Prozessoptimierung mit Biopolymeren

Für die Herstellung von technisch ansprauchsvollen Bauteilen aus Biopolymeren mittels Spritzgussverfahren ist eine anwendungsspezifische Prozessoptimierung unerlässlich. In enger Zusammenarbeit mit dem Kunden wurde die Eignung von Biopolymeren für den Einsatz in Kabelverschraubungen verifiziert.

Biopolymere erfreuen sich aus Gründen der Nachhaltigkeit einer stetig wachsenden Beliebtheit. Die Einsatzmöglichkeiten für die Fertigung von technisch anspruchsvollen Kunststoffbauteilen müssen im Einzelfall jedoch genau bewertet werden. Lapp Engineering hat in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden die Eignung von Biopolymeren für den Einsatz in Kabelverschraubungen untersucht.

Problemstellung:

Bei der Verarbeitung von Biopolymeren zu Kabelverschraubungen im Spritzgussprozess spielen die Wahl des Polymers, die Verarbeitbarkeit und die erzielbaren Eigenschaften im Endprodukt eine zentrale Rolle. Da für Biopolymere in diesem Zusammenhang nur wenig Erfahrungswerte vorliegen, muss die Eignung im Einzelfall detailliert geprüft werden. Zudem müssen die Prozessparameter gegenüber konventionellen Kunststoffen gezielt angepasst werden.

Anforderungen:

  • Verarbeitbarkeit mit Standardequipment
  • gleiche Zykluszeit wie Referenzmaterial
  • Erfüllung sämtlicher Kundenspezifikationen

Umsetzung:

In einem ersten Schritt musste ein für die Zielanwendung der Kabelverschraubung geeignetes Biopolymer gefunden werden. Zu diesem Zweck wurden Testmengen von drei kommerziell erhältlichen Biopoylmeren beschafft. Die Auswahl dieser Biopolymere wurde dabei anhand einer Marktrecherche und aufgrund von technischen Informationen getroffen. Zusätzlich wurde ein Basismaterial mit dem hauseigenen BUSS Kneter modifiziert, um das Eigenschaftsprofil für die Zielanwendung zu optimieren.

In einem nächsten Schritt wurde die Verarbeitbarkeit der gewählten Biopolymere anhand von einfachen Bauteilen getestet. So wurde anhand von Fliess- und Füllstudien ermittelt, ob sich die gewählten Biopolymere auch tatsächlich für die Verarbeitung im Spritzguss eignen. Diese Untersuchungen wurden mit Füllsimulationen unterstützt. Dadurch konnte das Füllverhalten der Biopolymere noch besser verstanden und bewertet werden.

Um die mechanischen Werkstoffeigenschaften, das Alterungsverhalten sowie die Beständigkeit gegenüber Ölen zu untersuchen, wurden für weiterführende Versuche sog. Schulterstäbe hergestellt. Als Referenzwert für die anschliessende Materialprüfung wurde das Originalmaterial (konventioneller Kunststoff) herangezogen.

Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen, wurde ein Biopolymer für weiterführende Untersuchungen gewählt. Für die Ermittlung und Optimierung der bauteilspezifischen Verarbeitungsparameter wurden erste Handmuster der Kabelverschraubung angefertigt. Die Eigenschaften des finalen Bauteils wurden geprüft und den vom Kunden spezifizierten Werten gegenübergestellt.

Ergebnisse und Vorteile:

Es hat sich gezeigt, dass die ausgewählten Biopolymere mit einer Anpassung der Prozessparameter ohne spritztechnische Probleme verarbeitbar sind. Dabei werden gleiche Zykluszeiten und Bauteilqualitäten wie mit dem Referenzmaterial (konventioneller Kunststoff) erzielt. Die Funktionalität der hergestellten Kabelverschraubungen ist damit zu 100% gewährleistet.

Dem Kunden bietet sich damit die Möglichkeit, das bestehende Portfolio mit einem nachhaltigen Produkt zu erweitern. Damit wird nicht nur ein neues Marktsegment erschlossen, sondern auch die Innovationskraft der Unternehmung untermauert und verstärkt.

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Dienstleistungsgruppen:
Forschung und Entwicklung
    Materialentwicklung

Anwendungsbereich:
Kunststoffverarbeitung

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Lapp Engineering & Co.

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Dr. Pascal Wolfer

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