Die Technologie zur Herstellung von Autoteilen aus EPP durch Formen ermöglicht die einfache Fertigung von Elementen mit heterogener Dichte. Sie ermöglicht die Herstellung von Teilen mit unterschiedlichen mechanischen Festigkeitsparametern in einem einzigen Prozess, je nach Standort.
Warum ist die Dichte eines Stoffs wichtig?
Die Dichte, ein Maß für die Masse pro Volumeneinheit eines Materials, ist eine grundlegende physikalische Eigenschaft, die sich direkt auf andere Leistungsmerkmale wie Schlagzähigkeit, Steifigkeit, thermische und elektrische Isolierung oder Energieaufnahmekapazität auswirkt. Dieser Parameter wird normalerweise in Einheiten der Masse pro Volumeneinheit ausgedrückt, beispielsweise Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m3) oder Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm3). Je höher die Dichte der Kunststoffe in der Konstruktion eines Fahrzeugs ist, desto besser sind die Benutzer durch die daraus hergestellten Fahrzeugteile beispielsweise bei einem Zusammenstoß geschützt. Eine hohe Dichte ist jedoch in der Regel mit einem größeren Gewicht und damit mit einem höheren Fahrzeuggewicht und CO2-Emissionen verbunden. Dieses Problem wird durch die Technologie des Druckformens von geschäumtem Polypropylen EPP gelöst, das einerseits eine mit herkömmlichen, harten Materialien vergleichbare Schlagzähigkeit aufweist und andererseits aufgrund seiner Zellstruktur mit 95 % Luftgehalt durch geringes Gewicht überzeugt. Dies wirkt sich auf seine vielen anderen Vorteile aus, die mit der Wärme- oder Schalldämmung zusammenhängen. Während des Formprozesses kann die Dichte des EPP-Kunststoffs je nach dem Verwendungszweck des Bauteils genau eingestellt werden. Darüber hinaus können Teile mit unterschiedlichen Dichten hergestellt werden, um herkömmliche Bauteile aus mehreren Materialien zu ersetzen.
Dichte von Kunststoffen und mechanische Eigenschaften
Die Dichte des Kunststoffs beeinflusst direkt seine mechanischen Eigenschaften, d. h. Festigkeit, Härte und Schlagzähigkeit (Beständigkeit gegenüber einem bestimmten Faktor). Je nach Art der auf das Bauteil wirkenden Kräfte wird zwischen Zug-, Druck-, Knick-, Scher-, Biege- und Torsionsfestigkeit unterschieden. In der Regel sind Materialien mit höherer Dichte gegenüber äußeren Kräften widerstandsfähiger als solche mit geringerer Dichte. Der Dichteparameter beeinflusst auch die Härte des Materials. In der Regel gilt: Je höher die Dichte, desto geringer die Anfälligkeit für dauerhafte Verformungen durch äußere Kräfte. Diese Eigenschaft ist besonders bei Bauanwendungen von entscheidender Bedeutung, bei denen das Material stabil bleiben und allen Arten von Belastungen standhalten muss. Teile mit unterschiedlicher Dichte haben je nach Einsatzort eine unterschiedliche Fähigkeit, Aufprallenergie zu absorbieren. Materialien mit geringerer Dichte können flexibler sein und die Aufprallenergie besser absorbieren, was von Vorteil ist, wenn eine Dämpfung erforderlich ist. Materialien mit höherer Dichte hingegen können die Energie besser ableiten, was für den Schutz vor Schäden wichtig ist. Aus diesem Grund kann z. B. härteres EPP im Mittelteil von Stoßfängern verwendet werden, auf die bei einem Unfall die größte Aufprallkraft einwirkt, und ein leichteres Material mit geringerer Dichte kann an den Seitenteilen verwendet werden, die ebenfalls eine dämpfende Funktion haben.
Die Verwendung von Komponenten mit unterschiedlicher Dichte
Die Möglichkeit, Materialien mit unterschiedlichen Dichten zu verwenden, gibt Ingenieuren mehr Freiheit bei der Gestaltung von Bauteilen. Auf diese Weise können fortschrittlichere und innovativere Lösungen geschaffen werden, die viele Funktionen gleichzeitig erfüllen und die Benutzeranforderungen besser erfüllen. Bauteile mit unterschiedlicher Dichte können zur Optimierung von Knautschzonen und anderen Fahrzeugschutzkomponenten verwendet werden. So können beispielsweise Stoßfänger aus Materialien mit höherer Dichte die Aufprallenergie besser absorbieren, was die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöht. Neben der Füllung des Stoßfängers lassen sich Materialien unterschiedlicher Dichte hervorragend für die Herstellung von Sitzflächen und Rückenlehnen sowie Kopfstützen verwenden. Ein Beispiel: Die Rückseite und die Seiten der Rückenlehne und des Sitzes können aus EPP-Material mit höherer Dichte und Schlagfestigkeit gefertigt werden, sodass ein solides „Korsett“ entsteht, das den Körper im Falle eines Aufpralls schützt. Im Gegensatz dazu kann der mittlere Teil der Kopfstütze, der Rückenlehne und des Sitzes aus weicherem Material mit geringerer Dichte hergestellt werden, um Kopf und Wirbelsäule bequem zu stützen. Unterschiedliche Materialdichten ermöglichen auch die Anpassung der chemischen Eigenschaften an spezifische Bedürfnisse. Je geringer die Dichte des Kunststoffs und je höher der Luftanteil, desto besser ist die Wärmedämmung. Daher kann ein EPP-Autobatteriegehäuse aus einer äußeren Materialschicht mit höherer Dichte und Schlagfestigkeit und einer inneren Struktur bestehen, die durch eine porösere Struktur für einen besseren Wärmeschutz gekennzeichnet ist.
Dichte von Kunststoffen: Herstellung von Bauteilen mit unterschiedlicher Dichte
Es gibt viele Methoden zur Herstellung von Teilen mit unterschiedlichen Dichten. Die traditionellste Methode besteht darin, Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in Bezug auf Schlagfestigkeit und Wärmedämmung zu verwenden, beispielsweise ABS-Hartkunststoff und EPS-Polystyrol. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch das erhöhte Gewicht, die Recyclingfähigkeit und ein relativ hoher CO2-Fußabdruck der Produktion. Einige Hersteller verwenden die Mehrschicht-Formtechnologie. Dabei werden mehrere EPP-Schichten mit unterschiedlicher Dichte getrennt geformt und anschließend mechanisch zu einem einzigen Bauteil verbunden. Durch das von uns eingesetzte innovative EPP-Formverfahren entstehen Bauteile mit Bereichen unterschiedlicher Dichte, die in einer Form und in einem Produktionszyklus entstehen. Die Dichte des Kunststoffs in den verschiedenen Teilen des Bauteils wird durch die Formstruktur genau gesteuert, die in isolierten Zonen mit EPP unterschiedlicher Dichte gefüllt wird. In der letzten Stufe des Formverfahrens werden Zonen unterschiedlicher Dichte zu einem Bauteil vereint. Dies bedeutet Zeit- und Kosteneinsparungen sowie eine bessere Recyclingfähigkeit eines solchen EPP-Autoteils aus einem einzigen Material.
Verschiedene Dichten als Schlüssel zur Innovation in der Automobilindustrie
Die Technologie zur Herstellung von EPP-Bauteilen unterschiedlicher Dichte eröffnet völlig neue Möglichkeiten im Bereich Innovation, Effizienz und Fahrzeugsicherheit. Darüber hinaus passt sie perfekt zum Trend, effizientere und umweltfreundlichere Fahrzeuge herzustellen oder recycelte Autoteile zu verwenden. Des Weiteren trägt sie zur Optimierung des Fahrzeuggewichts bei. Dank seiner erhöhten Dichte und Widerstandsfähigkeit gegen Stöße oder Verformung kann das EPP-Material nur in den Bereichen eingesetzt werden, die am stärksten belastet werden, wodurch die Sicherheit erhöht wird, ohne dass das Gewicht des Fahrzeugs zu hoch wird. Der Einsatz leichter Monomaterialteilen führt zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß, was sowohl der Umwelt als auch den Betriebskosten des Fahrzeugs zugute kommt. Leichtere Autos benötigen zum Bewegen weniger Energie, was sich in einer besseren Kraftstoffeffizienz niederschlägt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Fertigungsstrategie, bei der Bauteile unterschiedlicher Dichte zum Einsatz kommen, ein Schlüsselelement für die Herstellung effizienterer und umweltfreundlicherer Fahrzeuge ist. Sie kann die Leistung, Sicherheit und Umweltverträglichkeit zu geringen Kosten verbessern.