endplatten des Frontflügels werden aus verschiedenen Materialien 3D-gedruckt. Zum Beispiel Polypropylen (PP)-Copolymer, Polycarbonat (PC) oder Polybutylenterephthalat (PBT)/PC-Mischungen. Sie werden am äußeren Ende des Frontflügels des Fahrzeugs montiert. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil der Umleitung des Luftstroms um die Vorderräder. Sie reduzieren den Luftwiderstand und sorgen gleichzeitig für Abtrieb und Stabilität des Fahrzeugs.

Radflossen– Radflossen sind Spritzgussteile. Sie verwenden mechanisch recycelte Thermoplaste von SABIC, wie zum Beispiel STAMAX™ Polypropylen (PP)-Copolymer. Diese enthalten runde TRUCIRCLE™-Materialien auf der Basis von Post-Consumer-Abfällen. Sie werden in einem radialen Speichenmuster auf der Felge montiert. Dies wiederum optimiert den Luftstrom. Es reduziert außerdem den Luftwiderstand bei höheren Geschwindigkeiten und kühlt die Bremsen für eine verbesserte Bremskraft.

Windabweiser– Windabweiser sind extrudierte, durchsichtige Plattenteile aus Polycarbonat (PC). Sie verwenden biologisch erneuerbare, kohlenstoffarme Materialien aus dem TRUCIRCLE™-Portfolio von SABIC. Sie werden an der Vorderseite des Rennwagen-Cockpits vor dem Fahrer montiert. Dadurch wird der Luftstrom optimiert, um den Luftwiderstand zu verringern und letztendlich die Geschwindigkeitsleistung zu steigern.

Elektro-Rennwagen Genbeta (links), Frontflügel-Endplatte/Radkühlrippe (Mitte), Windabweiserteile (rechts)
(Quelle: SABIC)

Für den Windschutzscheibenquerträger des BMW iX Elektrofahrzeugs (EV) werden recycelte Carbonfaserverbundstoffe aus Polyamid 6 von Wipag verwendet. Die obere Strukturkomponente der EV-Windschutzscheibe besteht aus der WIC PA6 15 BK IM-Verbindung. Es wird mithilfe der spritzgegossenen Metall-Hybrid-Technologie unter Verwendung von Kohlenstofffaserabfällen aus der BMW-Produktionseinheit für Kohlenstofffaserverbundstoffe hergestellt.

Windschutzscheibe aus PA6-Recycling-Carbonfaser-Verbundwerkstoff im BMW EV-Querträger

(Quelle: Wipag)

Der Strukturquerträger der Windschutzscheibe besteht ebenfalls aus Metalleinlagen und Kohlefaserstäben. Es handelt sich um eine schlagzähmodifizierte Sorte mit folgenden Vorteilen:

1. Gute mechanische Leistung

2. Leichte, nachhaltige Alternativlösung für die Kreislaufwirtschaft

Neben der Erfüllung mechanischer Anforderungen kann recycelte Kohlefaser auch den CO2-Fußabdruck reduzieren. 1 Kilogramm (kg) WIC PA6 setzt etwa 6 Kilogramm CO2-Äquivalent (Äquivalent) frei, während 1 kg frische Kohlefaser bei der Herstellung etwa 9 Kilogramm CO2-Äquivalent freisetzt.

Die HiPrene® ALG14BF Polyamid 6-Langfaser-Thermoplastverbindung (LFT) von GS-Caltex wird im Panorama-Schiebedachrahmen des Hyundai Kia Sorrento verwendet. Inalfa Roof Systems in Südkorea hat den Schiebedachrahmen aus der GS-Caltex-Mischung spritzgegossen.

Dies ist das erste Mal, dass flache Glasfasern anstelle der herkömmlichen runden Glasfaserverstärkungen verwendet werden. Dadurch erhält das Schiebedach folgende Eigenschaften:

1. Verbesserte Dimensionsstabilität

2. Reduziertes Verziehen

Der Schiebedachrahmen des Kia Sorrento verwendet PA6-basiertes LFT

(Quelle: GS-Caltex)

Torsionspultrusion ist eine neue Technologie zur Herstellung von LFT-Pellets. Dadurch kann die Faserlänge die Länge des Kunststoffpellets überschreiten. Es kann die mechanischen Eigenschaften verbessern.

Im Vergleich zum bisherigen Standard-Stahlrahmen konnte das Teilegewicht um 51 % reduziert werden. Die Gesamtzahl der Teilfusionen sank von 33 % auf 4 %. Glasgefülltes LFT weist im Vergleich zu kohlenstofffaserverstärktem LFT eine um 13 % höhere Biege-Torsionssteifigkeit auf. Ebenso wurde eine Verbesserung der Bruchkraft der Teile um 25 % bei 24 % geringeren Kosten erzielt.

Solvay hat sein neuestes hochtemperaturbeständiges Flüssigkristallpolymer (LCP) entwickelt, Xydar® LCP G-330HH. Dieser LCP-Compound-Typ ist von Natur aus flammhemmend, ohne dass Halogen- oder Bromzusätze verwendet werden. Es behält seine elektrischen Isolationseigenschaften bei, nachdem es 30 Minuten lang einer Temperatur von 752 Grad F (400 Grad) ausgesetzt wurde. Es verfügt über:

1. Glasgefüllt,

2. Leicht zu fließen,

3. Spritzgussfähig.

Autohersteller stellen für die nächste Generation von Elektrofahrzeugen (EVs) von 400 V auf 800 V um. Denn globale Vorschriften erhöhen die Hitzebeständigkeit von Batteriekomponenten. Sie müssen bis zu 15 Minuten lang Temperaturen von 300 bis 1000 Grad standhalten.

Xydar® LCP G{{0}} HH verbessert die Sicherheit und gibt den Fahrgästen genügend Zeit, das Elektrofahrzeug im Falle eines thermisch außer Kontrolle geratenen Batteriebrandes zu verlassen. Seine Zielanwendung sind dünnwandige 100 x 150 x 0,5 Millimeter (mm) große Dünnschicht-Isolierplatten für Batteriemodule von Elektrofahrzeugen.

DOMO hat TECHNYL® 4EARTH® Polyamid 6 (PA6 oder Nylon 6) und Polyamid 66 (PA66 oder Nylon 66) entwickelt. Es reduziert die Umweltauswirkungen von Polyamidteilen auf ein noch nie dagewesenes Niveau, wie die Ergebnisse über den Lebenszyklus belegen.

Es hat 80 % weniger CO2-Emissionen, 70 % weniger Wasserverbrauch und 60 % weniger Energie im Herstellungsprozess. Die Qualitäten sollen einen Recyclinganteil von 20 % oder mehr haben. Sie haben einen Kohlefaser- oder Glasfaseranteil von bis zu 50 %.

TECHNYL® 4EARTH® Nachhaltiges Recycling von PA6 und PA66
(Quelle: Domo Engineered Materials)

Zu den Hauptanwendungen gehören:

1. Kfz-Lagerkäfige, Getriebegehäuse, Ölwannen, Ölabscheider, Zylinderkopfhauben, Ansaugkrümmer und Getriebeabdeckungen;

2. Elektro-, Haushalts- und Gartengeräte;

3. Konsum-/Industrieprodukte wie Dämmstoffe/Fensterprofile, Möbelkomponenten, Industriekomponenten, Sport- und Freizeitgeräte sowie landwirtschaftliche Werkzeuge.

Covestro bringt sein Know-how im Bereich der Kreislaufwirtschaft aus Polycarbonat (PC) in das Autoscheinwerferprojekt Nalyses ein. Gefördert wird es vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter Federführung von HELLA. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und dem Design heutiger transparenter Scheinwerferabdeckungen. Es wird auch auf die Wiederverwendung, Wiederaufbereitung oder das Recycling von Altmaterialien eingegangen. Ziel ist es, eine hochwertige Rohstoffbasis aus recyceltem PC zu schaffen, die den gesamten Produktlebenszyklus abdeckt.

Covestro hat an modularen Scheinwerferkonzepten geforscht. Dieses basiert auf verschiedenen Polycarbonattypen und zielt darauf ab, Montageschritte, Platzbedarf, Kosten und CO2-Emissionen zu reduzieren.

Die Konzentration auf einen Kunststoff (z. B. einen bestimmten PC) senkt die Arbeitskosten. Es sind Arbeitskosten erforderlich, um sie ohne Leistungseinbußen zu trennen, zu sortieren und im Recyclingstrom zu lagern. Zum Nalyses-Konsortium gehören HELLA (Scheinwerfer), Covestro, BMW, geba Kunststoff Compounds, das Fraunhofer-Institut für Mechatronische Systemkonstruktion IEM, das Heinz Nixdorf Institut und die Hochschule Hamm-Lippstadt. Die Ergebnisse ihres Projekts sollen auf andere Branchen übertragen werden.

Nachhaltige, transparente Autoscheinwerfer aus recyceltem PC

(Quelle: Covestro)