Ziel der Entwicklung

Ziel der Projektarbeiten war es, durch Prozessoptimierungen und Materialentwicklungen die Kaschierung mit verschiedensten Dekoren in den Naturfaserverstärkten Hinterspritzprozess zu integrieren und eine schädigungsfreie Verarbeitung zu realisieren. Dies führt zu einer Verschlankung der Prozesskette mit deutlichen Einsparungen an Energie- und Materialkosten und verbessert damit die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit von Naturfaserverstärkter-Bauteilen in erheblichem Maße.

Vorteile und Lösungen

Es ist bekannt, dass die Markierungsneigung und die Intensität der Schädigung beziehungsweise Qualitätseinbußen beim -Naturfaserverstärkten Hinterspritzen durch eine Vielzahl komplexer Faktoren hervorgerufen werden. Als wesentlich gelten dabei Prozessparameter, zum Beispiel Einspritzdruck, Einspritzgeschwindigkeit und die Massetemperatur. Genauso wie Materialparameter wie beispielsweise Schwindungsverhalten, Wärmeausdehnungskoeffizient, Flächenmasse und die Verbunddichte. Ebenso Konstruktive Parameter zum Beispiel die Rippenhöhe und Breite. Durch die Vielzahl verschiedener Faktoren war es notwendig, den Einfluss der oben genannten Parameter auf die Bauteileigenschaften und Oberflächenqualität systematisch durch einen geeigneten Versuchsplan zu untersuchen, um am Ende des Vorhabens Handlungsempfehlungen für einen optimierten Oneshot-Naturfaserverstärkten-Hinterspritzprozess geben zu können. Dies wurde durch eine angepasste Werkzeugkonstruktion mit abgestuften Rippengeometrien, Elementen mit Masseanhäufungen und die Eruierung der wesentlichen Einflussgrößen erreicht. Die erzielten Projektergebnisse zeigen, dass ein markierungsfreies Oneshot-Hinterspritzen von Naturfaserverstärkten-Trägermaterialien möglich ist, wenn die Voraussetzungen erfüllt werden. Dazu gehört der Einsatz eines leichtfließenden Spritzgussmaterials, die möglichst niedrige Nachdrücke mit zirka ein drittel des Einspritzdrucks, eine Verbunddichte von 0,8 bis 0,9 gramm pro Kubikzentimeter. Der Einsatz textiler Dekore mit vliesartiger Oberfläche, die Verwendung von Trägermaterialien mit glatter Oberfläche, zum Beispiel Celluloseverbunde und das Aufspritzen auf einen kalten Träger. Diese Aussagen lassen sich aus den durchgeführten Versuchen und den dabei gewonnenen Erkenntnissen ableiten. Es wurde zunächst der Einfluss wesentlicher Verfahrensparameter mit einem Standard-Naturfaserträgermaterial untersucht, wobei sich der Nachdruck und die Trägertemperatur als wesentliche Stellgrößen herauskristallisierten. In einem nächsten Schritt wurden verschiedene Trägermaterialien getestet. Dabei zeigten sich Abhängigkeiten von der Trägerflächenmasse, Vlieszusammensetzung und der Verbunddichte. Während glatte Oberflächen wie bei den Cellulosefaserverbunden zu weniger Markierungen auf der Sichtseite führen, resultieren gleichzeitig niedrigere Haftungskennwerte. Aus diesem Grund wird der Einsatz eines Hybridträgers mit einer dünnen Cellulosevliesdeckschicht zwischen Träger und Dekor empfohlen. Trotz der vielversprechenden Ergebnisse konnten nicht alle Dekormaterialien im Oneshot-Hinterspritzprozess fehlerfrei verarbeitet werden. Als besonders kritisch sind Foliendekore einzustufen. Hier konnte trotz der Vielfalt an Einflussmöglichkeiten keine Verbesserung erzielt werden. Im Gegensatz dazu wurden bei einigen textilen Dekoren sehr gute Ergebnisse erzielt. Vorteilhaft sind hier Dekore mit aufgerauter Oberfläche wie beispielsweise Vlies.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Entwicklungen und gewonnenen Erkenntnisse sind insbesondere für die Automobilbranche von großem Interesse. Getrieben durch die Leichtbaubestrebungen zur Erreichung der CO2-Vorgaben wird mit einem weiteren starken Anstieg von Naturfaserverstärkten Bauteilen gerechnet. Vorteilhaft sind dabei die Möglichkeiten zu Zeit-, Energie- und Kosteneinsparungen ermöglicht durch eine Verschlankung der Prozesskette. Aus den durchgeführten Untersuchungen lassen sich vermarktungsrelevanten Ergebnisse ableiten, wie das Know-How zur Parametereinstellung von hinterspritzten Naturfaserträgern für eine geringe Markierungsneigung. Die Erkenntnisse zum Einfluss der Prozess- und Materialparameter auf die Haftung zwischen den angespritzten Funktionselementen und dem Trägermaterial, sowie die Kenntnisse zum Trägeraufbau für den Einsatz leichter, dünner Dekormaterialien. Ebenso die Kenntnisse zu geeigneten Dekormaterialien für den Oneshot-Hinterspritzprozess. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen vorrangig in der kostengetriebenen Automobilbranche umgesetzt werden. Im Fokus stehen Unternehmen aus der Zulieferindustrie als auch Hersteller von Dekormaterialien für Innenraumanwendungen. Hier konnten durch die Versuche bei Industriepartnern bereits erste Kontakte geknüpft werden. Während der Projektphase wurde auch der Kontakt zu Herstellern von Trägervliesen gesucht und die Thematik sowie erste Ergebnisse vorgestellt. Diese Kontakte dienen als Multiplikator bei der Verbreitung der Vorhabensergebnisse zu einer Vielzahl an Bauteilherstellern.