"Der Begriff Kunst", so erklärt uns das populäre Internetlexikon Wikipedia, ist abgeleitet von Können und "bezeichnet allgemein jede zu einer gewissen Perfektion entwickelte Fertigkeit des Menschen". Mittlerweile drängt sich diese Interpretation auch für manches chemische Produkt auf: Was Wissenschaftler heute an Kunststoffen kreieren, lässt durchaus ein Streben nach Perfektion erkennen. Die wird auch dringend benötigt.

Von der Automobilindustrie beispielsweise; die sieht sich nämlich immer mehr in der Zwickmühle zwischen Kundenwünschen und Wirtschaftlichkeit, Umweltvorschriften und Sicherheitsgesetzen. Gerade letztere sind seit dem 1. Oktober 2005 um eine weitere Richtlinie erweitert worden: Alle Personenwagen, die nach diesem Datum neu auf den Markt kommen, müssen neue Vorgaben zum Fußgängerschutz erfüllen. Für die Autokonstrukteure bedeutet das, dass sie ihre künftigen Modelle von Anfang an neu entwickeln müssen. Wortwörtlich: Um den Anforderungen zu genügen, müssen die Stoßfänger soviel Energie abbauen, dass Verletzungen am Bein des Fußgängers einen bestimmten Wert nicht überschreiten dürfen. Und das ist praktisch nur mit Kunststoffen möglich.

Einer davon heißt Xenoy und stammt von GE Plastics, einem Geschäftszweig des Multikonzerns General Electric. Xenoy ist ein vielseitiges thermoplastisches Verbundgemisch aus Polybutylenterephthalat (PBT) und Polycarbonat (PC). Diese Produktfamilie zeichnet sich unter anderem durch eine gute chemische Beständigkeit, hohe Schlagzähigkeit sogar bei niedrigen Temperaturen sowie Hitzebeständigkeit aus. Das Konzept: Ein aus Xenoy geformter Energieabsorber wird unmittelbar hinter der nachgiebigen Fahrzeugfront integriert und dämpft so den Aufprall nachhaltig. Die Wissenschaftler lieferten auch gleich den Beweis dazu: In Tests wiesen sie nach, dass die aus Xenoy geformten Sicherheitsenergieabsorber die Aufprallenergie auf ausreichende Werte unterhalb der Grenzwerte verringern. Immerhin sieht das Testverfahren laut EU-Richtlinie 2003/102/EG vor, dass der Beinprüfkörper mit einer Aufprallgeschwindigkeit von 40 Stundenkilometern auf die Fahrzeugnase trifft. Dabei darf eine maximale Beschleunigung von 200 g nicht überschritten werden, die Biegung am Knie nicht mehr als 21 Grad und die Scherung nicht mehr als sechs Millimeter betragen. Vereinfacht ausgedrückt bedeuten die Grenzwerte in der Praxis nichts anderes als den Unterschied zwischen einer vorübergehenden Verletzung und einer dauerhaften Verkrüppelung des Beines. Die Fahrzeugfront mit dem Xenoy-Prallkörper, so ergaben die Tests, erfüllt alle Kriterien und bietet Fußgängern größere Sicherheit und Schutz.

Die Kunst dabei war nicht allein, eine spezielle Kunststoffmischung nur für diese Aufgabenstellung zu definieren. Deshalb gaben die Wissenschaftler dem Konzept auch alle anderen Eigenschaften mit, die heute im Automobilbau verlangt werden: Sie versprechen beim Xenoy-Fußgängerschutz Gewichtseinsparungen, sehr weitreichende Designfreiheit und niedrige Kosten. Und: GE schätzt, dass die aktuelle Entwicklungszeit für ein derartiges neues System zur Aufpralldämpfung nur zwischen drei und sechs Monaten liegt.

Zur Unterstützung solch kurzer Zeiten nahm im Frühjahr 2005 in Southfield im US-Bundesstaat Michigan das neue "Automotive Center of Excellence" seine Arbeit auf. Um den Fahrzeugherstellern fortschrittliche Lösungen zu bieten, in denen die Erfahrungen vieler Branchen zusammenfließen, sind viele GE-Unternehmensbereiche mit Bezügen zur Automobilbranche in das Projekt eingebunden. Das neue Zentrum ist mit allen Werken und Geschäftspartnern weltweit via Satellit verbunden. "Durch dieses Center können die Mitarbeiter international Ideen austauschen und noch effektiver daran arbeiten, globale Lösungen für unsere Kunden in der Automobilindustrie anzubieten", sagt Gregory A. Adams, bei GE Plastics als Vizepräsident zuständig für den Automobilmarkt.

Über dieses äußerst effektive Netzwerk arbeiten gerade bei der Entwicklung der Fußgängerschutzsysteme Laboratorien in Europa, den USA und Japan Hand in Hand. Nahezu zeitgleich mit der Einrichtung des "Center of Excellence" erweiterte GE Plastics im japanischen Moka City seine dortige Entwicklungskapazität um ein neues Testsystem für Fußgängerschutzsysteme – auch in Japan ist eine entsprechende Verordnung in Planung und soll bis 2010 in Kraft treten. Das Labor ist so ausgerüstet, dass auch alle in der EU-Norm vorgeschriebenen Tests sowie die für die entsprechenden amerikanischen Normen durchgeführt werden können.

"Unsere neuen Möglichkeiten erlauben es uns, die Wirksamkeit von thermoplastischen Systemen zur Energieaufnahme für die Fußgängersicherheit schnell nachzuweisen und damit die Automobilhersteller zu unterstützen", sagt Takaaki Nemoto von GE Plastics. "Während die Testanlagen der Fahrzeughersteller mit Versuchen an kompletten Neufahrzeugen ausgelastet sind, können wir jetzt Fachkompetenz bei Entwicklung und Test einzelner Systeme anbieten, die die künftigen weltweiten Anforderungen erfüllen."

Xenoy wurde zwar in seiner Mischung auf diesen Einsatzzweck hin optimiert; neu ist der Kunststoff im Grunde jedoch nicht. Er entstand 1982 bei GE Plastics Europe als hochwertiges Kunstharzmaterial, das sich aufgrund seiner extrem hohen Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einflüsse und seiner hohen Schlagzähigkeit insbesondere für die Verarbeitung in der Fahrzeugindustrie eignete. Bereits 1983 trugen in den USA die ersten Fahrzeuge Stoßfänger, die vollständig aus Xenoy bestanden. Zwei Jahre später waren es bereits über 35 verschiedene Modelle, die sich die Bruchsicherheit des Kunststoffes zunutze machten.

Die heute in Deutschland zweifellos bekanntesten Autos, deren Karosseriebeplankung aus Xenoy besteht, gehören zur Smart-Familie. Die Kleinwagenabteilung von DaimlerChrysler setzt auf den Kunststoff, weil er bereits in Wagenfarbe in Form gebracht werden kann und damit eine Reihe von Bearbeitungsschritten spart. Bei diesem erstmals im Farbspritzguss gefertigten, modularen Karosseriesystem stecken die Autowerker in der Endmontage die austauschbaren, drei Millimeter starken Karosserieteile einfach zusammen. Die Society of Plastics Engineers zeichnete dieses Konzept mit dem "Grand Award" für innovativen Kunststoffeinsatz aus.

Xenoy ist freilich nur ein Beispiel aus einer Palette unterschiedlicher Materialien, die in jüngster Zeit gezielt für den Einsatz im Auto entwickelt wurden und werden. "Der große Vorteil neuer High-Performance-Kunststoffe liegt darin, dass man gleich mehrere Eigenschaften eines Autos auf einen Schlag verbessern kann", sagt Mark Kingsley, der führende Marketingstratege für den Bereich Automobile und General Manager of Global Marketing bei GE Plastics Automotive.

Umweltfreundlichkeit gehört auch dazu: Anders als viele Unternehmen in der Autobranche hat sich GE klar zum Umweltschutz bekannt. Lange als Problemabfall Nummer eins bei der Entsorgung gebrandmarkt, können nun einige GE-Kompositionen zermahlen und wiederverwendet werden. Außerdem ersparen Kunststoffe, die mit Pigmenten durchzogen sind, weitgehend die Lackierung: Durch hochglänzende Polymere in metallischen Farbtönen, die besonders unempfindlich gegen Chemikalien, Kratzer und Wettereinflüsse sind, lassen sich die mit herkömmlichen Lacken verbundenen Ausstöße leicht flüchtiger organischer Verbindungen erheblich reduzieren. Für solche Entwicklungen mit umwelt- und ressourcenschonender Wirkung startete General Electric eigens das "ecomagination"-Programm, in dem das weltumspannende Unternehmen innovative Technologien für die Reduzierung von Emissionen aller Art besonders fördert.

Eine dieser neueren Technologien heißt Flexible Noryl und bezeichnet hochleistungsfähige Harze für die Beschichtung von Kabeln. Dieses veränderte PPO-Harz wird vom Autozulieferer Delphi eingesetzt. Die halogenfreie Kabelummantelung ermöglicht extrem dünne Wandstärken und damit verringertes Gewicht und Volumen. Die schmaleren und leichteren Kabel können flexibler eingesetzt werden, tragen zu einer effektiveren Energienutzung bei und schonen zugleich die Umwelt. Delphi entschied sich für das Fexible Noryl als Alternative zu den traditionellen Kabeln und Ummantelungen aus Polyvinylchlorid (PVC) und vernetztem Polyethylen (XLPE), um der Nachfrage der Autohersteller nach umweltverträglicheren Kabeln nachzukommen, die hohe Leistung mit geringem Volumen kombinieren.

"Der neue Kunststoff, den GE für Delphi entwickelt hat, hat uns in die Lage versetzt, mit einem Automobilkabel auf den Markt zu kommen, das nicht nur Umweltaspekten Rechnung trägt und unseren Kunden eine bessere Alternative zu den bestehenden Materialien bietet, sondern auch Vorteile in Bezug auf Gewicht und Volumen aufweist", sagt Lynn Long, Business Line Manager für Specialty Wiring bei Delphi Packard. "Wir wollen unser Elektronik- und Elektrikgeschäft durch den Einsatz neuer Technologie ausbauen, und unsere Zusammenarbeit mit GE hat uns geholfen, diesem Ziel näher zu kommen."

Und der Automotive Marketing Director Keith DuPont für den Bereich "Under the Hood" bei GE Plastics fügt hinzu: "Unsere neuen Flexible Noryl-Harzmaterialien sind ein perfektes Beispiel für die Innovationen von GE. Sie bieten unseren Kunden eine Reihe von Vorteilen gegenüber den traditionellen Materialien – und das bezieht sich nicht nur auf Verbesserungen der Leistung, sondern auch auf die Lösung von anspruchvollen Design- und Umweltfragen.Wir freuen uns, dass wir mit Delphi Packard Electric zusammenarbeiten können, um das ungeheure Potenzial dieses Materials auszuschöpfen."

Einen anderen Kunststoff der neuen Generation, der der Umwelt zugute kommt, nutzten die Opel-Entwickler für das über zwei Quadratmeter große Panoramadach des neuen Zafira: Er sollte Schutz gegen UV-Strahlen bieten sowie unempfindlich gegen große Temperatursprünge sein. Das optionale Glasdach des Minivans ist deshalb jetzt nicht lackiert, sondern ein Teil des Daches ist mit einem passenden Film aus Lexan SLX überzogen. Der Kunststoff aus Polycarbonat ist dunkel eingefärbt und "half uns, das Zafira-Dachdesignkonzept Wirklichkeit werden zu lassen", sagt Opel-Entwickler Hans-Dieter Lange.

Weil Lexan zwar die Basis lieferte, für diesen speziellen Einsatz aber neu abgestimmt werden musste, entwickelten die Wissenschaftler von Zulieferer und Hersteller die Folie gemeinsam. Der Kunststoff Lexan kann mit Hilfe von neuen Monomeren verändert werden, um eine erhöhte UV-Stabilität zu bieten. Und das Laborteam von GE konnte mit einer ausgezeichneten Materiallösung aufwarten. "Es ist sehr ermutigend zu sehen, wie die Autoindustrie Innovationen von ihren Zulieferern geradezu fordert und Ergebnisse mit langen Geschäftsbeziehungen honoriert", sagt Torsten Skibitzki, Commercial Director von GE Plastics Europe.

Immer höhere Kundenansprüche an Komfort und Ausstattung bescheren den Autos im Allgemeinen und Luxus-Sportcoupés im Besonderen wachsende Probleme mit Übergewicht. Um diesem fatalen Trend, der Sprit und Agilität kostet, entgegenzuwirken, ging BMW bei der Konzeption des 6er Coupés den Schritt in Richtung Karosseriekunststoff. Die Wahl der Münchner Premiummarke fiel auf Noryl GTX, ein Polyamidprodukt (PA), das mittels modifizierter Polyphenylenetherpolymer-Technologie (PPE) verstärkt ist. Diese Mischung vereint Dimensionsstabilität, geringe Wasserabsorption und Hitzebeständigkeit mit Unempfindlichkeit gegen chemische Einflüsse und dem Fließvermögen des Nylonpolymers. Das Ergebnis ist ein chemisch sehr widerstandfähiges Material mit der Steifigkeit, Schlagzähigkeit und Hitzebeständigkeit, wie sie insbesondere für das Lackieren während des Fertigungsvorganges erforderlich sind.

So bestätigt BMW-Entwickler Hans Schwager: "Wir haben uns bei den Kotflügeln der BMW 6er Serie für Noryl entschieden, weil es unseren Designern eine beispiellose Gestaltungsfreiheit erlaubte und uns die Gewichtseinsparung ermöglichte, die wir uns zum Ziel gesetzt hatten. Das Material entsprach auch unseren anspruchsvollen Anforderungen hinsichtlich der Temperaturfestigkeit bei der Lacktrocknung." Wegen der Autotauglichkeit und möglichen Gewichtseinsparung moderner High-Tech-Kunststoffe will BMW in Zukunft verstärkt auf diese alternativen Materialien zurückgreifen: Derzeit besteht ein BMW-Fahrzeug etwa zu 13 Gewichtsprozent aus Kunststoffen, in den nächsten fünf Jahren soll dieser Anteil auf 18 Prozent steigen.

Die Legierung kommt gleichzeitig den gesetzlich vorgeschriebenen und immer stärkeren Bemühungen der Automobilindustrie beim Recyceln von Kunststoffen entgegen. So kann das Material wieder zermahlen und allein oder als Mischung mit anderen Komponenten verwendet werden. "Wir haben keine Zweifel, dass wir weiterhin auch außerhalb des Automobilsektors erfolgreich sein werden, doch es ist offensichtlich, dass Noryl GTX-Kunststoffe zunehmend in der Automobilindustrie bei Fahrzeugaufbauten und Tankstutzen eingesetzt werden", sagt GE Plastics-Manager Mark Kingsley.

Ein Schwerpunkt der derzeitigen Forschung und Entwicklung von Kunststoffen für den Einsatz im Automobil liegt freilich unverändert in der Konzeption von Systemen, die den Autoherstellern die sichere Erfüllung der Fußgängerschutz-Richtlinien ermöglichen sollen. Denn was am 1. Oktober diesen Jahres in Kraft trat, ist nur die erste Phase des Forderungskataloges. In der zweiten Phase, die 2010 in Kraft treten soll, sind deutlich geringere Belastungswerte vor allem für Kopf und Oberkörper beim Aufprall eines Fußgängers vorgeschrieben. Dazu schreibt der Verband der Automobilindustrie (VDA) in seinem Jahresbericht, "dass die derzeit für die Phase 2 geplanten Maßnahmen nicht umsetzbar sind. Dabei gibt es verschiedene Bedenken wie den unvermeidbaren Zielkonflikt mit den gesetzlichen Crash-Anforderungen sowie der zweifelhaften Praxistauglichkeit einzelner notwendiger Lösungen. So würde zum Beispiel die verminderte Steifigkeit einer Motorhaube deren kraft- und formschlüssige Anbindungen an die Karosserie verhindern."

Das werden die Wissenschaftler wohl so nicht auf sich sitzen lassen. Sie arbeiten schon an einem neuen Kunststück aus Kunststoff. So sollen zwei neue Thermoplast-Technologieplattformen den Karosseriebau revolutionieren: High Modulus Ductile (HMD) und High Performance ThermoPlastic Composites (HPPC). Bei der HMD-Technologie verspricht GE sich und den Autokonstrukteuren mehr Flexibilität beim Design, Reduzierung der Teile und verbesserte Integration für Karosserieteileapplikationen. Entwicklungsziel bei den HPPC-Materialien ist beispielsweise der gleichwertige Ersatz von Aluminium und Stahl bei horizontalen Karosserieteilen, verbunden mit einer Gewichtsreduzierung um bis zu 50 Prozent. "Für den Endverbraucher könnte dies geringeren Kraftstoffverbrauch und höhere Leistung zusätzlich zu ausgezeichnetem Aufprallschutz bedeuten", sagt GE. Vielleicht sind die Befürchtungen des VDA ja damit schon überholt.