Eine Geschichte der Kunststoffe im Automobilbau

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Kunststoffe sind aufgrund ihres geringen Gewichts und der geringeren Kosten ein beliebter Werkstoff im Automobilbau. Die im Vergleich zu Metallen geringere Festigkeit kann durch den Einsatz von Hochleistungspolymeren oder die Kombination von Kunststoffen mit Glas- oder Kohlefasern ausgeglichen werden. Die Bauteile werden im Spritzgussverfahren hergestellt.

Kunststoffe gibt es schon länger als Autos. Der erste Thermoplast namens Parkesine wurde von Alexander Parkes auf der Weltausstellung 1862 in London vorgestellt. Es handelte sich um ein weiterentwickeltes Cellulosenitrat auf natürlicher Basis und sollte Elfenbein ersetzen. 1886, mehr als zwanzig Jahre später, präsentierte Carl Benz das erste Auto, den Benz Patent-Motorwagen Nummer 1. Es bestand aus Holz und Metall.

Erst im Zweiten Weltkrieg setzte sich Kunststoff durch, als Stahl stark rationiert wurde. Im Jahr 1941 versuchte Henry Ford, ein Auto komplett aus Kunststoff herzustellen. Bis zur Serienproduktion dauerte es weitere zehn Jahre. Seit der Produktion des Ford Model T im Jahr 1951 wird überall auf der Welt Kunststoff in Autos gefunden.

Neben Metallen sind Kunststoffe ein weit verbreitetes Material in Autos. Kunststoffe sind leichter, was das Gesamtgewicht des Autos und damit den Kraftstoffverbrauch senkt. Sie sind außerdem kostengünstiger und korrosionsbeständiger als Metalle. Das Spritzgussverfahren ermöglicht die Herstellung komplexer Formen in einem einzigen Produktionszyklus.

Allerdings haben Kunststoffe im Vergleich zu Metallen einen großen Nachteil: Ihre mechanische, chemische und thermodynamische Festigkeit ist geringer. Um diese Stärke zu erhöhen, stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Heutzutage gibt es zahlreiche technische Hochleistungspolymere, wie zum Beispiel Polyetheretherketon (PEEK). PEEK verfügt über eine hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit und eignet sich daher für Dichtungen, Ventile oder elektrische Komponenten.

Eine weitere Möglichkeit, die Festigkeit zu erhöhen, besteht darin, Kunststoffe mit Materialien zu kombinieren, die bessere mechanische Eigenschaften aufweisen. Wenn das Füllmaterial einen Volumenanteil von bis zu 85 Prozent erreicht, spricht man von hochgefüllten Kunststoffen. Besteht das Füllmaterial aus Fasern, spricht man von faserverstärkten Polymeren. Sind die Fasern mehrere Millimeter lang, spricht man von langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT). Typische lange Füllfasern sind Glas- oder Kohlenstofffasern.

Ein beliebter Kunststoff, der im Autoinnenraum verwendet wird, ist Polycarbonat (PC). PC ist transparent und wird für Schalter und Instrumententafeln verwendet. Polyurethan (PU) wird häufig für Sitzkissen, Armlehnen und Türverkleidungen verwendet. Es ist weich, flexibel und bequem, hat eine gute Abriebfestigkeit und kann in verschiedenen Farben und Texturen hergestellt werden.

Ein hoher Glasfaseranteil im Polypropylen (PP) verbessert die Zähigkeit und Festigkeit der Bauteile. Es wird häufig für Innenanwendungen wie Armaturenbretter, Türverkleidungen und Sitzrahmen oder in Karosseriekomponenten verwendet. Carbonfaserverstärktes Polyamid (PA) hat eine hohe Zugfestigkeit und ist temperaturbeständig. Daher eignet es sich besonders für Anwendungen im Motorraum, beispielsweise für Luftfiltergehäuse.

Beim Direktverfahren werden die Füllfasern unmittelbar vor dem Spritzgussvorgang in die Kunststoffschmelze eingebracht. Dies ermöglicht individuell anpassbare Faserlänge, Anteil und Materialkombination für jede Komponente, je nach Anwendungsherausforderung. Der Mischvorgang von Polymer und Faser wird als Compoundierung bezeichnet. Der schwierige Teil besteht darin, die Faserlänge beizubehalten, da die mechanischen Vorteile verloren gehen, wenn die Fasern vor der Herstellung des Bauteils brechen. Anfallende Abfälle können intern zu Granulat verarbeitet und wiederverwendet werden. Dies wird als Pre-Consumer-Recycling bezeichnet.

* Dennis Kottmann ist Marketingleiter von Surplex.

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