Ultraschall-Schweißen von bio-basierten Kunststoffen

Noch sind es wenig Anfragen, die zum Verschweissen von rezyklierten Werkstoffen kommen, also Kunststoffen, die bereits einen Verarbeitungsprozess hinter sich haben. Die Schweissbarkeit muss empirisch im Testlabor ermittelt werden.

Viel spannender ist der nächste Schritt: wie entwickelt sich der Einsatz biobasierter, also aus organischer Masse hergestellter Kunststoffe (Bio-Polymere), und wie lassen sich diese miteinander fügen.

Unser Ultraschall-Labor hat zwei technische Biopolymere von Tecnaro untersucht, die 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen und biologisch abbaubar sein können.  

Biokunststoffe

ARBOFORM® haben als Bestandteil den Werkstoff Lignin, das nach der Cellulose das am zweithäufigsten vorkommende Polymer in der Natur ist. Lignin ist ein Nebenprodukt der Zellstoffindustrie und fällt weltweit jährlich zu etwa 50 Mio. Tonnen an. Mischt man Lignin mit Naturfasern (Flachs, Hanf oder anderen Faserpflanzen) und natürlichen Additiven, so erhält man einen unter Temperatur- und Druckerhöhung verarbeitungsfähigen Faserverbundwerkstoff, der auf Kunststoffspritzgießmaschinen zu Formteilen verarbeitet werden kann.

ARBOBLEND® Materialien bestehen je nach Rezeptur aus Biopolymeren wie z.B. Polyhydroxyalkanoaten (PHA), Polycaprolacton (PCL), Polyester (z.B. Bio-PET), Stärke, Polymilchsäure (PLA), Bio-Polyolefinen (Bio-PE), Bio-Polyamiden (Bio-PA), Lignin, Naturharzen, -wachsen, -ölen, natürlichen Fettsäuren, Cellulose, biologischen Additiven und natürlichen Verstärkungsfasern. Je nach Einsatzzweck können ARBOBLEND Materialien biologisch abbaubar oder beständig konzipiert werden.

Beide Kunststofftypen weisen eine Festigkeit in der Größenordnung von PC-ABS und eignen sich daher für einen Vergleich. Der erste Schritt war die Herstellung von Probekörpern durch unseren Partner BARLOG. Somit ist eine einheitliche Ausgangsbasis gegeben, um die Schweißbarkeit, Zug- und Druckbeständigkeit im Labor bei Herrmann Ultraschall testen zu können.

Die Testergebnisse haben ergeben, dass die Lignin-basierten Bio-Kunststoffe mittels Ultraschall verschweissbar sind und grundsätzlich mit ähnlichen Parametrierungen verarbeitet werden können. Dabei zeigte sich in Zugversuchen, dass die beiden Bio-Kunststoffe zwar nicht ganz an die Abzugskräfte des Erdöl- basierten Kunststoffes heranreichen, der ARBOLEND jedoch in einem durchaus vergleichbaren Wertebereich und der ARBOFORM innerhalb üblicher Festigkeitsanforderungen liegt.

Fazit

Technische Biopolymere spielen aktuell eine untergeordnete Rolle in der Produktion, aber als Fügespezialist stehen wir der Kunststoffindustrie zur Verfügung, wenn es darum geht, Zukunftstrends zu untersuchen und zu prägen.

Weiterführende Links

• VDMA Interview mit Thomas Herrmann auf der K2019 zum Thema "Joining of technical polymers with ultrasonics"

• Unterschied zwischen Rezyklat und Regranulat

• Mehr Infos zu bio-basierten Kunststoffen