Grund dafür, dass auch Abfüller und Lebensmittelproduzenten im asiatischen Markt auf PVC-freie Dichtungsmaterialien setzen ist, dass von der EPA in Taiwan eine spezielle Recycling-Steuer bei Lebensmittelherstellern erhoben wird, wenn sie PVC in ihren Verpackungen verwenden. (Bildquelle: Actega)
Das Material wurde – nicht zuletzt auch aufgrund entsprechender EU-Vorschriften – bereits vor etwa zehn Jahren entwickelt, getestet, überarbeitet, ab 2010 nach und nach zur Marktreife gebracht und ist seit 2011 kommerziell. Inzwischen ist die Compound-Familie auf eine Vielzahl von Varianten angewachsen, entsprechend der Füllgüter und Abfüllvorgänge. Mit inzwischen mehr als einer Milliarde Verschlüsse pro Jahr im europäischen Markt, ist diese PVC-freie Lösung alternativlos. Nachdem sich der PVC-freie Dichtungsring im Glaskonservendeckel in Europa durchgesetzt hat, erfreut er sich zunehmender Nachfrage im asiatischen Markt. Einige der großen Abfüller und Lebensmittelproduzenten haben sich nach umfangreichen Tests für das Material als PVC- und Phthalat-freie Dichtungsmasse entschieden. Nun setzt es auch der größte Abfüller von Chilisaucen weltweit in seinen Verschlüssen ein.
Eine kleine Auswahl an mehrkomponentigen Artikel des Spielwarenherstellers. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Es gibt verschiedene Verfahren, um Mehrkomponentenbauteile zu fertigen. Ihnen allen ist jedoch gemeinsam, dass eine Spritzgießmaschine mit zwei oder mehreren Spritzeinheiten und einer Schließeinheit für die Teileherstellung benötigt wird. Dadurch werden meist mehrere Teile in einem Prozess und einem Werkzeug kostengünstig hergestellt. „Bei der Mehrkomponententechnik müssen drei Elemente perfekt aufeinander abgestimmt sein: Die Maschine, das Werkzeug und das Material“, führt Robert Benker, Vorstandsmitglied der Brandstätter Gruppe, aus. Geobra Brandstätter mit Sitz in Zirndorf ist einer der größten Spielwarenhersteller Deutschlands und hat seit mehr als 40 Jahren mehrkomponentige Artikel im Sortiment. Es kann mit Fug und Recht behauptet werden, dass Geobra zu den Pionieren der Mehrkomponententechnik zählt. 1.100 der insgesamt 11.000 aktiven Werkzeuge des Unternehmens sind für zwei- oder mehrkomponentige Artikel im Einsatz.
„Bei der Mehrkomponententechnik müssen drei Elemente perfekt aufeinander abgestimmt sein: Die Maschine, das Werkzeug und das Material“, führt Robert Benker, Vorstandsmitglied der Brandstätter Gruppe, aus.
Die erste 2K-Anwendung des Spielwarenherstellers war eine rot-weiße Straßenwärtermütze Ende der 1970er-Jahre. Kurz darauf folgte der Kopf der weltbekannten Playmobil-Figur, bei der zuvor die Augen und der Mund bedruckt wurden. Dies war damals sehr aufwendig und wäre heute unvorstellbar, denn zwischenzeitlich werden rund 150 Mio. Figuren im Jahr im Werk auf Malta hergestellt. Die 7,5 cm große Playmobil-Figur ist das zentrale und qualitätsgebende Präzisionsteil und besteht aus 7 Einzelteilen: Kopf, Haare, Rumpf, zwei Armen, einem Beinpaar und das Innenteil, das alles zusammenhält. Bis auf Rumpf und Innenteil handelt es sich um 2K-Teile.
Leitkegel, der aus 2 unterschiedlichen TPE Materialien angespritzt wird. Die Maschine produziert in einer Zykluszeit von 22 Sekunden 8 Kegel. Die Kegel werden für 150 Sets des Spielwarenherstellers benötigt. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Das Unternehmen stellt unter verschiedenen Gesichtspunkten Spielwaren aus zwei oder mehr Komponenten her. Zum einen, wenn es technisch notwendig ist und zum anderen aus Sicherheitsgründen. „Denn es tut höllisch weh, wenn man nach seinem schlafenden Kind schauen will, und beim Schleichen durchs dunkle Zimmer auf eine Rückenflosse oder einen Leitkegel tritt“, berichtet Benker aus eigener schmerzhafter Erfahrung. Mit einem Lächeln fügt er hinzu, dass dies dann umgehend geändert und Hart-Weich-Verbindungen produziert wurden. Außerdem rechtfertigen Design, Funktion sowie realistisches Aussehen und Anfühlen die Technik. Aus diesem Grund sind beispielsweise die Stacheln eines Igels aus thermoplastischem Elastomer (TPE) oder der Zopf von Rapunzel aus Silikon gefertigt. Ein weiterer Punkt ist die Wirtschaftlichkeit, denn durch die Mehrkomponententechnik können nachgelagerte Arbeitsgänge wie Dekorieren und Montieren entfallen. Die Philosophie des 2015 verstorbenen Firmengründers Horst Brandstätter – Mehrwert für das Produkt zu generieren und dabei Kosten sparen – kommt hier voll zum Tragen.
Drehen, beschleunigen, bremsen
Blick in die Spritzerei des Spielwarenherstellers, in der rund 130 Spritzgießmaschinen mit 6 bis 800 t Schließkraft Artikel für das Sortiment herstellen. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Die Wahl der Werkzeugtechnik hängt von dem herzustellenden Teil ab, deshalb sind in der Fertigung Drehteller-, Index- und Schieberwerkzeuge zu finden, die alle im hauseigenen Werkzeugbau gefertigt werden. Bei den Drehtellerwerkzeugen werden relativ große Massen über Hydromotor und Zahnstange oder über einen Direktantrieb bewegt. Der Kunststoffverarbeiter setzt sie meist für Werkzeuge mit mehreren Kavitäten ein. Die Kunst ist es, die Masse zu drehen, zu beschleunigen und punktgenau wieder abzubremsen. Daher werden, wenn es sich aufgrund des Bauteils realisieren lässt, Werkzeuge mit Indexbalken verwendet. Die bewegte Stahlmasse ist hier deutlich geringer, sodass die Drehbewegung mit höherer Geschwindigkeit erfolgen kann.
Beim Betreten einer der Spritzereien am Fertigungsstandort in Dietenhofen werden an diesem Tag auf der ersten Maschine 2-komponentige Flammen für die Fackeln der Ritterburgen im Monosandwichverfahren hergestellt – ein Werkstoff, zwei Farben. Bei dieser Anwendung erfolgt das Einspritzen der beiden Komponenten in dieselbe Kavität. Bei diesem Produkt ist es erforderlich, es mit der 2K-Technik zu fertigen, da die gewünschte Optik sonst nicht erzielt werden kann. Weiter geht es mit einer Maschine, die einen Bernstein mit Fliege in einem Werkzeug mit Indexeinheit fertigt. Der Bernstein wird vorgespritzt und die farbig abgesetzte Fliege nach Drehen des Indexbalkens eingebracht. Für dieses Strandobjekt hat der Kunststoffverarbeiter einen Spritzgießautomat XS von Dr. Boy, Fernthal-Neustadt, mit einem Babyplast Zusatzspritzaggregat von Christmann Kunststofftechnik, Kierspe, kombiniert. Angespritzt werden beide Komponenten über einen Kaltkanal.
Welcher Anguss darf es sein?
Mit einem offenen Heißkanal werden sowohl der Grundkörper des Leitkegels als auch die weißen Ringe angespritzt. (Bildquelle: Geobra Brandstätter)
Auch bei den Angusstechniken sind verschiedene Varianten im Einsatz – offener und Nadelverschluss-Heißkanal, sowie Zwei- und Dreiplatten-Kaltkanal. Heißkanäle in Nadelverschlusstechnik werden häufig für Anspritzungen auf den Sichtflächen der Teile verwendet, beispielsweise bei Rädern in hart/weich oder hart/hart-Ausführung. Der Anspritzpunkt des ABS-Vorspritzlings liegt in der Regel an der Radnabe und der für die zweite Komponente an der Außenkante des Mantels.
Die bereits zuvor erwähnten Leitkegel werden in einem 8-Kavitäten-Indexwerkzeug mit offenen Heißkanälen gefertigt. Zunächst der orangefarbene Grundkörper und dann die beiden weißen Ringe einzeln. Kleine Zahnräder, an denen ein Anguss stört, werden mit Nadelverschlusstechnik angespritzt, um den Anguss konturgebend zu versiegeln. Für die Arme der Figuren, die alle bewegliche Hände besitzen, wird die Polymerschmelze über einen Zweiplatten-Kaltkanal in ein Schieberwerkzeug geführt. Die Kavitäten der 12 Hände aus POM werden zentral und die der Arme aus ABS von oben gefüllt.
„Betrachten wir unseren Fußball, ein Evergreen. Er wird seit nahezu 25 Jahren auf diese Weise gefertigt. Auf den ersten Blick ist nicht zu erkennen, dass es sich hierbei um ein 3K-Teil handelt“, berichtet Johannes Weißkopf, Anwendungstechniker in Dietenhofen.
Die Dreiplatten-Kaltkanaltechnik wird bei vielen Produkten eingesetzt, da sie einfache Farb- und Materialwechsel ermöglicht. „Betrachten wir unseren Fußball, ein Evergreen. Er wird seit nahezu 25 Jahren auf diese Weise gefertigt. Auf den ersten Blick ist nicht zu erkennen, dass es sich hierbei um ein 3K-Teil handelt“, berichtet Johannes Weißkopf, Anwendungstechniker in Dietenhofen. „Gefertigt werden zwei Fußbälle aus ABS und TPE auf einer 50-Tonnen-Maschine mit einem Drehtellerwerkzeug. Zuerst wird eine Kugel gespritzt, die das Innenleben des Balles bildet. Mit ihr wird der Materialschwindung der zweiten Komponente, die am fertigen Ball die schwarzen Fünfecke darstellt, entgegengewirkt. Zum Schluss kommen die weißen Bereiche hinzu.“
Nachhaltigkeit gegeben
Das Schussgewicht beim Babyoberkörper aller Materialien beträgt 105 g. Davon entfallen 7,2 g auf die 4 Oberkörper und nahezu 98 g auf das Angusssystem. Die Angüsse werden nach Materialart und Farbe sortiert, mechanisch aufbereitet, compoundiert und in den Prozess zurückgeführt. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Bei diesem Ball und bei vielen weiteren Teilen, die in Kaltkanaltechnik angespritzt werden, ist das Gewicht des Angusses um ein Vielfaches höher als das des hergestellten Artikels. Da stellt sich die Frage nach der Nachhaltigkeit. Diese ist schnell beantwortet, da die Angüsse zu 100 Prozent im eigenen Werk rezykliert werden. Hierfür betreibt Playmobil seit 1974 in einer separaten Halle zentrale Mühlen, mit denen die Angüsse sortenrein eingemahlen werden. Anschließend werden die Werkstoffe in zwei Extruderlinien wieder zu Granulat aufbereitet, das in die Produktion zurückfließt. „Bei der Anzahl von Beistellmühlen, die aufgrund der zahlreichen Kaltkanalwerkzeuge benötigen würden, haben wir uns aufgrund der beim Mahlvorgang entstehenden Partikel und des Geräuschpegels für eine eigenständige Recyclinghalle entschieden“, erläutert Robert Benker.
Benker berichtet weiter, dass die Mehrkomponententeile auf den Playmobilerfinder Hans Beck zurückgehen. Bereits Ende der 70er-Jahre bestand Beck aus Designgründen darauf, dass die Augen der Tiere aus Kunststoff gespritzt und nicht aufgemalt wurden. Dadurch sollten Aussehen und Charakter des Tieres auf immer erhalten bleiben. „Wenn sich der Druck beim Spielen mit dem Tier ablöst, so ist das nicht mehr meine Gans“, zitiert Benker den Entwickler. Beck entwarf zu der Zeit drei Gänse, diese gehören heute noch zum Sortiment, bei denen die Augen gespritzt werden sollten. Für ein Auge wird 0,1 g ABS benötigt, für den zugehörigen Anguss allerdings rund 18 g.
Es wurden seinerzeit rund 1,5 Mio. EUR in drei Maschinen und drei Formen für die Fertigung der 3-komponentigen Gänse beschafft. Denn das Sortiment umfasst eine stehende, eine sitzende und eine pickende Gans. Zuerst werden der Schnabel und die Füße gespritzt, anschließend im Overmoulding-Verfahren das Federkleid und zum Schluss die Augen, die durch Nadeln freigehalten worden waren. Zu der damaligen Zeit gab es noch keine Mikrospritzgießmaschinen, die diese kleinen Mengen dosieren konnten. Also wurde ein großer Anguss benötigt, damit das plastifizierte Material nicht zu lange in der Schnecke verweilt und geschädigt wird. Bei Zyklusende flattern 2 Gänse aus dem Werkzeug.
Die ersten werkzeugfallenden Dächer der neuen Space-Police werden von Johannes Weißkopf, Tobias Appler, Robert Benker und Semir Rejaibi (von links) auf ihre Qualität hin begutachtet. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Der Weg durch die Spritzerei mit rund 130 Maschinen führt vorbei an der Fertigung von mehrkomponentigen Artikeln, wie Taschenlampen, befüllten Eierkartons und Stoßfängern mit Lichtgläsern sowie der Fahrzeugkarosse des Porsche Macan S mit Scheinwerferverkleidungen und Frontscheibe, Erdmännchen, Kakadus, Zahnbürsten, Schwertfischen, Armbändern, Frontscheiben, Fußbällen, Baggerketten, Welpen und Rettungsringen. Der Rundgang stoppt bei einem imponierenden Artikel – dem im 3K-Montagespritzguss hergestellten Schimpansen.
Alles bewegt sich
65 t Werkzeug mit drehender Indexplatte, in das über einen Heißkanal (31 Zonen) die drei unterschiedlichen Werkstoffe eingespritzt werden. Kopf PBT, Rumpf PA6GF35 und Arme und Beine aus POM. (Bildquelle: Geobra Brandstätter)
„Hierbei handelt es sich um das wohl berühmteste Teil in unserem Sortiment, das bereits 1983 realisiert wurde. Der Schimpanse ist technisch sehr anspruchsvoll, denn er besteht aus drei Materialien, Arme und Beine sind beweglich und der Kopf ist 360° drehbar sowie neigbar. Die Branche hat gestaunt“, berichtet Robert Benker. Das Werkzeug war Pionierarbeit und wurde vom Formenbau Fikentscher, Selb, mit viel Idealismus umgesetzt.
Als erstes wird der Kopf des Affen aus PBT gespritzt, danach der Körper aus PA6GF30 bevor im letzten Schritt Arme, Beine, Haare und Augen den Affen komplettieren. Als erstes wird beim Montagespritzguss das Polymer eingespritzt, das die höchste Schmelzetemperatur besitzt. Durch das unterschiedliche Schwindungsverhalten der Materialen wird die Beweglichkeit von Kopf und Extremitäten erzielt. Die Werkstoffe stammen alle von der BASF, Ludwigshafen, und können nicht gegen Alternativprodukte ausgetauscht werden, da sonst Verarbeitung und Funktion nicht mehr gegeben sind.
Es werden gleichzeitig drei Tiere gefertigt, die auf Haltekernen von einer Drehplatte um 120° in die nächste Position weitergedreht werden. „Das schöne ist, dass nach 5 s 3 fertig montierte, voll funktionsfähige Artikel aus dem Werkzeug kommen und wir uns die Montage sparen können“, sagt Weißkopf.
„Dieser Artikel zeigt nachdrücklich, dass das Zusammenspiel von Werkzeug, Maschine und Material extrem wichtig sind. Herr Brandstätter hat daran geglaubt, dass der Schimpanse im Montagespritzguss umgesetzt werden kann und hat deshalb in diese Technologie und die Umsetzung investiert“, erklärt Benker, der das Projekt von Anbeginn begleitet hat. Bei Tieren kann der Montageschritt kompensiert werden, bei der Figur ist dies aufgrund von Detailtreue, Feinheit und Variantenvielfalt nicht wirtschaftlich. Daher wurden Montageautomaten geschaffen, die auf Malta die Figuren zusammenfügen.
6 Komponenten, 3 Polymere
Der komplexe 6K-Prozess wird von einem zentralen Bedienelement gesteuert. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Doch die Entwicklungsfreudigkeit im Montagspritzguss ist weitergegangen und seit nunmehr 7 Jahren wird ein Babyoberkörper aus 6 Komponenten und 3 Werkstoffen gefertigt. Der Kopf und die beiden Arme sind an diesem Artikel beweglich. Doch bis es soweit war, galt es einige Hürden zu überwinden. Eine große war, dass der Kunststoffverarbeiter an die 60-Tonnen-Maschine von Ferromatik Milacron, Teningen, mit 4 Standardaggregaten, 2 zusätzliche Aggregate von Dr. Boy anflanschen wollte. Die Ansteuerung sollte über die Steuerung der Maschine erfolgen. Nach anfänglichem Zögern der beiden Maschinenhersteller waren diese jedoch bereit, sich die notwendigen Informationen zur Verfügung zu stellen, sodass die Produktion der Babys umgesetzt werden konnte. Gespritzt werden diese in einem 16-kavitätigen (4+4+4+4) Drei-Platten-Kaltkanalwerkzeug sowie einer Indexplatte mit Schiebern.
Aufbau des Babyoberkörpers: Körper aus PA6GF15 (0,68 g), Kopf aus ABS (0,36 g), Mund/Augen aus ABS (0,06 g), Arme aus POM (0,26 g), Haare aus ABS (0,34 g) und Hände aus POM (0,10 g). Durch das Fertigen des 1,8 g „schweren“ Oberkörpers im Montagespritzguss sind beide Arme sowie der Kopf beweglich. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Im ersten Schritt wird mit Aggregat 1 aus einem PA6GF15 der Körper gespritzt. Dieses Polymer wird auf der Maschine mit Masterbatch eingefärbt und über das Maschinenaggregat zugeführt. In Schritt 2 wird der Kopf aus einem rosafarbenen ABS Eigencompound hergestellt. Dieses wird über ein Aggregat von Dr. Boy 90° horizontal eingespritzt. Jetzt folgen Augen und Mund (ABS braun, Eigencompound) über ein 90° vertikales Aggregat und die Arme aus POM (90° horizontal, Dr. Boy). Im letzten Schritt werden die Hände (POM rosa, 90° vertikal) und die Haare aus ABS, das mit Masterbatch auf Maschine eingefärbt und unter 45° eingespritzt wird, gefertigt. Nach knapp 40 s sind 4 Babyoberkörper gefertigt. Eingespritzt werden in Summe 105 g Material, wovon 98 g auf die Angüsse entfallen und lediglich 7,2 g auf die 4 Babyoberkörper.
„6 Aggregate auf so engem Raum, da bin ich richtig stolz drauf! Das hat sonst keiner“, freut sich Robert Benker.
„6 Aggregate auf so engem Raum, da bin ich richtig stolz drauf! Das hat sonst keiner“, freut sich Robert Benker. Die Form ist laut Spielwarenhersteller aufgrund ihrer Bauweise für die Ewigkeit gebaut. Die schmelzeführenden Teile und die Einsätze besitzen eine spezielle Beschichtung und die Form erhält täglich eine Reinigung. Die Maschine läuft jeden Tag im Drei-Schicht-Betrieb, sodass innerhalb eines Jahres 2 Mio. Babys in zahlreichen Farbkombinationen von Haaren, Körper und Armen in Dietenhofen gefertigt werden. Eine baugleiche Anlage produziert Babys auf Malta und eine dritte ist im Bau.
Teuer gleich langlebig
In einem Indexwerkzeug mit Kaltkanal werden an 4 Positionen die 6 Materialien zu einem Babyoberkörper zusammengeführt. Die Zykluszeit beträgt rund 40 Sekunden. (Bildquelle: Geobra Brandstätter)
Der Spielwarenhersteller legt seine Werkzeuge langlebig, das heißt, immer für Millionen Stück, aus. Entsprechend werden die Stähle und Werkzeugkomponenten ausgewählt und Beschichtungen eingebracht. Je aufwendiger die Form, desto intensiver wird die Wartung durchgeführt, weiterhin erfolgt die Lagerung unter bestimmten Bedingungen.
Mit einer 7 kg leichten 2K-Form werden auf einer Babyplast-Maschine Zahnbürsten gefertigt. Hierbei handelt es sich um das kleinste zweikomponentige Teile von Playmobil. In diesem Werkzeug sind Heiß- und Kaltkanalanguss kombiniert. Ein 2K-Klappkoffer mit 620 g ist der schwerste 2K-Artikel. Er wird auf einer 800-Tonnen-Maschine mit einem Werkzeug mit Wendeeinheit gefertigt, dessen Gewicht 9,5 t beträgt. Die Auswerferseite, die hydraulisch gedreht werden muss, wiegt rund 6 t. Herausfordernd, aber möglich.
„Die Spritzgießmaschine für den Schimpansen wurde quasi von Ferromatik um das Werkzeug herum gebaut. Es war für die 3K-Maschine eine sehr enge Abstimmung zwischen dem Formen- und dem Maschinenbauer notwendig“, führt Benker aus.
Die Aggregate 5 und 6, die für den Babyoberkörper die Polymere für das Gesicht und die Arme plastifizieren und einspritzen, sind seitlich an die Maschine angeflanscht. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Laut Johannes Weißkopf bieten die Spritzgießmaschinen, die für die Mehrkomponententechnik eingesetzt werden, genügend Parallelleistung. Bei der 6K-Anwendung muss die Maschine gleichzeitig mehrere Bewegungen ausführen. Druckspeicher und Pumpentechnik müssen so ausgelegt sein, dass beim Auffahren bereits ausgeworfen und gedreht werden kann. Im Maschinenpark gibt es sowohl elektrische und hydraulische Maschinen. „Die Spritzgießmaschine für den Schimpansen wurde quasi von Ferromatik um das Werkzeug herum gebaut. Es war für die 3K-Maschine eine sehr enge Abstimmung zwischen dem Formen- und dem Maschinenbauer notwendig“, führt Benker aus. Einige Maschinengenerationen später laufen die komplexen Werkzeuge auf allen Modellen zufriedenstellend, wenn ausreichend Kernzugprogramme vorhanden sind und die Steuerung frei programmierbar ist.
Die Not mit dem Material
Bei der 6K-Anwendung des Babyoberkörpers befinden sich 4 der 6 Spritzaggregate auf der Maschine. Die individuelle Einfärbung von Oberkörper und Haaren erfolgt durch Masterbatch auf der Spritzgießmaschine. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Bei den Materialien bedient sich Playmobil bei Kunststoffen, welche die europäische Norm EN 71 mit ihren Sicherheitsbestimmungen für Spielwaren erfüllen, aber auch vielen weiteren nationalen und internationalen Regelungen entsprechen. Daher ist das Unternehmen auch sehr stark in der Additivierung und Farbgebung seiner Produkte eingeschränkt. Bei TPE sind kleinere Compoundeure wie Allod aus Burgbernheim, Teknor aus Rothenburg o.d. Tauber oder PTS aus Tauberzell, alle aus der direkten Umgebung, sehr hilfreich, da sie auch kleinere Mengen eines speziell additivierten Materials herstellen.
Playmobil verarbeitet in Dietenhofen täglich 40 t Kunststoff. Davon entfallen 32 t auf ABS, 3 t auf Polyolefine und der Rest auf technische Thermoplaste, die aufgrund ihres jeweiligen Eigenschaftsprofils eingesetzt werden.
Wirtschaftliche Entscheidung
Pilot, bei dem gleich vier Teile zweikomponentig ausgeführt sind: Gesicht, Arme, Beine und die Rettungsweste. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)
Auch wenn die Mehrkomponententechnik teurer als die Einkomponentechnik scheint, so hat der Spielwarenhersteller schon zahlreiche Produkte aus verschiedenen Gründen umgestellt beziehungsweise rund 6 % der jährlichen Neuanläufe werden mit dieser Technologie umgesetzt. In Dietenhofen laufen zwischenzeitlich 50 und auf Malta 190 Mehrkomponentenmaschinen. Beispielsweise hat der Leitkegel verschiedene Evolutionsstufen durchlaufen. Vom orangefarbenen Hartkegel, der vom Nutzer mit Folie beklebt wurde, über einen Hartkegel, der im Runddruck aufwendig bedruckt wurde, und eine 2K hart/hart-Ausführung hin zur heutigen 2K weich/weich-Ausführung aus TPE. Das aktuelle Pferd hat sich ebenfalls von einem einfarbigen 1K-Teil mit heb- und senkbaren Kopf über eine bedruckte Variante hin zu einem Pferd mit einem 2K-Rumpf und einem 3K-Kopf entwickelt. Bei 10 Mio. Pferden im Jahr werden 20 Mio. Drucke eingespart. Durch die hohen Stückzahlen und die eingesparten Nachfolgeprozesskosten rechnen sich die höheren Investitionssummen in Werkzeug und Maschine in jedem Fall. Wenn es der Artikel hergibt, dann kann sich Robert Benker auch weitere 6K-Projekte vorstellen.
Die transparenten und naturfarbenen Varianten von TPE-Compounds erfüllen auch die Performance und Konformität nach USP 381. Darüber hinaus werden auch wichtige Faktoren, wie einfache Verarbeitung, Kosteneffizienz, niedrigerer Abfallanteil während der Produktion und Recyclebarkeit erfüllt. Die TPE können auf eine Vielzahl kundenspezifischer Anforderungsprofile eingestellt werden. Sie sind zudem frei von PVC, Phthalaten, Latex und ADC und brauchen keine Vernetzer, wie etwa Kautschuk/vulkanisierter Kautschuk. Diese können zerfallen, daher werden Reaktionsbeschleuniger benötigt, um diesen Zerfall zu kontrollieren, was unter anderem dazu führen kann, dass der pH-Wert im Arzneimittel verändert wird. Im Gegensatz dazu benötigen TPE weder Vernetzer noch den zeit- und temperaturaufwändigen Schritt der Vulkanisation.
Die TPE sind recycelbar und lassen sich leicht einfärben. Sie sind auch mit Rohstoffen verfügbar, die den Vorschriften für Lebensmittelkontakt entsprechen. (Bildquelle: Hexpol)
Die TPE-Compounds enthalten Rohstoffe aus nachwachsenden Ressourcen wie Pflanzen und Getreidearten. Der biobasierte Anteil kann aus Rohstoffen wie Polymeren, Füllstoffen, Weichmachern oder Additiven stammen, die aus erneuerbaren Ausgangsmaterialien hergestellt wurden. Diese sind beispielsweise Produkte und Nebenprodukte aus der Landwirtschaft. Die TPE können in der Regel als Drop-in-Lösung verwendet werden, ohne dass Werkzeugmodifikationen erforderlich sind. Sie verfügen über mechanische und physikalische Eigenschaften, die mit TPE-Compounds aus fossilen Rohstoffen vergleichbar sind. Sie weisen auch eine sehr gute Haftung zu PE und PP auf. Weiterhin gibt es gibt spezielle Typen für die Haftung mit ABS, PC/ABS und PET.
Ceresana hat bereits zum dritten Mal den Weltmarkt für thermoplastische Elastomere analysiert. (Bildquelle: Ceresana)
Thermoplastische Elastomere (TPE) vereinen die Vorteile von Gummi und Kunststoff. Bei Raumtemperatur sind sie elastisch, biegsam und flexibel wie vulkanisierte Elastomere. Bei Erhitzung aber können sie wie herkömmliche Standard-Kunststoffe geschmolzen, wiederholt verformt und recycelt werden. TPE lassen sich einfach einfärben und ermöglichen Kombinationen von harten und weichen Komponenten.
TPE-Anwendungen erobern Alltag
Weil sie vielseitige Eigenschaften bieten und leicht zu verarbeiten sind, kommen TPE in vielen Bereichen zum Einsatz. Weltweit werden rund 36 Prozent aller TPE-Produkte in der Fahrzeugindustrie verarbeitet. Die Einsatzmöglichkeiten reichen dabei von Stoffbeschichtungen, Dichtungen und Abdeckungen über Einlegematten bis zu Stoßstangen. Zunehmend werden TPE aber auch in der Bau- und anderen Industrien benötigt, etwa dem Maschinenbau, der Medizintechnik, Elektrotechnik und Elektronik. Mittlerweile sind TPE in zahlreichen Alltagsprodukten anzutreffen, zum Beispiel Kabelummantelungen, Dachmembranen, Soft-Touch-Griffen für Werkzeuge oder Zahnbürsten, aber auch in vielen Spielzeugen und Haushaltsgeräten.
Wachsender Markt
Die TPE-Nachfrage konzentriert sich stark auf die großen Wirtschaftsnationen: Derzeit entfallen auf Verarbeiter in China, USA, Japan und Deutschland mehr als 60 Prozent des weltweiten Verbrauchs. Die Produktion wird von Herstellern in Asien dominiert: Mehr als 57 Prozent der Weltproduktion findet dort statt. An zweiter Stelle kommt Nordamerika, gefolgt von Westeuropa.
SBC ist die meist verbrauchte TPE-Sorte
Die Marktanteile der verschiedenen TPE-Typen variieren teilweise stark, was vor allem an der unterschiedlichen Größe der jeweiligen Abnehmerbranchen liegt. Die mit Abstand am häufigsten eingesetzte TPE-Klasse ist die Gruppe der Styrol-Blockcopolymere (SBC). Auf sie fallen weltweit rund 47 Prozent der Verbrauchsmengen. Die Verwendung von SBC reicht von der Beimischung in Klebstoffen bis zur Asphaltmodifizierung im Straßenbau.
Den zweitgrößten TPE-Markt bilden thermoplastische Polyolefine (TPO). Deren Hauptanwendungsgebiet ist vor allem die Fahrzeugindustrie. Eine weitere wichtige TPE-Sorte sind thermoplastische Polyurethane (TPU), die zum Beispiel für Armaturenbretter und Gehäuseschalen gebraucht werden.
Die Studie
Kapitel 1 der Ceresana-Studie bietet eine differenzierte Darstellung und Analyse des globalen TPE-Markts – einschließlich Prognosen bis zum Jahr 2027: Für jede Region der Welt erläutert die Entwicklung von Umsatz, Verbrauch und Produktion. Der TPE-Markt wird dabei aufgeteilt auf die verschiedenen TPE-Typen: Styrol-Blockcopolymere (SBC), Thermoplastische Polyolefine (TPO), Thermoplastische Polyurethane (TPU), Thermoplastische Vulkanisate (TPV) und sonstige Thermoplastische Elastomere. Zudem werden die verschiedenen Anwendungsgebiete von thermoplastischen Elastomeren untersucht. Einzeln betrachtet werden dabei Daten und Einflussfaktoren zum TPE-Einsatz in Fahrzeugen, der Bauindustrie, sonstigen Industrien, Schuhen und Sportartikeln, weiteren Konsumgütern.
Kapitel 2 analysiert die für den TPE-Markt bedeutendsten 16 Länder detailliert: Verbrauch, Export, Import, Produktion und Umsatz. Zusätzlich werden die Länder hinsichtlich der Anwendungsgebiete betrachtet. Die Marktdaten zu Verbrauchsmengen je Land sind für die einzelnen Produkt-Typen aufgegliedert.
Kapitel 3 bietet ein nützliches Herstellerverzeichnis der 59 bedeutendsten Produzenten von TPE. Der Abschnitt ist übersichtlich gegliedert nach Kontaktdaten, Umsatz, Gewinn, Produktpalette, Produktionsstätten und Kurzprofil. Zu den größten Herstellern zählen zum Beispiel China Petroleum & Chemical, Exxon Mobil Corporation, Versalis, BASF, Dynasol Group, DuPont De Nemours, Compagnie de Saint-Gobain, Lyondell Basell Industries, Mitsubishi Chemical Corporation und Sumitomo Chemical. (jhn)
Die Geruchsbewertung des Werkstoffs ergab sehr gute und konstante Ergebnisse nach VDA 270 B3 mit einem Ergebnis von 3,0 über alle Härten von 50 bis 80 Shore A. (Bildquelle: Kraiburg TPE)
Die sehr gute Fließfähigkeit ermöglicht spannungsarmes Füllen besonders bei komplexen Bauteilgeometrien, dünnen Wandstärken oder großen Wandstärkensprüngen. Das Material verspricht eine perfekte Oberfläche auch bei niedrigen Verarbeitungstemperaturen. Zudem wurde die Gefahr von Verzug oder Welligkeit minimiert und die Maßhaltigkeit und Reproduzierbarkeit erhöht. Die Geruchsbewertung ergab sehr gute und konstante Ergebnisse nach VDA 270 B3 mit einem Ergebnis von 3,0 über alle Härten von 50 bis 80 Shore A. Diese Eigenschaften machen die Compounds aus der Reihe zum geeigneten Material für sämtliche Einlege- und Ablagematten. Zudem bringt das Unternehmen die neue Compoundreihe GP/HF auf den Markt. Diese vereint optimierte Fließfähigkeit mit einem attraktiven Preis-Leistungs-Verhältnis in konstanter Qualität.
Für diese Anwendung wurde ein weiches und elastisches Material benötigt, das das Öffnen und Schließen der Schutzhülle über die gesamte Lebensdauer des Beatmungsgerätes aushält, ohne sich zu verformen oder seine Dichtungsfunktion zu verlieren. (Bildquelle: Air Liquide Medical Systems)
Diese wird am Gehäuse des Geräts befestigt. Die bewegliche Hülle ist mit einem Klappverschluss versehen, der verhindert, dass Staubpartikel, Spritzwasser oder Fremdkörper bei Nichtnutzung in den USB-Anschluss eindringen. Für diese Anwendung wurde ein weiches und elastisches Material benötigt, das das Öffnen und Schließen der Schutzhülle über die gesamte Lebensdauer des Beatmungsgerätes aushält, ohne sich zu verformen oder seine Dichtungsfunktion zu verlieren. Das für die frei bewegliche Hülle verwendete TPE-Compound Thermolast hat sich auch als passende Wahl für viele andere ästhetische und funktionale Soft-Touch-Komponenten erwiesen. Das Material verfügt über sehr gute Eigenschaften wie hohe Bruchdehnung und Reißfestigkeit sowie über langfristige Formbeständigkeit. Weitere wichtige Anforderungen waren unter anderem ein hohes Fließvermögen für kurze Zykluszeiten beim Spritzgießen und eine Oberflächengüte, die keine Nachbearbeitung benötigt. Außerdem muss die USB-Buchsenhülle widerstandsfähig gegen Reinigungsmittel sein, auch jene, die in professionellen und medizinischen Bereichen Verwendung finden, ohne spröde zu werden oder die Farbe zu verlieren. Das Compound wird in opak geliefert und vor Ort beim Spritzen mit einem schwarzen Masterbatch gemischt. Falls gewünscht, kann das Material auch in speziellen kundenspezifischen Farben geliefert werden.
Die TPE der Reihe Monprene RG-14000 wurden von deutschen Laboratorien auf die Einhaltung der Hygienestandards für Trinkwasser geprüft und für die Verwendung zugelassen. (Bildquelle: Teknor Apex)
Sie tragen dazu bei, chemische und mikrobielle Verunreinigungen im Trinkwassersystem zu vermeiden und unerwünschte Auswirkungen auf Geruch, Geschmack und Farbe zu verhindern. Die Compounds sind im Härtebereich von 50 bis 90 Shore A jeweils in natur oder schwarz eingefärbt verfügbar. Die Materialien weisen eine helle Eigenfarbe auf, was die Compounds sehr gut einfärbbar macht. Die Verarbeitung ist mittels Extrusion und Spritzguss möglich, außerdem kann ein Mehrkomponentenverbund mit Substraten aus Polyolefinen realisiert werden. Diese TPE-Materialien sind besonders für flexible oder elastische Komponenten im Wohn- und Geschäftsbereich geeignet.
Nachhaltigkeit bedeutet, dass die heutige Generation ihre Bedürfnisse so befriedigen muss, dass die nachfolgenden Generationen ihre eigenen Bedürfnisse noch erfüllen können. (Bildquelle: Actega)
Ressourcen schonen, umweltbelastende Abfälle vermeiden, Emissionen reduzieren, Prozesse optimieren und Zeit und Kosten sparen sind auch wichtige Anliegen von Actega DS, Bremen, und werden konsequent umgesetzt. Man kann nur dann dauerhaft wirtschaftlich erfolgreich sein, wenn man alle ökologischen und gesellschaftlichen Aspekte im Blick behält. Dazu gehören Aspekte wie Arbeitssicherheit und Gesundheit, wirtschaftliche Leistung, Emissionen, Abwasser und Abfall, Kundengesundheit und -sicherheit, Produkte, Energie, Materialien, Wasser, Beschaffung sowie Aufwendungen und Investitionen für Umweltschutz. Dieses Verständnis von Nachhaltigkeit als Dreiklang aus Ökonomie, Ökologie und gesellschaftlicher Verantwortung spiegelt in der Unternehmens-Mission wider und zeigt sich auch beim Nachhaltigkeits-Rating Eco Vadis, bei dem Altana – zu dem auch das Bremer Unternehmen gehört – erneut den Gold Status erhalten hat. Mit einem Score von 90 Prozent und dem Prädikat Herausragend gehört die Gruppe damit zu den fünf Prozent der von geprüften Unternehmen, die überhaupt mit dem Goldstatus abschneiden.
Hierbei werden Umweltaspekte, Beschaffungspolitik, Compliance und Arbeitsbedingungen des Unternehmens auf Basis der internationalen Nachhaltigkeitsrichtlinie ISO 26000 berücksichtigt. Mit der Bewertung wird bescheinigt, dass sich das Unternehmen auf dem richtigen, nachhaltigen Weg befindet und signalisiert Kunden, einen starken Partner für eine grüne Lieferkette zu haben.
Anwendungsbeispiel: Der Getränkehalter besteht aus einem themoplastischen Elastomer auf Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Basis (TPS-SEBS). (Bild: K.D. Feddersen)
Trinseo mit Hauptsitz in Berwyn, USA, ist global tätiger Materialanbieter und Hersteller von Kunststoffen, synthetischem Kautschuk und Latex-Bindemitteln. Mit der Übernahme von API Applicazioni Plastiche Industriali im Juni 2017 erweiterte das Unternehmen das Produktportfolio um Soft-Touch-Polymere wie thermoplastische Elastomere (TPEs), thermoplastische Polyurethane (TPUs), EVA-basierte Compounds und Zweikomponenten-PU sowie ein Portfolio an Biokunststoffen, um das Wachstum im Bereich Performance Plastics voranzutreiben.
Seit Januar 2021 bietet K.D. Feddersen als offizieller Vertriebspartner die Materialien für Märkte wie zum Beispiel Automobil, Maschinenbau, Haushaltsgeräte, Gebäudetechnik und Konsumgüter an.
„Wir sind sehr zufrieden damit, wie sich die Beziehung zu K.D. Feddersen entwickelt hat, und begrüßen das Unternehmen als unseren Vertriebspartner für TPE“, sagt Giorgio Bettoli, Sales Manager Engineered Materials EMEA, Trinseo. „Gemeinsam können wir unsere Kunden noch besser mit Materiallösungen versorgen, die ihren Bedürfnissen entsprechen, und ihnen den Service bieten, den sie von Trinseo und K.D. Feddersen gewohnt sind.“
Dr. Stephan Schnell, Geschäftsführer der K.D. Feddersen, fügt hinzu: „Mit Trinseo haben wir einen bedeutenden Lieferanten hinzugewonnen, der unser Produktportfolio im Bereich der TPEs und für 2K-Anwendungen unserer Kunden hervorragend ergänzt.“
Kraiburg TPE hat sich intensiv mit den zukünftigen Anforderungen von europäischen OEMs auseinandergesetzt und präsentiert ab sofort die neue RC/UV-Produktreihe. Ziel dieser ist es, mit einem Post-Industrial-Recyclinganteil von mindestens 20 % und maximal 40 % die hohen Anforderungen des automobilen Exterieurs der OEMs, wie zum Beispiel Witterungsbeständigkeit und eine hohe Oberflächengüte, zu erfüllen. Mit diesen Produktlösungen wird es den Zulieferern möglich sein, derzeitige Bauteile mit recyclingbasiertem Thermoplastischem Elastomer (TPE) gleichwertig zu ersetzen und somit einen Beitrag zur Kunststoffkreislaufwirtschaft zu leisten.
Das Hauptentwicklungsziel wurde erreicht: ein höchstmöglicher Recyclinganteil in den jeweiligen Härtebereichen. Die Haftungsmöglichkeit zu Polypropylen ermöglicht es, Ein- und Zweikomponentenbauteile zu realisieren. Durch die geringe Dichte kann bis zu 25 % Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen TPE eingespart werden. Basierend auf den im Fokus stehenden Umweltgedanken der Erstausrüster sind die Eigenschaften, wie Härte 50 bis 90 Shore A, Ozon- und Witterungsbeständigkeit, Temperaturstabilität bis 90 °C, der neuen Reihe als Gesamtpaket zielführend. Die RC/UV-Reihe eignet sich insbesondere für den Außen- und Unterboden- sowie Under-the-hood-Bereich des Automobils. Anwendungen wie Wasserkastenabdeckungen, Luftführungsteile, Radhausschalen, Wasserfangleisten und Scheibenumspritzungen gehören zu den Zielanwendungen der neuen Lösungen.
