Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Weiterentwicklung der Projektilinjektionstechnik zur wirtschaftlichen Herstellung elastomerer Hohlkörper

Der charakteristische Aufbau dreischichtiger Medienleitungen aus Kautschuk wird heute üblicherweise in einem ressourcen- und kostenintensiven, mehrstufigen Extrusionsverfahren (Dornverfahren) realisiert. Eine Alternative hierzu kann die Herstellung elastomerer Hohlkörper mittels der Projektilinjektionstechnik sein.

Das Forschungsvorhaben hat vor diesem Hintergrund das Ziel, die Projektilinjektionstechnik so weiterzuentwickeln, dass elastomere Hohlkörper aus rußgefüllten Kautschukmischungen mittels PIT hergestellt werden können. Dadurch soll es besonders für kmU in der kautschukverarbeitenden Industrie mit vermindertem Risiko möglich sein, die PIT-Technologie für die Herstellung von medienführenden Leitungen einzusetzen und damit das konventionelle Dornverfahren zu ersetzen.

Um das Forschungsziel erreichen zu können, muss im ersten Schritt eine Mischungsrezeptur basierend auf einem rußgefüllten Kautschuk entwickelt werden, die mit der PIT verarbeitbar ist und die materialspezifischen Anforderungen an Kühlwasser- bzw. Ölschläuche erfüllt. Anschließend werden umfangreiche verfahrenstechnische Untersuchungen durchgeführt, um die Prozessfähigkeit des Materials zu überprüfen. Dazu müssen Mischungsbestandteile sowie deren Anteile beim Compoundieren variiert und prozessbestimmende Parameter wie der Fluidvolumenstrom variiert werden, um Wirkzusammenhänge und Einflussgrößen zu ermitteln.

Die Ergebnisse dieses Vorhabens bieten einen großen Nutzen für kmU entlang der gesamten Wertschöpfungskette zur Herstellung von Medienleitungen in verschiedensten Branchen (z. B. Automobil, E&E, Bau). Zu Anwendern zählen Rohstoffhersteller bzw. -distributoren, Werkzeugbauer, sowie Verarbeiter. Verarbeiter profitieren besonders durch die Erweiterung ihres Produktportfolios, die Vereinfachung des Fertigungsprozesses und den ermöglichten höheren Automatisierungsgrad. Der wirtschaftliche Nutzen liegt in der Erschließung neuer Märkte und der Einsparung von Material- und Energiekosten.

Ergebniszusammenfassung:

Die Herstellung elastomerer Medienleitungen (z. B. für Kühlwasser- oder Ölschläuche) wird bisher mittels Kautschukextrusion im Dornverfahren realisiert, dessen Handlingaufwandes hohe Kosten verursacht. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es daher, die Projektilinjektionstechnik zur Herstellung elastomerer Hohlkörper basierend auf rußgefüllten Kautschukmischungen weiterzuentwickeln, indem geeignete Mischungsrezepturen und Prozessparameter bereitgestellt werden.

Für die Untersuchungen wurden zunächst drei industriebekannte Kautschukmischungen ausgewählt: EPDM "Heat resistant Seal", NBR "Seal for Gas Boilers", NBR "Fuel Hose Lining". Diese Mischungen wurden zunächst umfangreich rheologisch und vernetzungskinetisch untersucht, um das potenzielle Verarbeitungsverhalten im PIT-Spritzgießprozess abschätzen zu können. Zur Verbesserung der Berstdruckfestigkeit der Hohlkörper wurde zudem eine NBR-basierte Rezeptur mit Aramidfasern gefüllt. Eine weitere Verfahrensvariante der Injektionstechnik kam zur Hohlkörperherstellung zum Einsatz, bei der das Einlegen und Umspritzen eines vorkonfektionierten Glasfaserschlauchs erfolgte.

Im Forschungsvorhaben konnte gezeigt werden, dass sich mit der Rezeptur NBR_SGB in Abhängigkeit der gewählten Prozessparameter Hohlkörper herstellen lassen. Weitaus geringer ist das zur Verfügung stehende Prozessfenster für die Rezeptur EPDM_HRS. Mit der Rezeptur NBR_FHL konnten keine Hohlkörper hergestellt werden. Aus rheologischer Sicht scheinen deshalb mittelviskose Mischungen auf Basis verzweigter Polymere günstiger. Als wichtigster Parameter mit dem größten Einfluss auf die erzielbare Hohlkörperqualität (z. B. Exzentrizität) wurde die Verzögerungszeit zwischen Kautschuk- und Fluidinjektion identifiziert. Die Herstellung aramidfaserverstärkter Hohlkörper mit NBR_SGB ist grundsätzlich möglich. Die Herstellung eines Demonstrators mit Endlosfaserverstärkung konnte aufgrund der im Vergleich zu LSR hohen Viskosität nicht realisiert werden.