Hochpräzise Bipolarplatten im dynamisch temperierten Spritzprägen

Im Rahmen des Projektes wurde mit dem variothermen Spritzprägen ein neuartiges Verfah-ren zur Herstellung hochpräziser, dünnwandiger Bipolarplatten aus elektrisch leitfähigen, po-lypropylenbasierten Compounds entwickelt und untersucht. Ziel war es, die Vorteile des vario-thermen Spritzprägens hinsichtlich der Zykluszeit des Prozesses mit den Vorteilen des Heiß-pressens hinsichtlich der Präzision sowie der durch die höheren verarbeitbaren Füllgrade ver-besserten Eigenschaften zu vereinen. In Zusammenarbeit mit den Industriepartnern wurden hierfür geeignete Materialsysteme mit verbesserten Fließ- sowie Füllstoffeigenschaften ent-wickelt und rheologisch charakterisiert. Unter Berücksichtigung der Kompressionsabhängig-keit der Compounds konnten Materialmodelle für die Prozesssimulation erstellt werden. Auf Basis dieser Simulationen erfolgten die Auslegung und anschließend der Bau eines variothe-rmen Spritzprägewerkzeuges mit präziser Prozessüberwachungssensorik. Die experimentel-len Untersuchungen zeigen, dass mit dem variothermen Spritzprägen exakte Replikationen der Kanalstrukturen sowie der geometrischen Spezifikationen möglich sind. Im Maximum kann mit dem PlastFormance EC1 GP60 Material eine thermische Leitfähigkeit von 3,42 W∙(mK)-1 und ein minimaler elektrischer Volumenwiderstand von 0,0461 Ω∙cm ermittelt werden. Die Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit erfolgte über Nanoflash-Messungen der Tem-peraturleitfähigkeit. Allgemein zeigt sich, dass der Prozess des variothermen Spritzprägens sehr robust ist und nur in geringem Maße auf Parameteränderungen reagiert. Innerhalb des stabilen Prozessfensters lassen sich jedoch Abhängigkeiten zwischen den Einstellgrößen er-kennen. Aus diesen kann der Optimalprozess abgeleitet werden, welcher auf einem mehrstu-figen Prägeprofil mit kleinem Prägehub, hohen Massen- und Werkzeugtemperaturen sowie einem hohen Füllstoffgehalt des eingesetzten Materials basiert. Die Betrachtung der Wirt-schaftlichkeit zeigt, dass das variotherme Spritzprägen eine deutliche Kostenreduktion im Vergleich zum Heißpressen, dem Stand der Technik, darstellt. Mit einem optimierten Zwei-fachwerkzeug können zudem die Zielwerte der NOW-Studie erreicht werden.