Ziel der Entwicklung

Zierteile im automobilen Innenraum sind im Laufe ihres Produktlebens einer Vielzahl von Umwelteinflüssen ausgesetzt. Typische Schadbilder umfassen z. B. Rissbildungen, Enthaftungen innerhalb des Verbundaufbaus, Trübungen der Beschichtungen sowie Farbveränderungen. Um eine qualitativ hochwertige Oberfläche der Zierelemente zu gewährleisten, ist im Zuge des Entwicklungsprozesses ein Nachweis über deren Langzeitstabilität zu erbringen. Die bisherigen Verfahren zur Alterungsprognose zeigen jedoch deutliche Abweichungen im Schadensbild von den Langzeitverfahren unter realen Einsatzbedingungen. Realistische Freilandbewitterungen sind sehr zeit- und kostenintensiv. Ziel des Projektes war es daher, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglichen soll, bereits zu einem frühen Alterungszeitpunkt Eigenschaftsveränderungen von Beschichtungen zu detektieren, die sich zunächst auf chemisch-struktureller, mikroskopischer oder mikromechanischer Ebene zeigen und sich erst im weiteren Verlauf der Belastung als makroskopisch sichtbares Schadbild manifestieren.

Vorteile und Lösungen

Um die gesteckten Ziele zu erreichen, wurden vergleichende Untersuchungen zwischen den Materialänderungen während einer natürlichen Auslagerung in einem Wüstenklima bzw. einem mitteleuropäischen Klima (Freibewitterung hinter Glas) und solchen, wie sie im Labor unter definierten, reproduzierbaren Prüfbedingungen (künstliche Belastung) auftraten, durchgeführt. Die so ermittelten Messdaten bildeten die Basis dafür, Zusammenhänge zwischen Veränderungen bezogen auf die Einzelmaterialien und den Gesamtverbundaufbau zu identifizieren. Im Detail wurden folgende Ergebnisse erzielt: A) Identifizierung von Änderungen der Materiaeigenschaften im zeitlichen Verlauf im Zuge natürlicher und künstlicher umweltbedingter Belastungsmechanismen; B) Identifizierung von geeigneten, prüfbegleitenden Analysemethoden zur frühzeitigen Detektion umweltinduzierter Materialveränderungen, welche im Zusammenhang mit dem makroskopischen Materialversagen stehen, sowie der Entwicklung von Messroutinen für diese Analysemethoden: Kontaktwinkelmessung, Nanoindentation, thermische Analytik (DSC); C) Ermittlung von mathematisch-statistischen Zusammenhängen zwischen beanspruchungsbedingten Veränderungen von Gebrauchseigenschaften (Farbe, Glanz, Rissbildung, Delamination) und den ermittelten Kennwerten Kontaktwinkel, Martenshärte und Glasübergangstemperatur; D) Erarbeitung einer Prüfanweisung zur Provokation von Alterungserscheinungen mit hoher Vergleichbarkeit zu Materialveränderungen nach natürlicher Alterungsbelastung. Die Prüfanweisung lässt sich sehr gut auf die Praxis übertragen, da diese eine realitätsnahe Simulation des Alterungsverhaltens ermöglicht und in industrielle Prozesse implementierbar ist. Die Implementierung einer allgemeingültigen Analysemethode zur frühzeitigen Erkennung chemisch-struktureller oder physikalischer Materialveränderungen in industrielle Entwicklungsprozesse gestaltet sich jedoch als herausfordernd. Dies liegt u. a. an der Anwendung einer Vielzahl unterschiedlicher Materialkombinationen und der im Zuge der schnelllebigen Produktentwicklung in der Automobilindustrie ständigen Änderung dieser. Hinzu kommt die Komplexität der Analysemethoden und deren Ergebnisinterpretation.

Zielgruppe und Zielmarkt

Automobilindustrie:
Der weltweite Automobilmarkt befindet sich in einem Wandel. Zierteile (darunter Zierleisten, Mittelkonsolen, Türverkleidungen, Armaturenblenden oder Ambiente-Elemente) rücken in diesem Zuge stärker in den Fokus von Design, Funktionalität und Langlebigkeit. Diese müssen nicht nur ein hochwertiges Erscheinungsbild bieten, sondern zugleich chemischen, thermischen und mechanischen Belastungen dauerhaft standhalten. Hinzu kommt die verstärkte Sonneneinstrahlung durch größere Fensterflächen und transparente Fahrzeugdächer, wodurch Innenraummaterialien einer deutlich erhöhten UV- und Wärmelast ausgesetzt sind. Klimatische Extrembedingungen erhöhen die Anforderungen an Temperaturstabilität, Dimensionsstabilität sowie die Licht- und Farbbeständigkeit der verwendeten Materialien erheblich.
Die Materialprüfung, Alterungssimulation und Eigenschaftsanalyse wird damit zu einem zentralen Element für die Qualitätssicherung und Produktentwicklung in der Automobilbranche. Das Interieur ist dabei kein bloßer Kostenfaktor, sondern zunehmend ein Differenzierungsmerkmal im Wettbewerb. Somit stellt das im Rahmen des Projektes entwickelte Alterungs- und Prüfverfahren ein Tool dar, um Bauteile schneller, kostengünstiger und gleichzeitig näher am realen Einsatzzweck prüfen zu können.

Lack- und Beschichtungsindustrie/Zierteil-Hersteller:
Die globale Farben- und Lackindustrie zählt zu den bedeutendsten Teilsektoren der chemischen Industrie. Innerhalb dieses Spektrums nehmen industrielle Beschichtungen für den Automobilbereich, eine zentrale Rolle ein. Besonders im Bereich der Zierelemente gewinnt die funktionale und ästhetische Beschichtung zunehmend an Bedeutung. Die eingesetzten Systeme, darunter Polyurethan-2K-Lacke sowie Gießharze auf PMMA- oder PUR-Basis, müssen zahlreiche Anforderungen erfüllen. Das sind hohe optische Qualität, geringe Emissionen, Kratz- und Abriebfestigkeit sowie Temperatur- und UV-Stabilität. Mit Trends wie dunkleren Innenräumen, hochglänzenden Oberflächen, metallischen Effekten oder Soft-Touch-Beschichtungen steigen die Herausforderungen für die Formulierung stabiler und zugleich umweltfreundlicher Lacke.
Ein maßgeblicher Einflussfaktor für die Langlebigkeit und Gebrauchstauglichkeit von Innenraumbeschichtungen sind klimatische Gegebenheiten. Besonders in Regionen mit hohen Tagestemperaturen, intensiver Sonneneinstrahlung und Luftfeuchtigkeit, etwa Südostasien, dem Nahen Osten oder Teilen Nordamerikas, treten thermisch und photochemisch bedingte Veränderungen in den Lacksystemen früher und intensiver auf. Dazu zählen etwa Vergilbung, Glanzverlust, Mikrorissbildung oder Veränderungen der Haptik.
Neben dem Automobilbereich sind auch andere Industriezweige wie die Möbel-, Haushaltsgeräte- oder Konsumgüterhersteller auf stabile und langlebige Lacksysteme angewiesen. Die in der Automotive-Branche entwickelten Qualitätsstandards wirken als Benchmark für andere Sektoren. Entsprechend groß ist das Innovationspotenzial durch optimierte Prüf- und Analyseverfahren, die eine gezielte Weiterentwicklung bestehender Lacksysteme erlauben, etwa durch die Integration effizienter UV-Stabilisatoren, Radikalfänger oder nanoskaliger Additive. Damit leistet das Projekt einen wesentlichen Beitrag, um Entwicklungszeiten bei gleichbleibend hoher Qualität der entwickelten Produkte zu verkürzen.
Die Branche ist stark mittelständisch geprägt. Etwa 65 % des Inlandsumsatzes entfallen auf den Bereich der Industrielacke, der eine zentrale Rolle innerhalb des Marktes einnimmt. Die bedeutendste Abnehmerindustrie bleibt zum Ende des Projektes in 2024, wie in den vergangenen Jahren, die Automobilindustrie.

Furnierindustrie:
Aufgrund einer hohen Sensibilität der Kunden für authentische, hochwertige und natürliche Oberflächenmaterialien ist eine steigende Nachfrage nach Echtholzoberflächen in Automobilinnenräumen zu verzeichnen. Die Verwendung von Furnier bietet dabei gegenüber traditionellen metallischen Werkstoffen oder Massivholz wiederum ein hohes Potential im Hinblick auf Gewichtsreduktion der Bauteile, sehr hohem Materialnutzungsgrad, maximaler Wertschöpfung des Naturstoffes und Verformbarkeit. Somit können auch komplexe, dreidimensional geformte Bauteile, beispielsweise auf Basis der verstärkt für Leichtbauanwendungen herangezogenen thermoplastischen Kunststoffe, ermöglicht werden. Innovative in Deutschland entwickelte Furniertechnologien, z. B. die 3D-Furnier-Technologie, bieten nahezu ungeahnte Möglichkeiten der Erzeugung organischer Holzformen und leisten damit einen wichtigen Beitrag zum Erhalt und dem weiteren Wachstum des deutschen Furniermarktes.
Furnier, als integraler Bestandteil von hochwertigen Zierteilen, muss damit im Verbund mit der Beschichtung eine entsprechende Alterungsbeständigkeit aufweisen. Die Projektergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für den Entwicklungsprozess solcher Zierteile, indem eine schnelle und gleichzeitig realitätsnahe Prüfung dieser ermöglicht wird.