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Dichter denn je

Kraftstofftanks aus Kunststoff kommen nicht nur bei Autos, Motorrädern, Booten und anderen Wasserfahrzeugen, sondern auch bei einer Vielzahl von weiteren Gerätschaften mit Verbrennungsmotor zum Einsatz. So werden sie vorzugsweise bei Rasenmähern, Laubsaugern und mobilen Stromgeneratoren verwendet. Kein Wunder, denn ein Tank aus Kunststoff hat viele Vorteile. Doch ein mögliches Austreten von Benzindämpfen wird nicht von jedem Material wirksam verhindert.

Viele Vorteile

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Kunststoff-Tanks erfreuen sich bei den Konstrukteuren einer großen Beliebtheit. Dafür gibt es eine ganze Reihe von Gründen. Erstens können Tankbehälter aus Kunststoff nahezu beliebig gestaltet und so optimal an die umgebenden Bauteile angepasst werden. Weiterhin sind Kunststofftanks kostengünstiger herzustellen, weil beispielsweise aufwändige Schweißnähte wie bei den Pendants aus Metall nicht erforderlich sind. Häufig sind sie auch leichter, was das Handling – sei es beim Motorrad oder beim Rasenmäher – vereinfacht. Und das Material Kunststoff rostet auch nicht.

 

 

Kleiner Schönheitsfehler

I_2_TanksEin kleiner Schönheitsfehler haftet ihnen allerdings an: Sie sind nicht ganz dicht. Was nicht heißt, dass sich unter dem Fahrzeug einen Benzinlache bildet. Kunststoffe haben die Eigenschaft, nicht zu hundert Prozent gasdicht zu sein. Benzindämpfe entweichen so ganz langsam durch die Tankwandung ins Freie. Verantwortlich dafür ist der makromolekulare Aufbau des Polymers. Die Fachleute sprechen von Permeation. So gelangen zum Teil beträchtliche Mengen an Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre.

Dies erklärt, warum die US-Umweltbehörde EPA (Environmental Protection Agency) den Grenzwert für die Permeation von Kraftstoff aus Kunststofftanks von Motorrädern und anderen kleineren Maschinen mit Otto-Motor auf 1,5 Gramm pro Quadratmeter Innenoberfläche und Tag (g/m²/d) gesenkt hat. Es wird erwartet, dass auch die UN-Wirtschaftskommission für Europa (Economic Commission for Europe) den Grenzwert für Kunststoff-Motorradtanks stark herabsetzt und sich dabei an den Vorgaben der EPA orientiert.

 

Hightech-Kunststoff blockiert Schleichwege

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LANXESS arbeitet daher an speziellen Kunststoffen, die eine sehr hohe Sperrwirkung gegen Otto-Kraftstoff zeigen. Ein Materialbeispiel ist der neue Kunststoff Durethan BC 550 Z DUSXBL. „Das Polyamid 6 unterdrückt die Permeation so wirksam, dass der von der US-Umweltbehörde deutlich verschärfte Grenzwert für Motorradtanks weit unterschritten wird. Außerdem ist es schlagzäh, weshalb die daraus hergestellten Tanks besonders aufprallbeständig sind“, erläutert Maik Schulte, Entwicklungsingenieur bei LANXESS. Das Material ist vor allem eine Alternative zu Polyethylen hoher Dichte, aus dem bisher viele Kunststofftanks für Otto-Motoren gefertigt werden.

Dieses Polyethylen hoher Dichte stößt mit seinem Permeationsverhalten angesichts der verschärften Werte an seine Grenzen. Zwar kann seine Sperrwirkung gegen Kohlenwasserstoffe durch ein nachträgliches Fluorieren der Tanks verbessert werden. Doch ist dieser zusätzliche Fertigungsschritt wegen der hohen Aggressivität von Fluor sehr aufwändig und kostenintensiv.

Doch auch gegenüber anderen Materialien wie Aluminium, Stahlblech und Mehrschichtverbünden aus Kunststoff hat der neu entwickelte Hochleistungskunststoff von LANXESS  beträchtliche Vorteile.

Tanks aus einem Guss

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Das Permeationsverhalten kann im Labormaßstab mit verschiedenen Temperaturen untersucht werden. Die Permeationsrate ergibt sich aus dem Gewichtsverlust der Apparatur.

Das neue Polyamid 6 wird im so genannten Blasformverfahren zu Tanks verarbeitet – eine Einstofflösung par excellence, denn es wird kein zusätzlicher Werkstoff zum Dichten benötigt. Daher ist es auch eine wirtschaftliche Alternative zur Produktion von Tanks aus Kunststoff-Mehrschichtverbünden, die eine Sperrschicht aus EVOH (Ethylenvinylalkohol-Copolymer) enthalten. Hier werden die verschiedenen Schichten in fertigungstechnisch anspruchsvollen und vergleichsweise teuren Verfahren aufgebaut.

Im Vergleich zu Stahlblech und Aluminium kann das Polyamid damit punkten, dass es viel größere Freiheiten bei der Formgebung der oft komplexen Tankgeometrien bietet. Funktionen wie etwa Befestigungselemente sind direkt integrierbar, was die spätere Montage vereinfacht. Kostensenkend wirkt sich auch aus, dass keine Umform-, Stanz- und Schweißschritte wie etwa bei Stahlblech nötig sind.

Auch für Bio-Treibstoff geeignet

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Nicht zuletzt begegnet der neue Werkstoff einer der zentralen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts: Die Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern durch die Nutzung von Treibstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe.

So hat man bei LANXESS darauf geachtet, dass das Polyamid 6 auch die derzeit in Biotreibstoffen üblichen Ethanolgehalte verkraftet. Erste Untersuchungsergebnisse belegen, dass es sich sogar für Benzin mit einem Ethanolgehalt von 85 Prozent eignet. „Wir erwarten, dass unser neues Polyamid als Tankmaterial auch Benzinen der Klasse E85 gewachsen ist“, so Schulte.

Speziell gegenüber Aluminium hat der weichmacherfreie und unverstärkte Thermoplast Durethan BC 550 Z DUSXBL den Vorteil, dass er auf ethanolhaltige Biokraftstoffe nicht empfindlich reagiert. Weil Ethanol Wasser anzieht, bilden sich in Aluminiumtanks, deren Innenoberfläche nicht mit einer Beschichtung geschützt ist, durch Korrosion oft Partikel, die dem Motor und seiner Peripherie schaden können.

Darüber hinaus bietet das neue Material auch eine gute Alternative zu duroplastischen Composites, die gern als Material für Bootstankbehälter verwendet werden. Anders als von diesen Composites bekannt, löst der Alkohol die Kunststoffmatrix nicht auf. Ablagerungen an den Ansaugventilen und daraus resultierende Motorschäden gehören mit Durethan BC 550 Z DUSXBL der Vergangenheit an.