3MTM Glass Bubbles

Weniger Gewichtfür mehr Leistung.3M™ Glass Bubbles in der Automobilindustrie.

Herzlich willkommen in der Welt unserer 3M™ Glass Bubbles – mikroskopisch kleiner Glashohlkugeln, die in verschiedensten Automobil-komponenten zum Einsatz kommen.

3M™ Glass Bubbles ermöglichen es Ihnen, das Gewicht von Kunststoff­bauteilen erheblich zu reduzieren, ihre Formstabilität, Abriebfestigkeit und Oberflächenhärte zu erhöhen und gleichzeitig die Wärmeausdehnung zu verringern. Darüber hinaus tragen 3M™ Glass Bubbles zu einem höheren Produktdurchsatz bei, woraus sich Kostenersparnisse durch Material- und Prozessoptimierungen ergeben können.

Wenig überraschend also, dass Automobilhersteller weltweit auf diesen leistungsstarken Rohstoff setzen, um innovative Projekte zu realisieren und schon heute ca. jedes fünfte produzierte Fahrzeug 3M™ Glass Bubbles enthält – und das mit steigender Tendenz.

In dieser Broschüre möchten wir Ihnen einen Einblick geben, welche Vorteile 3M™ Glass Bubbles in der Automobilindustrie bieten.

Großes Potenzial auf kleinster Ebene.

Einleitung 02

Karosserie-dichtmassen

Seitenschweller

Kofferraum­innenverkleidung

Tanküberlaufschutzventileund -schwimmer

Struktur-schäume

Schiebedachrahmen

Schiebedachaus Kunststoff

Lenkräder

Armaturenbrettbauteile

Karosseriebauteile (Zierleisten)

Unterboden-beschichtungen

Reifen

Frontschürzen

Frontscheinwerfer-montagevorrichtungen

Motorabdeckungen/-blenden

Kühlergrillgitter undVersteifungsrippen

Luftzufuhr/-ansaugrohre

Kühlventilatoren und Ventilatorenrahmen

Anwendungsbeispiele von 3M Glass Bubbles.

Dabei sind die Vorteile durch den Einsatz von Glass Bubbles ebenso vielfältig wie die Anwendungsgebiete. Klar definierte Produktspezifikationen sorgen für messbare und gleichbleibende Produktparameter, während die perfekt geschlossene Kugelform das isotrope Verhalten des Materials begünstigt. Darüber hinaus führt die geringe Wärmeleitfähigkeit zu einer hervorragenden thermischen Isolation und die thermi-sche Kapazität der Glass Bubbles begünstigt eine schnelle Temperaturanpassung.

Zusammengefasst führen diese Vorteile z. B. zu Ein-sparungen von CO2, Prozessoptimierungen oder auch verbesserter Dimensionstabilität der finalen Bauteile.

Der Faktor Gewichtsreduktion spielt in der Kraft-fahrzeugindustrie eine immer größere Rolle. Bereits Anfang der 70er Jahre setzten Automobilhersteller erstmalig 3M™ Glass Bubbles in SMC- und BMC-Bauteilen (Sheet/Bulk Moulding Composites) ein, um die Leistungsmerkmale einzelner Fahrzeugkompo-nenten zu optimieren.

Wenig später folgte der Einsatz von Glass Bubbles in Karosseriedichtmassen und Unterbodenschutz-Beschich tungen. Heute ist die Verwendung von Glass Bubbles in verschiedenen Bereichen der Automobil-herstellung bereits Vorschrift und die Liste der Anwen-dungsmöglichkeiten wächst kontinuierlich weiter: Motorabdeckungen, Armaturenbretter, Front- und Heck schürzen sowie zahlreiche Kunststoffbauteile im Interior werden mit 3M™ Glass Bubbles gefertigt.

Ein Produkt, viele Möglichkeiten.

Anwendungsbereiche Automobil 03

Geräuschdämmende Motorver-kapselung aus Leicht-SMC

Die allgemein gängige Annahme „Gewichtsreduzierung = Zusatzkosten“ ist irreführend und zum Teil auch falsch. Mit 3M™ Glass Bubbles können Sie das Gewicht von Bauteilen reduzieren, ohne dass dafür die Kosten in der Herstellung steigen müssen.

Gewichtsersparnis muss kein Kostentreiber sein.

Hinweis: Von SMC/BMC zu Leicht- SMC/ -BMC. Mit 3M™ Glass Bubbles kann gegenüber konventionellen SMC- und -BMC-Bauteilen eine Gewichtser-sparnis von 30 % erzielt werden. Diese Eigen schaft wird von ver schiedenen nam- haften Erstausrüstern genutzt, um zum Beispiel Motorverkapsel ungen oder Reser-ve rad mulden effizient zu produzieren.

Reflektoren für Frontscheinwerfer, Karosserieteile und Bauteile im Motor­raum sind anspruchsvolle, technische Anwendungen. Verglichen mit anderen eingesetzten Werkstoffen – Stahlblech und Aluminium­ oder Magnesiumguss – bieten SMC (Sheet Molding Compo sites) und BMC (Bulk Molding Composites) Systemlieferanten und Automobilherstellern zahlreiche Möglichkeiten, Produkt- und Prozess kosten zu optimieren. Um Bauteile für unterschiedliche Einsatzgebiete realisieren zu können, kommen je nach Anwendung konventionelle, mineralische Füllstoffe zum Einsatz. Diese bringen jedoch immer eine Erhöhung des Gewichts mit sich.

In der Produktion von SMC, BMC und anderen Kunststoffen sind 3M™ Glass Bubbles eine innovative Alternative oder Ergänzung zu diesen Füllstoffen.

Bereits vor über 25 Jahren wurde nachgewiesen, dass 3M™ Glass Bubbles das Gewicht von Bauteilen aus SMC und BMC um bis zu 30 % verringern können. Durch ihre perfekte Kugelform steigert der Einsatz von 3M™ Glass Bubbles zudem die Präzision in der Fertigung sowie die Formstabilität und Wärmeformbeständigkeit der Bauteile.

Kostengünstige Gewichtsreduktion im Fahrzeugbau mit SMC und BMC.

Kofferraumboden aus Leicht-SMC

Prozess- und Leistungsoptimierung04

Füllgrad Glass Bubble in Gew. %

Dic

hte

in g

/cm

³

Volu

men

füllg

rad

in V

ol. %

10 15 20

60

50

40

30

20

10

0

1,2

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

0,60 5 25

Hinweis: Das Diagramm zeigt die Verringerung der Dichte bei gleich-zeitig ansteigendem Glass-Bubbles-Füllgrad.

Dichte Volumenfüllgrad

Polyamid 6 mit Glass Bubbles iM16k

Gewichtsreduzierung durch 3M™ Glass Bubbles.

Empfohlenes Produkt: iM16K

Fallbeispiel: Um die Leistungsfähigkeit von 3M™ Glass Bubbles zu belegen, hat die PENTAC Polymer GmbH einen Teil der Füll-stoffe eines herkömmlichen glasfaserverstärkten Polyamids zur Her stellung von Motorabdeckungen durch 3M™ Glass Bubbles ersetzt. Das Ergebnis war eine Reduktion des Abdeckungsge-wichts um 15 %, gleichzeitig konnte der Spritzgußprozess auf-grund geringer Wärmekapazität und optimierter Fließfähigkeit durch die Glass Bubbles um 5 % optimiert werden. Somit kann die BBP Kunststoffwerk Marbach Baier GmbH die Bauteile dank PEN-TAC und 3M kostenneutral produzieren.

Als einziger Hersteller bietet 3M hochfeste Glas-hohlkugeln an, die trotz ihrer geringen Dichte den Beanspruchungen in Compoundier- und Spritzguss-prozessen standhalten.

Mit der 3M™ Glass Bubbles iM16K ist es 3M gelungen, eine Mikro-Glashohlkugel zu entwickeln, die mit einer Druckfestigkeit von 1.100 bar, bei einer Dichte von nur 0,46 g/cm³ und einer Partikelgröße von 20 μm (Durchmesser D50) den in der Kunststoffindustrie üblichen Verarbeitungsbedingungen standhält. Diese hohe Festigkeit im Verhältnis zur Dichte ermöglicht eine Verwendung in vielen anspruchsvollen Com-poundier- und Spritzgussprozessen und somit eine Produktion von konstant qualitativ hochwertigen Leichtbauteilen. Verglichen mit konventionellen Füll-stoffen geben Ihnen 3M™ Glass Bubbles mehr Flexibilität bei der Entwicklung und Herstellung leichterer und maßhaltigerer Teile aus PP, PA, PC/ABS und anderen Thermoplasten. Außerdem weisen Formteile, die aus einem Thermoplast mit 3M™ Glass Bubbles hergestellt werden, eine geringere lineare Wärmeausdehnung auf. Parallel verbessert sich auch die Dimensionsstabilität des Polymerverbundstoffes, aufgrund eines geringeren Schrumpfes und Verzuges der Bauteile.

Spritzgießen von Thermoplasten.

Compoundierung und Spritzguss 05

Dichte Zugmodul Zug - festigkeit

Bruch- dehnung

Biege- modul

Biege- festigkeit

Kerbschlag -zähigkeit

Nor

mie

rte

Eige

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afte

n

(tro

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, 23°

C) i

n %

140

120

100

80

60

40

20

0

Bei der Herstellung von Kunststoffkomponenten und Beschichtungsmaterialien setzen Automobilhersteller zunehmend auf kostspielige Harze wie beispielsweise Acryl. Sowohl das Gewicht dieser Teile als auch die im Rahmen der Produktion anfallenden Kosten können durch die teilweise Substitution von Harz durch 3M™ Glass Bubbles reduziert werden.

Mehr Kosteneffizienz in der Produktion.

Der Einsatz von Mikro-Glashohlkugeln wird für PVC-Plastisole in Unterbodenschutz und Versiegelungen vorgeschrieben. Die Verwendung von 3M™ Glass Bubbles kann zu einer Reduktion des Gesamtgewichts einer Unterbodenbeschichtung von bis zu 20 % führen. Dies bietet für das Fahrzeuggewicht ein interessantes Einsparpotenzial und hilft zudem dabei, die immer strenger werdenden CAFE-Standards in den USA und CO2-Vorgaben in Europa zu erfüllen.

Parallel können mit 3M™ Glass Bubbles gefüllte Plastisole dazu beitragen, die Kosten in vielen Anwendungen um bis zu 20 %, gegenüber Plastisol mit konventionellen Füllstoffen, zu verringern. Glass Bubbles bieten noch einen zusätzlichen Vorteil: Sie verbessern den Steinschlagschutz, denn sie absorbieren die dynamische Energie eines Aufpralls, indem sie unter Stoßbelastung zerbrechen.

Dichtmassen und Strukturschäume in der Automobilindustrie.

Einfluss der Glass Bubbles auf mechanische Eigenschaften.

Hinweis: Das Diagramm zeigt den Einfluss der Glass Bubbles (einmal ohne, einmal mit Oberflächenmodi­fizierung) in Polyamid auf verschie­dene mechanische Eigenschaften im Ver gleich zu ungefülltem Polyamid.

PA6 PA6 mit 14 Gew. % (30 Vol. %)

iM16k PA6 mit 14 Gew. % (30 Vol. %)

iM16k-Aminosilan*

* Versuchsprodukt

Polyamid

Glass Bubbles in PVC-Plastisolen06

Empfohlenes Produkt: 3M™ Glass Bubbles S38HS und iM16K zur Erhöhung der Steifigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung

Unterbodenverstärkung(partiell und vollflächig)

obere und untereKühlerverkleidung

oberer Kabelbaum(Kabelkanal)

Belüftungskanalversteifunggegen Karosserierisse

Knotenpunktverstärkung für mehr Steifigkeit bei Überschlagunfällen(Knotenpunkte der A- und B-Säulen)

obere Türrahmenversteifung

lokale Längsträgerverstärkung an der Federungsaufnahme

Karosserieaufhängung(vorne und hinten)

Türverstrebung für mehr Steifigkeit

Knotenpunktverstärkung für mehr Steifigkeit bei direkten Seitenunfällen

Frontplattenversteifung

vorderer Karosserieüberhang für Frontalunfälle bei hoher Geschwindgkeit

Stoßstangenverstärkung für Frontalunfälle bei hoher Geschwindgkeit

wünschte Ergebnisse in punkto Steifigkeit und Festig­keit zu erzielen – ohne dabei das Fahrzeug gewicht unnötig zu erhöhen.

3M™ Glass Bubbles eignen sich auch als innovativer Füllstoff für Strukturschäume, da sie durch ihre geringe Dichte dazu beitragen, Gewicht einzusparen. Somit ist es möglich, eine Erhöhung der Karosseriesteifigkeit und -festigkeit sowie eine Verbesserung der Dauer-schwingfestigkeit und ein optimiertes Vibrations ver-halten.

Gewichtsreduktion, eine höhere Karosseriesteifigkeit und die Verbesserung des Vibrationsverhaltens von Fahrzeugkarosserien sind permanente Aufgaben im Lastenheft der Fahrzeugentwicklung. Leider schließen konventionelle Lösungsansätze für eine höhere Karosseriesteifigkeit, realisiert durch belastbarere Materialien oder zusätzliche Verstrebungen, eine gewünschte Gewichtsreduktion oftmals aus. Durch die Verwendung von speziellen Strukturschäumen, die punktgenau dort angebracht werden können, wo ihre Funktion benötigt wird, ist es dennoch möglich, ge-

Erhöhung der Karosseriesteifigkeit und -festigkeit in der Automobilindustrie.

Die spezifische Härte der 3M™ Glass Bubbles liegt bei 5 Mohs und liefert somit eine ausgezeichnete Wider­standsfähigkeit. Gleichzeitig sorgt die sphärische Form der 3M™ Glass Bubbles für eine hohe Packungsdichte innerhalb des Plastisols und verhindert somit effektiv das Fortschreiten von korrosiven Prozessen. Dank ihrer positiven Auswirkungen auf die Effizienz von Produktionsprozessen sowie auf die Leistungsmerkmale einzelner Bauteile sind 3M™ Glass Bubbles auch für innovative, zukünftige Anwendungen ideal geeignet.

Glass Bubbles in PVC-Plastisolen

Anwendungsbeispiele zur Karosserieverstärkung.

07

Glass Bubbles.

* 3M QCM 14.24.1 ** 3M QCM 14.1.5. *** 3M QCM 14.1.8.

Physikalische Merkmale.

3M™ Glass Bubbles sind mikroskopisch kleine Glas-hohlkugeln aus wasserunlöslichem, chemisch stabilem Borsilikatglas, die über eine niedrige Dichte verfügen. Jede Glashohlkugel zeichnet sich durch ihre perfekte Kugelform aus. Die unterschiedlichen Größen der ein-zelnen Glass-Bubbles-Partikel sorgen für eine opti male Packungsdichte im Vergleich zu unregelmäßig geform-ten mineralischen Füllstoffen.

Was sind 3M™ Glass Bubbles?

Durchschnittliche Teilchendichte* Schüttdichte Isostatische Druckfestigkeit** Aufschwimmrate

Produkt- nummer

Nenndichteg/cm3

Toleranz-bereichg/cm3

Toleranzbereich(errechnet) g/cm3

Testdruck Anteil intakter Glass Bubbles in % bei Testdruck

Typische Werte in % des Volumens

bar MPa psi Min. Typisch

K1 0,125 0,10 – 0,14 0,05 – 0,10 17 1,7 250 80 90 96

K15 0,15 0,13 – 0,17 0,07 – 0,12 21 2,1 300 80 90 96

K20 0,20 0,18 – 0,22 0,10 – 0,15 34 3,4 500 80 90 96

K25 0,25 0,23 – 0,27 0,13 – 0,18 52 5,2 750 80 90 96

K37 0,37 0,34 – 0,40 0,19 – 0,27 210 21,0 3.000 80 90 94

K42HS 0,42 0,40 – 0,45 0,40 – 0,45 520 51,7 7.500 80 90 92

K46 0,46 0,43 – 0,49 0,28 – 0,32 420 42,0 6.000 80 90 92

S15 0,15 0,13 – 0,17 0,07 – 0,12 20 2,1 300 80 90 96

S22 0,22 0,19 – 0,25 0,09 – 0,17 28 2,8 400 80 90 96

S32LD 0,29 0,26 – 0,32 0,14 – 0,22 100 10,3 1.500 80 90 94

S32 0,32 0,29 – 0,35 0,16 – 0,24 140 14,0 2.000 80 90 94

S38 0,38 0,35 – 0,41 0,19 – 0,28 280 28,0 4.000 80 90 94

S38HS 0,38 0,35 – 0,41 0,19 – 0,28 386 38,5 5.500 80 90 94

S60 0,60 0,57 – 0,63 0,31 – 0,43 690*** 69,0 10.000 80 90 92

S60HS 0,60 0,57 – 0,63 0,31 – 0,43 1.240*** 124,0 18.000 90 90 92

iM16K 0,46 0,43 – 0,49 0,27– 0,32 1.100 110,0 16.000 90 90 96

iM30K 0,60 0,57 – 0,63 0,30 – 0,40 2.000*** 200,0 30.000 90 90 90

Merkmale und Eigenschaften

Unregelmäßig geformteFüllstoffe

Füllstoffe inKugelform

Packungsdichte:

09

Historisch

Neu

e Te

chno

logi

e

40

55

40

45

4055 60

65

40

22

16

30

30

Der Kreisdurchmesser spiegelt den mittleren Durchmesser der Glashohlkugeln wider.

Spitz

guss

Extr

usio

n

Flüs

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töse

Sys

tem

e, D

urop

last

e

iM30K

K24HS

K37

S38HS

NEU!iM16K

32000

28000

24000

20000

16000

12000

8000

4000

0

Druckfestigkeitin psi

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7Dichte in g/cm3

35

Die iM16K stellt die neuste Entwicklung im Bereich der hochdruckfesten Glass Bubbles dar und erfüllt alle Anforderungen für den Einsatz in Spritzgußanwendungen.

20

Produkttypen

Verhältnis von Dichte und Druckfestigkeit bei 3M™ Glass Bubbles.

10

3M bietet eine Reihe von 3M™ Glass Bubbles an, die sich in Dichte, Druck-festigkeit und Größe unterscheiden. Für welchen Typ 3M™ Glass Bubbles Sie sich entscheiden, hängt von Ihrer speziellen Anwendung und deren Anforderungen ab. Neben SMC/BMC, Thermoplasten, Dichtmassen und Strukturschäumen können Glass Bubbles auch in LFT, RIM, RRIM und leichtgewichtigen Karosseriespachtelmassen eingesetzt werden.

Wenn Sie sich für 3M™ Glass Bubbles entscheiden, erhalten Sie mehr als nur ein sehr gutes Produkt. Sie erhalten gleichzeitig auch Zugang zu den globalen Technik- und Marketingressourcen von 3M, einschließlich der aktiven Unterstützung bei Produktversuchen und der Prozess- und Verarbeitungsoptimierung. Neben den Daten in Bezug auf OEM-Spezi-fikationen bieten wir Ihnen auch Hilfe bei der Problemlösung in punkto globaler Koordination und bei einzelnen Belangen in der Lieferkette an. Dies stellen wir durch lokal tätige Mitarbeiter in allen Regionen der Welt sicher. 3M ist auf die Anforderungen der Automobilindustrie ausgerichtet. Somit können Sie von uns mehr Unterstützung in der Anwendungs-entwicklung erwarten – wir geben Ihnen mehr Optionen in der Entwicklung und sorgen somit für profitable Lösungen für Sie und Ihre Kunden.

Mehr Optionen – mehr Lösungen.

Produkttypen 11

Wichtiger Hinweis:

Die vorstehenden Angaben stellen unsere gegenwärtigen Erfahrungswerte dar. Es obliegt dem Verwender, vor Verwendung des Produktes selbst zu prüfen, ob es sich, auch im Hinblick auf mögliche anwendungswirksame Einflüsse, für den von ihm vorgesehenen Verwendungszweck eignet.

Alle Fragen einer Gewährleistung und Haftung bestimmen sich nach den jeweiligen kaufvertraglichen Regelungen, sofern nicht gesetzliche Vorschriften etwas anderes vorsehen.

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