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DNP

Global

Durch die Nutzung seines Kontaktnetzwerks gelang es ihm, gebogenes Harzglas zu entwickeln.

Der Trend, benzinbetriebene Fahrzeuge durch Elektrofahrzeuge zu ersetzen, beschleunigt sich, und Automobilhersteller weltweit arbeiten mit Hochdruck an der Entwicklung neuer Fahrzeuge, um sich auf die voraussichtlich bis 2025 erfolgende breite Einführung von Elektrofahrzeugen vorzubereiten. Auch Dai Nippon Printing Co., Ltd. (DNP) hat im Vorfeld dieser Revolution bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung von gebogenem Harzglas für Elektrofahrzeuge und andere Fahrzeuge erzielt.

Gebogenes Harzglas (der Boden ist ein Bogen mit einem Radius von 30 mm)

Das von DNP entwickelte Harzglas kann in Auto-Schiebedächern und Heckscheiben eingesetzt werden und wiegt etwa die Hälfte herkömmlicher Glaskomponenten. „Wenn ein ein Tonnen schweres Auto 100 kg an Gewicht verliert, kann es seinen Benzinverbrauch um einen Kilometer senken und die Kohlendioxidemissionen um mehr als 10 % reduzieren“, sagt Masanao Matsuoka, Abteilungsleiter im Entwicklungszentrum der Mobilitätssparte und verantwortlich für die Entwicklung von gebogenem Harzglas. Er betont die Bedeutung der Gewichtsreduzierung bei Elektrofahrzeugen.

Angesichts weltweit verschärfter Umweltauflagen setzen Automobilhersteller verstärkt auf Kunstharzglas, was für DNP ein großes Geschäftspotenzial eröffnet. Kunstharzglas bietet zwar viele Vorteile wie geringes Gewicht, hohe Formbarkeit sowie ausgezeichnete Schlagfestigkeit und Wärmedämmung, ist aber im Vergleich zu Glas hinsichtlich Witterungsbeständigkeit und Langlebigkeit unterlegen. Um diesen Nachteil auszugleichen, ist die Entwicklung einer harten Schutzschicht für die Harzoberfläche entscheidend.

Im Januar 2018 entwickelte DNP ein Harzglas, das sich bis zu einem Radius von 30 Millimetern biegen lässt und sich daher für Anwendungen wie gebogene Heckscheiben von Automobilen eignet. Dieses Harzglas verwendet eine extrem witterungsbeständige Hartbeschichtungsfolie (im Folgenden „Transferfolie“ genannt), die hohe Härte mit Witterungs-, Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit vereint. Die Transferfolie wurde auf Basis der Funktionsfolien-Herstellungstechnologie von DNP entwickelt. Der Aushärtungsprozess, der ihr die Hartbeschichtungseigenschaften verleiht, nutzt die firmeneigene Elektronenstrahltechnologie (EB-Technologie) von DNP, die auch bei der Herstellung von Wand- und Bodenbelägen zum Einsatz kommt. Die EB-Technologie erzeugt durch dreidimensionale Vernetzung einen dichten, ausgehärteten Film und benötigt kein Härtermittel, wodurch sich die Möglichkeiten der Materialentwicklung erheblich erweitern.

„Die Hartbeschichtung mittels Transferfolie ist derzeit die einzige verfügbare Technologie für Anwendungen an Autofenstern“, erklärt Matsuoka, und das DNP-Verfahren ist das einzige, das gleichzeitig das Formen und Übertragen der Hartbeschichtungsfolie ermöglicht (Stand: September 2018).

Um eine ähnliche Funktionalität zu erzielen, wird üblicherweise nach dem Formen eine Hartbeschichtung durch Tauchen oder Sprühen aufgebracht. Dies erfordert jedoch große Anlagen, was für die Fertigungsindustrie ein erhebliches Problem darstellt. Darüber hinaus haften Harz und Siliciumdioxid beim üblichen Herstellungsverfahren „2-Schicht-2-Einbrennen“, bei dem zweimal aufgetragen und eingebrannt wird, nicht direkt aneinander. Daher ist ein aufwendiges Verfahren erforderlich, bei dem zunächst ein Haftvermittler auf das Harz aufgetragen und getrocknet werden muss, bevor anschließend Siliciumdioxid aufgetragen und erneut getrocknet wird. Auch die Reduzierung dieses Aufwands ist ein Thema.

Den Zielkonflikt zwischen „Härte“ und „Formbarkeit“ angehen

Wird für die Hartbeschichtung ein anorganisches Material wie Siliciumdioxid verwendet, lässt es sich nur schwer biegen und bricht unter Krafteinwirkung häufig. Verwendet man hingegen ein organisches Material wie Acrylharz, ist das Material auch nach dem Auftragen der Hartbeschichtung formbar. Um die Vorteile dieses organischen Materials optimal zu nutzen, muss der Zielkonflikt zwischen hoher Härte und guter Formbarkeit gelöst werden.

 

„Wenn man versucht, anorganische Materialien so hart wie Glas zu machen, wird es sehr schwierig, sie zu biegen. Um Harzglas zu biegen, muss die harte Beschichtung eine hohe Formbarkeit aufweisen.“

Die einzige Möglichkeit, diesen Widerspruch aufzulösen und ein Material zu schaffen, das sowohl hart als auch flexibel ist, liegt in der Materialentwicklung. Matsuoka ist davon überzeugt, und die 1. Gruppe der 3. Entwicklungsabteilung, der er angehört, arbeitet täglich an der Entwicklung, sucht nach besseren Materialien und strebt danach, deren Formbarkeit zu verbessern.

„DNP verarbeitet eine breite Palette organischer Materialien. Um unsere Stärken zu demonstrieren und uns von anderen abzuheben, müssen wir die von uns im Umgang mit organischen Materialien entwickelte Technologie nutzen. Da organische Materialien im Vergleich zu anorganischen Materialien bessere mechanische Eigenschaften wie Elastizität und Dehnbarkeit aufweisen, werden wir dies als Stärke hervorheben.“

In ein Gebiet geworfen werden, in dem man keine Erfahrung hat

Matsuoka studierte Elektrotechnik an einer Fachhochschule. Obwohl er sich seit seinem Eintritt ins Unternehmen intensiv mit Chemie beschäftigt hat, verfügte er bis zu seiner Versetzung in sein jetziges Team im Oktober 2014 nur über begrenzte Kenntnisse in organischer Chemie. Das Team, dem er zugeteilt wurde, entwickelte jedoch Harzglas für den Einsatz in Baumaschinen wie Baggern, was ein breites Spektrum an Kenntnissen in organischer Chemie erforderte. Darüber hinaus wurde Matsuoka als Problemlöser für das Team eingesetzt, das Schwierigkeiten bei der Lösung eines Problems hatte.

Matsuoka, dem es an ausreichender Erfahrung in organischer Chemie mangelte, hatte vor allem mit den spezifischen Problemen von Transferfolien zu kämpfen. Die Funktionsmaterialien, die der Folie Härte, Witterungsbeständigkeit und Haltbarkeit verleihen, sammeln sich tendenziell an der Oberseite der Schichten, die die Basisfolie überlappen. Beim Transfer dieser Folie auf Harz kehrt sich die Schichtstruktur um, sodass sich die Funktionsmaterialien unten, näher am Harz, anstatt an der Oberfläche ansammeln. Dies beeinträchtigt die Funktionsfähigkeit der Folie, weshalb er „gegen die Naturgesetze“ denken musste.

Glücklicherweise gelang es Matsuoka und seinem Team, dieses Problem durch Experimentieren mit Materialien und Mischungen innerhalb kurzer Zeit zu lösen. Matsuoka gibt bescheiden zu, dass es „einfach so passiert“ sei, doch sein Können wurde hoch gelobt. Das Harzglas für Baumaschinen kam im Februar 2015 auf den Markt.

„Ich habe mir Lehrbücher gekauft und mir die organische Chemie selbst beigebracht, aber es war eine große Hilfe, dass mir meine Kommilitonen aus höheren Semestern und jüngere Kommilitonen die wichtigsten Punkte erklärt haben“, sagt Matsuoka. So wie sich viele Freunde „einfach um mich scharen“, wenn er Trompete spielt oder mit dem Auto unterwegs ist, zieht Matsuokas freundliche Art auch im Berufsleben die Menschen an. Obwohl er sich dessen scheinbar nicht bewusst ist, scheint dieses spontane Netzwerk an Kontakten ein Vorteil für seine Arbeit zu sein.

Weiterentwicklung von Anwendungen für Harzglas

Matsuokas Aufgabe ist es, den Fortschritt der Entwicklerteammitglieder zu koordinieren. Jedes Mitglied bearbeitet ein anderes Thema, beispielsweise die Überprüfung der Korrelation zwischen Bewitterungstests und realen Bewitterungstests, bei denen Harzglas dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, um seine Witterungsbeständigkeit zu prüfen, oder die Durchführung wiederholter Experimente zur Verbesserung des Materialdesigns. Er entwickelt außerdem gemeinsam mit anderen Teammitgliedern neue Ideen und führt Experimente durch, die über die Anforderungen von Normen und Kundenunternehmen hinausgehen, etwa zur Beständigkeit gegenüber Lufterfrischern und Vogelkot. „Wir treffen uns wöchentlich und hören uns die Anliegen jedes einzelnen Mitglieds bezüglich der Entwicklung an“, sagt Matsuoka. Damit beweist er auch hier sein Talent als Problemlöser.

Das Team erwägt außerdem, Harzglas auf Automobilembleme aufzubringen und diese mit einer harten Beschichtung zu versehen. Millimeterwellenradar, das für Fahrzeugsicherheitsvorrichtungen und autonome Fahrsysteme unerlässlich ist, ist häufig im Emblem verbaut. Da Millimeterwellenradar bei unebenen Emblemoberflächen Fehlfunktionen aufweisen kann, verfügen Embleme über eine ebene Struktur. Aus diesem Grund entwickelt das Team seit mehreren Jahren eine Hartbeschichtungsfolie, die auch für Embleme geeignet ist, und hat dafür ein Patent angemeldet.

Ausrichtung auf den globalen Markt

Hinsichtlich der Expansion in Überseemärkte plant das Unternehmen, je nach Kundenwunsch verschiedene Exportformen anzubieten, darunter „Hartbeschichtungs-Transferfolie“, „Hartbeschichtungs-Glasplatten“ und „gebogenes Harzglas“. Zunächst werden die europäischen und chinesischen Märkte anvisiert; das Produkt erfüllt bereits die europäischen Normen.

In China gibt es keine vergleichbaren Normen für Autoglas wie die japanische JIS-Norm. Matsuoka spricht jedoch über die Attraktivität des chinesischen Marktes: „Das Fehlen von Normen bedeutet einen leichteren Markteintritt. Auf einer Geschäftsreise nach China schaute ich aus dem Hotelfenster auf die vorbeifahrenden Autos und war überrascht, wie viele davon mit Schiebedächern ausgestattet waren. Ich habe gehört, dass rund 70 % der Autos in China Schiebedächer haben, und genau das ist der Zielmarkt für das Harzglas von DNP.“

Allerdings kann der Mangel an Standards ein zweischneidiges Schwert sein, weshalb Matsuoka Experten konsultiert, wie er mit unvorhergesehenen Umständen umgehen soll, und erwägt, die Risiken des Markteintritts in China abzusichern.

Für den Export nach China vermarktet DNP seine Produkte an Tier-1*-Zulieferer, die als Hauptauftragnehmer für Automobilhersteller fungieren, sowie an OEMs, die Hersteller von Automobil-Endprodukten. Die Aufträge der OEMs sind an strikte Produktionsstarttermine gebunden, daher ist die Entwicklung von Produkten, die den Kundenanforderungen entsprechen, ein Wettlauf gegen die Zeit. „Ob Härte oder Umformbarkeit – die Kundenanforderungen steigen stetig. Unsere oberste Priorität ist es, Produkte zu entwickeln, die diese Anforderungen termingerecht erfüllen.“

 

DNP plant, Erfahrungen auf ausländischen Märkten zu sammeln und gleichzeitig die notwendigen Prüfungen und Verfahren zur Zertifizierung in den jeweiligen Ländern durchzuführen. Darüber hinaus plant das Unternehmen, die Anwendung der Technologie auf andere mobile Objekte als Automobile und Baumaschinen auszuweiten, beispielsweise auf Fahrgeschäfte in Vergnügungsparks und Seilbahnen.

„Letztendlich wollen wir es ermöglichen, das Harzglas von DNP in jede beliebige Form zu bringen. Wir wollen außerdem Mehrwert bieten, wie z. B. hohe Haltbarkeit, Selbstreinigungseigenschaften und Antifouling-Eigenschaften. Unsere Arbeit ist grenzenlos“, schloss Matsuoka und teilte seine Zukunftsvisionen mit.

  • Tier 1: Hauptauftragnehmer. In der Automobilindustrie ein Hersteller, der Teile direkt an OEMs liefert.
  • Veröffentlicht: 16. Oktober 2018
  • Bitte beachten Sie, dass die Angaben, wie z. B. Abteilungsnamen und Produktspezifikationen, zum Zeitpunkt des Vorstellungsgesprächs korrekt sind und sich ohne vorherige Ankündigung ändern können.

16. Oktober 2018, Redaktion Discover DNP