Projekt 22635/01

Entwicklung von trockenen, permanent trennwirksamen Beschichtungen für metallische Formen zur Herstellung von Kunststoffteilen

Projektdurchführung

ACMOS CHEMIE KG
Industriestr. 37 + 49
28199 Bremen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zielsetzung des Vorhabens war die Entwicklung trockener Beschichtungen an Formwerkzeugen in der Kunststoffindustrie mit permanenter Trennwirksamkeit bei hohen Werkzeugstandzeiten. Mit Anwendung der neuen Trennschichten sollten die erheblichen Emissionen der bei der Kunststofffertigung üblichen Trennmittelsysteme vermieden werden, die in Form von Lösungen oder Dispersionen auf die Oberfläche der Formteilwerkzeuge aufgesprüht werden. Außerdem sollten Umweltbelastungen abgebaut werden, die durch anschließende Reinigungsprozesse verursacht werden, da häufig Trennmittel nach der Formge-bung auf dem Fertigteil verbleiben und entfernt werden müssen. Durch diese Maßnahmen dürfen wichti-ge Oberflächeneigenschaften der Bauteile nicht negativ beeinflusst werden, so dass die reproduzierbaren Qualitätsmerkmale der angestrebten Endprodukte Bestandteil der Zielsetzungen war.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Lösungsansatz zur Realisierung der Projektziele lag in der Entwicklung eines innovativen Fertigungsprozesses unter Anwendung der Niederdruck (ND)-Plasmatechnik. Basis des vorliegenden Projektes waren im Wesentlichen erste Arbeiten zur Erforschung von trockenen Trennschichten, in denen von ACMOS und IFAM im Vorfeld des Projektes gemeinsam Beschichtungen entwickelt worden waren, die für einfache Anwendungen Erfolg versprechende Trennwirkungen zeigten.
Mit der Zielsetzung der Realisierung für Reaktionsschäumsysteme, die sehr komplexe Anforderungen stellen, wurde ein neuer FuE-Themenbereich definiert, in dem vor der praktischen Umsetzbarkeit noch grundlegende Forschungsarbeiten zu leisten waren. So waren Strukturmodelle der oberflächennahen Bereiche der Trennschichten aus Ergebnissen der Oberflächenanalytik zu entwickeln, um gezielt reaktive Zentren aufzuspüren und durch geeignete Reaktionen zu beeinflussen. Prinzipiell wurden als Lösungswege die Vermeidung von Fehlstellen durch geeignete Plasma-Prozessbedingungen sowie die nachträgliche chemische Absättigung verfolgt. Die Arbeitspakete wurden mit Zeitplanung und Verzahnung der Partneraufgaben in einem Balkenplan dargestellt, der Gegenstand des Antrages und Basis der anschlie-ßenden Projektdokumentation war.


Ergebnisse und Diskussion

Einige Polyurethanmaterialien, wie spezielle IMC-PUR-Lacke, werden ohne Trennmittel dauerhaft entformt. Gegenüber verschiedenen Polyurethanmaterialien trennen die neuen Trennschichten ohne Hilfe von Trennmitteln nicht ausreichend. Hier führt ein um ca. 40-60% reduzierter Trennmittelverbrauch zu einer guten Entformung bei reduziertem Aufbauverhalten in den Formenwerkzeugen. Dieses gilt für die Verwendung von lösungsmittelhaltigen und wässrigen Trennmitteln gleichermaßen. Ein reduziertes Aufbauverhalten führt zu einer längeren Formenstandzeit und dadurch zu einem verringerten Einsatz von ökologisch bedenklichen Formenreinigern, da die Formen weniger oft gereinigt werden müssen. Da in der gewonnenen Zeit weiter produziert werden kann, erhöht sich die Produktivität erheblich.
Es zeigte sich auch, dass Trennmittel, neben der Trennwirkung, durch Übertragung von Trennmittel vom Formenwerkzeug auf das Bauteil gewünschte Oberflächeneigenschaften wie Optik und Haptik einstellen. Dieses kann keine trockene Beschichtung. Der für eine einwandfreie Entformung notwendige Anteil an Trennmittel lässt sich jedoch drastisch reduzieren, ohne Haptik oder Optik negativ zu beeinflussen. Z. B. konnte so der Trennmitteleinsatz beim IMC-Sprühhautverfahren um ca. 90% reduziert werden.
Auch andere Kunststoffmaterialien wie PVC und Polyesterharze können mit Hilfe der modifizierten plasmapolymeren Beschichtung dauerhaft entformt werden. Am Beispiel des Polyesterharzes können zwischen 95 und 100% des verwendeten externen Trennmittels eingespart werden. Durch die Beschichtung ist die Produktivität erheblich gesteigert worden, da die zeit- und damit kostenintensive Nachbearbeitung der entformten Holzfurniere erheblich reduziert werden konnte. Dadurch fallen zudem auch keine Schleifstäube mehr an. Zudem zeigt die Verwendung des internen Trennmittels einen weiteren ökologisch sehr positiven Effekt: Die Styrol-Emission der Bauteile wird um 30% reduziert. Vermutlich werden Ausga-sungskanäle durch das interne Trennmittel blockiert. Noch freies Styrol kann dann noch länger mit den radikalischen Enden des Polyesterharzes abreagieren.
Bei der PVC-Slush-Fertigung kann durch die längere Formenstandzeit auf die Reinigung der Formen verzichtet werden. Damit können große Menge an Reinigungsflüssigkeiten eingespart werden, wodurch sich wiederum die Menge an zu entsorgendem hochalkalischem Sondermüll entsprechend reduziert. Zudem entfällt der zeitintensive Ein- und Ausbau der Formen aus der Produktionsanlage. Zwar wird nach einer Reinigung die plasmapolymere Trennschicht vollständig zerstört, doch bei einer Formstandzeit von über 3.000 Entformungen rechnet sich eine Neubeschichtung wirtschaftlich allein durch die Verlängerung der Produktionszeit.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Präsentation des Projektes auf der Woche der Umwelt am Amtssitz des Bundespräsidenten in Berlin am 05. und 06. Juni 2007, Fernsehspot zur Verleihung des Deutschen Umweltpreises 2007 (3SAT, 28.10.2007).
Veröffentlichung:
Klaus Vissing, Matthias Ott: Entformen leicht gemacht - Plasmapolymere Beschichtung verspricht Hilfe, Plastverarbeiter / 58 / 2007 / S. 76 - 77
Messeauftritte:
Hannover Messe 2007 auf dem Stand der SurfPlaNet Hannover, 16.-20.04. 2007
CFK-Convention Stade, 13. - 14.06.2007
parts2clean 2007 auf dem Stand der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik Stuttgart, 09.10-11.10.07
K2007 auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand Düsseldorf, 24.10.-31.10.2007


Fazit

Das Projekt konnte erfolgreich beendet werden. Bei vielen Polyurethanmaterialien werden die Einsatzmengen von Trennmitteln bei der Formgebung und Reinigungsmitteln im Anschluss, welche die Umwelt ebenfalls stark belasten, erheblich reduziert