Dieser Werkstoff lässt auch metallische Bauteile ein Stück menschlicher wirken. Polyurethane sind in der Industrie weit verbreitet und bieten echte Vorteile in Bezug auf Komfort, Schutz, Haptik und Energieeinsparung.
Polyurethanschäume finden sich in den Sitzen, Armlehnen und Kopfstützen der meisten Autos, wo ihre Dämpfungseigenschaften dazu beitragen, die Ermüdung und Belastung, welche durch das Fahren entstehen, zu verringern.
Nicht nur ihre Haltbarkeit und ihr geringes Gewicht in Kombination mit ihrer Festigkeit, sondern auch ihre Isolationseigenschaften gegenüber Hitze und Geräuschen machen sie ideal für den Einsatz in Karosserien.
Aufgrund der hohen Festigkeit und des geringen Gewichts von Polyurethanen wird durch deren Verwendung das Gesamtgewicht verringert, was zu einer höheren Kraftstoffeffizienz und einer verbesserten Umweltverträglichkeit führt.
Auch der Tastsinn (Haptik) kommt bei PU-Schäumen voll auf seine Kosten. Ob Lenkrad oder Joystick: Durch den Einsatz von Polyurethanschaum wird das Bedienen von Maschinen und Fahrzeugen viel angenehmer. Bei der Anwendung von Integralschaum kann die Oberfläche strukturiert ausgeführt werden, wodurch die Gefahr des Abrutschens der Handflächen verringert wird. Durch den Einsatz von geschlossenzelligen Schäumen entsteht eine geschlossene Oberfläche, welche eine einfache Reinigung der Teile ermöglicht.
Im Motorsport findet eine weitere Art von Schaum ihre Anwendung:
Offenporige Polyurethanschäume sind durch ihre offenzellige Struktur besonders für Luftfilteranwendungen geeignet. Durch ihren Einsatz wird eine optimale Motorleistung in Kombination mit maximalem Luftstrom und minimalem Druckabfall ermöglicht.
1. Wie wird ein Weichschaumteil hergestellt?
2. Was ist ein geschlossenzelliger Weichschaum?
3. Was ist ein Integralweichschaum?
4. Werkzeugbau für Weichschaum-Formteile
5. Einlegeteile im Schäumprozess
6. Biokompatibilität
7. Flammschutz
8. Anwendungsbereiche
9. Fazit
In der Regel wird ein Polyol mit einem Treibmittel vermischt. Das Gemisch und flüssiges Isocyanat werden aus zwei separaten Behältern mittels Pumpen in einen speziellen Mischkopf befördert. In diesem Mischkopf werden die beiden Komponenten vermischt und anschließend in die dafür vorgesehene Form eingebracht. Durch die Kombination der beiden Materialien (Poly+Iso) entsteht ein stabiles langkettiges Molekül. Diese Kombination nennt man Polyurethan, kurz PU oder PUR.
Das eingebrachte Material reagiert nach kurzer Zeit in der Kavität und fängt an, sich auszudehnen (expandiert). Nach einigen Minuten kann die Form geöffnet und der Bauteil entformt werden.
Der geschlossenzellige PUR-Schaum hat eine sehr feine, gemischtzellige Porenstruktur und zeichnet sich durch extrem gute Dämpfereigenschaften aus. Die Zellwände sind geschlossen, wodurch die Flüssigkeitsaufnahme äußerst gering ist.
Diese Art von PU-Schaum findet man oft als Polsterung in Möbeln und Autositzen oder auch als Andrückwalze im Maschinenbau.
Der PU-Integralweichschaum hat überall dort, wo er im Werkzeug auf Flächen trifft, eine geschlossene Außenhaut. Diese kann je nach Formtrennmittel, Temperatur bzw. verwendetem PU-Material an Oberflächendichte variieren. Durch die nahezu geschlossene Integralhaut wird die Wasseraufnahme verhindert. Im Vergleich zu anderen Weichschaumarten hat der Integralschaum eine sehr hohe Abriebfestigkeit.
Für den Werkzeugbau können unterschiedliche Materialien verwendet werden. Stahl, Aluminium oder Kunstharz sind die gängigsten Materialien. Für hohe Stückzahlen werden vorzugsweise Metalle verwendet, da diese eine bessere Wärmeleitung aufweisen. Dadurch ist eine schnellere Entformung der Bauteile möglich und somit die Produktionsrate höher. Der Nachteil an Metallwerkzeugen ist die aufwendigere Bearbeitung und die Einbringung der Temperierung (Heizung).
Polymerbetonwerkzeuge sind die effektivste Lösung im Werkzeugbau für Weichschaumteile. Hierbei wird ein Mastermodell aus Ureol gefräst oder durch 3D-Druck hergestellt und formschlüssig eingebaut, anschließend wird der Formkasten mit Polymerbeton (Material: PB) aufgefüllt.
Dies ist eine Mischung, die sich aus Quarz-Aluminium bzw. Epoxidharz zusammensetzt. Die Formtemperierung wird mit Hilfe von Kupferrohren in die Form implementiert. Die Standzeit (Lebensdauer) der PB-Formen beträgt bei Weichschaum bis zu 5.000 Schuss. Ein weiterer Vorteil dieser Werkzeugbautechnologie ist, dass die Formhälften miteinander vergossen sind und dadurch beim Schäumprozess die Kavität vollkommen dicht verschlossen ist. Dadurch wird die Qualität des Schaumteiles enorm verbessert.
Egal ob Passagiersitze, Armlehnen oder Verkleidungsteile, bei den meisten Bauteilen handelt es sich um bewegliche Teile. Hierzu müssen in den meisten Fällen Einlegeteile integriert werden. Die gängigsten Materialien hierfür sind Stahl oder Holz. Bei Stahleinlegern können Gewindehülsen oder spezielle Nieten mit Gewinde verwendet werden. Holz wiederum hat einen großen Gewichtsvorteil und es ist ohne genauere Positionierung möglich, den fertigen Bauteil mit Holzschrauben zu befestigen. Auch aus wirtschaftlicher Sicht ist Holz meistens die günstigere Variante.
Im Medizinbereich und bei ständigem Hautkontakt werden größtenteils biokompatible Materialien verwendet.
Zum Beispiel bei Prothesen:
Viele Menschen empfinden es als unangenehm, wenn ihre Kleidungsstücke nur lose die Prothese abdecken. Ein kosmetisch angeformter Weichschaumteil verdeckt die mechanischen Komponenten und der Kontakt mit Gegenständen wird durch die Softtouchoberfläche gedämpft.
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Die Verzögerung bzw. das Unterdrücken des Verbrennungsprozesses ist für Bauteile der Schienenfahrzeug- und Luftfahrtindustrie verpflichtend. Da aber die meisten Zusatzmaterialien den Schäumprozess negativ beeinflussen, sind viel Wissen und Erfahrung des Verarbeiters nötig. Die Vermischung mittels Rührwerk und die Temperatur der Behälter sind nur zwei Faktoren von vielen, welche für eine optimale Bauteilqualität berücksichtigt werden müssen.
Polyurethane, insbesondere Weichschaumformulierungen, sind extrem vielseitig und nahezu in allen Bereichen unseres Alltags vertreten. Die angeführte und beschriebene Technologie ist formgebunden und kann individuelle Geometrien bzw. Formen realisieren. Mit speziell abgestimmten Materialtypen lassen sich unterschiedlichste Produkteigenschaften erzielen und verschiedene Anwendungen realisieren. Je größer die Bandbreite der gefertigten Formteile und Einsatzgebiete eines Verarbeiters ist, desto höher ist die Chance, dass dieser die komplexen Anforderungen zu Ihrer Zufriedenheit erfüllt. Gerade bei geschäumten Materialien ist ein fachkundiger Umgang mit den vielen unterschiedlichen Einflussfaktoren essenziell.