Kann ein Compound-Typ einen anderen ersetzen?

Überblick

Der Austausch eines Compound-Typs gegen einen Typ eines anderen Lieferanten wird üblicherweise auf zwei Wegen angegangen.

Der erste Weg ist der Typnamenabgleich: Ein Lieferant bietet seinen eigenen Typ als direkten Ersatz für den eingesetzten Typ an und behauptet, er könne unverändert eingetauscht werden. Das Problem dabei: Für technische Kunststoffe gibt es keine einheitliche Typenbenennung, und "derselbe Typ" enthält keinerlei Leistungszusage.

Der zweite Weg ist die Entwicklung gegen die Zielkennwerte: Es wird vorab kein Substitutionsverhältnis unterstellt. Das Datenblatt des bisherigen Typs - oder selbst gemessene Kennwerte - gilt als Zielvorgabe, der Compoundeur formuliert gegen diese Vorgabe, und das Ergebnis wird im Spritzgießversuch validiert. Das ist der verlässlichere Weg und der, der hier beschrieben wird.

Der entscheidende Unterschied: Der erste Weg verspricht "es ist dasselbe", der zweite verspricht "es erfüllt dieselben Zahlenwerte". Der zweite Weg ist prüfbar. Der erste nicht.

Warum zwei Datenblätter mit identischen Zahlen dennoch unterschiedliches Bauteilverhalten liefern

Zwei Typen, die beide als PA6 GF30 bezeichnet werden, können sich in der tatsächlichen Zugfestigkeit um mehr als 15% unterscheiden - bedingt durch Unterschiede in der Glasfaserlängenerhaltung, im Haftvermittler und im Antioxidans-Paket.

Das erklärt die häufigste Falle bei der Werkstoffsubstitution: Der Einkäufer hat zwei Datenblätter vor sich, liest auf beiden 180 MPa und schließt daraus, die Typen seien austauschbar. Der Wert im Datenblatt wird jedoch am genormten Probekörper unter genormten Prüfbedingungen ermittelt. Er entspricht nicht dem, was Ihr Werkzeug, Ihr Prozess und Ihre Wanddicke liefern.

Drei Unterschiede, die ein Datenblatt in der Regel verbirgt:

• Glasfaserlängenerhaltung: Sowohl die Compoundierung als auch das Spritzgießen verkürzen die Fasern. Hohe Erhaltung bedeutet bessere Verstärkungswirkung; niedrige Erhaltung bedeutet, dass derselbe Glasgehalt von 30% eine Klasse weniger Verstärkung liefert.
• Grenzflächenhaftung: Das Haftvermittlersystem bestimmt, wie gut Faser und Matrix binden. Das wirkt direkt auf die Schlagzähigkeit, besonders bei tiefen Temperaturen.
• Schwindung und Verzug: Unterschiedliche Füll- und Verstärkungssysteme schwinden unterschiedlich. Ihr Werkzeug ist auf die Schwindung des bisherigen Werkstoffs ausgelegt - wechseln Sie den Werkstoff, ändern sich Maßhaltigkeit und Verzug.

Beim Vergleich zweier Datenblätter sagt also die Zeile "Zugfestigkeit" allein nichts aus.

Sechs Kenngrößen, die vor dem Wechsel verglichen werden müssen

In der Reihenfolge ihrer Bedeutung. Die ersten vier sind die Hürde - fallen sie durch, funktioniert der Werkstoff nicht. Die letzten beiden entscheiden, ob Werkzeug und Prozess angepasst werden müssen.

1. Basispolymer: Das Basispolymer muss identisch sein. Ist das Ziel flammgeschütztes PC, genügt flammgeschütztes PP nicht; ist das Ziel PA6, genügt PA66 ebenfalls nicht - beide unterscheiden sich in Wasseraufnahme, Schmelzpunkt und Schwindungsverhalten. Stimmt dieser Punkt nicht, endet die Prüfung hier.
2. Schmelzflussrate (MFR / MI): Bestimmt die Verarbeitbarkeit. Ist die Differenz zu groß, entstehen entweder Füllfehler oder Grat. Prüfen Sie zusätzlich, ob die Prüfbedingungen übereinstimmen - ein Wert bei 230 °C / 2,16 kg ist nicht direkt mit einem Wert bei 275 °C / 5 kg vergleichbar.
3. Mechanische Kennwerte: Zugfestigkeit, Biegemodul, Kerbschlagzähigkeit. Bei der Kerbschlagzähigkeit ist insbesondere die Prüftemperatur zu beachten - 23 °C und -30 °C sind in der Praxis zwei verschiedene Werkstoffe. Für Tieftemperatureinsatz sind Tieftemperaturdaten erforderlich.
4. Thermische Kennwerte: Formbeständigkeitstemperatur (HDT) und Vicat-Erweichungstemperatur. Beachten Sie, dass die HDT bei zwei Lasten angegeben wird (0,45 MPa und 1,80 MPa) - vergleichbar sind nur Werte bei derselben Last.
5. Schwindung: Sie entscheidet, ob das Werkzeug nachgearbeitet werden muss. Eine Differenz von 0,2% kann ein Großteil aus der Toleranz bringen. Ist das Werkzeug bereits festgelegt, muss die Schwindung nahe beieinander liegen.
6. Beständigkeit: Brennbarkeitsklasse (UL94 V-0 / V-2 / HB), Witterungs- und UV-Beständigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Alterungsbeständigkeit. Diese lassen sich kurzfristig meist nicht prüfen - fordern Sie Langzeitdaten oder Prüfberichte Dritter an.

Chargenkonstanz: die Schwachstelle jedes Werkstoffwechsels

Ein gutes Erstmuster bedeutet keine stabile Serie. Wo ein Werkstoffwechsel tatsächlich scheitert, ist selten der erste Spritzgießversuch, sondern die dritte oder fünfte Lieferung.

Drei Punkte zur Beurteilung der Chargenkonstanz:

• Ob mit jeder Charge ein COA geliefert wird, statt nur einmal bei der Bemusterung;
• Ob die Werte im COA Messwerte oder "Richtwerte" sind - nur Messwerte sind rückverfolgbar;
• Ob es eine vereinbarte Spanne für die Chargenschwankung gibt, etwa eine definierte Breite für die Schmelzflussrate statt "etwa gleich".

Bei Compounds schwanken typischerweise: Schmelzflussrate, Glührückstand (gefüllte und verstärkte Systeme), Farbabweichung und Dispergiergüte. Diese Punkte bereits im Angebotsstadium zu klären, wirkt besser als sie später zu reklamieren.

Sechs Schritte vom Datenblatt zur Serienumstellung

1. Zielvorgabe übergeben: Datenblatt des eingesetzten Typs oder selbst gemessene Kennwerte. Eigene Messwerte sind aussagekräftiger als ein Datenblatt.
2. Entwicklung gegen die Zielwerte: Der Compoundeur formuliert gegen die Vorgabe und legt offen, welche Punkte exakt erreicht werden und welche abweichen.
3. Mustercharge: Üblich ab 5-25 kg, ausreichend für eine Runde Spritzgießversuche.
4. Spritzgießversuch: Im realen Werkzeug unter realen Prozessbedingungen fahren und das Formteil messen - nicht das Granulat.
5. Vorserie: Kurze, durchgehende Produktion, um Chargenkonstanz und Ausschussrate zu beobachten.
6. Serienumstellung: Nach der Freigabe hochfahren, üblicherweise beginnend mit unkritischen Teilen.

Wenn Sie einen Ersatzwerkstoff nach Ihrer Spezifikation entwickeln lassen möchten, senden Sie das Datenblatt oder Ihre Messwerte. Wir nennen vor jeder Bemusterung, welche Punkte wir erreichen und welche abweichen.

Vier Fälle, in denen ein Wechsel nicht ratsam ist

1. Die Zertifizierung nennt einen konkreten Typ: Stehen Typ und Lieferant bereits in einer UL-Yellow-Card oder einer OEM-Werkstofffreigabe, bedeutet ein Wechsel Neuzertifizierung - Aufwand und Kosten übersteigen meist die Einsparung beim Materialpreis.
2. Langzeitbewitterung oder Alterung gefordert, aber keine Langzeitdaten vorhanden: Bei Außenteilen oder dauerhaft wärmebelasteten Bauteilen lässt sich das Verhalten nach zehn Jahren kurzfristig nicht nachweisen. Ohne Langzeitdaten sollten kritische Teile nicht umgestellt werden.
3. Sicherheitsrelevante Strukturteile ohne vollständige Validierung: Bauteile, die Last tragen, Schlag aufnehmen oder die Personensicherheit berühren, müssen das vollständige Validierungsprogramm durchlaufen. Ein Datenblatt aus einer kleinen Probe genügt nicht.
4. Extrem enge Farbtoleranz ohne abgestimmte Standardfarbmusterplatte: Ohne beiderseits freigegebene Referenzplatte lässt sich eine Farbabweichung nicht klären. Erst die Standardplatte festlegen, dann über den Wechsel sprechen.

Mehr zu Zertifikaten und Konformitätserklärungen: häufige Fragen zur Compound-Beschaffung.

Risikohinweise

Versprechen Sie keinen "1:1-gleichwertigen Austausch". Die zutreffende Formulierung lautet: Kennwerte liegen nahe beieinander, eine Umstellung ist erst nach Spritzgießversuch zulässig.

Fordern Sie vor der Umstellung an: ein vollständiges Datenblatt, COAs aktueller Chargen und die relevanten Konformitätserklärungen (RoHS, REACH, UL usw., je nach Zielmarkt).