Verschleißfeste Werkzeugbeschichtungen sollen die prozesssichere Fertigung optisch hochwertiger Kunststoffbauteile aus Recyclingmaterial ermöglichen. Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute IST, IWM und LBF entwickeln dazu im Projekt ROBUST der Industriellen Gemeinschaftsforschung strukturierte Oberflächen für Formgebungswerkzeuge, die durch Verunreinigungen verursachte Fehler überdecken und den Ausschuss in der Sichtteilfertigung verringern.
Sichtbauteile im Automobilinnenraum wie Lüftungsgitter, Türgriffe oder Blenden lassen sich grundsätzlich auch aus Rezyklaten herstellen, doch Materialschwankungen und Verunreinigungen führen zu optischen Mängeln und verstärktem Werkzeugverschleiß. Über eine gezielte Strukturierung der Werkzeugoberfläche wollen die Forscher diese Unregelmäßigkeiten so kaschieren, dass recycelte Formmassen auch im Sichtbereich wirtschaftlich nutzbar werden.
Materialschwankungen erschweren makellose Oberflächen im Automobilinnenraum
Die Herstellung makelloser Kunststoffteile im Sichtbereich, etwa für den Automobilinnenraum, verlangt eine sorgfältige Prozessführung und umfangreiche Qualitätskontrollen. Dennoch ist die Produktion häufig mit großen Ausschussmengen verbunden, weil bereits kleine optische Fehler vom Kunden nicht akzeptiert werden und zu Reklamationen führen. Das gilt ebenso für Bauteile mit hochwertiger Anmutung wie Bedienhebel, Armauflagen oder Halter, bei denen schwankende Rezyklatqualitäten den Anteil unbrauchbarer Teile zusätzlich erhöhen.
Wie auffällig ein Defekt wirkt, folgt dabei keiner einfachen Regel. Herkömmliche Normen beschreiben die Texturen von Spritzgussteilen über einfache Rauheitskennwerte und lassen die Sichtbarkeit einzelner Defekte unberücksichtigt. Tatsächlich hängt diese nicht allein von der Größe eines Fehlers ab, sondern auch von lokalen Reflexionsänderungen und Kontrastverhältnissen wie Kontrastempfindlichkeit, Winkelauflösung oder Glanz.
Werkzeugbeschichtungen überdecken rezyklatbedingte Unregelmäßigkeiten
Die im Projekt ROBUST entwickelten Werkzeugbeschichtungen sind eigens auf die Verarbeitung von Rezyklaten ausgelegt. Sie bringen eine erhöhte Verschleißfestigkeit gegenüber abrasiven Materialien mit, reduzieren über eine optische Strukturierung die Sichtbarkeit von Oberflächenfehlern und sorgen mit antiadhäsiven Eigenschaften für stabile Prozesse sowie eine gleichmäßige Bauteiloptik. Von Interesse ist eine solche Strukturierung auch dort, wo den Compounds zur Erhöhung der lasttragenden Eigenschaften hohe Glasfaseranteile zugemischt werden.
Welche Oberfläche am Ende entsteht, lässt sich auf mehrere Einflussgrößen zurückführen. Glanz und Haze der Komponenten werden im Wesentlichen von vier Faktoren bestimmt, der Mikro- und Nanotopografie der Werkzeugoberfläche, der Beschichtung und Oberflächenchemie, den Materialeigenschaften der Rezyklate sowie der Prozessführung im Spritzguss. Um den Zusammenhang zwischen Struktur und Erscheinungsbild besser zu verstehen, ermitteln die Forscher Korrelationen zwischen Oberflächenstruktur und Defektsichtbarkeit und entwickeln geeignete Bewertungsmethoden.
Weniger Ausschuss und längere Standzeiten im Werkzeug
Die verschleißfesten Werkzeugbeschichtungen sollen zugleich einen Beitrag zur nachhaltigen Kunststoffverarbeitung leisten. Reduzierte Oberflächenfehler senken den Ausschuss, der Ressourcen- und Energieeinsatz geht zurück, zusätzliche Lackierungen werden entbehrlich und die Lebensdauer der Werkzeuge verlängert sich.
Über den Automobilinnenraum hinaus eröffnet die strukturierte Werkzeugoberfläche weitere Einsatzfelder. Neben Sichtteilen im Fahrzeug kommen Konsumgüter mit hohen optischen Anforderungen sowie technische Kunststoffbauteile in Betracht.
