DE102008058225A1 - Leichtbauteil in Hybridbauweise - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Leichtbauteile in Hybridbauweise, auch als Hybridbauteil oder Hohlkammer-Leichtbauteil bezeichnet, aus einem Grundkörper aus verzinktem Eisen, der mittels Thermoplasten verstärkt wird und für die Übertragung von hohen mechanischen Belastungen geeignet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Leichtbauteile in Hybridbauweise, auch als Hybridbauteil oder Hohlkammer-Leichbauteil bezeichnet, aus einem Grundkörper aus verzinktem Eisen, der mittels Themoplasten verstärkt wird und für die Übertragung von hohen mechanischen Belastungen geeignet ist, wobei dem Thermoplasten besondere Fließhilfsmittel zugegeben werden um dessen physikalische Eigenschaften zu verbessern.
  • Derartige Leichtbauteile finden in entsprechender Gestaltung Verwendung für Fahrzeugteile, in tragenden Elementen von Büromaschinen, Haushaltsmaschinen oder anderen Maschinen oder in Konstruktionselementen für Dekorationszwecke oder dergleichen.
  • Leichtbauteile in Hydridbauweise, im Folgenden auch Hybridbauteile genannt, zeichnen sich durch den Formschluss eines zumeist aus Metall bestehenden Grundkörpers oder gegebenenfalls schalenförmigen Hohlkörpers und einem in diesen eingefügten oder angefügten Kunststoffteil aus. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden sie auch als Leichtbauteile, im Falle schalenförmiger Bauteile auch als Hohlkammer-Leichtbauteile bezeichnet.
  • Eine nichtlösbare Verbindung aus zwei oder mehreren Teilen, vorzugsweise aus Metall, wobei die Verbindung aus Kunststoff besteht und in einem die zu verbindenden Teile aufnehmenden Werkzeug, beispielsweise im Spritzgussverfahren, hergestellt werden, wird in DE-OS 27 50 982 offenbart. Aus EP-A 0 370 342 ist ein Leichtbauteil in Hybridbauweise aus einem schalenförmigen Grundkörper bekannt, dessen Innenraum Verstärkungsrippen aufweist, welche mit dem Grundkörper fest verbunden sind, indem die Verstärkungsrippen aus angespritztem Kunststoff bestehen und deren Verbindung mit dem Grundkörper an diskreten Verbindungsstellen über Durchbrüche im Grundkörper erfolgt, durch welche der Kunststoff hindurch und über die Flächen der Durchbrüche hinausreicht und ein fester Formschluss erreicht wird.
  • WO 2002/068257 offenbart sogenannte integrierte Strukturen aus Metall und Kunststoff mit der Beschreibung etlicher Befestigungsmittel um beide Komponenten miteinander fest zu verbinden. Das alternative Vorgehen, nämlich in zwei Arbeitsgängen zuerst das schalenförmige Metallteil mit Kunststoff so anzuspritzen, dass der Kunststoff durch Öffnungen im Metallteil hindurch tritt und auf der anderen Seite Grate hinterlässt, die erst in einem zusätzlichen Arbeitsgang durch Umarbeiten zu einem festen Formschluss führen, wird in WO 2004/071741 offenbart. Dass zur Herstellung eines Hybridbauteils der Metallkern nicht vollständig durch den Kunststoff sondern nur abschnittsweise umspritzt sein kann um einen festen Formschluss zu erzielen, wird in EP 1 294 552 B1 offenbart. Eine weitere Variante bei der das Metallteil sowohl oben als auch unten Öffnungen für den festen Formschluss mit dem umspritzten Kunststoff vorsieht, wird in WO 2004/011315 offenbart. WO 2001/38063 beschreibt ein Kunststoffverbundteil aus mindestens zwei flächigen Werkstücken unterschiedlichen Materials, beispielsweise Kunststoff und Metall, unterschiedlichen Metallen oder Kunststoffen, wobei die Werkstücke in ihrem Randbereich miteinander verbunden sind und die Verbindung aus angeformtem, thermoplastischem Kunststoff besteht. Ein plattenförmiges Leichtbauteil in Hybridbauweise wird durch EP 1 223 032 A2 offenbart. US 6,761,187 B1 offenbart ein Hybridbauteil in Form einer Rinne oder eines Rohrs mit integriertem Verschluss aus einem Thermoplasten.
  • Schon bald erkannte man die hervorragende Eignung von Leichtbauteilen in Hybridbauweise überall dort, wo es auf hohe Stabilität, hohe Energieaufzehrung im Falle eines Crash sowie um Gewichtseinsparung ging, also beispielsweise beim Bau von Kraftfahrzeugen. EP 0 679 565 B1 offenbart die Vorderfront eines Kraftfahrzeugs (Kfz) mit mindestens einer steifen Traverse die sich über den Hauptteil der Länge des Vorderfrontteils erstreckt mit mindestens einem Stützteil aus Kunststoff, das oder die am Endbereich der steifen Traverse angegossen wird bzw. werden. EP 1 032 526 B1 offenbart eine Tragestruktur für das Frontmodul eines Kraftfahrzeugs aus einem Stahlblech-Grundkörper, einem unverstärkten, amorphen, thermoplastischen Kunststoffmaterial, einem glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoff sowie einer Rippenstruktur aus beispielsweise Polyamid. DE 100 53 840 A1 offenbart ein Stossfängersystem oder Energieabsorberelement aus gegenüberliegend angeordneten Metallblechen und Verbindungsrippen aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff. WO 2001/40009 offenbart den Einsatz der Hybridtechnologie in Brems-, Kupplungs- oder Gaspedalen von Kraftfahrzeugen. EP 1 211 164 B1 wiederum beschreibt die Trägerstruktur für eine Kraftfahrzeug-Kühleranordnung in Hybridstruktur. Den Schlossquerträger im Fahrzeug-Frontmodul in Hybridbauweise offenbart DE 101 50 061 A1 . Einen Kfz-Querträger in Hybridbauweise beschreibt US 6,688,680 B1 . Ein weiteres Beispiel für ein Frontend Panel eines Kfz's findet sich in EP 1 380 493 A2 wobei hier allerdings das Metallteil in Form von Gurten umklammert und nicht vollständig umspritzt wird. Nicht nur für Frontends oder Pedale kann man Leichtbauteile in Hybridbauweise einsetzen, sondern im gesamten Bereich einer Fahrzeugkarosserie. Beispiele liefern hierfür DE 100 18 186 B4 für eine Fahrzeugtür mit Türkasten, EP 1 232 935 A1 für die Fahrzeugkarosserie selber und DE 102 21 709 A1 für die Trägerelemente von Kraftfahrzeugen
  • Hochfließfähige thermoplastische Zusammensetzungen sind für eine Vielzahl von formgebenden Verfahren, beispielsweise Spritzgussanwendungen interessant. Beispielsweise erfordern Dünnwandbauteile in der Elektro-, Elektronik- und Kfz-Industrie niedrige Viskositäten der Thermoplastzusammensetzung, damit ein Füllen der Form bei möglichst geringen Fülldrucken bzw. Schließkräften der entsprechenden Spritzgießmaschinen möglich ist. Dies trifft auch auf das gleichzeitige Füllen von mehreren Spritzgussbauteilen über ein gemeinsames Angusssystem in sogenannten Vielfachwerkzeugen zu. Des Weiteren können häufig mit niederviskosen thermoplastischen Zusammensetzungen auch kürzere Zykluszeiten realisiert werden. Darüber hinaus sind gute Fließfähigkeiten gerade auch bei hochgefüllten thermoplastischen Zusammensetzungen, beispielsweise mit Glasfasergehalten und/oder Mineralgehalten von über 40 Gew.-%, sehr wichtig.
  • Es hat sich nun aber gezeigt, dass der feste Metall-Kunststoff-Verbund in den oben genannten Anwendungen in erster Linie durch die Durchbrüche im Metall und den durch die Durchbrüche hindurchfließenden Thermoplasten erzielt wird. Nachteilig daran ist, dass dies einerseits zusätzliche Mengen an Thermoplasten erfordert wodurch das Gewicht erhöht wird und dass der feste Formschluss in erster Linie an den Durchbrüchen vorliegt, sofern nicht zusätzliche Umgurtungen gemäß EP-A 13 80 493 vorgesehen werden. Damit steht ein erheblicher Teil der Metalloberfläche für den festen Formschluß von Metall und Kunststoff gar nicht zur Verfügung.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, Hohlkammerleichtbauteile in Hybridbauweise herzustellen, die einerseits die aus dem Stand der Technik bekannten Vorteile wie hohe Knickstabilität, hohe Torsionsstabilität, höhere Festigkeit, geringeres Gewicht, niedrigere Werkzeug-Temperaturen bei der Herstellung erfüllen bzw. aufweisen deren Metall-Kunststoff-Verbund jedoch nicht über vereinzelte Durchbrüche oder Umgurtungen des Metalls erfolgt, sondern die gesamte Kontaktfläche der Kunststoffgeometrie auf der Metalloberfläche mit einbezieht.
  • Die Lösung der Aufgabe und somit Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Leichtbauteile aus einem Verstärkungsstrukturen aufweisenden Grundkörper aus verzinktem Eisen, wobei die Verstärkungsstrukturen mit dem Grundkörper fest verbunden sind und aus angespritztem Thermoplast bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplast Polymer-Formmassen Polyamid Formmassen eingesetzt werden, die 99,99 bis 10 Gew.-Teile, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teile mindestens eines aliphatischen, teilkristallinen, thermoplastischen Polyamids enthalten und dass das verzinkte Eisen durch ein Verfahren der Reihe Säurebehandlung, Sodabehandlung, Aminbehandlung, Anodenbehandlung, Basenbehandlung oder Laserbehandlung vorbehandelt wurde.
  • Zur Klarstellung sei angemerkt, dass vom Rahmen der Erfindung alle nachfolgend aufgeführten, allgemeinen oder in Vorzugsbereichen genannten Definitionen und Parameter in beliebigen Kombinationen umfasst sind.
  • Bevorzugt einzusetzende Polyamide sind Polyamid 6 (PA6) als auch Polyamid 66 (PA66) mit relativen Lösungsviskositäten (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,0 bis 4,0, insbesondere bevorzugt Polyamid 6 mit einer relativen Lösungsviskosität (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,3–2,6 oder Gemische aus
    • A) 99,99 bis 10 Gew.-Teilen, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teilen Polyamid mit wenigstens B) 0,01 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 1,0 bis 15 Gew.-Teilen eines zusätzlichen Fließverbesserers der Reihe
    • B1) eines Copolymerisats aus mindestens einem Olefin, vorzugsweise einem α-Olefin, mit mindestens einem Methacryslsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols, vorzugsweise eines aliphatischen Alkohols mit 1-30 Kohlenstoffatomen, dessen MFI 100 g/10 min nicht unterschreitet, wobei der MFI (Melt Flow Index) bei 190°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wird, oder
    • B2) eines hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonates mit einer OH-Zahl von 1 bis 600 mg KOH/g Polycarbonat (gemäß DIN 53240, Teil 2), oder
    • B3) eines hoch- oder hyperverzweigten Polyesters des Typs AxBy mit x mindestens 1,1 und y mindestens 2,1 oder
    • B4) eines Polyalkylenglykolesters (PAGE) mit niedrigem Molekulargewicht der allgemeinen Formel (I) R-COO-(Z-O)nOC-R (I)worin R für eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, Z für eine verzweigte oder geradkettige C2 bis C15 Alkylengruppe steht und n für eine ganze Zahl von 2 bis 20 steht oder
    Mischungen von B1) mit B2) oder von B2) mit B3) oder von B1) mit B3) oder von B1) mit B2) und mit B3) oder von B1) mit B4) oder von B2) mit B4) oder von B3) mit B4) oder ternäre Mischungen der Komponenten B1) bis B4) jeweils mit A) wobei der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Eisen Oberfläche des Grundkörpers erfolgt.
  • Erfindungsgemäß umfasst der Begriff Polyamid aber auch Polyamide die makromolekulare Ketten mit sternförmiger Struktur und lineare makromolekulare Ketten umfassen. Man erhält diese aufgrund ihrer Struktur fließverbesserten Polyamide indem man gemäß DE 699 09 629 T2 ein Gemisch von Monomeren polymerisiert, das wenigstens
    • a) Monomere der allgemeinen Formel (I) R1-(-A-Z)m,
    • b) Monomere der allgemeinen Formeln (IIa) X-R2-Y und (IIb) R2-NH-C=O,
    • c) Monomere der allgemeinen Formel (II) Z-R3-Z umfasst, worin R1 ein linearer oder cyclischer, aromatischer oder aliphatischer Kohlenwasserstoffrest ist, der wenigstens zwei Kohlenstoffatome umfasst und Heteroatome umfassen kann, A eine kovalente Bindung oder ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, Z einen primären Aminrest oder eine Carboxylgruppe darstellt, R2 und R3 die gleich oder verschieden sind, aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische, substituierte oder unsubstituierte Kohlenwasserstoffreste darstellen, die 2 bis 20 Kohlenstoffatome umfassen und Heteroatome umfassen können und Y ein primärer Aminrest ist, wenn X ein Carbonylrest darstellt, oder Y ein Carbonylrest ist, wenn X einen primären Aminrest darstellt, wobei m eine ganze Zahl zwischen 3 und 8 ist.
  • Die molare Konzentration der Monomere der Formel (I) im Monomerengemisch liegt zwischen 0,1% und 2%, diejenige der Monomere der Formel (III) zwischen 0,1% und 2%, wobei die Ergänzung auf 100% den Monomeren der allgemeinen Formeln (IIa) und (IIb) entspricht.
  • Verzinktes Eisen wird hergestellt durch Überziehen von Eisenstrukturen oder Eisenblechen mit Zink, um dieses vor Rost zu schützen (galvanisiertes Eisen). Hierzu beizt man die Eisen- oder Stahl-Gegenstände mit verdünnter Schwefelsäure, die etwas Teer oder Zinnsalz und Kupfervitriol enthält, scheuert sie mit Sand, taucht sie in eine Salmiaklösung, trocknet sie in einem geheizten Raum und taucht sie dann noch heiß in das bedeutend über seinen Schmelzpunkt erhitzte Zink, welches zur Verhinderung der Oxydation mit Salmiak bedeckt ist.
  • Die verzinkten Gegenstände werden in Wasser gelegt, mit einer Bürste abgerieben und in Sägespänen abgetrocknet. Kleinere Gegenstände wirft man haufenweise in das geschmolzene Zink, holt sie mit einem Schaumlöffel nach einer Minute heraus und glüht sie in einem Flammofen unter Holzkohlenpulver, bis der Überfluss von Zink abgeschmolzen ist.
  • Beim verzinkten Eisen ist das Zink positiv und wird allein oxydiert, während selbst das entblößte Eisen unversehrt bleibt. In der Luft erstreckt sich die schützende Kraft des Zinks auf Entfernungen von 4–6 mm, unter Wasser viel weiter. Wegen dieser Vorteile, welche das Verzinken gewährt, wird es in sehr großem Maßstab ausgeführt, und man wendet besondere Vorrichtungen an, um Blech und Draht bequem handhaben zu können. Man schmelzt das Zink in eisernen Wannen, die innen mit Ton ausgekleidet sind, oder in gemauerten Bassins, legt das zu verzinkende Bauteil in das geschmolzene Metall oder leitet es mit passender Geschwindigkeit durch das Bad.
  • Erfindungsgemäß bevorzugte Blechteile enthalten 45–300 g Zink auf 1 qm Fläche, wonach die Stärke der Zinklage zu 0,006–0,043 mm angenommen werden kann.
  • Bisweilen wird Eisen zunächst galvanisch verzinkt, um ein festeres Haften des geschmolzenen Zinks zu erzielen. Es genügt für diesen Zweck auch, wenn man die gebeizten und gescheuerten Gegenstände in eine salmiakhaltige Chlorzinklösung, die sich in einem Zinkkasten befindet, legt, nach zwei Minuten herausnimmt, auf einem von unten erwärmten Blech trocknet und sofort in das geschmolzene Zink taucht.
  • Die erfindungsgemäß einzusetzenden verzinkten Stahl- oder Eisen-Grundkörper werden erfindungsgemäß einer weiteren Oberflächenbehandlung unterzogen um einen festen Formschlusses zwischen Grundkörper und Thermoplasten zu erzielen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nämlich gefunden, dass allein das Verzinken des Eisen- oder Stahl-Grundkörpers nicht zu einem festen Formschluss führt. Eine erfindungsgemäß erforderliche Vorbehandlung des verzinkten Eisen-/Stahl-Grundkörpers kann prinzipiell durch verschiedene Verfahren erfolgen. Erfindungsgemäße Vorbehandlungsverfahren der Reihe Säurebehandlung, Sodabehandlung, Aminbehandlung, Anodenbehandlung, Basenbehandlung oder Laserbehandlung werden dabei angewandt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die durch die bezeichneten Behandlungsformen vorbereitete Zink-Oberfläche zusätzlich durch andere Oberflächenmodifikationen erhöht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kommen dabei gradierte Haftvermittlerschichten (Kunststoff-Metall), die über thermisches Spritzen aufgetragen werden und die die Haftfestigkeit auf andere Weise erhöhen, zum Einsatz.
  • Die erfindungsgemäß bevorzugten, oben genannten Vorbehandlungsmethoden sind beispielsweise in EP 1 958 763 A1 oder in EP 1 559 541 A1 ausführlich beschrieben, deren Inhalt von der vorliegenden Erfindung vollumfänglich mit umfasst wird. Demnach werden für die Säurebehandlung bevorzugt anorganische Säuren eingesetzt, besonders bevorzugt wässrige Lösungen dieser anorganischen Säuren, insbesondere Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure oder eine wässrige Lösung von Ammoniumhydrogenfluorid.
  • Für die Sodabehandlung wird bevorzugt kaustisches Soda eingesetzt.
  • Für die Aminbehandlung wird bevorzugt Ammoniak, Hydrazin oder die wässrige Lösung eines organischen Amins eingesetzt. Bevorzugte organische Amine im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Amine der Reihe Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Ethylamin, Diethylamin, Triethylamin, Ethylendiamin, Ethanolamin, Allylamin, Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Anilin und ähnliche.
  • Für die Anodenbehandlung wird das verzinkte Eisen-/Stahl-Teil zunächst vorbereitet um Öle oder Fette zu entfernen, dann einer Alkalibehandlung unterzogen und schließlich anodisch mit einer Oxid-Schicht elektrolytisch in einer sauren, wässrigen Lösung überzogen. Bevorzugt erfolgt die Alkalibehandlung mit einer wässrigen Lösung mit kaustischer Soda einer Konzentration von 10 bis 20% bei 50 bis 90 Grad Celsius gefolgt von einem chemischen Polishing. Hierbei wird das verzinkte Bauteil für wenige Sekunden in eine hochkonzentrierte wässrige Lösung einer anorganischen Säure, bevorzugt Salpetersäure, Phosphorsäure oder Schwefelsäure oder ähnliche bei 80 bis 100 Grad Celsius getaucht.
  • Für die Alkalibehandlung werden bevorzugt wässrige Lösungen von Alkalimetallhydroxiden oder Erdalkalimetallhydroxiden oder Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat eingesetzt. Besonders bevorzugte Hydroxide sind Hydroxide der Reihe Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid, Strontiumhydroxid, Bariumhydroxid oder Radiumhydroxid.
  • Für die Laserbehandlung wird gepulste Nd:YAG Laserstrahlung gegebenenfalls in Kombination mit einem galvanometrischen Scansystem eingesetzt. Dadurch können unterschiedliche Strukturen auf die Zinkoberfläche aufgebracht werden. Bevorzugte Strukturen sind Punktstruktur mit einer Strukturdichte von 0,15, Linienstruktur mit einer Strukturdichte von 0,31 oder Kreuzstruktur mit einer Strukturdichte von 0,53. Die Breite der Strukturen beträgt bevorzugt 20 micrometer. Die Tiefe der Strukturen beträgt bevorzugt 30 micrometer. Der Abstand beträgt bevorzugt 100 micrometer. (Joining Plastics, 3/08 Seiten 210–217).
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet verzinktes Eisen also stets verzinkte Grundkörper aus Eisen oder Stahl die zusätzlich einer Oberflächenbehandlung unterzogen wurden, wobei eine Vorbehandlung der Reihe Säurebehandlung, Sodabehandlung, Aminbehandlung, Anodenbehandlung, Basenbehandlung oder Laserbehandlung durchgeführt wurde.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der feste Formschluss zwischen angespritztem Thermoplasten mit dem aus verzinktem Eisen bestehenden Grundkörper zusätzlich über diskrete Verbindungsstellen, nämlich über Durchbrüche im Grundkörper, durch welche der Thermoplast hindurch und über die Fläche der Durchbrüche hinausreicht, erfolgen, wodurch der ohnehin bereits über die verzinkte Oberfläche des Eisen Grundkörpers erfolgende feste Formschluss zusätzlich verstärkt wird.
  • Das Anspritzen des Thermoplasten erfolgt dann bevorzugt in einem Arbeitsgang. Für den Fall, dass zusätzlich noch zu umspritzende Durchbrüche im Grundkörper vorgesehen sind, kann der Vorgang des An- und Umspritzen des Thermoplasten und das Umformen des Grates auf der Gegenseite zu einem Stopfen in einem, zwei, drei oder mehreren Schritten umgesetzt werden.
  • Der Grundkörper aus verzinktem Eisen hat bevorzugt eine schalenförmige Form, besonders bevorzugt eine U-Form, um Verstärkungsstrukturen, wie beispielsweise Verstärkungsrippen aus Themoplasten, aufzunehmen. Der Grundkörper aus verzinktem Eisen kann aber auch im Falle von Kraftfahrzeugtüren oder alternativer Bauteile für ein Kraftfahrzeug, wie sie weiter unten aufgelistet werden, anderer Gestalt sein. Die Ausgestaltung des Grundkörpers aus verzinktem Eisen wird im Wesentlichen durch die Form des zu produzierenden Formteils bestimmt.
  • Die Verarbeitung des Thermoplasten zwecks Einsatz zur Herstellung erfindungsgemäßer Leichtbauteilen in Hybridbauweise erfolgt durch bekannte, formgebende Verfahren, bevorzugt durch Spritzgießen, Schmelzeextrusion, Pressen, Prägen oder Blasformen.
  • Erfindungsgemäß wird als Thermoplast bzw. Komponente A) in den zu verarbeitenden Formmassen Polyamid eingesetzt. Erfindungsgemäß bevorzugte Polyamide werden beispielsweise im Kunststoff-Taschenbuch (Hrsg. Saechtling), Auflage 1989, beschrieben, wo auch Bezugsquellen genannt sind. Verfahren zur Herstellung solcher Polyamide sind dem Fachmann bekannt. Die zu erzielenden Effekte zeigen sich bei allen aus dem oben zitierten Stand der Technik bekannten Variationen des Einsatzes der Hybridtechnologie, sei es dass der Thermoplast mit dem verzinkten Eisen Grundkörper nur teilweise oder über dessen gesamte Oberfläche hinweg eine feste Verbindung eingeht, oder wie im Fall der EP 1 380 493 A2 nur umgurtet, sei es dass der Thermoplast zusätzlich eingeklebt oder mit beispielsweise einem Laser mit dem verzinkten Eisen Grundkörper verbunden wird oder Kunststoffteil und Metallteil wie in WO 2004/071741 in einem zusätzlichen Arbeitsschritt den festen Formschluss erhalten.
  • Bevorzugte als Komponente A) einzusetzende Polyamide sind Polyamid 6 (PA6) oder Polyamid 66 (PA66) oder Elends, die zum überwiegenden Teil Polyamid enthalten.
  • Erfindungsgemäß insbesondere bevorzugt als Komponente A) einzusetzende Polyamide sind teilkristalline Polyamide, die ausgehend von Diaminen und Dicarbonsäuren und/oder Lactamen mit wenigstens 5 Ringgliedern oder entsprechenden Aminosäuren hergestellt werden können. Als Edukte kommen dafür aliphatische und/oder aromatische Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethyladipinsäure, Azelainsäure, Sebazinsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, aliphatische und/oder aromatische Diamine wie z. B. Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, 1,9-Nonandiamin, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin, die isomeren Diamino-dicyclohexylmethane, Diaminodicyclohexylpropane, Bis-aminomethyl-cyclohexan, Phenylendiamine, Xylylendiamine, Aminocarbonsäuren wie z. B. Aminocapronsäure, bzw. die entsprechenden Lactame in Betracht. Copolyamide aus mehreren der genannten Monomeren sind eingeschlossen.
  • Erfindungsgemäß bevorzugte Polyamide werden aus Caprolactamen, ganz besonders bevorzugt aus ε-Caprolactam sowie die meisten auf PA6, PA66 und auf anderen aliphatischen und/oder aromatischen Polyamiden bzw. Copolyamiden basierenden Compounds, bei denen auf eine Polyamidgruppe in der Polymerkette 3 bis 11 Methylengruppen kommen, hergestellt.
  • Erfindungsgemäß als Komponente A) einzusetzende teilkristalline Polyamide können auch im Gemisch mit anderen Polyamiden und/oder weiteren Polymeren eingesetzt werden. So können auch Polyamide eingesetzt werden, die gemäß DE 699 09 629 T2 in Zahlenprozent zwischen 50% und 90% makromolekulare Ketten vom Sterntyp enthalten.
  • Den Polyamiden können übliche Additive wie z. B. Entformungsmittel, Stabilisatoren und/oder Fließhilfsmittel in der Schmelze zugemischt oder auf der Oberfläche aufgebracht werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform können aber auch PA-Rezyklate, gegebenenfalls in Mischung mit Polyalkylenterephthalaten wie Polybutylenterephtalate (PBT), eingesetzt werden.
  • Erfindungsgemäß umfasst der Begriff Rezyklate
    • 1) sogenannte Post Industrial Rezyklate wobei es sich um Produktionsabfälle bei der Polykondensation oder bei der Verarbeitung anfallende Angüsse bei der Spritzgussverarbeitung, Anfahrware bei der Spritzgussverarbeitung oder Extrusion oder Randabschnitte von extrudierten Platten oder Folien handelt und
    • 2) Post Consumer Rezyklate wobei es sich um Kunststoffartikel, die nach der Nutzung durch den Endverbraucher gesammelt und aufbereitet werden, handelt.
  • Beide Arten von Rezyklat können entweder als Mahlgut oder in Form von Granulat vorliegen. Im letzteren Fall werden die Rohrezyklate nach der Auftrennung und Reinigung in einem Extruder aufgeschmolzen und granuliert. Hierdurch wird meist das Handling, die Rieselfähigkeit und die Dosierbarkeit für weitere Verarbeitungsschritte erleichtert.
  • Sowohl granulierte als auch als Mahlgut vorliegende Rezyklate können zum Einsatz kommen, wobei die maximale Kantenlänge 10 mm, vorzugsweise kleiner 8 mm betragen sollte.
  • Für den Fall, dass zusätzlich zum Polyamid Fließverbesserer zugegeben werden sollen, können die erfindungsgemäß einzusetzenden Formmassen wenigstens eine Komponente B) enthalten wobei als Komponente B) Fließverbesserer der Reihe B1), und/oder B2) und/oder B3) und/oder B4) infrage kommen.
  • B1) steht erfindungsgemäß für Copolymerisate, bevorzugt statistische Copolymerisate aus mindestens einem Olefin, bevorzugt α-Olefin und mindestens einem Methacrylsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols infrage kommen. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um statistische Copolymerisate aus mindestens einem Olefin, bevorzugt α-Olefin und mindestens einem Methacrylsäureester oder Acrylsäureester dessen MFI 100 g/10 min, vorzugsweise 150 g/10 min, besonders bevorzugt 300 g/10 min nicht unterschreitet, wobei der MFI (Melt Flow Index) im Rahmen der vorliegenden Erfindung einheitlich bei 190°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wurde.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das Copolymerisat B1) zu weniger als 4 Gew.-%, besonders bevorzugt zu weniger als 1,5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zu 0 Gew.-% aus Monomerbausteinen, die weitere reaktive funktionelle Gruppen ausgewählt aus der Gruppe umfassend Epoxide, Oxetane, Anhydride, Imide, Aziridine, Furane, Säuren, Amine, Oxazoline enthalten.
  • Geeignete Olefine, bevorzugt α-Olefine, als Bestandteil der Copolymerisate B1) weisen bevorzugt zwischen 2 und 10 Kohlenstoff-Atomen auf und können unsubstituiert oder mit einer oder mehreren aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Gruppe(n) substituiert sein.
  • Bevorzugte Olefine sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ethen, Propen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Octen, 3-Methyl-1-penten. Besonders bevorzugte Olefine sind Ethen und Propen, ganz besonders bevorzugt ist Ethen.
  • Ebenfalls geeignet sind Mischungen der beschriebenen Olefine.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden die weiteren reaktiven funktionellen Gruppen des Copolymerisates B1), ausgewählt aus der Gruppe umfassend Epoxide, Oxetane, Anhydride, Imide, Aziridine, Furane, Säuren, Amine, Oxazoline, ausschließlich über die Olefine in das Copolymer B1) eingebracht.
  • Der Gehalt des Olefins am Copolymerisat B1) liegt zwischen 50 und 90 Gew.-%, bevorzugt zwischen 55 und 75 Gew.-%.
  • Das Copolymerisat B1) wird weiterhin definiert durch den zweiten Bestandteil neben dem Olefin. Als zweiter Bestandteil sind Alkylester oder Arylalkylester der Acrylsäure oder Methacrylsäure geeignet, deren Alkyl- oder Arylalkylgruppe aus 1-30 Kohlenstoffatomen gebildet wird. Die Alkyl- oder Arylalkylgruppe kann dabei linear oder verzweigt sein sowie cycloaliphatische oder aromatische Gruppen enthalten, daneben auch durch eine oder mehrere Ether- oder Thioetherfunktionen substituiert sein. Geeignete Methacrylsäureester oder Acrylsäureester in diesem Zusammenhang sind auch solche, die aus einer Alkoholkomponente synthetisiert wurden, die auf Oligoethylenglycol oder Oligopropylenglycol mit nur einer Hydroxylgruppe und maximal 30 C-Atomen basieren.
  • Beispielsweise kann die Alkylgruppe oder Arylalkylgruppe des Methacrylsäureesters oder Acrylsäureesters ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propy, n-Butyl, iso-Butyl, tert-Butyl, sec-Butyl, 1-Pentyl, 1-Hexyl, 2-Hexyl, 3-Hexyl, 1-Heptyl, 3-Heptyl, 1-Octyl, 1-(2-Ethyl)-hexyl, 1-Nonyl, 1-Decyl, 1-Dodecyl, 1-Lauryl oder 1-Octadecyl. Bevorzugt sind Alkylgruppem oder Arylalkylgruppen mit 6-20 Kohlenstoffatomen. Bevorzugt sind insbesondere auch verzweigte Alkylgruppen, die im Vergleich zu linearen Alkylgruppen gleicher Anzahl an Kohlenstoffatomen zu einer niedrigeren Glasübergangs-Temperatur TG führen.
  • Erfindungsgemäß bedeutet eine Arylgruppe ein Molekülteil mit einem aromatischen Grundgerüst, bevorzugt ein Phenylrest.
  • Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Copolymerisate B1), bei denen das Olefin mit Acrylsäure-(2-ethyl)-hexylester copolymerisiert wird. Ebenfalls geeignet sind Mischungen der beschriebenen Acrylsäureester oder Methacrylsäurester.
  • Bevorzugt ist hierbei die Verwendung von mehr als 60 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 90 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt die Verwendung von 100 Gew.-% Acrylsäure-(2-ethyl)-hexylester bezogen auf die Gesamtmenge an Acrylsäureester und Methacrylsäureester in Copolymerisat B1).
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden die weiteren reaktiven funktionellen Gruppen ausgewählt aus der Gruppe umfassend Epoxide, Oxetane, Anhydride, Imide, Aziridine, Furane, Säuren, Amine, Oxazoline des Copolymerisates B1) ausschließlich über die Acrylsäureester oder Methacrylsäureester in das Copolymer B1) eingebracht.
  • Der Gehalt der Acrylsäureester oder Methacrylsäureester am Copolymerisat B1) liegt zwischen 10 und 50 Gew.-%, bevorzugt zwischen 25 und 45 Gew.-%.
  • Geeignete Copolymerisate B1) zeichnen sich neben der Zusammensetzung durch das niedrige Molekulargewicht aus und weisen einen MFI-Wert (Melt Flow Index) gemessen bei 190°C und einer Belastung von 2,16 kg von mindestens 100 g/10 min, bevorzugt von mindestens 150 g/10 min, besonders bevorzugt von mindestens 300 g/10 min auf.
  • Insbesondere geeignete Copolymerisate als Komponente B1) sind ausgewählt aus der Gruppe der von der Firma. Atofina unter dem Markennamen Lotryl® EH angebotenen Materialien, die gewöhnlich als Schmelzkleber Verwendung finden.
  • Als Komponente B) können die erfindungsgemäßen Formmassen alternativ zu B1) oder zusätzlich zu B1) 0,01 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.-% und insbesondere 0,7 bis 10 Gew.-% B2) mindestens eines hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonates, mit einer OH-Zahl von 1 bis 600, vorzugsweise 10 bis 550 und insbesondere von 50 bis 550 mg KOH/g Polycarbonat (gemäß DIN 53240, Teil 2) oder mindestens eines hyperverzweigten Polyesters als Komponente B3) oder Mischungen von B1) mit B2) oder von B2) mit B3) oder von B1) mit B3) oder Mischungen von B1) mit B2) und mit B3) enthalten.
  • Unter hyperverzweigten Polycarbonaten B2) werden im Rahmen dieser Erfindung unvernetzte Makromoleküle mit Hydroxyl- und Carbonatgruppen verstanden, die sowohl strukturell als auch molekular uneinheitlich sind. Sie können auf der einen Seite ausgehend von einem Zentralmolekül analog zu Dendrimeren, jedoch mit uneinheitlicher Kettenlänge der Äste aufgebaut sein. Sie können auf der anderen Seite auch linear, mit funktionellen Seitengruppen, aufgebaut sein oder aber, als Kombination der beiden Extreme, lineare und verzweigte Molekülteile aufweisen. Zur Definition von dendrimeren und hyperverzweigten Polymeren siehe auch P. J. Flory, J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718 und H. Frey et al., Chem. Eur. J. 2000, 6, No. 14, 2499.
  • Unter „hyperverzweigt” wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der Verzweigungsgrad (Degree of Branching, DB), dass heißt die mittlere Anzahl dendritischer Verknüpfungen plus mittlere Anzahl der Endgruppen pro Molekül, 10 bis 99,9%, bevorzugt 20 bis 99%, besonders bevorzugt 20–95% beträgt.
  • Unter ”dendrimer” wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der Verzweigungsgrad 99,9–100% beträgt. Zur Definition des "Degree of Branching" siehe H. Frey et al., Acta Polym. 1997, 48, 30.
  • Vorzugsweise weist die Komponente B2) ein Zahlenmittel des Molekulargewichtes Mn von 100 bis 15 000, vorzugsweise von 200 bis 12 000 und insbesondere von 500 bis 10 000 g/mol (GPC, Standard PMMA) auf.
  • Die Glasübergangstemperatur Tg beträgt insbesondere von –80°C bis 140, vorzugsweise von –60 bis 120°C (gemäß DSC, DIN 53765).
  • Insbesondere beträgt die Viskosität (mPas) bei 23°C (gemäß DIN 53019) von 50 bis 200 000, insbesondere von 100 bis 150 000 und ganz besonders bevorzugt von 200 bis 100 000.
  • Die Komponente B2) ist vorzugsweise erhältlich durch ein Verfahren, welches mindestens die folgenden Schritte umfasst:
    • a) Umsetzung mindestens eines organischen Carbonats (A) der allgemeinen Formel RO[(CO)]nOR mit mindestens einem aliphatischen, aliphatisch/aromatisch oder aromatischen Alkohol (B), welcher mindestens 3 OH-Gruppen aufweist, unter Eliminierung von Alkoholen ROH zu einem oder mehreren Kondensationsprodukten (K), wobei es sich bei R jeweils unabhängig voreinander um einen geradkettigen oder verzweigten aliphatischen, aromatisch/aliphatisch oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen handelt, und wobei die Reste R auch unter Bildung eines Ringes miteinander verbunden sein können und n eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 darstellt, oder
    • ab) Umsetzung von Phosgen, Diphosgen oder Triphosgen mit unter a) genannten Alkohol (B) unter Chlorwasserstoffeliminierung
    • b) intermolekulare Umsetzung der Kondensationsprodukte (K) zu einem hochfunktionellen, hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonat, wobei das Mengenverhältnis der OH-Gruppen zu den Carbonaten im Reaktionsgemisch so gewählt wird, dass die Kondensationsprodukte (K) im Mittel entweder eine Carbonatgruppe und mehr als eine OH-Gruppe oder eine OH-Gruppe und mehr als eine Carbonatgruppe aufweisen.
  • Als Ausgangsmaterial kann Phosgen, Diphosgen oder Triphosgen eingesetzt werden, wobei organische Carbonate bevorzugt sind.
  • Bei den Resten R der als Ausgangsmaterial eingesetzten organischen Carbonate (A) der allgemeinen Formel RO(CO)OR handelt es sich jeweils unabhängig voneinander um einen geradkettigen oder verzweigten aliphatischen, aromatisch/aliphatisch oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen. Die beiden Reste R können auch unter Bildung eines Ringes miteinander verbunden sein. Bevorzugt handelt es sich um einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest und besonders bevorzugt um einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 5 C-Atomen, oder um einen substituierten oder unsubstituierten Phenylrest.
  • Insbesondere werden einfache Carbonate der Formel RO(CO)OR eingesetzt; n beträgt vorzugsweise 1 bis 3, insbesondere 1.
  • Dialkylcarbonate oder Diarylcarbonate können zum Beispiel hergestellt werden aus der Reaktion von aliphatischen, analiphatischen oder aromatischen Alkoholen, vorzugsweise Monoalkoholen mit Phosgen. Weiterhin können sie auch über oxidative Carbonylierung der Alkohole oder Phenole mittels CO in Gegenwart von Edelmetallen, Sauerstoff oder NOx hergestellt werden. Zu Herstellmethoden von Diaryl- oder Dialkylcarbonaten siehe auch "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 6th Edition, 2000 Electronic Release, Verlag Wiley-VCH.
  • Beispiele geeigneter Carbonate umfassen aliphatische, aromatisch/aliphatische oder aromatische Carbonate wie Ethylencarbonat, 1,2- oder 1,3-Propylencarbonat, Diphenylcarbonat, Ditolylcarbonat, Dixylylcarbonat, Dinaphthylcarbonat, Ethylphenylcarbonat, Dibenzylcarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dibutylcarbonat, Diisobutylcarbonat, Dipentylcarbonat, Dihexylcarbonat, Dicyclohexylcarbonat, Diheptylcarbonat, Dioctylcarbonat, Didecylacarbonat oder Didodecylcarbonat.
  • Beispiele für Carbonate, bei denen n größer 1 ist, umfassen Dialkyldicarbonate, wie Di(-t-butyl)dicarbonat oder Dialkyltricarbonate wie Di(-t-butyltricarbonat).
  • Bevorzugt werden aliphatische Carbonate eingesetzt, insbesondere solche, bei denen die Reste 1 bis 5 C-Atome umfassen, wie zum Beispiel Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dibutylcarbonat oder Diisobutylcarbonat.
  • Die organischen Carbonate werden mit mindestens einem aliphatischen Alkohol (B), welcher mindestens 3 OH-Gruppen aufweist oder Gemischen zweier oder mehrerer verschiedener Alkohole umgesetzt.
  • Beispiele für Verbindungen mit mindestens drei OH-Gruppen umfassen Glycerin, Trimethylolmethan, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 1,2,4-Butantriol, Tris(hydroxymethyl)amin, Tris(hydroxyethyl)amin, Tris(hydroxypropyl)amin, Pentaerythrit, Diglycerin, Triglycerin, Polyglycerine, Bis(tri-methylolpropan), Tris(hydroxymethyl)isocyanurat, Tris(hydroxyethyl)isocyanurat, Phloroglucinol, Trihydroxytoluol, Trihydroxydimethylbenzol, Phloroglucide, Hexahydroxybenzol, 1,3,5-Benzoltrimethanol, 1,1,1-Tris(4'-hydroxyphenyl)methan, 1,1,1-Tris(4'-hydroxyphenyl)ethan, Bis(tri-methylolpropan) oder Zucker, wie zum Beispiel Glucose, tri- oder höherfunktionelle Polyetherole auf Basis tri- oder höherfunktioneller Alkohole und Etylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid, oder Polyesterole. Dabei sind Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 1,2,4-Butantriol, Pentaerythrit, sowie deren Polyetherole auf Basis von Etylenoxid oder Propylenoxid besonders bevorzugt.
  • Diese mehrfunktionellen Alkohole können auch in Mischung mit difunktionellen Alkoholen (B') eingesetzt werden, mit der Maßgabe, dass die mittlere OH-Funktionalität aller eingesetzten Alkohole zusammen größer als 2 ist. Beispiele geeigneter Verbindungen mit zwei OH-Gruppen umfassen Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,2- und 1,3-Propandiol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Neopentylglykol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Butandiol, 1,2-, 1,3- und 1,5-Pentandiol, Hexandiol, Cyclopentandiol, Cyclohexandiol, Cyclohexandimethanol, Bis(4-Hydroxycyclohexyl)methan, Bis(4-Hydroxycyclohexyl)ethan, 2,2-Bis(4-Hydroxycyclohexyl)propan, 1,1'-Bis(4-Hydroxyphenyl)-3,3-5-trimethylcyclohexan, Resorcin, Hydrochinon, 4,4'-Dihydroxyphenyl, Bis(4-Bis(hydroxyphenyl)sulfid, Bis(4-Hydroxyphenyl)sulfon, Bis(hydroxymethyl)-benzol, Bis(hydroxymethyl)toluol, Bis(p-hydroxyphenyl)methan, Bis(p-hydroxyphenyl)ethan, 2,2-Bis(hydroxyphenyl)propan, 1,1-Bis(p-hydroxyphenyl)cyclohexan, Dihydroxybenzophenon, difunktionelle Polyetherpolyole auf Basis Etylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder deren Gemische, Polytetrahydrofuran, Polycaprolacton oder Polyesterole auf Basis von Diolen und Dicarbonsäuren.
  • Die Diole dienen zur Feineinstellung der Eigenschaften des Polycarbonates. Falls difunktionelle Alkohole eingesetzt werden, wird das Verhältnis von difunktionellen Alkoholen B') zu den mindestens trifunktionellen Alkoholen (B) vom Fachmann je nach den gewünschten Eigenschaften des Polycarbonates festgelegt. Im Regelfalle beträgt die Menge des oder der Alkohole (B') 0 bis 39,9 mol-% bezüglich der Gesamtmenge aller Alkohole (B) und (B') zusammen. Bevorzugt beträgt die Menge 0 bis 35 mol-%, besonders bevorzugt 0 bis 25 mol-% und ganz besonders bevorzugt 0 bis 10 mol-%.
  • Die Reaktion von Phosgen, Diphosgen oder Triphosgen mit dem Alkohol oder Alkoholgemisch erfolgt in der Regel unter Eliminierung von Chlorwasserstoff, die Reaktion der Carbonate mit dem Alkohol oder Alkoholgemisch zum hochfunktionellen hochverzweigten Polycarbonat erfolgt unter Eliminierung des monofunktionellen Alkohols oder Phenols aus dem Carbonat-Molekül.
  • Die hochfunktionellen hochverzweigten Polycarbonate sind nach ihrer Herstellung, also ohne weitere Modifikation, mit Hydroxylgruppen und/oder mit Carbonatgruppen terminiert. Sie lösen sich gut in verschiedenen Lösemitteln, zum Beispiel in Wasser, Alkoholen wie Methanol, Ethanol, Butanol, Alkohol/Wasser-Mischungen, Aceton, 2-Butanon, Essigester, Butylacetat, Methoxypropylacetat, Methoxyethylacetat, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, Ethylencarbonat oder Propylencarbonat.
  • Unter einem hochfunktionellen Polycarbonat ist im Rahmen dieser Erfindung ein Produkt zu verstehen, das neben den Carbonatgruppen, die das Polymergerüst bilden, end- oder seitenständig weiterhin mindestens drei, bevorzugt mindestens sechs, insbsondere bevorzugt mindestens zehn funktionelle Gruppen aufweist. Bei den funktionellen Gruppen handelt es sich um Carbonatgruppen und/oder um OH-Gruppen. Die Anzahl der end- oder seitenständigen funktionellen Gruppen ist prinzipiell nach oben nicht beschränkt, jedoch können Produkte mit sehr hoher Anzahl funktioneller Gruppen unerwünschte Eigenschaften, wie beispielsweise hohe Viskosität oder schlechte Löslichkeit, aufweisen. Die hochfunktionellen Polycarbonate der vorliegenden Erfindung weisen zumeist nicht mehr als 500 end- oder seitenständige funktionelle Gruppen, bevorzugt nicht mehr als 100 end- oder seitenständige funktionelle Gruppen auf.
  • Bei der Herstellung der hochfunktionellen Polycarbonate B2) ist es notwendig, das Verhältnis von den OH-Gruppen enthaltenden Verbindungen zu Phosgen oder Carbonat so einzustellen, dass das resultierende einfachste Kondensationsprodukt (im weiteren Kondensationsprodukt (K) genannt) im Mittel entweder eine Carbonatgruppe oder Carbamoylgruppe und mehr als eine OH-Gruppe oder eine OH-Gruppe und mehr als eine Carbonatgruppe oder Carbamoylgruppe enthält. Die einfachste Struktur des Kondensationsproduktes (K) aus einem Carbonat (A) und einem Di- oder Polyalkohol (B) ergibt dabei die Anordnung XYn oder YnX, wobei X eine Carbonatgruppe, Y eine Hydroxyl-Gruppe und n in der Regel eine Zahl zwischen 1 und 6, vorzugsweise zwischen 1 und 4, besonders bevorzugt zwischen 1 und 3 darstellt. Die reaktive Gruppe, die dabei als einzelne Gruppe resultiert, wird im folgenden generell ”fokale Gruppe” genannt.
  • Liegt beispielsweise bei der Herstellung des einfachsten Kondensationsproduktes (K) aus einem Carbonat und einem zweiwertigen Alkohol das Umsetzungsverhältnis bei 1:1, so resultiert im Mittel ein Molekül des Typs XY, veranschaulicht durch die allgemeine Formel (I).
  • Figure 00160001
  • Bei der Herstellung des Kondensationsproduktes (K) aus einem Carbonat und einem dreiwertigen Alkohol bei einem Umsetzungsverhältnis von 1:1 resultiert im Mittel ein Molekül des Typs XY2, veranschaulicht durch die allgemeine Formel (II). Fokale Gruppe ist hier eine Carbonatgruppe.
  • Figure 00160002
  • Bei der Herstellung des Kondensationsproduktes (K) aus einem Carbonat und einem vierwertigen Alkohol ebenfalls mit dem Umsetzungsverhältnis 1:1 resultiert im Mittel ein Molekül des Typs XY3, veranschaulicht durch die allgemeine Formel (III). Fokale Gruppe ist hier eine Carbonatgruppe.
  • Figure 00160003
  • In den Formeln (I) bis (III) hat R die oben definierte Bedeutung und R1 steht für einen aliphatischen oder aromatischen Rest.
  • Weiterhin kann die Herstellung des Kondensationsprodukts (K) zum Beispiel auch aus einem Carbonat und einem dreiwertigen Alkohol, veranschaulicht durch die allgemeine Formel (IV), erfolgen, wobei das Umsetzungsverhältnis bei molar 2:1 liegt. Hier resultiert im Mittel ein Molekül des Typs X2Y; fokale Gruppe ist hier eine OH-Gruppe. In der Formel (IV) haben R und R1 die gleiche Bedeutung wie in den Formeln (I) bis (III).
  • Figure 00170001
  • Werden zu den Komponenten zusätzlich difunktionelle Verbindungen, z. B. ein Dicarbonat oder ein Diol gegeben, so bewirkt dies eine Verlängerung der Ketten, wie beispielsweise in der allgemeinen Formel (V) veranschaulicht. Es resultiert wieder im Mittel ein Molekül des Typs XY2; fokale Gruppe ist eine Carbonatgruppe.
  • Figure 00170002
  • In Formel (V) bedeutet R2 einen organischen, bevorzugt aliphatischen Rest, R und R1 sind wie vorstehend beschrieben definiert.
  • Es können auch mehrere Kondensationsprodukte (K) zur Synthese eingesetzt werden. Hierbei können einerseits mehrere Alkohole beziehungsweise mehrere Carbonate eingesetzt werden. Weiterhin lassen sich durch die Wahl des Verhältnisses der eingesetzten Alkohole und der Carbonate bzw. der Phosgene Mischungen verschiedener Kondensationsprodukte unterschiedlicher Struktur erhalten. Dies sei am Beispiel der Umsetzung eines Carbonates mit einem dreiwertigen Alkohol beispielhaft erläutert. Setzt man die Edukte im Verhältnis 1:1 ein, wie in (II) dargestellt, so erhält man ein Molekül XY2. Setzt man die Edukte im Verhältnis 2:1 ein, wie in (IV) dargestellt, so erhält man ein Molekül X2Y. Bei einem Verhältnis zwischen 1:1 und 2:1 erhält man eine Mischung von Molekülen XY2 und X2Y.
  • Die beispielhaft in den Formeln (I) bis (V) beschriebenen einfachen Kondensationsprodukte (K) reagieren erfindungsgemäß bevorzugt intermolekular unter Bildung von hochfunktionellen Polykondensationsprodukten, im folgenden Polykondensationsprodukte (P) genannt. Die Umsetzung zum Kondensationsprodukt (K) und zum Polykondensationsprodukt (P) erfolgt üblicherweise bei einer Temperatur von 0 bis 250°C, bevorzugt bei 60 bis 160°C in Substanz oder in Lösung.
  • Dabei können allgemein alle Lösungsmittel verwendet werden, die gegenüber den jeweiligen Edukten inert sind. Bevorzugt verwendet werden organische Lösungsmittel, wie zum Beispiel De can, Dodecan, Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Xylol, Dimethylformamid, Dimethylacetamid oder Solventnaphtha.
  • In einer Ausführungsform wird die Kondensationsreaktion in Substanz durchgeführt. Der bei der Reaktion freiwerdende monofunktionelle Alkohol ROH oder das Phenol, kann zur Beschleunigung der Reaktion destillativ, gegebenenfalls bei vermindertem Druck, aus dem Reaktionsgleichgewicht entfernt werden.
  • Falls Abdestillieren vorgesehen ist, ist es regelmäßig empfehlenswert, solche Carbonate einzusetzen, welche bei der Umsetzung Alkohole ROH mit einem Siedepunkt von weniger als 140°C freisetzen.
  • Zur Beschleunigung der Reaktion können auch Katalysatoren oder Katalysatorgemische zugegeben werden. Geeignete Katalysatoren sind Verbindungen, die Veresterungs- oder Umesterungsreaktionen katalysieren, zum Beispiel Alkalihydroxide, Alkalicarbonate, Alkalihydrogencarbonate, vorzugsweise des Natriums, Kaliums oder Cäsiums, tertiäre Amine, Guanidine, Ammoniumverbindungen, Phosphoniumverbindungen, Aluminium-, Zinn-, Zink, Titan-, Zirkon- oder Wismut-organische Verbindungen, weiterhin sogenannte Doppelmetallcyanid(DMC)-Katalysatoren, wie zum Beispiel in der DE-A 10138216 oder in der DE-A 10147712 beschrieben.
  • Vorzugsweise werden Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Diazabicyclooctan (DABCO), Diazabicyclononen (DBN), Diazabicycloundecen (DBU), Imidazole, wie Imidazol, 1-Methylimidazol oder 1,2-Dimethylimidazol, Titantetrabutylat, Titantetraisopropylat, Dibutylzinnoxid, Dibutylzinndilaurat, Zinndioctoat, Zirkonacetylacetonat oder Gemische davon eingesetzt.
  • Die Zugabe des Katalysators erfolgt im allgemeinen in einer Menge von 50 bis 10000, bevorzugt von 100 bis 5000 Gew. ppm bezogen auf die Menge des eingesetzten Alkohols oder Alkoholgemisches.
  • Ferner ist es auch möglich, sowohl durch Zugabe des geeigneten Katalysators, als auch durch Wahl einer geeigneten Temperatur die intermolekulare Polykondensationsreaktion zu steuern. Weiterhin lässt sich über die Zusammensetzung der Ausgangskomponenten und über die Verweilzeit das mittlere Molekulargewicht des Polymeren (P) einstellen.
  • Die Kondensationsprodukte (K) bzw. die Polykondensationsprodukte (P), die bei erhöhter Temperatur hergestellt wurden, sind bei Raumtemperatur üblicherweise über einen längeren Zeitraum stabil.
  • Aufgrund der Beschaffenheit der Kondensationsprodukte (K) ist es möglich, dass aus der Kondensationsreaktion Polykondensationsprodukte (P) mit unterschiedlichen Strukturen resultieren können, die Verzweigungen, aber keine Vernetzungen aufweisen. Ferner weisen die Polykondensationsprodukte (P) im Idealfall entweder eine Carbonatgruppe als fokale Gruppe und mehr als zwei OH-Gruppen oder aber eine OH-Gruppe als fokale Gruppe und mehr als zwei Carbonatgruppen auf. Die Anzahl der reaktiven Gruppen ergibt sich dabei aus der Beschaffenheit der eingesetzten Kondensationsprodukte (K) und dem Polykondensationsgrad.
  • Beispielsweise kann ein Kondensationsprodukt (K) gemäß der allgemeinen Formel (II) durch dreifache intermolekulare Kondensation zu zwei verschiedenen Polykondensationsprodukten (P), die in den allgemeinen Formeln (VI) und (VII) wiedergegeben werden, reagieren.
  • Figure 00190001
  • In Formel (VI) und (VII) sind R und R1 wie vorstehend definiert.
  • Zum Abbruch der intermolekularen Polykondensationsreaktion gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann die Temperatur auf einen Bereich abgesenkt werden, in dem die Reaktion zum Stillstand kommt und das Produkt (K) oder das Polykondensationsprodukt (P) lagerstabil ist.
  • Weiterhin kann man den Katalysator deaktivieren, bei basischen Katalysatoren beispielsweise durch Zugabe von Lewissäuren oder Protonensäuren.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann, sobald aufgrund der intermolekularen Reaktion des Kondensationsproduktes (K) ein Polykondensationsprodukt (P) mit gewünschtem Polykondensationsgrad vorliegt, dem Produkt (P) zum Abbruch der Reaktion ein Produkt mit gegenüber der fokalen Gruppe von (P) reaktiven Gruppen zugesetzt werden. So kann bei einer Carbonatgruppe als foka ler Gruppe zum Beispiel ein Mono-, Di- oder Polyamin zugegeben werden. Bei einer Hydroxylgruppe als fokaler Gruppe kann dem Produkt (P) beispielsweise ein Mono-, Di- oder Polyisocyanat, eine Epoxydgruppen enthaltende Verbindung oder ein mit OH-Gruppen reaktives Säurederivat zugegeben werden.
  • Die Herstellung der hochfunktionellen Polycarbonate erfolgt zumeist in einem Druckbereich von 0,1 mbar bis 20 bar, bevorzugt bei 1 mbar bis 5 bar, in Reaktoren oder Reaktorkaskaden, die im Batchbetrieb, halbkontinuierlich oder kontinuierlich betrieben werden.
  • Durch die vorgenannte Einstellung der Reaktionsbedingungen und gegebenenfalls durch die Wahl des geeigneten Lösemittels können die erfindungsgemäßen Produkte nach der Herstellung ohne weitere Reinigung weiterverarbeitet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Produkt gestrippt, das heißt, von niedermolekularen, flüchtigen Verbindungen befreit. Dazu kann nach Erreichen des gewünschten Umsatzgrades der Katalysator optional deaktiviert und die niedermolekularen flüchtigen Bestandteile, z. B. Monoalkohole, Phenole, Carbonate, Chlorwasserstoff oder leichtflüchtige oligomere oder cyclische Verbindungen destillativ, gegebenenfalls unter Einleitung eines Gases, vorzugsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Luft, gegebenenfalls bei vermindertem Druck, entfernt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die Polycarbonate neben den bereits durch die Reaktion erhaltenden funktionellen Gruppen weitere funktionelle Gruppen erhalten. Die Funktionalisierung kann dabei während des Molekulargewichtsaufbaus oder auch nachträglich, d. h. nach Beendigung der eigentlichen Polykondensation erfolgen.
  • Gibt man vor oder während des Molekulargewichtsaufbaus Komponenten zu, die neben Hydroxyl- oder Carbonatgruppen weitere funktionelle Gruppen oder funktionelle Elemente besitzen, so erhält man ein Polycarbonat-Polymer mit statistisch verteilten von den Carbonatgruppen oder Hydroxylgruppen verschiedenen Funktionalitäten.
  • Derartige Effekte lassen sich zum Beispiel durch Zusatz von Verbindungen während der Polykondensation erzielen, die neben Hydroxylgruppen, Carbonatgruppen oder Carbamoylgruppen weitere funktionelle Gruppen oder funktionelle Elemente, wie Mercaptogruppen, primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppen, Ethergruppen, Derivate von Carbonsäuren, Derivate von Sulfonsäuren, Derivate von Phosphonsäuren, Silangruppen, Siloxangruppen, Arylreste oder langkettige Alkylreste tragen. Zur Modifikation mittels Carbamat-Gruppen lassen sich beispielsweise Ethanolamin, Propanolamin, Isopropanolamin, 2-(Butylamino)ethanol, 2-(Cyclohexylamino)ethanol, 2-Amino-1-butanol, 2-(2'-Amino-ethoxy)ethanol oder höhere Alkoxylierungsprodukte des Ammoniaks, 4-Hydroxypiperidin, 1-Hydroxyethylpiperazin, Diethanolamin, Dipropanolamin, Diisopropanol amin, Tris(hydroxymethyl)aminomethan, Tris(hydroxyethyl)aminomethan, Ethylendiamin, Propylendiamin, Hexamethylendiamin oder Isophorondiamin verwenden.
  • Für die Modifikation mit Mercaptogruppen lässt sich zum Beispiel Mercaptoethanol einsetzten. Tertiäre Aminogruppen lassen sich zum Beispiel durch Einbau von N-Methyldiethanolamin, N-Methyldipropanolamin oder N,N-Dimethylethanolamin erzeugen. Ethergruppen können zum Beispiel durch Einkondensation von di- oder höherfunktionellen Polyetherolen generiert werden. Durch Reaktion mit langkettigen Alkandiolen lassen sich langkettige Alkylreste einbringen, die Reaktion mit Alkyl- oder Aryldiisocyanaten generiert Alkyl-, Aryl- und Urethangruppen oder Harnstoffgruppen aufweisende Polycarbonate.
  • Durch Zugabe von Dicarbonsäuren, Tricarbonsäuren, z. B. Terephthalsäuredimethylester oder Tricarbonsäureester lassen sich Estergruppen erzeugen.
  • Eine nachträgliche Funktionalisierung kann man erhalten, indem das erhaltene hochfunktionelle, hoch- oder hyperverzweigte Polycarbonat in einem zusätzlichen Verfahrensschritt mit einem geeigneten Funktionalisierungsreagenz, welches mit den OH- und/oder Carbonat-Gruppen oder Carbamoylgruppen des Polycarbonates reagieren kann, umsetzt.
  • Hydroxylgruppen enthaltende hochfunktionelle, hoch- oder hyperverzweigte Polycarbonate können zum Beispiel durch Zugabe von Säuregruppen- oder Isocyanatgruppen-enthaltenden Molekülen modifiziert werden. Beispielsweise lassen sich Säuregruppen-enthaltende Polycarbonate durch Umsetzung mit Anhydridgruppen enthaltenden Verbindungen erhalten.
  • Weiterhin können Hydroxylgruppen enthaltende hochfunktionelle Polycarbonate auch durch Umsetzung mit Alkylenoxiden, zum Beispiel Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid, in hochfunktionelle Polycarbonat-Polyetherpolyole überführt werden.
  • Als Komponente B3) können die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbauteile auf Hybridbasis einzusetzenden fließverbesserten Formmassen mindestens einen hyperverzweigten Polyester des Typs AxBy enthalten, wobei
    x mindestens 1,1 vorzugsweise mindestens 1,3, insbesondere mindestens 2 und
    y mindestens 2,1, vorzugsweise mindestens 2,5, insbesondere mindestens 3 beträgt.
  • Selbstverständlich können als Einheiten A bzw. B auch Mischungen eingesetzt werden.
  • Unter einem Polyester des Typs AxBy versteht man ein Kondensat, das sich aus einem x-funktionellen Molekül A und einem y-funktionellen Molekül B aufbaut. Beispielsweise sei genannt ein Polyester aus Adipinsäure als Molekül A(x = 2) und Glycerin als Molekül B(y = 3).
  • Unter hyperverzweigten Polyester B3) werden im Rahmen dieser Erfindung unvernetzte Makromoleküle mit Hydroxyl- und Carboxylgruppen verstanden, die sowohl strukturell als auch molekular uneinheitlich sind. Sie können auf der einen Seite ausgehend von einem Zentralmolekül analog zu Dendrimeren, jedoch mit uneinheitlicher Kettenlänge der Äste aufgebaut sein. Sie können auf der anderen Seite auch linear, mit funktionellen Seitengruppen, aufgebaut sein oder aber, als Kombination der beiden Extreme, lineare und verzweigte Molekülteile aufweisen. Zur Definition von dendrimeren und hyperverzweigten Polymeren siehe auch P. J. Flory, J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718 und H. Frey et al., Chem. Eur. J. 2000, 6, No. 14, 2499.
  • Unter ”hyperverzweigt” wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der Verzweigungsgrad (Degree of Branching, DB), dass heißt die mittlere Anzahl dendritischer Verknüpfungen plus mittlere Anzahl der Endgruppen pro Molekül, 10 bis 99.9%, bevorzugt 20 bis 99%, besonders bevorzugt 20 bis 95% beträgt. Unter „dendrimer” wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der Verzweigungsgrad 99,9–100% beträgt. Zur Definition des "Degree of Branching" siehe H. Frey et al., Acta Polym. 1997, 48, 30.
  • Die Komponente B3) weist vorzugsweise ein Molekulargewicht von 300 bis 30 000, insbesondere von 400 bis 25000 und ganz besonders von 500 bis 20000 g/mol auf, bestimmt mittels GPC, Standard PMMA, Laufmittel Dimethylacetamid.
  • Vorzugsweise weist B3) eine OH-Zahl von 0 bis 600, vorzugsweise 1 bis 500, insbesondere von 20 bis 500 mg KOH/g Polyester gemäß DIN 53240 auf sowie bevorzugt eine COOH-Zahl von 0 bis 600, vorzugsweise von 1 bis 500 und insbesondere von 2 bis 500 mg KOH/g Polyester.
  • Die Tg beträgt vorzugsweise von –50°C bis 140°C und insbesondere von –50 bis 100°C (mittels DSC, nach DIN 53765).
  • Insbesondere solche Komponenten B3) sind bevorzugt, in denen mindestens eine OH- bzw. COOH-Zahl größer 0, vorzugsweise größer 0, 1 und insbesondere größer 0,5 ist.
  • Durch die nachfolgend beschriebenen Verfahren ist die Komponente B3) erhältlich, beispielsweise indem man
    (m) eine oder mehrere Dicarbonsäuren oder eines oder mehrere Derivate derselben mit einem oder mehreren mindestens trifunktionellen Alkoholen umsetzt
    oder
    (n) eine oder mehrere Tricarbonsäuren oder höhere Polycarbonsäuren oder eines oder mehrere Derivate derselben mit einem oder mehreren Diolen in Gegenwart eines Lösemittels und optional in Gegenwart eines anorganischen, metallorganischen oder niedermolekularen or ganischen Katalysators oder eines Enzyms umsetzt. Die Umsetzung im Lösungsmittel ist die bevorzugte Herstellmethode.
  • Hochfunktionelle hyperverzweigte Polyester B3) sind molekular und strukturell uneinheitlich. Sie unterscheiden sich durch ihre molekulare Uneinheitlichkeit von Dendrimeren und sind daher mit erheblich geringerem Aufwand herzustellen.
  • Zu den nach Variante (m) umsetzbaren Dicarbonsäuren gehören beispielsweise Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecan-a,w-dicarbonsäure, Dodecan-a,w-dicarbonsäure, cis- und trans-Cyclohexan-1,2-dicarbonsäure, cis- und trans-Cyclohexan-1,3-dicarbonsäure, cis- und trans-Cyclohexan-1,4-dicarbonsäure, cis- und trans-Cyclopentan-1,2-dicarbonsäure sowie cis- und frans-Cyclopentan-1,3-dicarbonsäure, wobei die oben genannten Dicarbonsäuren substituiert sein können mit einem oder mehreren Resten, ausgewählt aus C1-C10-Alkylgruppen, beispielsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2&divo;Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, iso-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl oder n-Decyl, C3-C12-Cycloalkylgruppen, beispielsweise Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl, Cyclodecyl, Cycloundecyl und Cyclododecyl; bevorzugt sind Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl; Alkylengruppen wie Methylen oder Ethyliden oder C6-C14-Arylgruppen wie beispielsweise Phenyl, 1-Naphthyl, 2-Naphthyl, 1-Anthryl, 2-Anthryl, 9-Anthryl, 1-Phenanthryl, 2-Phenanthryl, 3-Phenanthryl, 4-Phenanthryl und 9-Phenanthryl, bevorzugt Phenyl, 1-Naphthyl und 2-Naphthyl, besonders bevorzugt Phenyl.
  • Als beispielhafte Vertreter für substituierte Dicarbonsäuren seien genannt: 2-Methylmalonsäure, 2-Ethylmalonsäure, 2-Phenylmalonsäure, 2-Methylbernsteinsäure, 2-Ethylbernsteinsäure, 2-Phenylbernsteinsäure, Itaconsäure, 3,3-Dimethylglutarsäure.
  • Weiterhin gehören zu den nach Variante (m) umsetzbaren Dicarbonsäuren ethylenisch ungesättigte Säuren wie beispielsweise Maleinsäure und Fumarsäure sowie aromatische Dicarbonsäuren wie beispielsweise Phthalsäure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure.
  • Weiterhin lassen sich Gemische von zwei oder mehreren der vorgenannten Vertreter einsetzen.
  • Die Dicarbonsäuren lassen sich entweder als solche oder in Form von Derivaten einsetzen.
  • Unter Derivaten werden bevorzugt verstanden
    • – die betreffenden Anhydride in monomerer oder auch polymerer Form,
    • – Mono- oder Dialkylester, bevorzugt Mono- oder Dimethylester oder die entsprechenden Mono- oder Diethylester, aber auch die von höheren Alkoholen wie beispielsweise n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, Isobutanol, tert.-Butanol, n-Pentanol, n-Hexanol abgeleiteten Mono- und Dialkylester,
    • – ferner Mono- und Divinylester sowie
    • – gemischte Ester, bevorzugt Methylethylester.
  • Es ist aber auch möglich, ein Gemisch aus einer Dicarbonsäure und einem oder mehreren ihrer Derivate einzusetzen. Gleichfalls ist es möglich, ein Gemisch mehrerer verschiedener Derivate von einer oder mehreren Dicarbonsäuren einzusetzen.
  • Besonders bevorzugt setzt man Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure oder deren Mono- oder Dimethylester ein. Ganz besonders bevorzugt setzt man Adipinsäure ein.
  • Als mindestens trifunktionelle Alkohole lassen sich beispielsweise umsetzen: Glycerin, Butan-1,2,4-triol, n-Pentan-1,2,5-triol, n-Pentan-1, 3,5-triol, n-Hexan-1,2,6-triol, n-Hexan-1, 2,5-triol, n-Hexan-1,3,6-triol, Trimethylolbutan, Trimethylolpropan oder Di-Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Pentaerythrit oder Dipentaerythrit; Zuckeralkohole wie beispielsweise Mesoerythrit, Threitol, Sorbit, Mannit oder Gemische der vorstehenden mindestens trifunktionellen Alkohole. Bevorzugt verwendet man Glycerin, Trimethylolpropan, Trimethylolethan und Pentaerythrit.
  • Nach Variante (n) umsetzbare Tricarbonsäuren oder Polycarbonsäuren sind beispielsweise 1,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1,3,5-Benzoltricarbonsäure, 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure sowie Mellitsäure.
  • Tricarbonsäuren oder Polycarbonsäuren lassen sich in der erfindungsgemäßen Reaktion entweder als solche oder aber in Form von Derivaten einsetzen.
  • Unter Derivaten werden bevorzugt verstanden
    • – die betreffenden Anhydride in monomerer oder auch polymerer Form,
    • – Mono-, Di- oder Trialkylester, bevorzugt Mono-, Di- oder Trimethylester oder die entsprechenden Mono-, Di- oder Triethylester, aber auch die von höheren Alkoholen wie beispielsweise n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, Isobutanol, tert.-Butanol, n-Pentanol, n-Hexanol abgeleiteten Mono- Di- und Triester, ferner Mono-, Di- oder Trivinylester
    • – sowie gemischte Methylethylester.
  • Es ist auch möglich, ein Gemisch aus einer Tri- oder Polycarbonsäure und einem oder mehreren ihrer Derivate einzusetzen. Gleichfalls ist es möglich, ein Gemisch mehrerer verschiedener Derivate von einer oder mehreren Tri- oder Polycarbonsäuren einzusetzen, um Komponente B3) zu erhalten.
  • Als Diole für Variante (n) verwendet man beispielsweise Ethylenglykol, Propan-1,2-diol, Propan-1,3-diol, Butan-1,2-diol, Butan-1,3-diol, Butan-1,4-diol, Butan-2,3-diol, Pentan-1,2-diol, Pentan-1,3-diol, Pentan-1,4-diol, Pentan-1,5-diol, Pentan-2,3-diol, Pentan-2,4-diol, Hexan-1,2-diol, Hexan-1,3-diol, Hexan-1,4-diol, Hexan-1,5-diol, Hexan-1,6-diol, Hexan-2,5-diol, Heptan-1,2-diol 1,7-Heptandiol, 1,8-Ocandiol, 1,2-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,2-Decandiol, 1,12-Dodecandiol, 1,2-Dodecandiol, 1,5-Hexadien-3,4-diol, Cyclopentandiole, Cyclohexandiole, Inositol und Derivate, (2)-Methyl-2,4-pentandiol, 2,4-Dimethyl-2,4-pentandiol, 2-Ethyl-1,3-hexandiol, 2,5-Dimethyl-2,5-hexandiol, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol, Pinacol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Polyethylenglykole HO(CH2CH2O)n-H oder Polypropylenglykole HO(CH[CH3]CH2O)n-H oder Gemische von zwei oder mehr Vertretern der voranstehenden Verbindungen, wobei n eine ganze Zahl ist und n = 4. Dabei kann eine oder auch beide Hydroxylgruppen in den vorstehend genannten Diolen auch durch SH-Gruppen substituiert werden. Bevorzugt sind Ethylenglykol, Propan-1,2-diol sowie Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol und Tripropylenglykol.
  • Die Molverhältnisse der Moleküle A zu Molekülen B im Ax By-Polyester bei den Varianten (m) und (n) betragen 4:1 bis 1:4, insbesondere 2:1 bis 1:2.
  • Die nach Variante (m) umgesetzten mindestens trifunktionellen Alkohole können Hydroxylgruppen jeweils gleicher Reaktivität aufweisen. Bevorzugt sind hier auch mindestens trifunktionelle Alkohole, deren OH-Gruppen zunächst gleich reaktiv sind, bei denen sich jedoch durch Reaktion mit mindestens einer Säuregruppe ein Reaktivitätsabfall, bedingt durch sterische oder elektronische Einflüsse, bei den restlichen OH-Gruppen induzieren lässt. Dies ist beispielsweise bei der Verwendung von Trimethylolpropan oder Pentaerythrit der Fall.
  • Die nach Variante (m) umgesetzten mindestens trifunktionellen Alkohole können aber auch Hydroxylgruppen mit mindestens zwei chemisch unterschiedlichen Reaktivitäten aufweisen.
  • Die unterschiedliche Reaktivität der funktionellen Gruppen kann dabei entweder auf chemischen (z. B. primäre/sekundäre/tertiäre OH Gruppe) oder auf sterischen Ursachen beruhen.
  • Beispielsweise kann es sich bei dem Triol um ein Triol handeln, welches primäre und sekundäre Hydroxylgruppen aufweist, bevorzugtes Beispiel ist Glycerin.
  • Bei der Durchführung der Umsetzung nach Variante (m) arbeitet man bevorzugt in Abwesenheit von Diolen und monofunktionellen Alkoholen.
  • Bei der Durchführung der Umsetzung nach Variante (n) arbeitet man bevorzugt in Abwesenheit von mono- oder Dicarbonsäuren.
  • Das Verfahren wird in Gegenwart eines Lösemittels durchgeführt. Geeignet sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe wie Paraffine oder Aromaten. Besonders geeignete Paraffine sind n-Heptan und Cyclohexan. Besonders geeignete Aromaten sind Toluol, ortho-Xylol, meta-Xylol, para-Xylol, Xylol als Isomerengemisch, Ethylbenzol, Chlorbenzol und ortho- und meta-Dichlorbenzol. Weiterhin sind als Lösemittel in Abwesenheit von sauren Katalysatoren ganz besonders geeignet: Ether wie beispielsweise Dioxan oder Tetrahydrofuran und Ketone wie beispielsweise Methylethylketon und Methylisobutylketon.
  • Die Menge zugesetzten Lösemittels beträgt mindestens 0,1 Gew.-%, bezogen auf die Masse der eingesetzten umzusetzenden Ausgangsmaterialien, bevorzugt mindestens 1 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 10 Gew.-%. Man kann auch Überschüsse an Lösemittel, bezogen auf die Masse an eingesetzten umzusetzenden Ausgangsmaterialien, einsetzen, beispielsweise das 1,01- bis 10-fache. Lösemittel-Mengen von mehr als dem 100-fachen, bezogen auf die Masse an eingesetzten umzusetzenden Ausgangsmaterialien, sind nicht vorteilhaft, weil bei deutlich niedrigeren Konzentrationen der Reaktionspartner die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich nachlässt, was zu unwirtschaftlichen langen Umsetzungsdauern führt.
  • Zur Durchführung des Verfahrens kann man in Gegenwart eines Wasser entziehenden Mittels als Additiv arbeiten, das man zu Beginn der Reaktion zusetzt. Geeignet sind beispielsweise Molekularsiebe, insbesondere Molekularsieb 4 Å, MgSO4 und Na2SO4. Man kann auch während der Reaktion weiteres, Wasser entziehendes, Mittel zufügen oder Wasser entziehendes Mittel durch frisches Wasser entziehendes Mittel ersetzen. Man kann auch während der Reaktion gebildetes Wasser bzw. Alkohol abdestillieren und beispielsweise einen Wasserabscheider einsetzen.
  • Man kann das Verfahren in Abwesenheit von sauren Katalysatoren durchführen. Vorzugsweise arbeitet man in Gegenwart eines sauren anorganischen, metallorganischen oder organischen Katalysators oder Gemischen aus mehreren sauren anorganischen, metallorganischen oder organischen Katalysatoren.
  • Als saure anorganische Katalysatoren sind beispielsweise Schwefelsäure, Phosphorsäure, Phosphorsäure, hypophosphorige Säure, Aluminiumsulfathydrat, Alaun, saures Kieselgel (pH = 6, insbesondere = 5) und saures Aluminiumoxid zu nennen. Weiterhin sind beispielsweise Alumiumverbindungen der allgemeinen Formel Al(OR)3 und Titanate der allgemeinen Formel Ti(OR)4 als saure anorganische Katalysatoren einsetzbar, wobei die Reste R jeweils gleich oder verschieden sein können und unabhängig voneinander gewählt sind aus C1-C10-Alkylresten, beispielsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, iso-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl oder n-Decyl, C3-C12-Cycloalkylresten, beispielsweise Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl, Cyclodecyl, Cycloundecyl und Cyclododecyl; bevorzugt sind Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl.
  • Bevorzugt sind die Reste R in Al(OR)3 bzw. Ti(OR)4 jeweils gleich und gewählt aus Isopropyl oder 2-Ethylhexyl.
  • Bevorzugte saure metallorganische Katalysatoren sind beispielsweise gewählt aus Dialkylzinnoxiden R2SnO, wobei R wie oben stehend definiert ist. Ein besonders bevorzugter Vertreter für saure metallorganische Katalysatoren ist Di-n-butylzinnoxid, das als sogenanntes Oxo-Zinn kommerziell erhältlich ist, oder Di-n-butylzinndilaurat.
  • Bevorzugte saure organische Katalysatoren sind saure organische Verbindungen mit beispielsweise Phosphatgruppen, Sulfonsäuregruppen, Sulfatgruppen oder Phosphonsäuregruppen. Besonders bevorzugt sind Sulfonsäuren wie beispielsweise para-Toluolsulfonsäure. Man kann auch saure Ionentauscher als saure organische Katalysatoren einsetzen, beispielsweise Sulfonsäuregruppenhaltige Polystyrolharze, die mit etwa 2 mol-% Divinylbenzol vernetzt sind.
  • Man kann auch Kombinationen von zwei oder mehreren der vorgenannten Katalysatoren einsetzen. Auch ist es möglich, solche organische oder metallorganische oder auch anorganische Katalysatoren, die in Form diskreter Moleküle vorliegen, in immobilisierter Form einzusetzen.
  • Wünscht man saure anorganische, metallorganische oder organische Katalysatoren einzusetzen, so setzt man erfindungsgemäß 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 2 Gew.-% Katalysator ein.
  • Das Herstellverfahren für die Komponente B3) wird unter Inertgasatmosphäre durchgeführt, das heißt beispielsweise unter Kohlendioxid, Stickstoff oder Edelgas, unter denen insbesondere Argon zu nennen ist. Es wird bei Temperaturen von 60 bis 200°C durchgeführt. Vorzugsweise arbeitet man bei Temperaturen von 130 bis 180, insbesondere bis 150°C oder darunter. Besonders bevorzugt sind maximale Temperaturen bis 145°C, ganz besonders bevorzugt bis 135°C. Die Druckbedingungen des Herstellverfahrens sind unkritisch. Man kann bei deutlich verringertem Druck arbeiten, beispielsweise bei 10 bis 500 mbar. Das Verfahren kann auch bei Drucken oberhalb von 500 mbar durchgeführt werden. Bevorzugt ist aus Gründen der Einfachheit die Umsetzung bei Atmosphärendruck; möglich ist aber auch eine Durchführung bei leicht erhöhtem Druck, bei spielsweise bis 1200 mbar. Man kann auch unter deutlich erhöhtem Druck arbeiten, beispielsweise bei Drucken bis 10 bar. Bevorzugt ist die Umsetzung bei Atmosphärendruck. Die Umsetzungsdauer beträgt üblicherweise 10 Minuten bis 25 Stunden, bevorzugt 30 Minuten bis 10 Stunden und besonders bevorzugt eine bis 8 Stunden.
  • Nach beendeter Reaktion lassen sich die hochfunktionellen hyperverzweigten Polyester B3) leicht isolieren, beispielsweise durch Abfiltrieren des Katalysators und Einengen, wobei man das Einengen üblicherweise bei vermindertem Druck durchführt. Weitere gut geeignete Aufarbeitungsmethoden sind Ausfällen nach Zugabe von Wasser und anschließendes Waschen und Trocknen.
  • Weiterhin kann die Komponente B3) in Gegenwart von Enzymen oder Zersetzungsprodukten von Enzymen hergestellt werden (gemäß DE-A 10 163 163 ). Es gehören die erfindungsgemäß umgesetzten Dicarbonsäuren nicht zu den sauren organischen Katalysatoren im Sinne der vorliegenden Erfindung.
  • Bevorzugt ist die Verwendung von Lipasen oder Esterasen. Gut geeignete Lipasen und Esterasen sind Candida cylindracea, Candida lipolytica, Candida rugosa, Candida antarctica, Candida utilis, Chromobacterium viscosum, Geolrichum viscosum, Geotrichum candidum, Mucor javanicus, Mucor mihei, pig pancreas, pseudomonas spp., pseudomonas fluorescens, Pseudomonas cepacia, Rhizopus arrhizus, Rhizopus delemar, Rhizopus niveus, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Penicillium roquefortii, Penicillium camembertii oder Esterase von Bacillus spp. und Bacillus thermoglucosidasius. Besonders bevorzugt ist Candida antarctica Lipase B. Die aufgeführten Enzyme sind kommerziell erhältlich, beispielsweise bei Novozymes Biotech Inc., Dänemark.
  • Bevorzugt setzt man das Enzym in immobilisierter Form ein, beispielsweise auf Kieselgel oder Lewatit®. Verfahren zur Immobilisierung von Enzymen sind bekannt, beispielsweise aus Kurt Faber, "Biotransformations in Organic Chemistry", 3. Auflage 1997, Springer Verlag, Kapitel 3.2 "Immobilization" Seite 345–356. Immobilisierte Enzyme sind kommerziell erhältlich, beispielsweise bei Novozymes Biotech Inc., Dänemark.
  • Die Menge an einzusetzendem, immobilisiertem Enzym beträgt 0,1 bis 20 Gew.-%, insbesondere 10 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Masse der insgesamt eingesetzten umzusetzenden Ausgangsmaterialien.
  • Das Verfahren unter Einsatz von Enzymen wird bei Temperaturen über 60°C durchgeführt. Vorzugsweise arbeitet man bei Temperaturen von 100°C oder darunter. Bevorzugt sind Temperaturen bis 80°C, ganz besonders bevorzugt von 62 bis 75°C insbesondere bevorzugt von 65 bis 75°C.
  • Das Verfahren unter Einsatz von Enzymen wird in Gegenwart eines Lösemittels durchgeführt. Geeignet sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe wie Paraffine oder Aromaten. Besonders ge eignete Paraffine sind n-Heptan und Cyclohexan. Besonders geeignete Aromaten sind Toluol, ortho-Xylol, meta-Xylol, para-Xylol, Xylol als Isomerengemisch, Ethylbenzol, Chlorbenzol und ortho- und meta-Dichlorbenzol. Weiterhin sind ganz besonders geeignet: Ether wie beispielsweise Dioxan oder Tetrahydrofuran und Ketone wie beispielsweise Methylethylketon und Methylisobutylketon.
  • Die Menge an zugesetztem Lösemittel beträgt mindestens 5 Gew.-Teile, bezogen auf die Masse der eingesetzten umzusetzenden Ausgangsmaterialien, bevorzugt mindestens 50 Gew.-Teile und besonders bevorzugt mindestens 100 Gew.-Teile. Mengen von über 10 000 Gew.-Teile Lösemittel sind nicht erwünscht, weil bei deutlich niedrigeren Konzentrationen die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich nachlässt, was zu unwirtschaftlichen langen Umsetzungsdauern führt.
  • Das Verfahren unter Einsatz von Enzymen wird bei Drücken oberhalb von 500 mbar durchgeführt. Bevorzugt ist die Umsetzung bei Atmosphärendruck oder leicht erhöhtem Druck, beispielsweise bis 1200 mbar. Man kann auch unter deutlich erhöhtem Druck arbeiten, beispielsweise bei Drücken bis 10 bar. Bevorzugt ist die Umsetzung bei Atmosphärendruck.
  • Die Umsetzungsdauer des Verfahrens unter Einsatz von Enzymen beträgt üblicherweise 4 Stunden bis 6 Tage, bevorzugt 5 Stunden bis 5 Tage und besonders bevorzugt 8 Stunden bis 4 Tage.
  • Nach beendeter Reaktion lassen sich die hochfunktionellen hyperverzweigten Polyester isolieren, beispielsweise durch Abfiltrieren des Enzyms und Einengen, wobei man das Einengen üblicherweise bei vermindertem Druck durchführt. Weitere gut geeignete Aufarbeitungsmethoden sind Ausfällen nach Zugabe von Wasser und anschließendes Waschen und Trocknen.
  • Die nach diesem Verfahren unter Einsatz von Enzymen erhältlichen hochfunktionellen, hyperverzweigten Polyester B3) zeichnen sich durch besonders geringe Anteile an Verfärbungen und Verharzungen aus. Zur Definition von hyperverzweigten Polymeren siehe auch: P. J. Flory, J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718 und A. Sunder et al., Chem. Eur. J. 2000, 6, No. 1, 1–8. Unter ”hochfunktionell hyperverzweigt” wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jedoch verstanden, dass der Verzweigungsgrad (Degree of branching), das heißt die mittlere Anzahl von dendritischen Verknüpfungen plus die mittlere Anzahl von Endgruppen pro Molekül 10–99,9%, bevorzugt 20–99%, besonders bevorzugt 30–90% beträgt (siehe dazu H. Frey et al. Acta Polym. 1997, 48, 30).
  • Die Polyester B3) haben ein Molekulargewicht MW von 500 bis 50 000 g/mol, bevorzugt 1000 bis 20 000, besonders bevorzugt 1000 bis 19 000. Die Polydispersität beträgt 1,2 bis 50, bevorzugt 1,4 bis 40, besonders bevorzugt 1,5 bis 30 und ganz besonders bevorzugt 1,5 bis 10. Sie sind üblicherweise gut löslich, d. h. man kann klare Lösungen mit bis zu 50 Gew.-%, in einigen Fällen sogar bis zu 80 Gew.-%, der Polyester B3) in Tetrahydrofuran (THF), n-Butylacetat, Ethanol und zahlreichen anderen Lösemitteln darstellen, ohne dass mit bloßem Auge Gelpartikel detektierbar sind.
  • Die hochfunktionellen hyperverzweigten Polyester B3) sind Carboxy-terminiert, Carboxy- und Hydroxylgruppen-terminiert oder Hydroxylgruppen-terminiert, vorzugsweise jedoch nur Hydroxylgruppen-terminiert.
  • Bei den eingesetzten hyperverzweigten Polycarbonaten B2)/Polyestern B3) handelt es sich um Partikel mit einer Größe von 20–500 nm. Diese Nanopartikel liegen im Polymerblend fein verteilt vor, die Größe der Partikel im Compound beträgt von 20 bis 500 nm, vorzugsweise 50–300 nm.
  • Derartige Compounds sind im Handel z. B. als Ultradur® high speed erhältlich.
  • Die ebenfalls als mögliche Fließverbesserer einzusetzenden Polyalkylenglykolester (PAGE) B4) mit niedrigem Molekulargewicht der allgemeinen Formel (I) R-COO-(Z-O)nOC-R (I)worin
    R für eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht,
    Z für eine verzweigte oder geradkettige C2 bis C15 Alkylengruppe steht und
    n für eine ganze Zahl von 2 bis 20 steht,
    sind aus der WO 98/11164 A1 bekannt. Besonders bevorzugt ist Triethylenglycol-bis(2-ethylhexanoat) (TEG-EH), das als TEG-EH-Plasticizer, CAS-Nr. 94-28-0, von der Eastman Chemical B. V., Den Haag, Niederlande vertrieben wird.
  • Im Falle des Einsatzes von Mischungen der B) Komponenten betragen die Verhältnisse der Komponenten B1) zu B2) oder B2) zu B3) oder B1) zu B3) oder B1) zu B4) oder B) zu B4) oder B3) zu B4) vorzugsweise von 1:20 bis 20:1, insbesondere von 1:15 bis 15:1 und ganz besonders von 1:5 bis 5:1. Im Falle des Einsatzes einer ternären Mischung aus beispielsweise B1), B2) und B3) beträgt das Mischungsverhältnis vorzugsweise 1:1:20 bis 1:20:1 oder bis 20:1:1. Dies gilt ebenfalls für ternäre Mischungen mit B4).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Leichtbauteile aus einem Verstärkungsstrukturen aufweisenden Grundkörper aus verzinktem Eisen, wobei die Verstärkungsstrukturen mit dem Grundkörper fest verbunden sind und aus angespritztem Thermoplast bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplast Polymer-Formmassen enthaltend
    • A) 99,99 bis 10 Gew.-Teile, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teile Polyamid und
    • B1) 0,01 bis 50 Gew.-Teile, vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 1,0 bis 15 Gew.-Teile mindestens eines Copolymerisats aus mindestens einem Olefin, vorzugsweise einem α-Olefin, mit mindestens einem Methacryslsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols, vorzugsweise eines aliphatischen Alkohols mit 1–30 Kohlenstoffatomen dessen MFI 100 g/10 min nicht unterschreitet, wobei der MFI (Melt Flow Index) bei 190°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wird und der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Oberfläche des Grundkörpers erfolgt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Leichtbauteile erhältlich aus Polymer-Formmassen der Komponenten A) und B1) deren Grundkörper eine schalenförmige Ausgestaltung aufweist und dessen Außen- oder Innenraum zusätzlich Verstärkungsstrukturen aufweist welche mit dem Grundkörper fest verbunden sind und die aus demselben angespritzten Thermoplasten bestehen und deren Verbindung mit dem Grundkörper in einer alternativen Ausführungsform zusätzlich an diskreten Verbindungsstellen erfolgt. Diese diskreten Verbindungsstellen können bevorzugt Durchbrüche im Grundkörper sein, durch welche der Thermoplast hindurch und über die Fläche der Durchbrüche hinausreicht, wodurch der ohnehin bereits über die verzinkte Eisen Oberfläche des Grundkörpers erfolgende feste Formschluss zudem verstärkt wird. Die Verstärkungsstrukturen haben bevorzugt eine Rippen- oder Wabenform.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden für die Leichtbauteile in Hybridbauweise Formmassen eingesetzt, die zusätzlich zu den Komponenten A) und gegebenenfalls B) noch
    • C) 0,001 bis 75 Gew.-Teile, vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 20 bis 65 Gew.-Teile insbesondere bevorzugt 30–65 Gew.-Teile eines Füll- oder Verstärkungsstoffes enthalten.
  • Als Füllstoff oder Verstärkungsstoff können auch Mischungen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Füllstoffen und/oder Verstärkungsstoffen beispielsweise auf Basis von Talk, Glimmer, Silikat, Quarz, Titandioxid, Wollastonit, Kaolin, amorphe Kieselsäuren, Magnesiumcarbonat, Kreide, Feldspat, Bariumsulfat, Glaskugeln und/oder faserförmige Füllstoffe und/oder Verstärkungsstoffen auf der Basis von Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern eingesetzt werden. Bevorzugt werden mineralische teilchenförmige Füllstoffe auf der Basis von Talk, Glimmer, Silikat, Quarz, Titandioxid, Wollastonit, Kaolin, amorphe Kieselsäuren, Magnesiumcarbonat, Kreide, Feldspat, Bariumsulfat und/oder Glasfasern eingesetzt. Besonders bevorzugt werden mineralische teilchenförmige Füllstoffe auf der Basis von Talk, Wollastonit, Kaolin und/oder Glasfasern, insbesondere besonders bevorzugt Glasfasern, eingesetzt.
  • Insbesondere für Anwendungen, in denen Isotropie bei der Dimensionsstabilität und eine hohe thermische Dimensionsstabilität gefordert wird, wie beispielsweise in Kfz-Anwendungen für Karosserieaußenteile, werden bevorzugt mineralische Füllstoffe eingesetzt, insbesondere Talk, Wollastonit oder Kaolin.
  • Besonders bevorzugt werden ferner auch nadelförmige mineralische Füllstoffe eingesetzt. Unter nadelförmigen mineralischen Füllstoffen wird erfindungsgemäß ein mineralischer Füllstoff mit stark ausgeprägtem nadelförmigen Charakter verstanden. Als Beispiel seien nadelförmige Wollastonite genannt. Bevorzugt weist das Mineral ein Länge:Durchmesser – Verhältnis von 2:1 bis 35:1, besonders bevorzugt von 3:1 bis 19:1, insbesondere bevorzugt von 4:1 bis 12:1 auf. Die mittlere Teilchengröße der erfindungsgemäßen nadelförmigen Mineralien liegt bevorzugt bei kleiner 20 μm, besonders bevorzugt bei kleiner 15 μm, insbesondere bevorzugt bei kleiner 10 μm, bestimmt mit einem CILAS GRANULOMETER.
  • Der Füllstoff und/oder Verstärkungsstoff kann gegebenenfalls oberflächenmodifiziert sein, beispielsweise mit einem Haftvermittler bzw. Haftvermittlersystem z. B. auf Silanbasis. Diese Vorbehandlung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Insbesondere bei Verwendung von Glasfasern können aber zusätzlich zu Silanen auch Polymerdispersionen, Filmbildner, Verzweiger und/oder Glasfaserverarbeitungshilfsmittel verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäß besonders bevorzugt einzusetzenden Glasfasern, die im Allgemeinen einen Faserdurchmesser zwischen 7 und 18 μm, bevorzugt zwischen 9 und 15 μm haben, werden als Endlosfasern oder als geschnittene oder gemahlene Glasfasern zugesetzt. Die Fasern können mit einem geeigneten Schlichtesystem und einem Haftvermittler bzw. Haftvermittlersystem z. B. auf Silanbasis ausgerüstet sein.
  • Gebräuchliche Haftvermittler auf Silanbasis für die Vorbehandlung sind Silanverbindungen, bevorzugt Silanverbindungen der allgemeine Formel (VIII) (X-(CH2)q)k-Si-(O-CrH2r+1)4-k (VIII)worin
    X für NH2-, HO- oder
    Figure 00320001
    steht,
    q für eine ganze Zahl von 2 bis 10, bevorzugt 3 bis 4 steht,
    r für eine ganze Zahl von 1 bis 5, bevorzugt 1 bis 2 steht und
    k für eine ganze Zahl von 1 bis 3, bevorzugt 1 steht.
  • Ferner bevorzugte Haftvermittler sind Silanverbindungen aus der Gruppe Aminopropyltrimethoxysilan, Aminobutyltrimethoxysilan, Aminopropyltriethoxysilan, Aminobutyltriethoxysilan sowie die entsprechenden Silane, welche als Substituent X eine Glycidylgruppe enthalten.
  • Für die Ausrüstung der Füllstoffe werden die Silanverbindungen im Allgemeinen in Mengen von 0,05 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,25 bis 1,5 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 1 Gew.-% bezogen auf den mineralischen Füllstoff zur Oberflächenbeschichtung eingesetzt.
  • Die teilchenförmigen Füllstoffe können bedingt durch die Verarbeitung zur Formmasse bzw. Formkörper in der Formmasse bzw. im Formkörper einen kleineren d97- bzw. d50-Wert aufweisen, als die ursprünglich eingesetzten Füllstoffe. Die Glasfasern können, bedingt durch die Verarbeitung zur Formmasse bzw. Formkörper, in der Formmasse bzw. im Formkörper kürzere Längenverteilungen als ursprünglich eingesetzt aufweisen.
  • In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform können die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbauteile auf Hybridbasis einzusetzenden Polymer-Formmassen zusätzlich zu den Komponenten A) und gegebenenfalls B) und/oder C) oder anstelle von B) und/oder C) noch gegebenenfalls
    • D) 0,001 bis 30 Gew.-Teile, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 9 bis 19 Gew.-Teile mindestens eines Flammschutzadditivs enthalten.
  • Als Flammschutzadditiv oder Flammschutzmittel D) können handelsübliche organische Halogenverbindungen mit Synergisten oder handelsübliche organische Stickstoffverbindungen oder organisch/anorganische Phosphorverbindungen einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden. Auch mineralische Flammschutzadditive wie Magnesiumhydroxid oder Ca-Mg-Carbonat-Hydrate (z. B. DE-A 4 236 122 (= CA 210 9024 A1 )) können eingesetzt werden. Ebenso kommen Salze aliphatischer oder aromatischer Sulfonsäuren in Frage. Als halogenhaltige, insbesondere bromierte und chlorierte Verbindungen seien beispielhaft genannt: Ethylen-1,2-bistetrabromphthalimid, epoxidiertes Tetrabrombisphenol-A-Harz, Tetrabrombisphenol-A-oligocarbonat, Tetrachlorbisphenol-A-oligocarbonat, Pentabrompolyacrylat, bromiertes Polystyrol und Decabromdiphenylether. Als organische Phosphorverbindungen sind z. B. die Phosphorverbindungen gemäß WO-A 98/17720 (= US 6 538 024 ) geeignet, wie z. B. Triphenylphosphat (TPP), Resorcinol-bis-(diphenylphosphat) (RDP) und die daraus abgeleiteten Oligomere sowie Bisphenol-A-bis-diphenylphosphat (BDP) und die daraus abgeleiteten Oligomere, ferner organische und anorganische Phosphonsäurederivate und deren Salze, organische und anorganische Phosphinsäurederivate und deren Salze, insbesondere Metalldialkylphosphinate wie z. B. Aluminium-tris[dialkylphosphinate] oder Zink-bis[dialkylphosphinate], außerdem roter Phosphor, Phosphite, Hypophosphite, Phospinoxide, Phosphazene, Melaminpyrophosphat und deren Mischungen. Als Stickstoffverbindungen kommen solche aus der Gruppe der Allantoin-, Cyanursäure-, Dicyandiamid, Glycouril-, Guanidin-Ammonium- und Melaminderivate, bevorzugt Allantoin, Benzoguanamin, Glykouril, Melamin, Kondensationsprodukte des Melamins z. B. Melem, Melam oder Melom bzw. höher kondensierte Verbindungen dieses Typs und Addukte des Melamins mit Säuren wie z. B. mit Cyanursäure (Melamincyanurat), Phosphorsäure (Melaminphosphat) oder kondensierten Phosphorsäuren (z. B. Melaminpolyphosphat) in Frage. Als Synergisten sind z. B. Antimonverbindungen, insbesondere Antimontrioxid, Natriumantimonat und Antimonpentoxid, Zinkverbindungen wie z. B. Zinkborat, Zinkoxid, Zinkphosphat und Zinksulfid, Zinnverbindungen wie z. B. Zinnstannat und Zinnborat sowie Magnesiumverbindungen wie z. B. Magnesiumoxid, Magnesiumcarbonat und Magensiumborat geeignet. Auch können dem Flammschutzmittel sogenannte Kohlenstoffbildner wie z. B. Phenol-Formaldehydharze, Polycarbonate, Polyphenylether, Polyimide, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyphenylosulfide und Polyetherketone sowie Antitropfmittel wie Tetrafluorethylenpolymerisate zugesetzt werden.
  • In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform können die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbauteile auf Hybridbasis einzusetztenden Polymer-Formmassen zusätzlich zu den Komponenten A) und gegebenenfalls B) und C) und/oder D) oder anstelle von B) und/oder C) und/oder D) noch gegebenenfalls
    • E) 0,001 bis 80 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 2 bis 19 Gew.-Teile, insbesondere bevorzugt 9 bis 15 Gew.-Teile mindestens eines Elastomermodifikators enthalten.
  • Die als Komponente E) einzusetzenden Elastomermodifikatoren umfassen ein oder mehrere Pfropfpolymerisate von
    • E.1 5 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 90 Gew.-%, wenigstens eines Vinylmonomeren auf
    • E.2 95 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 10 Gew.-% einer oder mehrerer Pfropfgrundlagen mit Glasübergangstemperaturen < 10°C, vorzugsweise < 0°C, besonders bevorzugt < –20°C.
  • Die Pfropfgrundlage E.2 hat im allgemeinen eine mittlere Teilchengröße (d50-Wert) von 0,05 bis 10 μm, vorzugsweise 0,1 bis 5 μm, besonders bevorzugt 0,2 bis 1 μm.
  • Monomere E.1 sind vorzugsweise Gemische aus
    • E.1.1 50 bis 99 Gew.-% Vinylaromaten und/oder kernsubstituierten Vinylaromaten (wie beispielsweise Styrol, α-Methylstyrol, p-Methylstyrol, p-Chlorstyrol) und/oder Methacrylsäure-(C1-C8)-Alkylester (wie z. B. Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat) und
    • E.1.2 1 bis 50 Gew.-% Vinylcyanide (ungesättigte Nitrile wie Acrylnitril und Methacrylnitril) und/oder (Meth)Acrylsäure-(C1-C8)-Alkylester (wie z. B. Methylmethacrylat, n-Butylacrylat, t-Butylacrylat) und/oder Derivate (wie Anhydride und Imide) ungesättigter Carbonsäuren (beispielsweise Maleinsäureanhydrid und N-Phenyl-Maleinimid).
  • Bevorzugte Monomere E.1.1 sind ausgewählt aus mindestens einem der Monomere Styrol, α-Methylstyrol und Methylmethacrylat, bevorzugte Monomere E.1.2 sind ausgewählt aus mindestens einem der Monomere Acrylnitril, Maleinsäureanhydrid und Methylmethacrylat.
  • Besonders bevorzugte Monomere sind E.1.1 Styrol und E.1.2 Acrylnitril.
  • Für die in den Elastomermodifikatoren E) einzusetzenden Pfropfpolymerisate geeignete Pfropfgrundlagen E.2 sind beispielsweise Dienkautschuke, EP(D)M-Kautschuke, also solche auf Basis Ethylen/Propylen und gegebenenfalls Dien, Acrylat-, Polyurethan-, Silikon-, Chloropren und Ethylen/Vinylacetat-Kautschuke.
  • Bevorzugte Pfropfgrundlagen E.2 sind Dienkautschuke (z. B. auf Basis Butadien, Isopren etc.) oder Gemische von Dienkautschuken oder Copolymerisate von Dienkautschuken oder deren Gemischen mit weiteren copolymerisierbaren Monomeren (z. B. gemäß E.1.1 und E.1.2), mit der Maßgabe, dass die Glasübergangstemperatur der Komponente E.2 bei < 10°C, vorzugsweise bei < 0°C, besonders bevorzugt bei < –10°C liegt.
  • Besonders bevorzugte Propfgrundlagen E.2 sind z. B. ABS-Polymerisate (Emulsions-, Masse- und Suspensions-ABS), wie sie z. B. in der DE-A 2 035 390 (= US-A 3 644 574 ) oder in der DE-A 2 248 242 (= GB-A 1 409 275 ) bzw. in Ullmann, Enzyklopädie der Technischen Chemie, Bd. 19 (1980), S. 280 ff. beschrieben sind. Der Gelanteil der Pfropfgrundlage E.2 beträgt bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 40 Gew.-% (in Toluol gemessen).
  • Die Elastomermodifikatoren bzw. Pfropfpolymerisate E) werden durch radikalische Polymerisation, z. B. durch Emulsions-, Suspensions-, Lösungs- oder Massepolymerisation, vorzugsweise durch Emulsions- oder Massepolymerisation hergestellt.
  • Besonders geeignete Pfropfkautschuke sind auch ABS-Polymerisate, die durch Redox-Initiierung mit einem Initiatorsystem aus organischem Hydroperoxid und Ascorbinsäure gemäß US-A 4 937 285 hergestellt werden.
  • Da bei der Pfropfreaktion die Pfropfmonomeren bekanntlich nicht unbedingt vollständig auf die Pfropfgrundlage aufgepfropft werden, werden erfindungsgemäß unter Pfropfpolymerisaten E) auch solche Produkte verstanden, die durch (Co)Polymerisation der Pfropfmonomere in Gegenwart der Pfropfgrundlage gewonnen werden und bei der Aufarbeitung mit anfallen.
  • Geeignete Acrylatkautschuke basieren auf Pfropfgrundlagen E2, die vorzugsweise Polymerisate aus Acrylsäurealkylestern, gegebenenfalls mit bis zu 40 Gew.-%, bezogen auf E.2 anderen polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Monomeren. Zu den bevorzugten polymerisierbaren Acrylsäureestern gehören C1-C8-Alkylester, beispielsweise Methyl-, Ethyl-, Butyl-, n-Octyl- und 2-Ethylhexylester; Halogenalkylester, vorzugsweise Halogen-C1-C8-alkyl-ester, wie Chlorethylacrylat sowie Mischungen dieser Monomeren.
  • Zur Vernetzung können Monomere mit mehr als einer polymerisierbaren Doppelbindung copolymerisiert werden. Bevorzugte Beispiele für vernetzende Monomere sind Ester ungesättigter Monocarbonsäuren mit 3 bis 8 C-Atomen und Ester ungesättigter einwertiger Alkohole mit 3 bis 12 C-Atomen oder gesättigter Polyole mit 2 bis 4 OH-Gruppen und 2 bis 20 C-Atomen, wie z. B. Ethylenglykoldimethacrylat, Allylmethacrylat; mehrfach ungesättigte heterocyclische Verbindungen, wie z. B. Trivinyl- und Triallylcyanurat; polyfunktionelle Vinylverbindungen, wie Di- und Trivinylbenzole; aber auch Triallylphosphat und Diallylphthalat.
  • Bevorzugte vernetzende Monomere sind Allylmethacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Diallylphthalat und heterocyclische Verbindungen, die mindestens drei ethylenisch ungesättigte Gruppen aufweisen.
  • Besonders bevorzugte vernetzende Monomere sind die cyclischen Monomere Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat, Triacryloylhexahydro-s-triazin oder Triallylbenzole. Die Menge der vernetzten Monomere beträgt vorzugsweise 0,02 bis 5, insbesondere 0,05 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die Pfropfgrundlage E.2.
  • Bei cyclischen vernetzenden Monomeren mit mindestens drei ethylenisch ungesättigten Gruppen ist es vorteilhaft, die Menge auf unter 1 Gew.-% der Pfropfgrundlage E.2 zu beschränken.
  • Bevorzugte ”andere” polymerisierbare, ethylenisch ungesättigte Monomere, die neben den Acrylsäureestern gegebenenfalls zur Herstellung der Pfropfgrundlage E.2 dienen können, sind z. B. Acrylnitril, Styrol, α-Methylstyrol, Acrylamide, Vinyl-C1-C6-alkylether, Methylmethacrylat, Butadien. Bevorzugte Acrylatkautschuke als Pfropfgrundlage E.2 sind Emulsionspolymerisate, die einen Gelgehalt von mindestens 60 Gew.-% aufweisen.
  • Weitere geeignete Pfropfgrundlagen gemäß E.2 sind Silikonkautschuke mit pfropfaktiven Stellen, wie sie in den DE-A 3 704 657 (= US 4 859 740 ), DE-A 3 704 655 (= US 4 861 831 ), DE-A 3 631 540 (= US 4 806 593 ) und DE-A 3 631 539 (= US 4 812 515 ) beschrieben werden.
  • Neben Elastomermodifikatoren, die auf Propfpolymeren beruhen, können ebenfalls nicht auf Propfpolymeren basierende Elastomermodifikatoren als Komponente E) eingesetzt werden, die Glasübergangstemperaturen < 10°C, vorzugsweise < 0°C, besonders bevorzugt < –20°C aufweisen. Hierzu können z. B. Elastomere mit einer Blockcopolymerstruktur gehören. Hierzu können weiterhin z. B. thermoplastisch aufschmelzbare Elastomere gehören. Beispielhaft und bevorzugt sind hier EPM-, EPDM- und/oder SEES-Kautschuke genannt.
  • In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform können die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbauteile auf Hybrid-Basis einzusetzenden Polymer-Formmassen zusätzlich zu den Komponenten A) und gegebenenfalls B) und/oder C) und/oder D) und/oder E) oder anstelle von B), C), D) oder E) noch gegebenenfalls
    • F) 0,001 bis 10 Gew.-Teile, bevorzugt 0,05 bis 3 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,9 Gew.-Teile weitere übliche Additive enthalten.
  • Übliche Additive im Sinne der vorliegenden Erfindung sind z. B. Stabilisatoren (zum Beispiel UV-Stabilisatoren, Thermostabilisatoren, Gammastrahlenstabilisatoren), Antistatika, Fließhilfsmittel, Entformungsmittel, weitere Brandschutzadditive, Emulgatoren, Nukleierungsmittel, Weichmacher, Gleitmittel, Farbstoffe, Pigmente und Additive zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Die genannten und weitere geeignete Additive sind zum Beispiel beschrieben in Gächter, Müller, Kunststoff-Additive, 3. Ausgabe, Hanser-Verlag, München, Wien, 1989 und im Plastics Additives Handbook, 5th Edition, Hanser-Verlag, München, 2001. Die Additive können alleine oder in Mischung bzw. in Form von Masterbatchen eingesetzt werden.
  • Als Stabilisatoren werden bevorzugt sterisch gehinderte Phenole, Hydrochinone, aromatische sekundäre Amine wie z. B. Diphenylamine, substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone, sowie verschiedene substituierte Vertreter dieser Gruppen und deren Mischungen eingesetzt.
  • Als Pigmente bzw. Farbstoffe werden bevorzugt Titandioxid, Zinksulfid, Ultramarinblau, Eisenoxid, Ruß, Phthalocyanine, Chinacridone, Perylene, Nigrosin und Anthrachinone eingesetzt.
  • Als Nukleierungsmittel werden bevorzugt Natrium- oder Calciumphenylphosphinat, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid sowie Talkum, besonders bevorzugt Talkum eingesetzt.
  • Als Gleit- und Entformungsmittel werden bevorzugt Esterwachse, Pentaerytritoltetrastearat (PETS), langkettige Fettsäuren (z. B. Stearinsäure oder Behensäure) oder Fettsäureester, deren Salze (z. B. Ca- oder Zn-Stearat) sowie Amidderivate (z. B. Ethylen-bis-stearylamid) oder Montanwachse (Mischungen aus geradkettigen, gesättigten Carbonsäuren mit Kettenlängen von 28 bis 32 C-Atomen) sowie niedermolekulare Polyethylen- bzw. Polypropylenwachse eingesetzt.
  • Als Weichmacher werden bevorzugt Phthalsäuredioctylester, Phthalsäuredibenzylester, Phthalsäurebutylbenzylester, Kohlenwasserstofföle, N-(n-Butyl)benzolsulfonamid eingesetzt.
  • Als Additive zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit werden bevorzugt Ruße, Leitfähigkeitsruße, Carbonfibrillen, nanoskalige Graphitfasern oder Kohlenstofffasern, Graphit, leitfähige Polymere, Metallfasern sowie andere übliche Additive zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit zugesetzt. Als nanoskalige Fasern können bevorzugt sogenannte „single wall Kohlenstoff-Nanotubes” oder „multi wall Kohlenstoff-Nanotubes” (z. B. der Firma Hyperion Catalysis) eingesetzt werden.
  • In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform können die Polyamid-Formmassen zusätzlich zu den Komponenten A) und gegebenenfalls B) und/oder C), und/oder D), und/oder E), und/oder F) oder anstelle von B), C), D), E) oder F) noch gegebenenfalls
    • G) 0,5 bis 30 Gew.-Teile, bevorzugt 1 bis 20 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 2 bis 10 Gew.-Teile und höchst bevorzugt 3 bis 7 Gew.-Teile Verträglichkeitsvermittler (Compatibilizer/Kompatibilisator) enthalten.
  • Als Verträglichkeitsvermittler werden vorzugsweise thermoplastische Polymere mit polaren Gruppen eingesetzt.
  • Erfindungsgemäß können demgemäß Polymere zum Einsatz kommen, die
    • G.1 ein vinylaromatisches Monomer,
    • G.2 wenigstens ein Monomer ausgewählt aus der Gruppe C2 bis C12-Alkylmethacrylate, C2 bis C12-Alkylacrylate, Methacrylnitrile und Acrylnitrile und
    • G.3 α,β-ungesättigte Komponenten enthaltend Dicarbonsäureanhydride enthalten.
  • Vorzugsweise werden als Komponente G.1, G.2 und G.3 Terpolymere der genannten Monomeren eingesetzt. Demgemäß kommen vorzugsweise Terpolymere von Styrol, Acrylnitril und Maleinsäureanhydrid zum Einsatz. Diese Terpolymere tragen insbesondere zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Reißdehnung bei. Die Menge an Malein säureanhydrid in dem Terpolymer kann in weiten Grenzen schwanken. Vorzugsweise beträgt die Menge 0,2 bis 5 Mol-%. Besonders bevorzugt sind Mengen zwischen 0,5 und 1,5 Mol-%. In diesem Bereich werden besonders gute mechanische Eigenschaften bezüglich Zugfestigkeit und Reißdehnung erzielt.
  • Das Terpolymer auf bekannte Weise hergestellt werden. Eine geeignete Methode ist das Lösen von Monomerkomponenten des Terpolymers, z. B. des Styrols, Maleinsäureanhydrids oder Acrylnitrils in einem geeigneten Lösemittel, z. B. Methylethylketon (MEK). Zu dieser Lösung werden ein oder gegebenenfalls mehrere chemische Initiatoren hinzugesetzt. Bevorzugte Initiatoren sind Peroxide. Sodann wird das Gemisch für mehrere Stunden bei erhöhten Temperaturen polymerisiert. Anschließend werden das Lösemittel und die nicht umgesetzten Monomere in bekannter Weise entfernt.
  • Das Verhältnis zwischen der Komponente G.1 (vinylaromatisches Monomer) und der Komponente G.2, z. B. dem Acrylnitrilmonomer in dem Terpolymer liegt vorzugsweise zwischen 80:20 und 50:50.
  • Als vinylaromatisches Monomer G.1 ist Styrol besonders bevorzugt. Für die Komponente G.2 ist besonders bevorzugt Acrylnitril geeignet. Als Komponente G.3 ist besonders bevorzugt Maleinsäureanhydrid geeignet.
  • Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare Verträglichkeitsvermittler G) sind in den EP-A 0 785 234 (= US 5 756 576 ) und EP-A 0 202 214 (= US 4 713 415 ) beschrieben. Erfindungsgemäß bevorzugt sind insbesondere die in der EP-A 0 785 234 genannten Polymere.
  • Die Verträglichkeitsvermittler können in Komponente G) allein oder in beliebiger Mischung untereinander enthalten sein.
  • Eine weitere, als Verträglichkeitsvermittler besonders bevorzugte Substanz ist ein Terpolymer von Styrol und Acrylnitril im Gewichtsverhältnis 2,1:1 enthaltend 1 Mol-% Maleinsäureanhydrid.
  • Komponente G) wird insbesondere dann eingesetzt, wenn die Formmasse Pfropfpolymerisate, wie unter E) beschrieben, enthält.
  • Erfindungsgemäß ergeben sich folgende bevorzugte Kombinationen der Komponenten in Polymer-Formmassen zwecks Einsatz in Leichtbauteilen auf Hybridbasis:
    A; A,B; A,B,C; A,B,D; A,B,E; A,B,F; A,B,G; A,B,C,D; A,B,C,E; A,B,C,F; A,B,C,G; A,B,D,E; A,B,D,F; A,B,D,G; A,B,E,F; A,B,E,G; A,B,F,G; A,B,C,D,E; A,B,C,D,G; A,B,C,F,G; A,B,E,F,G; A,B,D,F,G; A,B,C,D,E,F; A,B,C,D,E,G; A,B,D,E,F,G; A,B,C,E,F,G; A,B,C,D,E,G; A,B,C,D,E,F,G.
  • Die aus den eingesetzten Polymer-Formmassen erfindungsgemäß herzustellenden Leichtbauteile auf Hybridbasis zeichnen sich durch einen außerordentlich festen Verbund des verzinkten Eisen Grundkörpers mit dem Thermoplasten aus. Sie weisen zudem eine hohe Schlagzähigkeit sowie ein ungewöhnlich hohes Elastizitätsmoduls von rund 19 000 MPa bei Raumtemperatur. Im Falle des Einsatzes von Polyamid in Kombination beispielsweise mit einer Komponente B1) lässt sich der Gehalt an Glasfasern von 30 Gew.-% auf 60 Gew.-% verdoppeln, was zu einer doppelt so hohen Steifigkeit eines daraus hergestellten Leichtbauteils auf Hybridbasis führt. Die Dichte der Polymer-Formmasse erhöht sich dabei überraschenderweise lediglich um ca. 15–20%. Dies erlaubt die deutliche Reduktion der Wanddicken der Bauteilkomponenten bei gleicher mechanischer Performance mit deutlich reduzierten Fertigungskosten. KFZ-Frontends, eine Standard-Anwendung der Hybridtechnik, können somit leichter und oder steifer konstruiert werden, was mit einer Gewichts- und Fertigungskostenreduktion von 30–40% gegenüber einem konventionell gefertigten Bauteil einhergeht.
  • Erfindungsgemäß mit Fließverbesserer B) herzustellende Leichtbauteile auf Hybridbasis aus einem verzinkten Eisen Grundkörper, dessen im Falle des Einsatzes eines schalenförmigen Grundkörpers Außen- oder Innenraum Verstärkungsstrukturen, bevorzugt in Rippenform, aufweist, welche mit dem Grundkörper fest verbunden sind und die aus angespritztem Thermoplasten bestehen und deren Verbindung mit dem Grundkörper an diskreten Verbindungsstellen über Durchbrüche im Grundkörper erfolgt, sind daher in den Bereichen Automotive und Non-Automotive, bevorzugt als Fahrzeugteile (automotive Bereich), in tragenden Teilen von Büromaschinen, Haushaltsmaschinen oder andere Maschinen, in Konstruktionselementen für Dekorationszwecke, Treppenstufen, Fahrtreppenstufen oder Kanaldeckeln einsetzbar.
  • Bevorzugt erfolgt ihr Einsatz in Kraftfahrzeugen als Dachstrukturen, bestehend beispielsweise aus Dachrahmen, Dachspriegel und/oder Dachspitzen, für Säulenstrukturen, z. B: A-, B- und/oder C-Säule, für Fahrwerk-Strukturen, bestehend beispielsweise aus Achsschenkel, Koppelstange, Querlenker und/oder Stabilisatoren, für Längsträgerstrukturen, beispielsweise bestehend aus Längsträger und/oder Schweller, für Vorderwagenstrukturen, bestehend beispielsweise aus Frontends, Vorderwagenmodul, Scheinwerferrahmen, Schlossträger, Querträger, Kühlerträger und/oder Montageträger, für Pedalstrukturen, beispielsweise bestehend aus Brems-, Gas- und Kupplungspedal, Pedalbock und/oder Pedalmodul, für Türen- und Klappenstrukturen, beispielsweise vordere und hintere Fahrer- und Beifahrertüren, Heckklappen und/oder Motorhaube, für Instrumententafelträgerstrukturen, bestehend beispielsweise aus Querträger, Instrumententafelträger und/oder Cockpitträger, für Ölwannen, beispielsweise Getriebeölwannen und/oder Ölmodule, für Sitzstrukturen, beispielsweise bestehend aus Sitzlehnenstruktur, Rückenlehnenstruktur, Sitzwannenstruktur, Gurtholm und/oder Armlehnen, als komplette Frontends, Fußgängerschutz Beam, reine Schlossbrücken für Motorhauben oder Kofferraumdeckel, Dachspriegel vorne, Dachspriegel hinten, Dachrahmen, Dachmodule (gesamtes Dach), Schiebedach-Trägerteile, Armaturentafelträgerteile (Cross Car Beam), Lenkstockhalter, Feuerwand, Pedale, Pedalblöcke, Schaltblöcke von Getrieben, A-, B-, C-Säulen, B-Säulenmodule, Längsträger, Knotenelemente zum Verbinden von Längsträgern und B-Säulen, Knotenelemente zum Verbinden von A-Säule und Querträger, Knotenelemente zum Verbinden von A-Säule, Querträger und Längsträger, Querträgern, Kotflügelbänke, Kotflügelmodule, Crash Boxen, Rear Ends, Reserveradmulden, Motorhauben, Motorabdeckungen, Wasserkastenbank, Motorversteifungen (Versteifung Vorderwagen), Fahrzeugboden, Bodenversteifungen, Sitzversteifung, Bodenversteifungen, Sitzquerträger, Heckklappen, Fahrzeugrahmen, Sitzstrukturen, Rückenlehnen, Sitzschalen, Rücksitzlehnen mit und ohne Gurtintegration, Hutablagen, Sitzquerträger, Ventildeckel, Lagerschilde für Lichtmaschinen oder Elektromotoren, komplette Fahrzeugtürstrukturen, Seitenaufprallträger, Modulträger, Ölwannen, Getriebeölwannen, Ölmodule, Scheinwerferrahmen, Schweller, Schwellerverstärkungen, Fahrwerkskomponenten sowie Motorrollerrahmen.
  • Bevorzugter Einsatz der erfindungsgemäßen Leichtbauteile in Hybridbauweise im non automotive Bereich, ist in E/E Geräten, Haushaltsgeräten, Möbeln, Heizthermen, Einkaufswagen, Regale, Treppenstufen, Fahrtreppenstufen, Kanaldeckeln.
  • Selbstverständlich eignen sich die erfindungsgemäßen Leichtbauteile auf Hybridbasis aber auch zum Einsatz in Bahnfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, Schlitten, Motorrollern oder sonstigen Fortbewegungsmitteln, wo es auf leichte jedoch stabile Konstruktionen ankommt.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist aber auch ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils in Hybridform aus einem Verstärkungsstrukturen aufweisenden Grundkörper aus verzinktem Eisen, wobei die Verstärkungsstrukturen mit dem Grundkörper fest verbunden sind und aus angespritztem Thermoplast bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplast Polymer-Formmassen auf Basis von Polyamid eingesetzt werden, die 99,99 bis 10 Gew.-Teile, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teile mindestens eines aliphatischen, teilkristallinen, thermoplastischen Polyamids enthalten und der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Eisen Oberfläche des Grundkörpers durch formgebende Verfahren in einem formgebenden Werkzeug erfolgt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils in Hybridform aus einem Verstärkungsstrukturen aufweisenden Grundkörper aus verzinktem Eisen, wobei die Verstärkungsstrukturen mit dem Grundkörper fest verbunden sind und aus angespritztem Thermoplast bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass als einzusetzende Polyamide Polyamid 6 (PA6) oder Polyamid 66 (PA66) mit relativen Lösungsviskositäten (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,0 bis 4,0, insbesondere bevorzugt Polyamid 6 mit einer relativen Lösungsviskosität (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,3–2,6, oder Gemische aus
  • A) 99,99 bis 10 Gew.-Teilen, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teilen Polyamid mit wenigstens einer Komponente B) 0,01 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 1,0 bis 15 Gew.-Teilen eines zusätzlichen Fließverbesserers der Reihe
    • B1) eines Copolymerisats aus mindestens einem Olefin, vorzugsweise einem α-Olefin, mit mindestens einem Methacryslsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols, vorzugsweise eines aliphatischen Alkohols mit 1-30 Kohlenstoffatomen, dessen MFI 100 g/10 min nicht unterschreitet, wobei der MFI (Melt Flow Index) bei 190°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wird, oder
    • B2) eines hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonates mit einer OH-Zahl von 1 bis 600 mg KOH/g Polycarbonat (gemäß DIN 53240, Teil 2), oder
    • B3) eines hoch- oder hyperverzweigten Polyesters des Typs AxBy mit x mindestens 1,1 und y mindestens 2,1 oder
    • B4) eines Polyalkylenglykolesters (PAGE) mit niedrigem Molekulargewicht der allgemeinen Formel (I) R-COO-(Z-O)nOC-R (I)worin R für eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, Z für eine verzweigte oder geradkettige C2 bis C15 Alkylengruppe steht und n für eine ganze Zahl von 2 bis 20 steht oder
    Mischungen von B1) mit B2) oder von B2) mit B3) oder von B1) mit B3) oder von B1) mit B2) und mit B3) oder von B1) mit B4) oder von B2) mit B4) oder von B3) mit B4) oder ternäre Mischungen der Komponenten B1) bis B4) jeweils mit A) wobei der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Eisen Oberfläche des Grundkörpers erfolgt, eingesetzt werden und der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Oberfläche des Grundkörpers durch formgebende Verfahren in einem formgebenden Werkzeug erfolgt.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist aber auch ein Verfahren zur Reduktion des Gewichts von Bauteilen, bevorzugt von Fahrzeugen aller Art, dadurch gekennzeichnet, dass man Leichtbauteile in Hybridform aus einem Verstärkungsstrukturen aufweisenden Grundkörper aus verzinktem Eisen, wobei die Verstärkungsstrukturen mit dem Grundkörper fest verbunden sind und aus angespritztem Thermoplast bestehen, und als Thermoplast Formmassen enthaltend 99,99 bis 10 Gew.-Teile, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teile mindestens eines aliphatischen, teilkristallinen, thermoplastischen Polyamids eingesetzt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reduktion des Gewichts von Bauteilen, bevorzugt von Fahrzeugen aller Art, dadurch gekennzeichnet, dass man Leichtbauteile in Hybridform aus einem Verstärkungsstrukturen aufweisenden Grundkörper aus verzinktem Eisen, wobei die Verstärkungsstrukturen mit dem Grundkörper fest verbunden sind und aus angespritztem Thermoplast bestehen und als Thermoplast Formmassen enthaltend Polyamid, bevorzugt Polyamid 6 (PA6) oder Polyamid 66 (PA66) mit relativen Lösungsviskositäten (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,0 bis 4,0, insbesondere bevorzugt Polyamid 6 mit einer relativen Lösungsviskosität (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,3–2,6, oder Gemische aus
    • A) 99,99 bis 10 Gew.-Teilen, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teilen Polyamid mit wenigstens einer Komponente B) 0,01 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 1,0 bis 15 Gew.-Teilen eines Fließverbesserers der Reihe
    • B1) eines Copolymerisats aus mindestens einem Olefin, vorzugsweise einem α-Olefin, mit mindestens einem Methacryslsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols, vorzugsweise eines aliphatischen Alkohols mit 1-30 Kohlenstoffatomen, dessen MFI 100 g/10 min nicht unterschreitet, wobei der MFI (Melt Flow Index) bei 190°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wird, oder
    • B2) eines hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonates mit einer OH-Zahl von 1 bis 600 mg KOH/g Polycarbonat (gemäß DIN 53240, Teil 2), oder
    • B3) eines hoch- oder hyperverzweigten Polyesters des Typs AxBy mit x mindestens 1,1 und y mindestens 2,1 oder
    • B4) eines Polyalkylenglykolesters (PAGE) mit niedrigem Molekulargewicht der allgemeinen Formel (I) R-COO-(Z-O)nOC-R (I) worin R für eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, Z für eine verzweigte oder geradkettige C2 bis C15 Alkylengruppe steht und n für eine ganze Zahl von 2 bis 20 steht oder
    Mischungen von B1) mit B2) oder von B2) mit B3) oder von B1) mit B3) oder von B1) mit B2) und mit B3) oder von B1) mit B4) oder von B2) mit B4) oder von B3) mit B4) oder ternäre Mischungen der Komponenten B1) bis B4) jeweils mit A) einsetzt, wobei der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Eisen Oberfläche des Grundkörpers erfolgt.
  • Fester Formschluss im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass das extrudierte Polymer über Mikrostrukturen in der Oberfläche des verzinkten Eisen Grundkörpers eine feste Verbindung mit diesem eingeht und dieser feste Formschluss spielfrei ist wobei der formschließende Querschnitt unter Last zerstört werden muss, um die verbundenen Teilstücke aus Metall einerseits und verspritztem Thermoplast andererseits voneinander zu trennen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser Formschluss zusätzlich durch Öffnungen im Grundkörper unterstützt oder gesteigert, indem durch diese der Thermoplast hindurch gepresst wird und auf der Gegenseite der Öffnungen über die Kanten der Öffnungen hinaus fließt um beim Erstarren einen. festen Formschluss zu ergeben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können aber auch in einem zusätzlichen Arbeitsschritt die über die Öffnungen hinausragenden Grate nochmals mit einem Werkzeug derart bearbeitet werden, dass der Formschluss zusätzlich gesteigert wird. Auch das nachträgliche Einkleben mit Klebemitteln oder mit einem Laser wird unter dem Begriff ”fest verbunden” verstanden. Der feste Formschluss kann aber auch durch Umfließen (Umgurten) des Grundkörpers erfolgen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind aber auch Fahrzeuge oder sonstige Fortbewegungsmittel, bevorzugt Kraftfahrzeuge, Bahnfahrzeuge, Flugzeug, Schiffe, Schlitten oder Motorroller, enthaltend ein Leichtbauteil in Hybridform aus einem Grundkörper aus verzinktem Eisen mit angespritztem Thermoplast dadurch gekennzeichnet, dass man Polymer-Formmassen einsetzt, die als Thermoplast Polyamid enthalten und dieses Leichtbauteil im Fahrzeug verbaut.
  • Bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung Fahrzeuge oder sonstige Fortbewegungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass man als Themoplast für das Leichtbauteil Polyamid 6 (PA6) oder Polyamid 66 (PA66) mit relativen Lösungsviskositäten (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,0 bis 4,0, insbesondere bevorzugt Polyamid 6 mit einer relativen Lösungsviskosität (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,3–2,6, oder Gemische aus
    • A) 99,99 bis 10 Gew.-Teilen, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teilen Polyamid mit wenigstens einer Komponente B) 0,01 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 1,0 bis 15 Gew.-Teilen eines zusätzlichen Fließverbesserers der Reihe
    • B1) eines Copolymerisats aus mindestens einem Olefin, vorzugsweise einem α-Olefin, mit mindestens einem Methacryslsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols, vorzugsweise eines aliphatischen Alkohols mit 1-30 Kohlenstoffatomen, dessen MFI 100 g/10 min nicht unterschreitet, wobei der MFI (Melt Flow Index) bei 190°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wird, oder
    • B2) eines hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonates mit einer OH-Zahl von 1 bis 600 mg KOH/g Polycarbonat (gemäß DIN 53240, Teil 2), oder
    • B3) eines hoch- oder hyperverzweigten Polyesters des Typs AxBy mit x mindestens 1,1 und y mindestens 2,1 oder
    • B4) eines Polyalkylenglykolesters (PAGE) mit niedrigem Molekulargewicht der allgemeinen Formel (I) R-COO-(Z-O)nOC-R (I)worin R für eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, Z für eine verzweigte oder geradkettige C2 bis C15 Alkylengruppe steht und n für eine ganze Zahl von 2 bis 20 steht oder
    Mischungen von B1) mit B2) oder von B2) mit B3) oder von B1) mit B3) oder von B1) mit B2) und mit B3) oder von B1) mit B4) oder von B2) mit B4) oder von B3) mit B4) oder ternäre Mischungen der Komponenten B1) bis B4) jeweils mit A) einsetzt, wobei der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Eisen Oberfläche des Grundkörpers erfolgt und dieses Leichtbauteil im Fahrzeug verbaut.
    • A) 99,99 bis 10 Gew.-Teilen, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teilen Polyamid mit wenigstens einer Komponente B) 0,01 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 1,0 bis 15 Gew.-Teilen eines zusätzlichen Fließverbesserers der Reihe
    • B1) eines Copolymerisats aus mindestens einem Olefin, vorzugsweise einem α-Olefin, mit mindestens einem Methacryslsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols, vorzugsweise eines aliphatischen Alkohols mit 1-30 Kohlenstoffatomen, dessen MFI 100 g/10 min nicht unterschreitet, wobei der MFI (Melt Flow Index) bei 190°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wird, oder
    • B2) eines hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonates mit einer OH-Zahl von 1 bis 600 mg KOH/g Polycarbonat (gemäß DIN 53240, Teil 2), oder
    • B3) eines hoch- oder hyperverzweigten Polyesters des Typs AxBy mit x mindestens 1,1 und y mindestens 2,1 oder
    • B4) eines Polyalkylenglykolesters (PAGE) mit niedrigem Molekulargewicht der allgemeinen Formel (I) R-COO-(Z-O)nOC-R (I)worin R für eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, Z für eine verzweigte oder geradkettige C2 bis C15 Alkylengruppe steht und n für eine ganze Zahl von 2 bis 20 steht oder
    Mischungen von B1) mit B2) oder von B2) mit B3) oder von B1) mit B3) oder von B1) mit B2) und mit B3) oder von B1) mit B4) oder von B2) mit B4) oder von B3) mit B4) oder ternäre Mischungen der Komponenten B1) bis B4) jeweils mit A) enthalten wobei der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Eisen Oberfläche des Grundkörpers erfolgt und dieses im Fahrzeug verbaut.
  • Beispiele
  • Erfindungsgemäß herzustellende Leichtbauteile auf Basis eines Grundkörpers aus verzinktem Eisenblech wurden hergestellt mit
    • a) Linearem Polyamid 6 (Durethan® B29, Handelsprodukt der Lanxess Deutschland GmbH, Leverkusen, Deutschland) mit einer relativen Lösungsviskosität von 2,9 (gemessen in m-Kresol bei 25°C)
    • b) Lineares Polyamid 6 (Durethan® 324, Handelsprodukt der Lanxess Deutschland GmbH, Leverkusen, Deutschland) mit einer relativen Lösungsviskosität von 2,4 (gemessen in m-Kresol bei 25°C)
    • c) Linearem Polyamid 66 (Radipol® A45H, Handelsprodukt der Radici, Italien) mit einer relativen Lösungsviskosität von 3,0 (gemessen in m-Kresol bei 25°C).
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Dachstruktur, worin a Blechprofile mit angespritzter Rippenstruktur bedeuten.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Säulenstruktur eines Kraftfahrzeugs, worin A für die A-Säule, B für die B-Säule und C für die C-Säule stehen.
  • 3 zeigt eine erfindungsgemäße B-Säule (B), deren Innenblech mit angespritztem Kunststoff in Rippenstruktur verstärkt ist. X markiert mögliche Schweißpunktpositionen.
  • 4 zeigt eine erfindungsgemäße Schwellerstruktur eines Kraftfahrzeugs mit y Längsträger vorne und Z Längsträger hinten. A deutet einen Schnitt an, wie er in 5 dargestellt ist.
  • 5 zeigt einen Schweller gemäß 4 im Detail-Schnitt A-A, worin i für eine Schweißverbindung steht, j das äußere Schwellerblech und k das innere Schwellerblech bedeuten, l bedeutet das Unterbodenblech eines Kfz und m eine am inneren Schwellerblech angespritzte Kunststoff Rippenstruktur.
  • 6 zeigt eine Ölwanne eines Kfz mit a' angespritzten Flanschen mit Verschraubungslöchern und umlaufender Dichtungsnut, b' angespritzten Kunststoff Schwellblechrippen und c' einem angespritzten Gewinde für Ölablassschrauben.
  • 7 zeigt eine erfindungsgemäße Fabrwerkstruktur mit d' einem Blech und e' steht für Stabilisator Blecheinleger mit umspritzter Kunststoffgeometrie.
  • 8 zeigt drei erfindungsgemäße Frontendstrukturen aus Blechprofilen, die mit Kunststoff umspritzt wurden. Deutlich zu erkennen ist die Rippenstruktur der Kunststoffteile.
  • 9 zeigt eine erfindungsgemäße Instrumententafelträgerstruktur, worin f' für ein geschlossenes Blechprofil mit angespritzten Halter und Befestigungspositionen steht.
  • 10 zeigt ein erfindungsgemäßes offenschaliges Blechprofil eines Instrumententafelträgers oder CCB mit angespritzten Halter und Befestigungspositionen.
  • 11 zeigt eine erfindungsgemäße Türinnenstruktur (Blechschale) mit g' angespritzter Rippenstruktur und Befestigungspositionen.
  • 12 zeigt Pedalstrukturen für ein Kfz.
  • 13 zeigt erfindungsgemäße Sitzstrukturen, worin h' für ein einzulegendes Blechprofil und i' für eine anzuspritzende Kunststoffgeometrie/Rippenstruktur steht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (12)

  1. Leichtbauteile aus einem Verstärkungsstrukturen aufweisenden Grundkörper aus verzinktem Eisen, wobei die Verstärkungsstrukturen mit dem Grundkörper fest verbunden sind und aus angespritztem Thermoplast bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplast Polymer-Formmassen Polyamid Formmassen eingesetzt werden, die 99,99 bis 10 Gew.-Teile mindestens eines aliphatischen, teilkristallinen, thermoplastischen Polyamids enthalten und das verzinkte Eisen durch ein Verfahren der Reihe Säurebehandlung Sodabehandlung, Aminbehandlung, Anodenbehandlung, Basenbehandlung oder Laserbehandlung vorbehandelt wurde.
  2. Leichtbauteile gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplast Polymer-Formmassen enthaltend Polyamid 6 (PA6) oder Polyamid 66 (PA66) mit relativen Lösungsviskositäten (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,0 bis 4,0 oder Gemische aus 99,99 bis 10 Gew.-Teile Polyamid und A) 0,01 bis 50 Gew.-Teilen B1) mindestens eines Copolymerisats aus mindestens einem Olefin mit mindestens einem Methacryslsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols dessen MFI (Melt Flow Index) 100 g/10 min nicht unterschreitet und der MFI bei 190°C und einer Belastung von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wird, oder B2) mindestens eines hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonates mit einer OH-Zahl von 1 bis 600 mg KOH/g Polycarbonat (gemäß DIN 53240, Teil 2), oder B3) mindestens eines hoch- oder hyperverzweigten Polyesters des Typs AxBy mit x mindestens 1,1 und y mindestens 2,1 oder B4) mindestens eines Polyalkylenglykolesters (PAGE) mit niedrigem Molekulargewicht der allgemeinen Formel (I) R-COO-(Z-O)nOC-R (I)worin R für eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, Z für eine verzweigte oder geradkettige C2 bis C15 Alkylengruppe steht und n für eine ganze Zahl von 2 bis 20 steht oder Mischungen von B1) mit B2) oder von B2) mit B3) oder von B1) mit B3) oder von B1) mit B2) und mit B3) oder von B1) mit B4) oder von B2) mit B4) oder von B3) mit B4) oder ternäre Mischungen der Komponenten B1) bis B4) jeweils mit A) eingesetzt werden.
  3. Leichtbauteile gemäß der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Formschluss zwischen angespitztem Thermoplasten mit dem Grundkörper zusätzlich über diskrete Verbindungsstellen über Durchbrüche im Grundkörper, durch welche der Thermoplast hindurch und über die Fläche der Durchbrüche hinausreicht, erfolgt.
  4. Leichtbauteile gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper eine schalenförmige Form aufweist.
  5. Leichtbauteile gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu ihrer Herstellung Formmassen eingesetzt werden, die zusätzlich zu den Komponenten A) und gegebenenfalls B) noch C) 0,001 bis 75 Gew.-Teile eines Füll- oder Verstärkungsstoffes enthalten.
  6. Leichtbauteile gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Füll- oder Verstärkungsstoff Glasfasern eingesetzt werden.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils in Hybridform aus einem Verstärkungsstrukturen aufweisenden Grundkörper aus verzinktem Eisen, wobei die Verstärkungsstrukturen mit dem Grundkörper fest verbunden sind und aus angespritztem Thermoplast bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplast Polymer-Formmassen auf Basis von Polyamid eingesetzt werden, die 99,99 bis 10 Gew.-Teile mindestens eines aliphatischen, teilkristallinen, thermoplastischen Polyamids enthalten und der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Eisen Oberfläche des Grundkörpers durch formgebende Verfahren in einem formgebenden Werkzeug erfolgt.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplast Polymer-Formmassen enthaltend Polyamid 6 (PA6) oder Polyamid 66 (PA66) mit relativen Lösungsviskositäten (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,0 bis 4,0 oder Gemische aus A) 99,99 bis 10 Gew.-Teile Polyamid mit B) 0,01 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 1,0 bis 15 Gew.-Teilen B1) mindestens eines Copolymerisats aus mindestens einem Olefin, vorzugsweise einem α-Olefin, mit mindestens einem Methacryslsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols, dessen MFI (Melt Flow Index) 100 g/10 min nicht unterschreitet und der MFI bei 190°C und einer Belastung von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wird, oder B2) mindestens eines hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonates mit einer OH-Zahl von 1 bis 600 mg KOH/g Polycarbonat (gemäß DIN 53240, Teil 2), oder B3) mindestens eines hoch- oder hyperverzweigten Polyesters des Typs AxBy mit x mindestens 1,1 und y mindestens 2,1 oder B4) mindestens eines Polyalkylenglykolesters (PAGE) mit niedrigem Molekulargewicht der allgemeinen Formel (I) R-COO-(Z-O)nOC-R (I)worin R für eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, Z für eine verzweigte oder geradkettige C2 bis C15 Alkylengruppe steht und n für eine ganze Zahl von 2 bis 20 steht oder Mischungen von B1) mit B2) oder von B2) mit B3) oder von B1) mit B3) oder von B1) mit B2) und mit B3) oder von B1) mit B4) oder von B2) mit B4) oder von B3) mit B4) oder ternäre Mischungen der Komponenten B1) bis B4) jeweils mit A) eingesetzt werden.
  9. Verwendung der Leichtbauteile gemäß der Ansprüche 1 bis 6 im automotive Bereich und im non-automotive Bereich, bevorzugt in Kraftfahrzeugen, Bahnfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, Schlitten oder sonstigen Fortbewegungsmitteln, in E/E Geräten, Haushaltsgeräten, Möbeln, Heizthermen, Motorrollern, Einkaufswagen, Regalen, Treppenstufen, Fahrtreppenstufen, Kanaldeckeln.
  10. Verwendung der Leichtbauteile gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Kraftfahrzeugen diese für Dachstrukturen, für Säulenstrukturen, für Fahrwerk-Strukturen, für Längsträgerstrukturen, für Vorderwagenstrukturen, für Pedalstrukturen, für Türen- und Klappenstrukturen, für Instrumententafelträgerstrukturen, für Ölwannen, für Sitzstrukturen, für Fußgängerschutz Beam, reine Schlossbrücken für Kofferraumdeckel, Schiebedach-Trägerteile, Armaturentafelträgerteile (Cross Car Beam), Lenkstockhalter, Feuerwand, Schaltblöcke von Getrieben, B-Säulenmodule, Knotenelemente zum Verbinden von Längsträgern und B-Säulen, Querträgern Kotflügelbänke, Kotflügelmodule, Crash Boxen, Rear Ends, Reserveradmulden, Motorabdeckungen, Motor-Ölwannen, Wasserkastenbank, Motorversteifungen (Versteifung Vorderwagen), Fahrwerkskomponenten, Fahrzeugboden, Schwellern, Schwellerverstärkungen, Bodenversteifungen, Sitzversteifung, Sitzquerträgern, Rahmen, Sitzschalen, Rücksitzlehnen mit und ohne Gurtintegration, Hutablagen, komplette Fahrzeugtürstruktur, Knotenelemente zum Verbinden von A-Säule und Querträger, Knotenelemente zum Verbinden von A-Säule, Querträger, Bodenversteifungen, Sitzquerträger, Ventildeckel, Lagerschilder für Lichtmaschinen oder Elektromotoren, eingesetzt werden.
  11. Fahrzeuge oder sonstige Fortbewegungsmittel, bevorzugt Kraftfahrzeuge, Bahnfahrzeuge, Flugzeug, Schiffe, Schlitten oder Motorroller, enthaltend ein Leichtbauteil in Hybridform aus einem Grundkörper aus verzinktem Eisen mit angespritztem Thermoplast dadurch gekennzeichnet, dass man Polymer-Formmassen einsetzt, die als Thermoplast Polyamid enthalten.
  12. Fahrzeuge oder sonstige Fortbewegungsmittel gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man Polymer Formmassen einsetzt die Polyamid 6 (PA6) oder Polyamid 66 (PA66) mit relativen Lösungsviskositäten (gemessen in m-Kresol bei 25°C) von 2,0 bis 4,0 oder Gemische aus A) 99,99 bis 10 Gew.-Teilen, bevorzugt 99,5 bis 40 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 99,0 bis 55 Gew.-Teilen Polyamid mit wenigstens einer Komponente B) 0,01 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 1,0 bis 15 Gew.-Teilen eines zusätzlichen Fließverbesserers der Reihe B1) eines Copolymerisats aus mindestens einem Olefin, vorzugsweise einem α-Olefin, mit mindestens einem Methacryslsäureester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols, vorzugsweise eines aliphatischen Alkohols mit 1-30 Kohlenstoffatomen, dessen MFI 100 g/10 min nicht unterschreitet, wobei der MFI (Melt Flow Index) bei 190°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt wird, oder B2) eines hoch- oder hyperverzweigten Polycarbonates mit einer OH-Zahl von 1 bis 600 mg KOH/g Polycarbonat (gemäß DIN 53240, Teil 2), oder B3) eines hoch- oder hyperverzweigten Polyesters des Typs AxBy mit x mindestens 1,1 und y mindestens 2,1 oder B4) eines Polyalkylenglykolesters (PAGE) mit niedrigem Molekulargewicht der allgemeinen Formel (I) R-COO-(Z-O)nOC-R (I)worin R für eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, Z für eine verzweigte oder geradkettige C2 bis C15 Alkylengruppe steht und n für eine ganze Zahl von 2 bis 20 steht oder Mischungen von B1) mit B2) oder von B2) mit B3) oder von B1) mit B3) oder von B1) mit B2) und mit B3) oder von B1) mit B4) oder von B2) mit B4) oder von B3) mit B4) oder ternäre Mischungen der Komponenten B1) bis B4) jeweils mit A) enthalten, wobei der feste Formschluss zwischen Grundkörper und Thermoplast über die verzinkte Eisen Oberfläche des Grundkörpers erfolgt und dieses Leichtbauteil im Fahrzeug verbaut.
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