Für eine nachhaltige Verbindung: Einschätzung von Recycling- und Biokunststoffen für elektromechanische Baugruppen
Recycling- und Biokunststoffe spielen eine immer größere Rolle auf dem Weg
in eine nachhaltige Wirtschaft. Daher wurde ihre Eignung für
elektromechanische Baugruppen untersucht, welche z. B. im Automobilbereich
unter schwierigen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Dabei müssen die
Bauteile einen dichten Verbund zwischen Kunststoff- und Metallkomponenten
aufweisen. Möglich wurden dieser Verbund durch optimierte
Plasmavorbehandlungen, welche auch jenseits der elektromechanischen
Baugruppen Anwendungen ermöglichen, die eine gute Haftung erfordern.
Über elektromechanische Baugruppen
Um die Nachhaltigkeit der industriellen Produktion zu verbessern, können
verstärkt Alternativen zu herkömmlichen Werkstoffen auf Basis von Rohöl
verwendet werden. Um einen Beitrag dazu zu leisten, untersuchte INNOVENT
in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit der febana Feinmechanische
Baugruppen GmbH, wie sich elektromechanische Baugruppen mit Bestandteilen
aus Kunststoff und Metall auch aus Bio- und Recyclingkunststoffen
zusammensetzen lassen. Diese elektromechanischen Baugruppen werden z. B.
als Stecker- oder Sensorgehäuse zum Teil mit Sicherheitsrelevanz in
Industrieanwendungen genutzt und enthalten zusätzliche Komponenten wie
Leiterbahnen oder Leiterplatten. Sie werden in anspruchsvollen Umgebungen
unter breiten Temperaturbereichen, hoher Feuchtigkeit und teils
aggressiven Chemikalien verwendet. Die im Kunststoffgehäuse eingegossenen
Komponenten müssen eine gute Adhäsion am Gehäuse bzw. den verwendeten
Vergussmassen aufweisen, um das Eindringen von Flüssigkeiten zu vermeiden.
Wie schlagen sich Recycling- und Biokunststoffe?
Um all diese Ansprüche zu untersuchen, wurde von der febana
Feinmechanische Bauelemente GmbH eine Musterbaugruppe entwickelt, die in
Abbildung 1 in verschiedenen Fertigungsstufen gezeigt ist. An dieser
konnte das Zusammenspiel zwischen Recycling- und Biokunststoffen mit den
Metallkomponenten untersucht werden. Relevant waren dabei vor allem
mechanische und thermische Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung
der Kunststoffe. Die untersuchten Recyclingkunststoffe erfüllten dabei
alle die gewünschten Anforderungen, die Biokunststoffe lagen je nach
Füllstoff etwas unter der geforderten Festigkeit.
Um nun die Haftung zwischen Kunststoff und Metall weiter zu verbessern,
wurden Vorbehandlungen mittels Beflammung und Atmosphärendruckplasma
durchgeführt. Die unterschiedlichen Kunststoffe benötigten
unterschiedliche Plasmaparameter für ein optimales Klebeergebnis. In
Abbildung 2 sind die durch die Plasmabehandlung erzielten Verbesserungen
in der Benetzbarkeit gezeigt. Die Flammenbehandlung hingegen stellte sich
als ungeeignetes Verfahren für die komplexen Geometrien der Baugruppe
heraus.
Die mit Plasmaaktivierung erfolgreich hergestellten Materialverbunde in
den Testbaugruppen wurden in praxisnahen Tests erfolgreich auf ihre
Dichtheit hin untersucht.
Und was lässt sich damit machen?
Diese Untersuchungen zeigen, dass Recyclingkunststoffe ihr Leben nicht als
Down-Cycling-Produkte wie Balkonkasten oder Zaunpfahl fristen oder gar in
der thermischen Verwertung beenden müssen, sondern ein wirtschaftlich
interessantes Up-cycling zum Beispiel für Anwendungen im Automobilbereich
möglich sind. Auch die Verwendung von Biokunststoffen im Spielwarenbereich
ist denkbar.
Mit den gewonnenen Erkenntnissen zur Aktivierung von Recycling- und
Biokunststoffen eröffnen sich auch Felder jenseits der Materialverbunde in
elektromechanischen Baugruppen. So kann eine Plasmaaktivierung auch die
Bedruckbarkeit von Kunststoffen mit handelsüblichen Tinten erhöhen, was
bei der Produktvermarktung eine wichtige Rolle spielt. Durch die
Kombination aus Recycling- oder Biokunststoffen mit Atmosphärendruckplasma
lassen sich somit fossile Rohstoffe einsparen, die Abfälle reduzieren und
Materialkreisläufe aufbauen.
