Matt und kratzfest - neue

ROHSTOFFE
PP und ABS im Fahrzeug-Innenraum – ein Vergleich
Matt und kratzfest
Schlagzähes talkumgefülltes PP wird für Armaturentafeln,
Tür- und Säulenverkleidungen benutzt, weil es große Konstruktionsfreiheit bietet. PP ist aufgrund seiner Fließeigenschaften vielseitiger einsetzbar. Hochschlagzähes ABS
weist bei Raumtemperatur ein ähnliches Verhältnis von
Schlagzähigkeit zu Steifigkeit auf wie schlagzähes, talkumgefülltes PP, wobei ABS bei normaler und erhöhter Raumtemperatur nicht so leicht verkratzt wie PP.
Oberflächenrauheit und Glanzgrad des Teils hängen von den Spritzgussbedingungen ab (MAGNUM* 3904); links – eingespritzt bei: 40° C/240° C/35 mm/s, Glanz 60 = 2,7, rechts – eingespritzt
bei: 60° C/290° C/65 mm/s, Glanz 60 = 1,8
Die Konstruktion von Werkzeugen und
Teilen aus ABS und talkumgefüllten Polypropylen mit geringem Glanzgrad, erfordert besondere Berücksichtigung der Befüllungsweise sowie der Verarbeitungsbedingungen.
Durch mehrstufiges Oberflächen-Ätzen
erhält man strukturierte, matte Flächen.
Der gewünschte Glanzgrad lässt sich
durch Bestrahlen mit Sand oder Glaskügelchen dosieren. Die Reproduzierbarkeit der Narbung hängt von der Temperatur der Form und dem Druck ab, mit
dem das Material in die Hohlräume gepresst wird. Dass die Teileoberfläche eines ABS-Spritzgussteils, das bei unterschiedlichen Bedingungen gefertigt
wurde, geringe Abweichungen der
Oberflächenrauheit und einen deutlich
niedrigeren Glanz 60-Glanzgrad aufwei-
Frank Krabbenborg, Specialist Dow
Automotive R&D, Terneuzen, NL,
und Gerhard Slik, Development
Leader Dow Automotive Engineering, Schwalbach
188
sen, belegen Aufnahmen des Rasterelektronenmikroskops. OEMs spezifizieren Glanz 60-Ziele zwischen 1 und 2,5
für bestimmte Narbungstypen oder
Strukturen. Bei mit Talkum gefüllten und
schlagzäh modifizierten PP-Teilen muss
der Glanzgrad des Teils präzise über die
Struktur der Form gesteuert werden. Ist
der Glanzgrad zu niedrig, ist auch die
Kratzfestigkeit nicht ausreichend. Der
Glanz 60-Wert sollte aber anhand des
Werkzeugs korrigiert werden anstatt die
Kratzfestigkeit über eine Rezepturänderung zu erreichen.
Eine Konsole im Spritzgussverfahren
wird beispielsweise auf einen Glanz
60-Wert von mindestens 1,8 und einen
Glanz 60-Zielwert zwischen 2,0 und 2,5
ausgelegt. Dieser Glanzgrad weist für
die meisten talkumgefüllten und schlagzäh modifizierten PP-Harze den besten
Kompromiss zwischen Glanz und Kratzfestigkeit auf. Für den Konsolenguss
wurden die Parameter mit dem Ziel überprüft, die besten Voraussetzungen zur
Erreichung des Glanzgradziels Glanz 60
= 2 bis 2,5 mit 15% Talkum als Füllstoff
und PP zu ermitteln. Hierzu wurden die
Auswirkungen von Spritzgeschwindigkeit und Gegendruck bei einer Massetemperatur von 210° C und einer Formtemperatur von 20° C überprüft. Alle
Versuche wurden mit einer Nachdruckzeit von 5 s durchgeführt. Wird die
Spritzgeschwindigkeit von 70 auf 10%
verringert, steigt der Glanz 60-Wert von
1,2 auf 1,4. Bei gleichbleibender Spritzgeschwindigkeit hat der Haltedruck keinen Einfluss. Bei geringeren Geschwindigkeiten steigt zwar der Glanzgrad, jedoch nicht auf Glanz 60 = 2 bis 2,5. Das
mit 15% Talkum gefüllte Teil aus PP Inspire TF1500 ESU hat einen Glanzgrad
von Glanz 60 = 1 bis 1,3 auf dieser speziellen Oberflächenstruktur, was aber für
die gewünschte Kratzfestigkeit zu wenig
sein kann. Schon eine geringere Steigerung des Glanz 60-Werts würde die
Kratzfestigkeit deutlich verbessern. Dies
kann durch eine Anpassung der Werkzeugoberfläche erreicht werden.
Armaturentafeln oder ihre freiliegende
Verkleidung werden vorzugsweise aus
mit 15% Talkum gefülltem, schlagzähem PP gefertigt. Zunächst wird der
mittlere Teil durch den mittleren Einguss
befüllt, dann durch die äußeren Eingüsse
der Rest. Für das Teil wird eine Fluss-Simulation durch sequenzielles Befüllen simuliert, um für das komplexe Teil die Position der Bindenähte zu bestimmen und
kritische Bereiche wie beispielsweise die
zuletzt gefüllten Stellen zu ermitteln. Die
Massetemperatur für die Auswertung
beträgt 250° C.
Die Flussanalyse für das mit 15% Talkum
gefüllte PP-Teil zeigt, dass die Armaturentafel, mit Wandstärken zwischen 3,2
und 3,5 mm, bei 75 Bar innerhalb von 6
bis 7 s gefüllt ist.
Der Glanz 60-Wert des Gussteils wurde
an vier verschiedenen Stellen des Teils
gemessen; er lag zwischen 1,7 und 1,9.
Um über die Füllungsbedingungen den
Glanzgrad eines PP-Teils mit 15% Talkum als Füllstoff zu steuern, wurden
dann die Parameter verändert und der
Einfluss auf den Glanzgrad gemessen.
Die Massetemperatur wird um 20° C erhöht, die Einspritzdauer auf 6 s verkürzt,
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der Haltedruck auf 70 Bar gesteigert und
die Formtemperatur auf 50° C erhöht.
Die Versuche zeigten keinen Einfluss dieser Änderungen auf den an den gleichen
vier Stellen gemessenen Glanz 60-Wert.
Daraus folgt, dass der Oberflächenglanz
von Teilen aus PP-Rezepturen mit 15%
Talkum als Füllstoff im wesentlichen
durch Struktur und Vorbehandlung der
Werkzeugoberfläche bestimmt wird.
Dazu passt, dass die Spritzgussparameter kaum oder keinen Einfluss auf das
Aussehen von großen Teilen aus PP mit
15% Talkum als Füllstoff haben, sofern
sie im Rahmen der Verarbeitungsbedingungen bleiben.
Glanzgrad beeinträchtigt
Kratzfestigkeit
Das erste Beispiel hat gezeigt, dass man
aus talkumgefülltem PP Teile mit geringem Glanzgrad herstellen kann, aber ein
zu niedriger Glanz 60-Wert die Kratzfestigkeit beeinträchtigt. Deshalb wurde
versucht, anhand einer Sitzlehnenschale
bei hochleistungsfähigen PP-Rezepturen
einen Glanz 60-Zielwert von 1 bis 1,2 mit
erhöhter Kratzfestigkeit zu erreichen. Alle Teile wurden auf der gleichen Maschine, mit dem gleichen Werkzeug und im
gleichen Farbton (Schwarz mit Farbtonabgleich) gefertigt. Die Struktur wurde
so gewählt, dass die eine Hälfte mattiert
wird (Narbung 1), während die andere
Hälfte unbehandelt bleibt (Narbung 2).
Gegossen wurden die Teile auf einer Engel ES5550/600 HL Maschine mit Sitzlehnenwerkzeug. Es wurde nur eine
Höhlung befüllt. Sowohl für das Teil aus
Formflussanalyse für eine Armaturentafel aus talkumgefülltem PP (Inspire TF1500ESU) mit
Druckverteilung und zuletzt gefüllten Bereichen. (Bilder: Dow Automotive)
PP mit 15% Talkum als Füllstoff als auch
für das ABS-Teil wurde ein Gewicht von
870 Gramm erzielt.
Die Bedingungen wurden auf das Material abgestimmt und entsprechen den jeweiligen Standardbedingungen für ABS
und PP. Sowohl aus ABS als auch aus
talkumgefülltem PP wurden Teile mit ansprechendem Aussehen gefertigt. Die
Glanzgrade waren identisch: der Glanz
60-Wert auf der matten Struktur betrug
1,5, auf der glänzenden Struktur lag er
bei 3,0. Die Kratzfestigkeit wurde gemäß GME60280 (General Motors Spezifikation) gemessen. Sie misst die Farbveränderung dL vor und nach Anwendung
des Ritzgitters bei 5 Newton (das Gussteil muss dL < 1,0 aufweisen).
Die Versuchspolymere PP1 und PP2 können – im Rahmen der Messgenauigkeit
für den dL-Wert – für bessere Werte sorgen und den neuen Zielwert von dL < 0,4
bei Glanz 60 = <1,4 erreichen. In den
Versuchspolymeren PP1 und PP2 werden verschiedene Elastomere und Füllstoffe getestet und die Leistung mit
hochschlagzähem ABS und normalem,
mit 15% Talkum gefülltem PP vergli-
Magnum 3416,3904,3325
260° C
Schmelztemperatur
Inspire TF1500ESU, PP1 and PP2
240° C
Gußtemperatur
50° C
30° C
Einspritzgeschwindigkeit
77 mm/s
77 mm/s
Einspritzzeit
2s
2s
Spritzdruck
120 bar
80 bar
Glanz 60 Narbung 1
1,5
1,4
Glanz 60 Narbung 2
3.0
2,7
DL GME60280 Narbung 1
0,2
0,85 (= 0,4-0,6 for PP1 & PP2)
DL GME60280 Narbung 2
0,0
0,1
Einspritzbedingungen für Magnum 3904 und Inspire TF1500ESU sowie mit 15% Talkum
gefüllte PP1 und PP2 Versuchsrezepturen
Produktname
Produktyp
GME 60280 dL
Shore D Härte
Magnum 3904
ABS
0.20
74
Inspire TF1500ESU
PP-T15
0.85
62
Experimental PP1
PP-T15
0.40
64
Experimental PP2
PP-T15
0.60
62
190
Kratzfestigkeit gemäß
GME60280 für die Teile aus
Magnum 3904, Inspire
TF1500 ESU und den Versuchsharzen PP1 und PP2
bei Glanz 60=1,4
chen. Die Versuchsrezepturen PP1 und
PP2 mit Talkum als Füllstoff weisen eine
bessere Kratzfestigkeit auf als das Teil
aus mit 15% Talkum gefülltem PP Inspire TF1500ESU mit einem dL-Wert von
0,85. Die beste Kratzfestigkeit wurde jedoch auf dem ABS-Teil gemessen, und
zwar sowohl auf der matten als auch auf
der glänzenden Oberfläche. Die höhere
Shore D Härte ergibt langlebigere Teile
mit gröberer Narbung. Sowohl auf ABS
als auch auf dem PP mit 15% Talkum als
Füllstoff konnte der Glanzgrad des
Werkzeugs exakt reproduziert werden.
Die Spritzgussteile mit dem höheren
Glanzgrad (Narbung 2) wiesen zudem
die gleichen Kratzfestigkeitswerte in
ABS und PP auf.
Diese Versuche zeigen, dass man eine
leichte Verbesserung der Kratzfestigkeit
bei einem Glanz 60-Zielwert < 1,2 erreichen kann, indem man die ursprüngliche, mit 15% Talkum gefüllte PP-Rezeptur optimiert. Bei einem höheren
Glanz 60-Wert von 2 bis 3 lässt sich jedoch keine weitere Verbesserung messen, da diese Teile bereits eine ausgezeichnete Kratzfestigkeit aufweisen.
Bei einem niedrigeren Glanzgrad (Glanz
60 < 1,4) weisen ABS-Teile eine bessere
Leistung auf als Teile aus den speziell für
den Innenraum entwickelten, optimierten PP-Rezepturen: Sie sind aufgrund
der höheren Shore D Härte vor allem bei
gröberer Narbung langlebiger.
Fließeigenschaften hochleistungsfähiger
PP-Rezepturen erlauben präzis reproduzierbare, geringglänzende Narbungsstrukturen. Formbedingungen wirken
sich kaum auf den Glanzgrad des fertigen Teils aus. Bei sehr matten Oberflächen und Teilen aus talkumgefülltem PP
kann die geringe Härte schlagzäh modifizierter PP-Werkstoffe zu einer zu niedrigen Kratzfestigkeit führen. Sichtbare
Teile sollte man vorzugsweise aus ABS
gießen, wenn neben dem geringen
Glanzgrad auch Haltbarkeit gefordert
ist.
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