Materialabmusterung bei der BRUDER Spielwaren GmbH + Co. KG

Am 28. Februar 2024 wurden im Rahmen des Teilprojekts 6 die ersten Abmusterungen durchgeführt. Das Ziel von Abmusterungen ist es, die entwickelten Composite unter realen Bedingungen einzusetzen und mögliche weitere Entwicklungspotential zu erkennen.

Für die Abmusterung kam ein Polylactid (PLA)-Stärke-Composit auf Basis des biobasierten PLA Luminy L130 der Fa. Total Corbion sowie nativer Kartoffelstärke der Fa. Emsland-Stärke mit einem Gewichtsanteil von 50 % zum Einsatz.

An diesem Tag konnte erfolgreich das Produkt „Kiste mit Deckel“, bestehend aus zwei Bauteilen, auf der Serien-Spritzgießmaschine sowie den dazugehörigen Werkzeugen produziert werden. Auch eine Einfärbung der Bauteile mittels PLA-basiertem Farbstoff gelang erfolgversprechend. In vorangegangenen Versuchen der Fa. BRUDER konnten bereits zwei unterschiedlich große „Paletten“ abgemustert werden.

In der Serienfertigung dieser Produkte wird überwiegend petrochemisches Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) verwendet, wohingegen das PLA-Stärke-Composit vollständig biobasiert und biologisch abbaufähig ist sowie einen besonders geringen „Carbon-Footprint“ aufweist.

PLA und damit auch PLA-Stärke-Composite stellen keinen „drop-in“ Kunststoff dar. Der gesamte Produktionsprozess eines Bauteils wird in der Regel von Anfang an auf ein spezielles Material ausgelegt. Diese Materialauswahl fließt unter anderem in die Entwicklung des Spritzgießwerkzeugs ein. Daher sind vorhandene Spritzgießwerkzeuge nicht zwangsläufig auf die spezifischen Verarbeitungseigenschaften von PLA optimiert, dies erschwert einen direkten Austausch („drop-in“) konventioneller Kunststoffe durch PLA und kann zu Herausforderung führen. Allerdings sind diese Herausforderungen größtenteils durch eine andere Auslegung der Werkzeuge zu meistern.
So konnte bei der Entformung und Entnahme des Angusses des Bauteils „Deckel“ beobachtet werden, dass die hierbei werkzeugbedingt vorgesehene Zwangsentformung, eine elastische Deformation, des Angusssystems sowie die anschließende Roboterentnahme nicht auf PLA-Stärke-Composite optimiert ist. Dies konnte durch veränderte Parameter optimiert werden.
Deutlich reibungsloser stellte sich hingegen die Herstellung der „Kiste“ dar. Durch das direkte Anspritzen des Bauteils mittels Heißkanal werden empfindliche Angusssysteme und daraus resultierende Entformungsprobleme vermieden.
Wie bereits im Vorfeld angenommen, war ein leicht erhöhter Druck der Schmelze im Vergleich zu konventionellem ABS für eine vollständige Füllung der Kavität nötig, dies führte jedoch zu keinerlei Anwendungsschwierigkeiten. Für die weitere Entwicklung des Composites konnten wertvolle Erkenntnisse gesammelt werden. So sollte neben der Optimierung der Beständigkeit gegen Alterungseinflüsse auch eine Weiterentwicklung hinsichtlich der Schlagzähigkeit des Composites angestrebt werden.

Anschließend an die Herstellung werden die Muster Prüfungen mittels Bewitterung bei der Fa. BRUDER sowie mittels künstlicher Bewitterung und mechanischen Untersuchungen an der Universität Kassel unterzogen.