Der Wunsch im dekorativen Bereich eine robuste PVD-Beschichtung direkt auf dem Kunststoffsubstrat oder eine PVD-Schicht auf einen Primerlack ohne Schutzlack aufzubringen, um Prozesskosten zu sparen, Ausschuss zu minimieren, ein besseres Glanzbild zu erhalten, strukturierte Kunststoffoberflächen perfekt abbilden zu können oder eine Vorbeschichtung für die Galvanik zu realisieren, wird oft durch eine geringe Haftung oder den mechanisch-chemisch fragilen Eigenschaften des Gesamtsystems getrübt. In diesem Projekt wurde das Potenzial der HiPIMS-Technologie für dieser Aspekte aufgezeigt.

Zentrales Ziel des Projekts war die Entwicklung eines gemeinsamen Verständnisses und einer einheitlichen Vorgehensweise zur Bestimmung des Produktumweltfußabdrucks. Darüber hinaus wurde am Beispiel des Technikums am Kunststoff-Institut Lüdenscheid praktisch eine CO2-Bilanz erstellt und Handlungsempfehlungen erarbeitet.

Das Projekt hat gezeigt, dass es viele individuelle Möglichkeiten gibt, Prozesse zu bilanzieren, was die Vergleichbarkeit erschwert. Außerdem können durch technische Maßnahmen Vorteile erzielt werden.  

Gehäuse elektronischer Komponenten erfordern aufgrund neuer Designkonzepte bei gleichzeitiger technischer Funktionsintegration innovative Lösungen hinsichtlich des Werkstoffs. Elektrisch leitfähige Kunststoffe können insbesondere im Hinblick auf die Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Strahlung einen Beitrag zum störungsfreien Betrieb von elektronischen Systemen leisten. Technologietreiber sind die fortschreitende Digitalisierung, Elektrifizierung und die Zunahme an Funkanwendungen im Automotive, Elektronik-, Haushalt- oder Medizinbereich. Geräte müssen nebeneinander funktionieren oder interagieren, ohne sich gegenseitig ungewollt zu beeinflussen.

Das Projekt behandelte auf der einen Seite materialtechnische Fragestellungen. Leitfähige Kunststoffe für EMV-Anwendungen, basierend auf Füllstoffen wie Carbon, Stahl oder Leitruß, sind heutzutage etabliert. Durch den Einsatz der Füllstoffe wird die Steifigkeit des Werkstoffs gesteigert, gleichzeitig werden jedoch wichtige Gehäuseeigenschaften wie Schlagzähigkeit und Bruchdehnung reduziert. Die Zähigkeit und Dehnung von leitfähigen Kunststoffen kann durch den Einsatz von Modifikatoren optimiert werden. Derzeit ungeklärt ist die Auswirkung auf die Leitfähigkeit und Schirmdämpfung, die in diesem Projekt untersucht werden.

Auf der anderen Seite erfordern die Verbindungen von Gehäusekomponenten (z.B. durch Schrauben) hinsichtlich der Fügesituation eine besondere Betrachtung. Kunststoffe weisen im Gegensatz zu metallischen Werkstoffen einen erhöhten Übergangswiderstand im Fügebereich auf, der sich nachteilig auf das Abschirmungsverhalten auswirkt. Durch die Wahl geeignetere Geometriemodifikationen, kann das Eindringen und Austreten von elektromagnetischen Wellen verhindert werden. Die Untersuchung des Einflusses der Geometrievariation erfolgte zunächst über den 3D-Druck. Im Weiteren folgte die spritzgießtechnische Herstellung von Gehäusen, um den Einfluss verschiedener Materialien zu bewerten.

Der Begriff „biozid“ beschreibt die Eigenschaft eines Stoffes, das Aufkommen von Bakterien, Viren oder Pilzen zu verhindern oder zu reduzieren. Im Rahmen der Verbundstudie stand dabei die antibakterielle Wirksamkeit im Vordergrund. Das Wachstum von Mikroben und Keimen auf Oberflächen ist in vielerlei Hinsicht ein unerwünschter Effekt, da es ein Hygienerisiko darstellt, den Gebrauchswert von Oberflächen beeinträchtigt oder zu Verderberscheinungen von Lebensmitteln führt.

Die Nachfrage nach biozid ausgerüsteten Oberflächen ist in jüngster Zeit enorm gestiegen und führt bei vielen Produkten zu einer sinnvollen Funktionsverbesserung. Innerhalb der Studie sind Grundlagen zu antimikrobiellen Wirkprinzipien aufgezeigt und die Möglichkeiten der Oberflächenmodifikation für Kunststoffe dargestellt. Es wurden unterschiedliche antimikrobielle Systeme recherchiert, Systemanbieter gelistet, der Entwicklungsstand hinterfragt und die Anwendungsmöglichkeiten differenziert.

Im Rahmen des Verbundprojekts „Schäumen im Spritzgießverfahren“ wurden die Eigenschaften von im Thermoplastschaumguss (TSG) hergestellten Bauteilen in Abhängigkeit von Material, Verfahren und Prozessparametern hinterfragt.

So wurde bespielsweise die Frage nach den erzielbaren Schäumgraden und wie diese die mechanischen Eigenschaften beeinflussen beantwortet. Außerdem gab es Erkenntnisse, welche Prüfungen und Messwerte am besten mit den Anforderungen realer Bauteile korrelieren und wie Bauteilstressungen und Umgebungseinflüsse die Eigenschaften beeinträchtigen.

In dem Projekt „Umspritzen von Elektroniken“ sollten die Möglichkeiten der Kapselung von elektronischen Bauteilen weiter erschlossen werden. Hierzu wurden zwei Schwerpunkte gesetzt. Zum einen ging es darum den Einfluss der Formmassen und Verfahrensparameter auf die Funktion von elektrischen Bauteilen zu validieren, zum anderen wurde die Mediendichtigkeit von unterschiedlichen Kabel-, Formmassekombinationen untersucht.

Im ersten Projektschwerpunkt wurde eine Leiterplatte konzipiert, die mit unterschiedlichen elektronischen Bauteilen (Elkos, ICs, Hall Sensoren etc.) bestückt wurde. Dazu wurde ein Messstand entwickelt, mit dem es möglich war, die Funktion aller Komponenten auf Bauteilebene zu Prüfen. Die Leiterplatten wurden mit verschiedenen duroplastischen Formmassen und Formgebungsparametern umhüllt und einer Auswahl an Bauteilstressungen unterzogen. Die Funktion der Bauteile wurde „Spritzfrisch“, im abgekühlten Zustand und nach den Bauteilstressungen überprüft. Bei vielen Parametereinstellungen konnte nahezu kein Einfluss auf die Funktion der Bauteile festgestellt werden.

Für den zweiten Projektschwerpunkt wurden verschiedene Kabelmaterialien mit den gleichen Formmassen und Verfahrensparametern umhüllt. Diese Probekörper durchliefen ebenfalls die Bauteilstressungen. Um die Mediendichtigkeit der Formmasse – Kabelkombinationen festzustellen, wurden die Leckraten mittels Druckverlustprüfung ermittelt. Hier konnten je nach Kabeltyp sehr hohe Dichtigkeiten ermittelt werden.

Wärmeleitfähige Kunststoffe rücken innerhalb innovativer Entwicklungsprozesse vermehrt in den Fokus. Für den Einsatz wärmeleitfähiger Kunststoffe sprechen vielfältige Gründe: wirtschaftliche Fertigung, Leichtbau, neue Baugruppenkonzepte, hohe Gestaltungsfreiheit, Funktionsintegration sowie die Möglichkeit der gezielten Kunststoffadditivierung. Eine 1:1 Substitution von bestehenden Materialien innerhalb einer Baugruppe ist jedoch nicht immer zielführend. Infolge der hohen Füllgrade und der damit verbundenen mechanischen Eigenschaftsverlusten (Dehnung und Zähigkeit) ist die Realisierung von z.B. Schnapphaken, Verbindungselementen, etc. an Gehäusen oder anderen Bauteilen kaum umsetzbar.   Über die 2 Komponenten Technologie soll der Multimaterialeinsatz im Hinblick der Haftung der Materialsysteme untersucht werden mit dem Ziel, wärmeleitfähige Kunststoffe nur in partiellen Bereichen einsetzen zu können, in denen eine Wärmeableitung notwendig ist.

Im Zuge steigender Anforderung an die Materialien rückte in Bereichen der E&E wie auch in der Elektromobilität das Thema Flammschutz in den Vordergrund. Häufig wird auf Basis der Anforderungen eine Materialklassifizierung UL94 V-0 durch halogenfreie Flammschutzmittel gefordert. Innerhalb des Projekts sollten gezielt im Markt verfügbare Flammschutzsysteme im Kontext der wärmeleitfähigen Kunststoffe auf Basis von Materialcompoundierungen hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit, Mechanik, Verarbeitbarkeit und Flammschutzwirkung untersucht werden.

Schließlich wächst der Markt der wärmeleitfähigen Kunststoffe stetig, sodass ein breiteres Materialportfolio benötigt wird, um dem Anwender mehr Handlungsspielraum in der Konzeptphase zu ermöglichen. In den vorangegangenen Projekten wurden ausschließlich Untersuchungen mit Polyamid und Polycarbonat Werkstoffen durchgeführt. Diese Ergebnisse wurden dann auf weitere Matrixsysteme übertragen.

Mit dem Projekt sollten insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen in der Kunststoff-Industrie Chancen aufgezeigt werden, die im Zuge der Veränderungen durch die Elektromobilität entstehen. Neben einem Vergleich der Antriebskonzepte wurden alternative Herstellungsverfahren recherchiert. Einen zentralen Aspekt des Projekts bildeten die Anforderungen insbesondere an die Materialeigenschaften und die Funktionalisierung von Materialien und Komponenten.