Kraiburg TPE: Flammwidrige TPEs mit Haftung zu PA

10.10.2019

Kraiburg TPE, Waldkraiburg, verfügt über weitreichende Erfahrung in der Entwicklung von TPE mit halogenfreier Flammschutzausrüstung. Für 2-K-Anwendungen mit PP wurde erst jüngst eine zweite Produktreihe mit Flammwidrigkeitseinstufung gemäß UL Standard 94 V0 bei 1,5 mm Wanddicke gemäß UL Standard 94 eingeführt. Eine weitere Serie mit Einstufung V0 bei 3 mm ist schon seit geraumer Zeit erfolgreich im Programm und nun folgt die nächste Produktreihe. Begründet durch eine hohe Nachfrage erweitert Kraiburg TPE sein Portfolio mit einer flammgeschützten PA-Haftungsreihe, die das Unternehmen auch auf der K 2019 vorstellen wird. Die Entwicklung dieser Materialien stellte die Spezialisten in Waldkraiburg jedoch vor einige Herausforderungen. Haftungsversuche ergaben eine erhebliche Streubreite, die auf unterschiedliche Einstellungen und Modifikationen flammgeschützter Polyamid-Formulierungen zurückzuführen sind.

Überprüft wurden während der Entwicklung mehr als ein Dutzend unterschiedlicher PA-Compounds von UL94 V2- bis V0-Einstufung. Im weiteren Verlauf des Projekts konzentrierten sich die Tests auf halogenfrei flammwidrige und V0-eingestufte Materialien, da diese beiden Eigenschaften in entscheidenden Einsatzbereichen, wie der Elektrotechnik und Elektronik, eine immer größere Rolle spielen.

UL94 V0-gelistete Materialien sind selbstverlöschend im Brandfall und bilden auch keine brennenden Tropfen. Dieser Anforderung werden die Materialien gerecht und das ohne den Einsatz halogenhaltiger Flammschutzmitteln. Die Halogenfreiheit der Materialien von Kraiburg TPE entspricht der IEC 61249-2-21, welche Grenzwerte für Brom, Chlor sowie Gesamthalogene festschreibt.

Breit gestreute Testergebnisse

Die Verbundfestigkeit wurde auf einer Zugprüfmaschine an fünf Proben jeder Materialkombination getestet, um den Schälwiderstand des TPE nach VDI 2019 zu ermitteln. Dabei wird die Probe in einen beweglich gelagerten Schlitten gespannt und die weiche Komponente über eine Umlenkrolle mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min senkrecht nach oben gezogen. Als Ziel wurde ein Schälwiderstand von mindestens 2,5 N/mm festgelegt.

Das Haftvermögen halogenfrei flammwidriger TPE-Typen im Verbund mit flammgeschütztem Polyamid hängt in hohem Maß von der spezifischen PA-Formulierung ab. Entwicklungsziel war ein Schälwiderstand von 2,5 N/mm, geprüft nach VDI 2019. (Abb.: Kraiburg TPE)

Das Haftvermögen halogenfrei flammwidriger TPE-Typen im Verbund mit flammgeschütztem Polyamid hängt in hohem Maß von der spezifischen PA-Formulierung ab. Entwicklungsziel war ein Schälwiderstand von 2,5 N/mm, geprüft nach VDI 2019. (Abb.: Kraiburg TPE)

Erwartungsgemäß liefert die Haftungsprüfung von TPE/PA-Kombinationen in diesem Flammschutzbereich je nach Polyamidformulierung sehr unterschiedliche Ergebnisse. Bei einigen Polyamidtypen stellt sich eine gute Haftung ein, bei anderen ist sie unzureichend. Die Ausrüstung der Polyamide mit entsprechenden Flammschutzmitteln und Additiven ist hier der wesentliche Faktor. Gegenproben mit TPE-Typen ohne Flammschutzausrüstung, die grundsätzlich eine gute Haftung zu nicht flammgeschützten Polyamidtypen aufweisen, führen zu ähnlichen Resultaten. Untersuchungen, die KRAIBURG TPE in Kooperation mit ausgewählten Polyamidherstellern durchgeführt hat, bestätigen, dass die Ursache für die nicht erzielte Verbindung einer solchen TPE/PA-Kombination auf der Polyamidseite zu finden ist.

Komplexer Haftungsmechanismus

Schon bei früheren Haftungsversuchen mit nicht-flammgeschützten TPE/PA-Proben war aufgefallen, dass eine gute Anbindung offensichtlich durch Glasfaseranlagerungen an der Schnittfläche beeinträchtigt werden kann. Als weitere potenzielle Einflussgrößen gelten Schlagzähmodifikatoren, Stabilisatoren, Farben, Dispergier-, Trenn- und Verarbeitungshilfsmittel, wenn diese an die Oberfläche migrieren und so die Benetzung und Verankerung behindern.

Neben der Formulierung des Polyamids stellt die Temperaturempfindlichkeit der Flammschutzmittel eine besondere Herausforderung dar. Nicht-flammgeschütztes TPE wird in 2-K-Anwendungen häufig mit Temperaturen von 240 °C verarbeitet, um einen optimalen Haftverbund zu erreichen. Bei den flammgeschützten Neuentwicklungen von Kraiburg TPE hat sich ein Optimum der Haftung bei einer vergleichsweise niedrigen Massetemperatur von 190 °C gezeigt, was der Temperaturempfindlichkeit der Flammschutzmittel entgegenkommt.

Generell ist bei der Bewertung der Haftungsqualität neben dem reinen Messwert des Schälwiderstands auch das Bruchbild zu betrachten. Die flammgeschützten Materialien zeigen trotz eines kohäsiven Bruchs (Bruchbild D) niedrigere Haftungswerte aufgrund der geringeren mechanischen Eigenschaften des Materials – verglichen mit haftungsoptimierten Compounds ohne Flammschutz.

Maßgeschneiderte Lösungen

Gleichwohl haben die Tests gezeigt, dass sich in spezifischen Fällen auch mit flammgeschützten TPE im Härtebereich ab 60 Shore A eine ausgezeichnete Haftung zu flammwidrigen PA erzielen lässt. Der Schlüssel dazu liegt in einer möglichst frühzeitigen Vorabprüfung der in Betracht gezogenen Materialkombinationen, um inkompatible Verbundpartner noch vor der Prototypenphase auszuschließen und gezielt besser geeignete TPE/PA-Kombinationen zu ermitteln. Kraiburg TPE verfügt nicht nur über die entsprechende Ausstattung und Entwicklungskompetenz für derartige Projekte, sondern liefert auf Wunsch auch einen Prüfbericht über die getesteten Haftungseigenschaften nach einschlägigen Normen, wie VDI 2019.

Flammgeschützte TPE für 2-K-Anwendungen mit PA. (Quelle: Kraiburg TPE)

Flammgeschützte TPE für 2-K-Anwendungen mit PA. (Quelle: Kraiburg TPE)

Die Kerneigenschaften zweier Thermolast-K-Compounds, die bei den Haftungsversuchen am besten abschnitten, sind in der Tabelle zusammengefasst. Beide Materialien sind bei Wanddicken ab 3 mm V0-eingestuft und bieten sehr gute Verarbeitungseigenschaften im Spritzgießverfahren. Die naturfarbenen Materialien sind individuell einfärbbar.

Das breite Spektrum der möglichen 2-K-Anwendungen aus flammgeschützten TPE/PA-Kombinationen in der Elektrotechnik und Elektronik reicht von Steckverbindern über Relaisbauteile und Schutzschalter bis hin zu Schaltkästen und Kabeldurchführungen. Signifikante weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen bei Kraft-, Nutz-, Schienen- und Luftfahrzeugen sowie im Bauwesen und in der Gebäudetechnik.

Das vielfältige Angebot modifizierter Polyamide und deren unterschiedliche Zusammensetzung erschweren die Materialwahl geeigneter Compounds für 2-Komponentenanwendungen mit TPE vor allem dann, wenn hohe Flammwidrigkeit zu den geforderten Materialeigenschaften zählt. Um die bestmögliche Hart-/Weich-Kombination mit gesicherter Haftfestigkeit und halogenfreiem Flammschutz zu finden, sind in jedem Fall gründliche Verträglichkeitsprüfungen erforderlich, die ein solides Verständnis der Haftungsmechanismen und der Auswirkung von Zuschlagstoffen auf das Haftvermögen voraussetzen. Im Idealfall ziehen Verarbeiter und Endkunden daher die Materialzulieferer möglichst früh in den Prozess der Anwendungsentwicklung mit ein, um teure Überraschungen zu vermeiden und die termingerechte Markteinführung ihrer Produkte nicht zu gefährden. Kraiburg TPE verfügt über umfassende Kompetenz in der Formulierung und zuverlässigen Kompatibilisierung flammwidriger TPEs für den Verbund mit Polyamiden und unterstützt Anwender auch durch entsprechende Haftungstests nach VDI 2019.

www.kraiburg-tpe.com

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