Hier brennt nichts
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Die BASF erweitert ihr Angebot an flammgeschützten Polyamiden (PA) und Polybutylenterephthalaten (PBT) und führt das neue Produktprogramm Ultramid® FRee und Ultradur® FRee in den Markt ein. Die FRee-Typen kommen ohne halogenhaltige Flammschutzmittel aus und eignen sich auf Grund ihrer hellen Eigenfarbe zur Fertigung elektrischer Bauteile in allen Farbtönen – das Kürzel FRee steht so für Flame Retardant (flammgeschützt) und Elektro/Elektronik, zugleich aber auch für Designfreiheit und für „frei von halogenhaltigen Flammschutzmitteln“. In Ultramid FRee und Ultradur FRee werden innovative Flammschutzsysteme genutzt, die nach mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit entstanden sind. Gleichzeitig setzen die Produkte mit ihrem mechanischen Eigenschaftsprofil und bezüglich Wirtschaftlichkeit neue Standards.
Zur Kunststoffmesse K 2010 stellt die BASF die ersten vier neuen Typen vor: Ultramid FRee A3U40G5, ein Produkt auf Basis von PA 66, das die Anforderungen der neuesten Ausgabe der Sicherheitsnorm für Haushaltsgeräte, IEC 60335-1, sicher erfüllt und Ultramid FRee B3U31G4, ein speziell auf Leitungsschutzschalter zugeschnittenes PA 6-Produkt mit einem optimierten Preis-Leistungs-Verhältnis. Die PBT-Palette der BASF wird um Ultradur FRee B 4440 G5 und B 4450 G5 erweitert. Beide Produkte erfüllen die Anforderungen der Brandschutz-klasse V0 nach UL94, ersteres insbesondere auch bei geringen Wanddicken. Ultradur FRee B 4450 G5 zeichnet sich darüber hinaus durch eine sehr hohe Kriechstromfestigkeit aus.
Verschärfte Flammschutzvorschriften
Um hohe Sicherheit beim Betrieb elektrischer Haushaltsgeräte für den Verbraucher zu gewährleisten, wurde das Regelwerk der International Electrotechnical Commission (IEC) für Anforderungen an das Brandverhalten von Hausgeräten vor etwa fünf Jahren weltweit verschärft. Die einschlägigen Vorschriften sind zusammengefasst in der Normenreihe IEC 60335.
Besonders den sogenannten Glühdrahtprüfungen (nach IEC 60695-2-10ff) kommt hier eine große Bedeutung zu. Dabei wird unter anderem registriert, ob sich ein Prüfkörper bei Berührung mit einem heißen Draht entzündet und wie lange er brennt. Für bestimmte kritische Fälle der elektrischen Isolierung ist dieses Kriterium verschärft worden:
Nach der aktuell gültigen Norm muss eine eventuell auftretende Flamme an einem Prüfkörper bereits innerhalb von fünf Sekunden wieder verlöschen – und dies noch während er mit einem 750 Grad Celsius heißen Glühdraht in Kontakt steht. Ist das der Fall, wird das Material durch den sogenannten GWIT 775 charakterisiert. GWIT steht für Glow Wire Ignition Temperature; GWIT: 775 / 1,0 bedeutet, dass der 750 Grad Celsius heiße Glühdraht eine einen Millimeter dicke Materialprobe nicht entzünden konnte. Bis vor einigen Jahren genügte es, wenn der Kunststoff nach Entzündung durch einen 850 Grad Celsius heißen Glühdraht innerhalb einer Minute wieder erloschen war. Das Ergebnis wurde im sogenannten GWFI 850 dokumentiert.
Speziell In den USA gilt ein anderes, aber ähnliches Regelwerk: Dort werden Produkte den Standards der Underwriters Laboratories (UL) unterworfen: Hier muss der Werkstoff eine Kombination aus Entflammungsprüfungen (nach UL94) und Entzündungsprüfungen bestehen.
Die Kriterien: Halogenfrei, hell, kompatibel, preiswert
Bereits das sind erhebliche Herausforderungen. Sie werden gesteigert durch Aspekte, die zwar nicht technischer Natur sind, für Kunden jedoch von immenser Bedeutung sein können. So lassen sich die verschärften Anforderungen mit halogenhaltigen Flammschutzmitteln schon seit langem sicher erfüllen. In jüngerer Zeit zeichnet sich jedoch ein deutlicher Markttrend in Richtung halogenfrei flammgeschützter Kunststoffe ab. Ein wesentlicher Grund ist die europäische Richtlinie zur Entsorgung von Abfällen aus dem Bereich Elektro/Elektronik, WEEE. Sie verlangt, dass Komponenten mit halogenhaltigen Flammschutzmitteln separiert und gesondert entsorgt werden müssen.
Ein Austausch halogenhaltiger Flammschutzmittel ist aber nicht immer ohne weiteres möglich. Roter Phosphor zum Beispiel ist ein ausgezeichnetes halogenfreies Flammschutzmittel – hat jedoch den Nachteil einer ausgeprägten dunklen Eigenfarbe, die sich natürlich auch im flammgeschützten Bauteil bemerkbar macht. Die E/E-Industrie wünscht aber zunehmend helle Kunststoffe. So sind zum Beispiel Schalter, Kontaktstecker und Leitungsschutzschalter in vielen Haushalts- und Industrieanwendungen oft in hellen Farben gehalten, um spezielle Designanforderungen zu erfüllen oder Verwechslungen bei der Montage auszuschließen. Diese Farben lassen sich nur mit farbneutralen Flammschutzmitteln sicher treffen.
Effektive Flammschutzmittel haben zudem eine ganze Reihe von Anforderungen zu erfüllen. Sie müssen nicht nur gut mit dem Matrixmaterial harmonieren, sondern sich während der Compoundierung und Weiterverarbeitung auch optimal in das äußerst sensible Zusammenspiel einer Vielzahl weiterer Additive einfügen. Dazu gehören Synergisten und Farbpigmente aber auch Verstärkungsstoffe wie Glasfasern.
Außerdem sollten sie sich durch einen wettbewerbsfähigen Preis auszeichnen. Alternativen zu rotem Phosphor, zum Beispiel organische Stickstoff- oder Phosphorverbindungen, gelten jedoch als recht teuer. Bei den neuen Mitgliedern der FRee-Familie ist es der BASF gelungen, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit zu vereinen.
Dünn aber sicher
Die neuen Mitglieder der FRee-Produktlinien erfüllen nicht nur hohe Anforderungen an Halogenfreiheit, verbunden mit einem reduzierten Entsorgungsaufwand nach WEEE. Sie bieten gute Einfärbbarkeit und sie erweitern die Möglichkeiten des Konstrukteurs deutlich. Das zähe Ultramid FRee A3U40G5 zum Beispiel besteht die Glühdrahtprüfung nach den verschärften Anforderungen der Norm IEC 60335-1 bereits ab einem Millimeter Wanddicke erfolgreich – das entspricht der Einstufung GWIT: 775 / 1,0. Das ist bemerkenswert, da die Entzündlichkeit eines Materials bei gleichem Wärmeeintrag mit steigendem Oberfläche/Volumen-Verhältnis zunimmt: Je dünner das Werkstück, desto leichter ist es in der Regel, es zu entzünden. Damit erhöht das neue FRee-Polyamid die Freiheit in der Gestaltung etwa von Schaltern und dünnwandigen Gehäusen mit Schnappelementen deutlich: Dünnere Wände bedeuten gleichzeitig optimierte Bauraumausnutzung und stehen daher auch für geringere Material-kosten.
Das neue Ultramid FRee B3U31G4 erfüllt vor allem die hohen Anforderungen im Bereich Leitungsschutzschalter hinsichtlich Entflammung und Entzündung ab einer Wanddicke von einem Millimeter. Darüber hinaus bietet es ein sehr günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis und es verfügt über ein neuartiges Wärmestabilisierungs-system, das die Vergilbungsneigung deutlich reduziert. Damit ist das Material äußerst farbstabil, sodass es dem aktuellen Trend im Markt für Leitungsschutzschalter Rechnung trägt – hier werden immer hellere, inzwischen fast weiße, Kunststoffe gewünscht.
Ultradur FRee B 4440 G5, ein neues PBT, erreicht die scharfe V0-Klassifizierung nach UL 94 schon bei einer Wanddicke von 0,4 Millimetern. PBT-Werkstoffe, die diese Einstufung bei sehr geringen Wanddicken ohne Einsatz halogenhaltiger Flammschutzmittel erreichen und dem Kunden obendrein alle Vorteile einer hellen Eigenfarbe bieten, gibt es erst seit kurzem – die technischen Hürden galten lange Zeit als zu hoch. Das Material eignet sich für alle Anwendungen, bei denen es auf besondere Dimensionsstabilität ankommt, also zum Beispiel Lampenfassungen, Stecker und Sensoren, aber auch Gehäuse von Steuergeräten, etwa für sogenannte ECUs (Electronic-Control-Units) von Automobilen.
Bei Ultradur FRee B 4450 G5 schließlich liegt der Fokus auf einer ausgesprochen hohen Kriechstromfestigkeit, ermittelt als sogenannter Comparative Tracking Index (CTI). Diese Eigenschaft ist von Bedeutung, wenn sehr hohe elektrische Spannungen isoliert werden müssen. Der enorm hohe CTI von 600 bei Ultradur FRee B 4450 G5 erlaubt den Bauteilentwicklern die Kontaktabstände zu verringern, damit Gehäuse zu verkleinern und Material einzusparen.
Allen Vertretern der Ultramid FRee- und Ultradur FRee-Linien ist gemeinsam, dass sie sich sehr gut verarbeiten lassen. Sie zeichnen sich besonders durch gute Fließfähigkeit, schnelles Abkühl- und Erstarrungsverhalten und geringe Werkzeugbelagbildung aus.
Die bewährten flammgeschützten BASF-Kunststoffe der Ultramid- und Ultradur-Produktlinien wie das mit rotem Phosphor ausgestattete Ultramid A3X2G5 bleiben von diesen Neuerungen unberührt und sind weiterhin lieferfähig.
Konzipiert für einen wachsenden Markt
Den neuen Kunststoffen werden besondere Wachstumschancen eingeräumt. Im Jahr 2009 wurden weltweit etwa 280.000 Tonnen flammgeschützter Polyamide und Polybutylenterephthalate verkauft. Der Anteil halogenfrei ausgerüsteter Werkstoffe unterscheidet sich in den beiden Fällen jedoch stark: Während schon fast die Hälfte der flammgeschützten Polyamide zu dieser Familie zu rechnen ist, zählt man bei PBT weniger als fünf Prozent dazu. Die Wachstumsraten halogenfrei flammgeschützter technischer Kunststoffe liegen mit geschätzten sechs bis zehn Prozent pro Jahr deutlich höher als die flammgeschützter Kunststoffe insgesamt. PBT dürfte am oberen Ende dieser Spanne liegen, da hier die Nachfrage nach halogenfreien Produkten besonders groß ist.
Mit den Mitgliedern der neuen Produktlinien Ultramid FRee und Ultradur FRee wird die BASF dazu beitragen, in diesem Markt neue Impulse zu setzen.
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