Bewertung von Recycling- und Biokunststoffen für elektromechanische Baugruppen im Hinblick auf Nachhaltigkeit
Recycling- und Biokunststoffe gewinnen zunehmend an Bedeutung bei der Entwicklung nachhaltiger wirtschaftlicher Lösungen. Im Rahmen einer Untersuchung wurde ihre Eignung für elektromechanische Baugruppen geprüft, die beispielsweise im Automobilsektor unter anspruchsvollen Umweltbedingungen eingesetzt werden. Dabei ist eine dichte Verbindung zwischen Kunststoff- und Metallkomponenten erforderlich. Diese Verbindung konnte durch optimierte Plasmavorbehandlungen realisiert werden, die auch für andere Anwendungen mit hohen Haftungsanforderungen von Interesse sind.
Elektromechanische Baugruppen: Anforderungen und Einsatzbereiche
Zur Steigerung der Nachhaltigkeit in der industriellen Fertigung wird der Einsatz von Alternativen zu erdölbasierten Werkstoffen verstärkt untersucht. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt von INNOVENT e.V. und der febana Feinmechanische Baugruppen GmbH wurde die Zusammensetzung elektromechanischer Baugruppen aus Bio- und Recyclingkunststoffen in Kombination mit Metallkomponenten analysiert. Diese Baugruppen, wie etwa Stecker- oder Sensorgehäuse, finden Anwendung in sicherheitsrelevanten Industrieumgebungen und enthalten neben Kunststoff- und Metallteilen auch Leiterbahnen oder Leiterplatten.
Die Einsatzbedingungen sind durch weite Temperaturbereiche, hohe Luftfeuchtigkeit und teilweise aggressive Chemikalien gekennzeichnet. Die im Kunststoffgehäuse vergossenen Bauteile müssen eine verlässliche Haftung aufweisen, um das Eindringen von Flüssigkeiten zu verhindern und die Funktionalität sicherzustellen.
Leistungsfähigkeit von Recycling- und Biokunststoffen
Zur Evaluierung der Werkstoffe entwickelte die febana Feinmechanische Baugruppen GmbH eine Musterbaugruppe, die in verschiedenen Fertigungsstadien untersucht wurde. Dabei standen mechanische und thermische Eigenschaften sowie die chemische Zusammensetzung der Kunststoffe im Fokus. Die getesteten Recyclingkunststoffe erfüllten die Anforderungen vollständig, während Biokunststoffe je nach Füllstoffzusammensetzung teilweise geringere Festigkeitswerte zeigten.
Um die Haftung zwischen Kunststoff und Metall weiter zu optimieren, wurden Vorbehandlungen mittels Beflammung und Atmosphärendruckplasma angewandt. Die Plasmabehandlung erforderte dabei an die jeweiligen Kunststoffe angepasste Parameter, um optimale Klebeergebnisse zu erzielen. Die Beflammung erwies sich aufgrund der komplexen Geometrien der Baugruppen als weniger geeignet. Die durch Plasmaaktivierung erreichten Verbesserungen der Benetzbarkeit sind in Abbildung 2 dargestellt. Die so hergestellten Materialverbunde wurden in praxisnahen Tests auf ihre Dichtheit geprüft und zeigten erfolgreiche Ergebnisse.
Anwendungspotenziale und weiterführende Einsatzmöglichkeiten
Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Recyclingkunststoffe nicht ausschließlich für Downcycling-Anwendungen wie Balkonkästen oder Zaunpfähle genutzt werden müssen, sondern auch ein wirtschaftlich attraktives Upcycling ermöglichen, beispielsweise im Automobilbereich. Für Biokunststoffe eröffnen sich Einsatzmöglichkeiten etwa im Spielwarenbereich.
Darüber hinaus bieten die Erkenntnisse zur Plasmaaktivierung von Recycling- und Biokunststoffen Potenziale über elektromechanische Baugruppen hinaus. So kann durch die Plasmaaktivierung die Bedruckbarkeit von Kunststoffen mit handelsüblichen Tinten verbessert werden, was für die Produktkennzeichnung und Vermarktung von Bedeutung ist. Die Kombination von Recycling- oder Biokunststoffen mit Atmosphärendruckplasma trägt somit zur Reduzierung fossiler Rohstoffe, zur Minimierung von Abfällen und zur Förderung geschlossener Materialkreisläufe bei.
Wissenschaftliche Ansprechpartner
INNOVENT e.V.
Klaus Vogelsang
Wissenschaftlicher Mitarbeiter Oberflächentechnik
k.vogelsang@innovent-jena.de
