Lehmann&Voss&Co.: Materialien für den strukturellen Leichtbau

07.09.2021

Lehmann&Voss&Co. (Lehvoss), Hamburg, will auf der Fakuma 2021 demonstrieren, wie gestiegene Nachhaltigkeitsanforderungen mit Hochleistungs-Compounds und dem intelligenten Einsatz von rezyklierten Polymeren und Fasern erfüllt werden können. Das Unternehmen hat sein Portfolio an Compounds mit Blick auf die Herausforderungen des strukturellen Leichtbaus und erweiterten Metallersatz durch leichtgewichtige, faserverstärkte Compounds erweitert.

Gute Mechanik durch Carbonfasern

Seit über 20 Jahren steht die Reihe Luvocom XCF für carbonfaserverstärkte (CF) thermoplastische Compounds mit guten mechanischen Eigenschaften. Die neueste Entwicklung aus dieser Familie ist ein Produkt auf Basis von PPA. Mit einer Festigkeit von 425 MPa, einer Steifigkeit von 47 GPa, einer Zugdehnung von 1,4 % und 100 kJ/m² für die Schlagzähigkeit ist es eine Alternative zu Leichtmetallen in vielen Anwendungen. Aufgrund der geringen Dichte von 1,37 g/cm³ ergeben sich hohe Werte für den spezifischen E-Modul und die spezifische Festigkeit. Diese wurden laut Hersteller von thermoplastischen Compounds so bisher nicht erreicht.

Die XCF-Technologie von Lehvoss ist auf alle Thermoplaste übertragbar. Produkte auf Basis PA 66, PPA, PPS, PEEK und anderen Polymeren sind bereits im umfangreichen XCF-Portfolio. Die Verarbeitung der Compounds kann grundsätzlich auf üblichen Spritzgießmaschinen und Werkzeugen erfolgen.
Für Anwendungen, die eine hohe chemischen Beständigkeit mit einem geringeren Gewicht bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften benötigen, ist Luvocom 60-50097 auf Basis von PP mit CF neu im Portfolio und eine Alternative zu bisher verfügbaren Materialien auf Basis von PA 6 und PA 66 mit CF und GF (Glasfasern). Luvocom 60-50097 bietet mit einer Festigkeit von 170 MPa, Steifigkeit von 18 GPa und einer Kerbschlagzähigkeit von 11 kJ/m² laut Hersteller die im Markt beste Mechanik für diese Materialkombination. Durch die fehlende Wasseraufnahme weist es unter feuchten Bedingungen keine Eigenschaftsabnahme auf und ist damit zu PA-Compounds in puncto Mechanik und Temperaturbeständigkeit ebenbürtig.

Leicht durch Glashohlkugeln

Mit Luvocom 1105-50303 wurde ein mit Glashohlkugeln verstärktes PEEK-Compound auf den Markt gebracht, welches mit einer Dichte von 1,01 g/cm³ für den strukturellen Leichtbau prädestiniert ist. Die Herstellung des Compounds erfolgt mit einem speziell angepassten Compoundierverfahren, um Schädigungen der Hohlglaskugeln zu vermeiden. Das Material bringt zudem eine geringe Wärmekapazität und ein gutes mechanisches Eigenschaftsprofil mit. Das macht es besonders für die Dünnwandextrusion geeignet. Die von Lehvoss entwickelte Modifikations- und Fertigungstechnologie ist auf andere Polymere übertragbar, so dass auf Wunsch eine große Vielfalt an polymeren Trägern modifiziert werden kann.

Treibmittel für Schaumspritzgießen

Thermoplastisches Schaumspritzgießen (TSG) und geschäumte Extrusionsanwendungen werden seit einigen Jahren in einer Vielzahl von Bauteilen eingesetzt, um beispielsweise Einfallstellen und Gewicht zu reduzieren. Da die Anforderungen zunehmend anspruchsvoller werden und Haptik, Oberflächenqualität, Dimensionsstabilität und der Einsatz in sensiblen Endanwendungen eine immer größere Rolle spielen, erhöht sich auch der Anspruch an die eingesetzten Treibmittelkonzentrate. Lehvoss hat verschiedene endotherme und physiologisch unbedenkliche Treibmittelmasterbatches entwickelt. Diese neuen hochbeladenen Produkte können mit sehr geringen Dosierungen (ab 0,1 %) im Spritzgießen und in der Extrusion eingesetzt werden. Luvobatch PE BA 5821 ist auf den Einsatz, bei dem es auf eine hohe Oberflächenqualität trotz Gewichtseinsparung ankommt, angepasst. Luvobatch PE BA 5823 weist eine feine Zellstruktur auf, was für Folienanwendungen von Vorteil ist. Die neuen Masterbatches sind frei von Azodicarbonamid (ADC) und können daher in geschäumten Anwendungen mit anschließendem Lebensmittel- oder Trinkwasserkontakt eingesetzt werden. Aufgrund ihrer hohen Gasausbeute können sie alternativ zu ADC-Masterbatches verwendet werden.

Halogenfreier Flammschutz

Mit Flammschutz ausgerüstete Bauteile ermöglichen den sichereren Einsatz im Transportwesen, im Bauwesen oder der Elektrotechnik. Neben den klassischen, halogenhaltigen Flammschutz-Masterbatches hat die Lehvoss-Group für diese Anwendungen eine umfangreiche Produktlinie aus halogenfreien Flammschutz-Masterbatchen und -Compounds entwickelt. Die Einsatzmöglichkeiten reichen von Folienaufbauten bis hin zu Kabeln und Bauteilen mit höheren Wandstärken. Dabei kann auf stickstoff- und phosphorbasierte sowie mineralische Additive und intumeszierende Systeme zurückgegriffen werden, bei denen die Wirkung im Brandfall durch Aufschäumen des Materials mit anschließender Bildung einer stabilen Schutzschicht erreicht wird. Bei Bedarf entwickelt Lehvoss Lösungen zur Erfüllung individueller Zielsetzungen.

Metallersatz durch Hochtemperatur-PA

Mit der in 2019 im Rahmen der K-Messe in Düsseldorf eingeführten Luvotech-Produktlinie wurden die individuellen Hochleistungs-Compounds des Luvocom-Sortiments von hochwertigen Standardcompounds ergänzt. Das Portfolio der Strukturmaterialien wird nun durch neue technische Compounds der Produktlinie Luvotech PAHT – auf Basis von Hochtemperatur-PA – erweitert. Diese Werkstoffe sind mit einem Glasfaseranteil von 40 bis 60 Gewichtsprozent hochgefüllt und eignen sich mit ihren mechanischen Kennwerten für Metallersatzanwendungen.

Rezyklierte Rohstoffe

Eine Erweiterung der Luvotech-Produktlinie sind die neuen Produkte Luvotech eco mit dem Einsatz rezyklierter Rohstoffe. Lehvoss hat mit der WMK Plastics seit fünf Jahren eine Tochtergesellschaft, die seit mehr als 25 Jahren im Bereich von rezyklierten Compounds aktiv ist. Alle Produkte der eco-Linie bieten einen verbesserten CO2-Fußabdruck, der sich z. B. bei der Verwendung von PEEK oder Carbonfaser-Rezyklaten um bis zu 90 % reduzieren kann.

Die Lehvoss-Gruppe konzentriert sich beim werkstofflichen Recycling weitestgehend auf das obere Ende der Werkstoffpyramide in den Bereichen der technischen Kunststoffe und Hochleistungs-Kunststoffe und bietet rezyklatbasierte Produkte von PC/ABS über PA bis hin zu PEEK.

Rezyklierte Materialien im 3D-Druck

3D-gedrucktes Flügelrad aus Luvocom 3F eco PET 50291 BK. (Foto: Lehvoss)

3D-gedrucktes Flügelrad aus Luvocom 3F eco PET 50291 BK. (Foto: Lehvoss)

Auch im Bereich 3D-Druck wächst der Bedarf für nachhaltige Materialien. Für solche Anforderungen hat die Lehvoss das Luvocom 3F eco PET entwickelt, welches zu 90 % auf recyceltem PET basiert. Das ist die laut Hersteller momentan höchste bekannte Recyclingquote im Markt. Das Material kann sowohl im FFF (Fused Filament Fabrication) und FGF (Fused Granulate Fabrication) Verfahren eingesetzt werden. Einsatzbereiche sind funktionale Prototypen und Serienteile in zahlreichen Industrien, wie z. B. Maschinenbau, Automobilbau und Medizintechnik.

Neben der Entwicklung von Materialien sind auch ganzheitliche Betrachtungen für die Verringerung des CO2-Fußabdruckes wichtig. Die Erstellung kosten- und handhabungsoptimierter Laminiernormale (Laminierformen oder Laminierwerkzeuge), zur Fertigung hochentwickelter Orthesen aus CFK-Laminaten erfolgt heutzutage noch mittels duroplastischer PU-Formschäume. Diese werden gefräst. Dadurch, wie auch bei der späteren Entsorgung der Formen, entsteht Abfall.

CFRP-Orthese auf Basis 3D-gedruckter Formen – eine Alternative zu duroplastischen PU-Formschäumen. (Foto: Lehvoss)

CFRP-Orthese auf Basis 3D-gedruckter Formen – eine Alternative zu duroplastischen PU-Formschäumen. (Foto: Lehvoss)

Für eine Fallstudie wurde mit dem Unternehmen adViva der Formherstellprozeß mittels 3D-Druck betrachtet. Als Werkstoff wurde Luvocom 3F PET CF 9780 BK ausgewählt. Dieser bringt eine hohe Festigkeit und Temperaturbeständigkeit mit. Zudem ist er chemisch gut beständig. Verfahrensbedingte Anforderungen, wie die erforderliche Wärmeformbeständigkeit und Feuchtefreiheit für den Aushärteprozess im Ofen-Vakuumverfahren, erfüllen die gedruckten Laminierformen uneingeschränkt. Da bereits in der Konstruktion des Modells auf geringen Materialeinsatz geachtet wird – unterstützt durch die hohen Festigkeiten des gewählten 3D-Druckmaterials -, kann mit geringem Infill (Stützstruktur im Bauteil) gearbeitet werden. Dadurch fällt ein noch geringeres Materialvolumen als Reststoff an. Das Luvocom 3F PET CF 9780 BK kann getrennt gesammelt und dem technischen Kunststoffrecycling zugeführt werden. Nach dem Vermahlen der Bauteile können zum Beispiel über das Spritzgießen neue technische Teile entstehen. Bei Etablierung des Verfahrens in dieser Anwendung kann ein sortenreiner Materialrücklauf organisiert werden und dem Recycling steht nichts im Weg.

Hochleistungscompounds für die Medizintechnik

Seit vielen Jahren ist Lehvoss auch Anbieter von Hochleistungskunststoffen für die Medizintechnik. Neben Materialien für mechanisch hochbelastete chirurgische Instrumente liegt ein Schwerpunkt im Bereich moderner Farben auf Basis von PEEK-Hochleistungskunststoffen, die unverstärkt und glasfaserverstärkt zur Verfügung stehen. Neu ist hier ein Produktportfolio welches ein breites standardisiertes Farbspektrum abdeckt und folgende Vorteile bietet:

  • Verfügbare Farb- und Preisliste zur individuellen Materialauswahl (auf Anfrage)

  • Kurzfristige Verfügbarkeit ab 20 kg Abnahmemenge

  • Als Sackware in Granulatform für Spritzgießen oder Extrusion

  • In Halbzeugform für die schnelle, zerspanende Herstellung von Musterteilen oder Kleinserien

  • Als Filamente für den 3D Druck erster Muster und Funktionsteile

  • Nachweis aller Materialien nach EN ISO 10993-5 und -12 (Cytotoxizitätsnachweis)

  • Teilweise Lebensmittelkonformität


Alle Materialien sind für den mehrfachen Gebrauch nach den gängigen Aufbereitungsverfahren geeignet. Über dieses Sortiment hinaus bietet Lehvoss ab einer bestimmten Abnahmemenge auch individuell eingefärbte Materialien an. Darüber hinaus sind PEEK-Materialien auf Basis von Industriequalitäten/Rezyklaten, die vergleichbare Eigenschaften wie die Neuware aufweisen, verfügbar.

www.lehvoss.de

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