Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hochtemperatur- und medienbeständige 2-Komponenten-Verbundwerkstoffe aus Duroplast und Elastomer zum Einsatz im Motorraum alternativer Antriebskonzepte

Aufgrund der fortschreitenden Entwicklung im Bereich alternativer Antriebskonzepte (Hybridkonzepte, E-Mobilität) für Kraftfahrzeuge und der damit verbundenen hohen Anforderungen an die eingesetzten Materialien (speziell für Bauteile im Motorraum) ist der Einsatz von 2K-Verbundwerkstoffen aus Duroplast und Elastomer die bessere Alternative gegenüber Thermoplast- bzw. Metall-Elastomer-Verbindungen. Besonders die Anforderungen hinsichtlich der Temperatur-, Medien- und Kriechbeständigkeit, die z. B. an medienführende Leitungen oder Steckverbindungen gestellt werden, begrenzen die Einsatzmöglichkeiten speziell der bisher im 2K-Verbund eingesetzten Konstruktionskunststoffe erheblich. Hier ist die Langzeit-Hydrolyse-Beständigkeit aufgrund der häufig wechselnden Betriebsstoffe (z. B. Öl, Kraftstoff, Bremsflüssigkeit) als Kriterium hervorzuheben.

Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist, die Herstellung von 2-Komponenten Verbundprüfkörpern aus Duroplast und Elastomer auf Basis unterschiedlicher Materialkombination zu etablieren und eine für den Anwendungsfall ausreichende Verbundhaftung unter Einhaltung der geforderten Spezifikationen zu erzielen. Durch rezeptur- und prozessseitige Optimierungen bei der Herstellung der 2K-Verbundprüfkörper soll die Verbundhaftung signifikant verbessert werden. Dabei wird neben dem 2K-Verbundspritzgießen auch das Transfermoulding im handelsüblichen Pressenverfahren eingesetzt, um verfahrenstechnische Unterschiede bei der Herstellung der Prüfkörper und der erreichten Haftfestigkeit zu identifizieren.

Von den Ergebnissen profitieren alle Firmen, die Formteile aus 2K-Verbundprüfkörpern herstellen. Somit ergeben sich besonders für die deutsche Zulieferindustrie im Automobilsektor, die überwiegend aus kmU besteht, erhebliche Potentiale für neue Anwendungsgebiete und die Ausweitung ihres Kundenstamms.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Entwicklung von hochtemperaturbeständigen 2K-Verbundprüfkörpern aus Duroplast und Elastomer vorrangig zur Anwendung im Motorraum alternativer Antriebskonzepte. Materialseitig wurde bzgl. der duromeren Formmassen überwiegend mit rieselfähigen (PF) Phenol-Formaldehydharzen gearbeitet. Zudem kamen (MF) Melamin-Formaldehyd- und (EP) Epoxidharze sowie (UP) ungesättigte Polyesterformmassen zum Einsatz, die mit vulkanisationsfähigen Kautschukmischungen zu einem Materialverbund mit hoher Haftfestigkeit vereint werden sollten. Kautschukseitig wurden Rezepturen auf Basis von temperaturbeständigen HNBR- und AEM-Kautschuken entwickelt, die durch die Additivierung mit einem Haftvermittlersystem, die Wahl des generellen Vernetzungssystems sowie die gezielte „Einstellung“ der Vulkanisationskinetik eine verbesserte Verbundhaftung zum jeweiligen Duroplasten erzielen sollten. Auf Wunsch der teilnehmenden Unternehmen des projektbegleitenden Ausschusses wurden zudem Rezepturen auf Basis von NR und EPDM in das Forschungsvorhaben aufgenommen, um die Potentiale von NR- bzw. EPDM-Duroplast-Verbunden als Ersatz für klassische Gummi-Metall-Verbunde zu identifizieren.

Prozessseitig wurden die Schälprüfkörper einerseits im klassischen „Compression-Moulding“ in der Heizpresse hergestellt. Andererseits wurden die Prüfkörper mittels „Injection-Moulding“ in einem 1-stufigen Verfahren hergestellt in dem die Kautschukmischung ohne zeitliche Verzögerung an den vorher produzierten duroplastischen Rohling angespritzt wurde. In einer weiteren Prozessvariante wurde die Kautschukmischung an einen in der Heizpresse vorproduzierten duroplastischen Rohling angespritzt, der im Spritzgussprozess als Einleger verwendet wurde (im Projekt als „2-stufiger Spritzgussprozess“ bezeichnet).