Projekt 20489/01

Farbige, leitfähige Transport- und abschirmende Installationssysteme

Projektträger

DAIGLER Kunststoffspritzerei GmbH
Im Reihing 3
72818 Trochtelfingen
Telefon: 07124/9296-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die sichere Handhabung einer steigenden Anzahl elektronischer Geräte und Komponenten sowie immer sensibler reagierender Bauteile, stellt die Industrie vor eine wachsende Herausforderung.
Um diese Herausforderung zu meistern werden geeignete Transport- und Aufbewahrungssysteme benötigt, um Schäden durch ungewollte elektrostatische Entladungen zu vermeiden.
Projektziel ist es, der Industrie leitfähige Transport- und abschirmende Installationssysteme aus recycel-ten Materialien zur Verfügung zu stellen. Gleichzeitig sollen diese Bauteile farbig frei gestaltbar sein.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNach Ermittlung der Eigenschaften des Basismaterials (Reject-Material) werden Rezepturen zur Erreichung der geforderten Eigenschaften entwickelt und im Technikummaßstab am IAF produziert.
Gleichzeitig werden Möglichkeiten zu einer industriellen und wirtschaftlichen Aufarbeitung des Reject-Materials und entsprechender Compounds zusammen mit Firma Hiller ermittelt.
Erfolgversprechende Rezepturen werden bei den Partnern (Fa. Daigler: Spritzguss und Fa. BEN: Extrusion) verarbeitet und anschließend auf elektrische und mechanische Eigenschaften hin überprüft.
Nach weiterer Optimierung werden Prototypen (Transportboxen, Platten) ebenfalls bei den entsprechenden Partnern hergestellt und potenziellen Kunden für weitere Tests überlassen. Hierfür ist das Ingenieurbüro Plastics zuständig.
Bei der Verwendung von Additiven zur Erhöhung der Leitfähigkeit, bzw. zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wird darauf geachtet, überwiegend Recyclingmaterial und geeignete Produktionsabfälle zu verwenden.
Allein im Verbund der deutschen Automobilindustrie sind rund 36 Mio. Kleinladungsträger (KLT) mit einem Gewicht von ca. 2 kg im Umlauf. Bei einem angenommenen Marktanteil an ESD-geschützten KLT von 10 % und einer Lebensdauer von 6 Jahren ergibt sich ein Bedarf von ca. 600.000 Behälter pro Jahr. Dies entspricht einer Menge von 1200 t/a Reject-Material, welches dem Stoffkreislauf zurückgeführt wird. In dieser Berechnung sind Großladungsträger (ca. 60 kg/St) und abschirmende Installationssysteme nicht berücksichtigt.
Die Erkenntnisse, die aus dem Projekt entstehen, werden den Partnern, aber auch anderen mittelständischen Unternehmen bei der Durchführung von Recycling-Projekten helfen, wissenschaftliche und technische Problemstellungen zu meistern.


Ergebnisse und Diskussion

Projektziel ist die Entwicklung eines antistatischen bzw. elektrisch ableitfähigen Werkstoffs aus modifiziertem Reject-Material. Die wichtigste Kenngröße ist der spezifische Oberflächenwiderstand. Dieser sollte zwischen 104 und 108Ohm betragen.
In Phase 1 konnten die wichtigsten Ziele des Projekts bereits erreicht werden: In mehreren Versuchsreihen wurden verschiedene Materialen auf ihre Eignung zur Leitfähigkeit in der Reject-Matrix hin überprüft. Die besten Ergebnisse konnten hier mit einer Kombination aus gemahlenem Aluminium und Kohlenstofffasern erreicht werden. Die geforderte Ableitfähigkeit (104-108Ohm Oberflächenwiderstand) konnte mittels C-Fasern und zusätzlichem Aluminium auf 105Ohm eingestellt werden (Rezeptur mit 5%C-Faser Roving und 15%Aluminium Mahlgut). Die Einfärbung des Materials wird durch Beimischung von 2-3% Farbbatch realisiert.
In Phase 2 wurde aufgrund schlechter Verfügbarkeit und hohem Einkaufspreis entschieden, die C-Faser Rovings durch gemahlene C-Faser (kurz CFG) zu ersetzen. Da diese CFG auf eine einheitliche Länge von 200µm gemahlen ist mussten einige Änderungen wie Schneckenkonfiguration, Dosiermenge und Prozessparameter geändert werden. Eine 1:1 Übernahme bereits gemachter Erfahrungen bezüglich CFG und PP ist nicht möglich, da die Leitfähigkeit auch vom inneren Gefüge abhängt. Da PP einen höheren Kristallinisationsgrad aufweist, reicht die selbe Menge an Fasern nicht für PE aus. In einer Reihe von Vorversuchen konnte eine Mindestmenge von 14%CFG ermittelt werden. Mit einer zusätzlichen Beimengung von 10% Alu wird ein spezifischer Oberflächenwiderstand von ca. 1x106Ohm erreicht.
Die Herstellung von Prototypen (Spritzgussdeckel) gestaltete sich aufgrund nicht ausreichender Materialeigenschaften als schwierig. Das Material blieb im Werkzeug und wurde von den Auswerferstiften durchlöchert. Die Deckel haben sich nach der Abkühlung durch innere Spannungen gewölbt. Ein leichtes Abbrechen von Kanten ist ebenfalls als Materialschwäche zu deuten.
Um eine bessere Verarbeitung und spätere Handhabung zu erhalten wurden die Materialeigenschaften in 2 Schritten optimiert. Um die Bruchempfindlichkeit (Handhabung) zu verringern wurden verschiedene Schlagzähmodifier getestet. Dabei hat sich ein mit 15%Talkum gefülltes LD-PE als am besten geeignet herausgestellt. Ferner wurde das Basismaterial (Reject-Material) aufbereitet. 1. Schritt war die Abtren-nung der Cellulose von der Flocke. In einem 2. Schritt wurden mit dem cellulosefreien Flockenmaterial per Windsichtung alle Fremdkörper (Verschlüsse aus PP, Holz, Gummi, Kork, etc.) entfernt.
Dieses Material diente dann als neues Basismaterial für die Herstellung einer neuen Prototypencharge. Die mechanischen Werte zeigen sich vor allem hinsichtlich Zugdehnung und Kerbschlagzähigkeit (gegenüber Ausgangsagglomerat um ca. Faktor 2 verbessert.
Das neue Prototypenmaterial für den Spritzguss setzt sich wie folgt zusammen: 14%CFG mit 10%Alu und 6%LD-PE (mit 15%Talkum). Der spezifische Oberflächenwiderstand liegt bei einer Vorabmessung bei 3,2*105Ohm. Höhere Talkumgehalte haben einen stark negativen Einfluss auf die Widerstandswerte. Die gleiche Rezeptur mit einem Anteil von 10% LD-PE (mit 15%Talkum) liegt bei 1,3*109Ohm.
Beim Spritzguss des neuen Materials fällt eine stark verringerte Klebrigkeit positiv auf. Die gespritzten Deckel zeigen keine der vorangegangenen Schwachstellen mehr auf. Die Deckel sind alle gefüllt, die Auswerfer hinterlassen keine Löcher, der Anguss bleibt am Spritzgussteil und im abgekühlten Zustand sind keine inneren Spannungen auszumachen.
Die Auswirkungen von Reinigungslösungen wurden exemplarischen am Beispiel P3 aquanta überprüft. Eine Langzeitexposition in 1%iger Lösung bei 60°C für 48h konnte keine signifikanten Änderungen auf die elektrischen (Oberflächenwiderstand) und mechanischen (Zugmodul, Zugspannung) Eigenschaften festgestellt werden.
Mit der ermittelten Rezeptur (Prototyp) konnte nur eine geringe Dämpfung (ca. 10db) elektromagnetischer Strahlung erreicht werden. Um die Abschirmung zu verbessern wurde ferromagnetisches MnZn-Ferrit eingearbeitet. Eine Verbesserung der Schirmdämpfung konnte damit nicht erreicht werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projekt wurde auf der 8. Internationalen AVK-TV Tagung 2005 vorgestellt. Ferne wurden am Tag der offenen Tür 2005 und 2006 mit Plakaten und Anschauungsobjekten auf die Entwicklungstätigkeit hinge-wiesen.


Fazit

Die wichtigsten Produkteigenschaften wie elektrische Ableitfähigkeit, Einfärbbarkeit und Stabilität gegenüber anwendungstypischen Reinigungsmitteln konnten erreicht werden. Darüber hinaus konnten die mechanischen Eigenschaften stark verbessert werden. Eine nachhaltige Umweltentlastung wird durch die ausschließliche Verwendung von Recycling- und aufgearbeiteten Materialien gewährleistet. Finanzielle Attraktivität und ein steigendes Interesse an dem entwickelten Recycling-Compound sind weitere positive Aspekte.