TPE-Technologie für direkt angespritzte Eckverbindungen und Endstücke an EPDM Profilen Beständige Verbindung von TPE und EPDM

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Wittmann Battenfeld GmbH

Die Automobilindustrie ist der größte und am stärksten wachsende Markt für Thermoplastische Elastomere (TPE). Zu den neuesten Entwicklungen zählen unter anderem neue TPE-Compounds mit Haftung zu Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Sie lassen sich im Spritzguss in vergleichsweise kurzen Zykluszeiten verarbeiten. Die Verarbeitung erfolgt bei im Vergleich zu Kautschuk geringen Temperaturen, was zudem die Kühlzeit verkürzt. Die TPEs sind UV- wie witterungsbeständig und zeigen ein geringes Foggingverhalten.

TPE-Technologie für direkt angespritzte Eckverbindungen und Endstücke an EPDM Profilen

Beständige Verbindung von TPE und EPDM

Die für 2-Komponenten-Bauteile im Automobil Exterieur entwickelten Materialien aus der Thermolast K Produktgruppe haften gut auf EPDM und sind beständig gegen UV-Strahlung. Damit sind die neuen Compounds vor allem für Automobilanwendungen wie Fensterlauf- und Abdichtungsprofile aus EPDM mit angespritzten Eckverbindungen und Abschlüssen aus TPE geeignet.

Diese Anwendungen gelten speziell in großen Fahrzeugserien als Domäne von Styrol-Butadien-Compounds (SBC) und vernetzten thermoplastischen Vulkanisaten (TPV). Aufgrund der unterschiedlichen Geometrien zwischen den Fahrzeugserien stoßen diese Materialklassen bei der Verarbeitung jedoch an ihre wirtschaftlichen Grenzen. Für das Segment der immer komplexeren und differenzierteren Dichtungs- und Fensterlaufsysteme mit EPDM stehen die TPE-Compounds von Kraiburg TPE zur Verfügung. Die ersten Compounds (TC7EAZ und TC7EFZ) dieser EPDM-Haftungsreihe (AD/EPDM/UV) sind mit einer Härte von 70 Shore A erhältlich. Im Vergleich zu Wettbewerbsmaterialien bieten die TPE-Compounds nach Bewitterungstests eine überlegene Oberflächenqualität, sind beständig gegen Wärmeeinwirkung und Sonnenstrahlung. Die Schwerpunkte bei der Entwicklung setzte der TPE-Spezialist auf die Haftung (TC7EAZ) und auf die Verarbeitbarkeit sowie ein geringes Foggingverhalten (TC7EFZ).

Gute Anfangshaftung ist besonders wichtig

Die Anwendung der EPDM-Haftungsreihe wurde in praxisgerechter Zusammenarbeit mit dem Maschinenhersteller LWB Steinl sowie in umfassenden Labor- und Anwenderversuchen geprüft. Im Vordergrund stand dabei zunächst die Haftfähigkeit im Verbund mit EPDM. Neben Haftungsprüfungen von EPDM/TPE-Proben wurden in diesem Rahmen auch Tests in Anlehnung an ISO 37 durchgeführt (bei Raumtemperatur sowie nach 1.500 Stunden bei 90 °C). In den Tests wurde neben der Zugspannung und Bruchdehnung auch die erforderliche absolute Kraft bis zur Zerstörung der Probe ermittelt.

Die neuen Materialien erzielten bei diesen Haftungsversuchen gute Ergebnisse sowohl mit geschäumten als auch mit kompakten EPDM-Werkstücken. Die Anfangshaftung spielt eine entscheidende Rolle für die problemlose Entformbarkeit der Fertigteile bei möglichst kurzen Zykluszeiten. Darüber hinaus ergaben die Versuchsreihen, dass es bei der Haftung wesentlich auf die Sauberkeit der eingelegten EPDM-Profile ankommt. Für beste und zuverlässig reproduzierbare Resultate sollten die Profilstücke möglichst zeitnah vor dem Anspritzen der TPE-Komponente geschnitten werden – je frischer der Zuschnitt, desto besser die Haftung.

Zu den Kernanforderungen für Kfz-Außenteile zählen außerdem dauerhafte Wärme- und Witterungsbeständigkeit auch bei erhöhter UV-Einstrahlung. Um dies zu simulieren, wurden Materialproben beschleunigten Alterungstests mit Heißluft (1.500 Stunden bei 90  °C und 120  °C) unterzogen und mittels Bewitterungstests den Umgebungsbedingungen, wie sie zum Beispiel in Florida (Hitze und Feuchtigkeit) und der Kalahari (Hitze und Trockenheit) vorkommen, ausgesetzt. Bei all diesen Witterungstests zeigte die AD/EPDM/UV Reihe stabile mechanische Eigenschaften und signifikant trockene und klebfreie Oberflächen.

Rohstoff- und Maschinenbauer kooperieren

Um die Prozessstabilität der neuen AD/EPDM/UV-Compounds (AD: Adhesion, EPDM: Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber, UV: UV-Resistance ) sicherzustellen, wurde deren Verarbeitbarkeit vom Hersteller gemeinsam mit dem in Altdorf bei Landshut ansässigen Unternehmen LWB Steinl eingehend untersucht. Für die Tests im Verarbeitungstechnikum des Maschinenbauunternehmens wurde eine vertikale Gummi-Spritzgießmaschine in holmloser Bauweise eingesetzt. Das Werkzeug für den Versuch lieferte Pfaff Werkzeug- und Formenbau aus Röthenbach im Allgäu.

Die wirtschaftliche Fertigung von EPDM/TPE-Teilen auf einer vertikalen Maschine bietet den Vorteil der Platzersparnis zugunsten von Zuführ- und Folgeaggregaten. Allerdings verlangt sie auch eine besonders sorgfältig abgestimmte Prozessführung der eingesetzten Materialien. Die spezielle Rezeptur der TPE ermöglicht es, den Nachdruck zu minimieren, um die Deformationen des EPDM-Werkstückes zu vermeiden. Zwar wäre es naheliegend, Eck- und Endstücke von automobilen Dichtungsprofilen, wie bei Fensterläufen und ähnlichen, ebenfalls aus EPDM zu fertigen – doch dies hätte aufgrund der Vernetzung des Kautschuks längere Zykluszeiten zur Folge und würde aufwändigere Maschinen und Arbeitsschritte erfordern.

Erhöhte Prozessstabilität bedeutet weniger Ausschuss und gilt heute als einer der wichtigsten Faktoren für wirtschaftliche 2-Komponenten-Bauteile. Eine weitere Zielsetzung der Projektpartner war es daher, die typischen Zykluszeiten für die Fertigung von TPE-Anspritzungen an eingelegte EPDM-Werkstücke zu reduzieren.

Kürzere Zykluszeiten

Die neuen EPDM-Haftungscompounds zeichnen sich unter anderem durch ihre wirtschaftliche Verarbeitbarkeit aus. Die Verarbeitung erfolgt bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von 200  °C bis 220  °C. Dies bewirkt kürzere Kühlzeiten, die zusammen mit der minimierten Nachdruckzeit den Zyklus und damit die gesamte Fertigung beschleunigen. Neben diesen Eigenschaften sorgt die Anfangshaftung der TPE-Compounds zu den EPDM-Materialien für eine einfache Entformung der Fertigteile und verkürzt somit ebenfalls die Zykluszeiten. Gemeinsam mit LWB Steinl gelang es, die Material- und Prozesstechnologie so zu optimieren, dass sie den Anforderungen unterschiedlicher automobiler Fenstersysteme entsprechen. Die dauerhafte Haftung und Witterungsbeständigkeit der Materialien wird dabei nicht beeinträchtigt.

Zur umfassenden Unterstützung der Anwender bietet der Rohstoffhersteller außerdem einen individuellen Farbabgleich unter Berücksichtigung des Glanzgrads zum jeweiligen EPDM und zur Farbspezifikation des OEMs an. „Die Automobilindustrie ist unser größter und am stärksten wachsender Markt. Wir werden deshalb auch in Zukunft intensiv an neuen Materialien für die Automobilbranche arbeiten“, unterstreicht Franz Hinterecker von Kraiburg TPE.