DE202016106226U1

DE202016106226U1 - Polymerzusammensetzung und Formteil daraus

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Publication number: DE202016106226U1
Application number: DE202016106226.8U
Authority: DE
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2026-11-09

Abstract

Polymerzusammensetzung (1), aufweisend ein Polyolefin (2), insbesondere ein Polypropylen, einen Schlagzähmodifier (3), einen Füllstoff (4), Glasfasern (5) und Partikel (6), die Polyurethan enthalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Polymerzusammensetzung und ein Formteil daraus.
Um Polymerzusammensetzungen mechanisch zu verbessern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, diese mit Glasfasern zu versetzen. Die Anbindung der Glasfasern an das Polymermaterial ist dabei der entscheidende Faktor, der zu den erwünschten verbesserten mechanischen Eigenschaften führt.
Um diese Anbindung der Glasfasern an das Polymermaterial zu gewährleisten, gibt es verschiedene Lösungen. So ist es bekannt, Glasfasern an ihrer Oberfläche beispielsweise mit einer Schlichte zu behandeln, die die Anhaftung des Polymermaterials ermöglicht. Ein anderer Ansatz zielt auf die Kompatibilisierung des Polymermaterials ab, wodurch dieses an der Glasfaser zum Haften gebracht wird.
Diese Techniken sind aufwendig, verursachen Kosten und sind hinsichtlich ihrer erzielbaren Effekte limitiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Polymerzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, welche ein Polyolefin aufweist, insbesondere ein Polypropylen, einen Schlagzähmodifier, einen Füllstoff und Glasfasern.
Diese Polymerzusammensetzung soll in einfacher Weise derart mechanisch aufgewertet sein, dass die Glasfasern an das Polymermaterial verbessert angebunden sind. Eine solche Polymerzusammensetzung soll ohne großen Aufwand und kostengünstig bereitstellbar sein.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formteil aus einer derartigen Polymerzusammensetzung zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung der ersten Aufgabe, eine Polymerzusammensetzung anzugeben, erfolgt gemäß Anspruch 1. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass eine Polymerzusammensetzung, aufweisend ein Polyolefin, insbesondere ein Polypropylen, einen Schlagzähmodifier, einen Füllstoff und Glasfasern diese Aufgabe dann löst, wenn vorgesehen ist, dass Partikel, die Polyurethan enthalten, in der Polymerzusammensetzung vorhanden sind.
Überraschenderweise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass die Partikel, die Polyurethan enthalten, eine haftvermittelnde Eigenschaft aufweisen, wodurch die Ankopplung der Glasfasern an das Polypropylen bzw. die Haftung zwischen Glasfasern und Polypropylen deutlich verbessert ist.
Die in der Polymerzusammensetzung erfindungsgemäß vorhandenen Partikel, die Polyurethan enthalten, bewirken, dass eine feste Anhaftung des Polymermaterials auf den Glasfasern stattfindet. Hierdurch werden die verbesserten mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung verursacht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es sich als überaus günstig erweisen, wenn vorgesehen ist, dass das Polyolefin ein Polypropylen mit einem MFI nach ISO 1133 von 5 bis 100 g / 10 min. bei 2,16 kg und 230 °C und einem E-Modul nach EN ISO 527-1 von 700 bis 2100 MPa ist. Mit diesen vorstehend definierten Polypropylenen kann eine breite Rohstoffbasis genutzt werden, um die vorstehend bezeichnete Polymerzusammensetzung, die mechanisch gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist, bereitzustellen.
Als äußerst vorteilhaft kann sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung erweisen, wenn vorgesehen ist, dass der Schlagzähmodifier eine Polyolefin-1-alpha-Olefincopolymer und / oder ein Ethylen-Propylen-Kautschuk ist. Die Auswahl des Schlagzähmodifiers für die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung aus einem Polyolefin-1-alpha-Olefincopolymer und / oder einem Ethylen-Propylen-Kautschuk ermöglicht es, die Polymerzusammensetzung nach den technischen Erfordernissen oder nach den Vorgaben des Kunden hinsichtlich ihres Schlagzähverhaltens genau einzustellen.
Im Rahmen der Untersuchungen an der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung hat sich ergeben, dass es sehr hilfreich sein kann, wenn der Füllstoff ausgewählt ist aus Talkum, Kreide, Wollastonit, Glaskugeln, Carbonfasern und Mischungen aus den Vorgenannten. Durch die Auswahl des Füllstoffes für die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung aus den voranstehend genannten kann die Mechanik der Polymerzusammensetzung weiter verbessert oder an die Vorgaben des Kunden angepasst werden.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als äußerst vorteilhaft ergeben, wenn die Polymerzusammensetzung derartig gewählt ist, dass die Glasfasern Kurzglasfasern mit einer Länge von 0,1 bis 5 mm sind. Durch die Auswahl der Glasfasern als Kurzglasfasern mit einer Länge von 0,1 bis 5 mm kann eine mechanisch besonders verbesserte Polymerzusammensetzung bereitgestellt werden.
Dabei hat sich ergeben, dass mit großem Vorteil eine solche Polymerzusammensetzung Glasfasern zu 10 bis 30 Gew.-% enthalten kann. Dadurch ist es möglich, den Gehalt an Glasfasern in der Polymerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung anzupassen und so eine Balance zwischen der verbesserten Mechanik und dem Füllgrad der Polymerzusammensetzung mit Glasfasern zu erreichen.
Als sehr praktikabel hat sich bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, wenn vorgesehen ist, dass die Partikel, die Polyurethan enthalten, eine Größe von 10 bis 300 µm aufweisen. Bei einer Größe der Partikel, die Polyurethan enthalten, von 10 bis 300 µm lassen sich diese in der Polymerzusammensetzung sehr gleichmäßig und homogen verteilen.
Dadurch ist die Wirkung der Partikel, die Polyurethan enthalten, auf die Anbindung des Polymermaterials an die Glasfasern besonders wirkungsvoll. Auf diese Weise kann eine mechanisch besonders aufgewertete Polymerzusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung bereitgestellt werden.
In einer sehr günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Partikel, die Polyurethan enthalten, zu 0,1 bis 7,0 Gew.-% in der Polymerzusammensetzung enthalten sind.
Bei Untersuchungen hat sich gezeigt, dass unterhalb einer Zugabemenge von 0,1 Gew.-% an Partikeln, die Polyurethan enthalten, zu der Polymerzusammensetzung keine Verbesserung der mechanischen Eigenschaftswerte erzielbar sind. Bei einer Zugabemenge von mehr als 7,0 Gew.-% an Partikeln, die Polyurethan enthalten, zu der Polymerzusammensetzung überwiegen andere Effekte, die einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften entgegenwirken.
Die Polymerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann Additive, wie beispielsweise Pigmente, Verarbeitungshilfsmittel, Stabilisatoren, Leitfähigkeitszusätze, Keimbildner, Trennmittel, und weitere enthalten. Durch die Zugabe von den vorstehend genannten Additiven kann die Herstellung, Formung, Entformung, das Handling, die Anwendung, das Erscheinungsbild und die Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung verbessert werden.
Die Polymerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann in einem Formungsverfahren der Polymerverarbeitung zu einem Formteil geformt werden. Beispielsweise kann die Polymerzusammensetzung durch einen Spritzgussprozess oder einen Extrusionsprozess oder einen Blasprozess oder einen Tiefziehprozess oder einen Thermoformprozess oder einen generativen Fertigungsprozess (3D-Druck) zu einem Formteil geformt werden. Es ist auch möglich, dass Kombinationen der vorstehend genannten Prozesse zur Herstellung eines Formteils genutzt werden.
Die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Formteil anzugeben, erfolgt gemäß Anspruch 10.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass ein Formteil aus der Polymerzusammensetzung, wie vorstehend beschrieben, aufgrund der verbesserten mechanischen Eigenschaften der Polymerzusammensetzung als ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Formteil bereitstellbar ist.
Ausführungsbeispiel

Im Vergleich zu einer Formulierung der Polymerzusammensetzung ohne die Partikel, die Polyurethan enthalten, sind die mechanischen Eigenschaften hinsichtlich Reißdehnung, Zugfestigkeit, E-Modul und die Oberflächenqualität des aus der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung hergestellten Formteils sowie die Ankopplung der Glasfasern an das Polypropylen deutlich verbessert, was an den die Erfindung erläuternden Beispielen gemäß Tabelle 1 leicht erkennbar ist. Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele 1 und 2 mit dem Vergleichsbeispiel:

	Vergleichsbeispiel	Erfindungsgemäßes Beispiel 1	Erfindungsgemäßes Beispiel 2
Zusammensetzung (alle Angaben in Gew.-%)
Polypropylen	67	67	57
Schlagzähmodifier	5	5	5
Füllstoff	10	10	10
Glasfasern	15	15	25
Partikel, die Polyurethan enthalten	0	2	4
Stabilisator 1	0,3	0,3	0,3
Stabilisator 2	0,2	0,2	0,2
Haftvermittler PP-MAH	3	3	3

Eigenschaften

MFR Wert DIN EN ISO 1133-1 230°C/2,16kg	4,99 g/10min	5,45 g/10min	6,45 g/10min
Dichte DIN EN ISO 1183-1 Verf. A	1,09 g/cm³	1,09 g/cm³	1,14 g/cm³
Zugfestigkeit DIN EN ISO 527-1/-2	31 N/mm²	40 N/mm²	49 N/mm²
Biegefestigkeit DIN EN ISO 178	47,5 N/mm²	-	-
Streckspannung DIN EN ISO 527-1/-2	34 N/mm²	38 N/mm²	49 N/mm²
Reißdehnung DIN EN ISO 527-1/-2	4 %	10 %	8 %


Schlagzähigkeit 23°C nach 5.8 DIN EN ISO 179- 1/1fU	40 KJ/m²	39 KJ/m²	40 KJ/m²
Schlagzähigkeit – 20°C DIN EN ISO 179- 1/1fU	37 KJ/m²	36 KJ/m²	34 KJ/m²
Kerbschlagzähigkeit 23°C DIN EN ISO 179- 1/1eA	15 KJ/m²	13 KJ/m²	16 KJ/m²
Biege-E-Modul DIN EN ISO 178	22680 N/mm	3032 N/mm²	4055 N/mm²
Zug-E-Modul DIN EN ISO 527-1/-2	3088 N/mm²	3338 N/mm²	4538 N/mm²
Glührückstand 850°C DIN EN ISO 3451-1, Verf. A	26,3 %	26,9 %	31,9 %
Oberflächenausfall optisch (Rauigkeit)	schlecht	gut	gut
Glasfasereinbindung	befriedigend	gut	gut

Tabelle 1

Zur Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels und der erfindungsgemäßen Beispiele 1 und 2:
Polypropylen

MFI nach ISO 1133 von 36 g / 10 min bei 2,16 kg und 230 °C und einem E-Modul nach EN ISO 527-1 von 1200 MPa;

Schlagzähmodifier

Polyolefin-1-alpha-Olefincopolymer mit einem MFR (190°C / 2,16kg) von 1,0 g / 10min nach ASTM D 1238 und einer Dichte von 0,857 g/cm3 nach ASTM D 792;

Füllstoff Talkum mit der chemischen Zusammensetzung

SiO₂ 56 %

MgO 31 %

Al₂O₃ 3,6 %

Fe₂O₃ 0,9 % und

CaO 0,5 %,

einer Dichte von 2,8 g/cm³ nach ISO 787/10 und einer Schüttdichte von ≥ 0,6 kg/dm³ nach EN 1097/10;
Glasfasern

Kurzglasfasern mit einem Feuchtegehalt von max. 0,08 % nach ISO 3344 und einer Faserlänge von 3,0 bis 5,0 mm;

Partikel, die Polyurethan enthalten

Größe 50 bis 150 µm;

Stabilisator 1

Thermostabilisator mit einer Dichte (bei 20 °C) von 1,0 bis 1,2 g/cm³ und einem Schmelzbereich (DSC) von 109 bis 180 °C;

Stabilisator 2

Lichtstabilisator;

Haftvermittler PP-MAH

Polypropylen gepfropft mit Maleinsäureanhydrid, MSA-Gehalt von 1 %.

Aus der Tabelle 1 geht hervor, dass die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung, aufweisend ein Polypropylen, einen Schlagzähmodifier, einen Füllstoff, Glasfasern und Partikel, die Polyurethan enthalten, gegenüber dem Vergleichsbeispiel, das keine Partikel, die Polyurethan enthalten, aufweist, mechanisch und im Oberflächenausfall verbessert ist. Insbesondere ist durch die vorliegende Erfindung beim Vergleich der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit einer Vergleichszusammensetzung ohne Partikel, die Polyurethan enthalten, die Zugfestigkeit gemäß DIN EN ISO 527-1/-2 bei gleichem Gehalt an Gasfasern um ca. 30 %, das Biege-E-Modul nach DIN EN ISO 178 um ca. 13 % und der Zug-E-Modul nach DIN EN ISO 527-1/-2 um ca. 8 % verbessert. Auch der Oberflächenausfall der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist optisch gegenüber der Vergleichszusammensetzung ohne Partikel, die Polyurethan enthalten, besser. Die Glasfasern sind in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung besser eingebunden, als in der Vergleichszusammensetzung ohne Partikel, die Polyurethan enthalten.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung werden die Komponenten, das Polyolefin, insbesondere ein Polypropylen, der Schlagzähmodifier, der Füllstoff, Glasfasern und die Partikel, die Polyurethan enthalten, homogen miteinander vermischt. Dies kann in einer Anlage zur Mischung von Komponenten für die Herstellung von Polymerzusammensetzungen oder in einem Extruder erfolgen. Die so hergestellte erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung kann durch bekannte Polymerformprozesse, wie Extrudieren, Spritzgießen, Blasen, Schäumen, Tiefziehen, Thermoformen, generatives Fertigen (3D-Druck) und andere mehr, insbesondere auch durch Kombination der vorgenannten Prozesse, zu Formteilen geformt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich überraschend ergeben, dass sogenanntes lackiertes Ausschussmaterial aus der Fertigung von lackierten Bauteilen aus Polypropylen für die Automobilindustrie mit Vorteil für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung verwendet werden kann. Durch das Krümeln dieser Bauteile gelingt es, Partikel zu erzeugen, die Polyurethan enthalten. In der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung bewirken diese die verbesserten mechanischen Werte – wie vorstehend ausgeführt. Die Nutzung solchen gekrümelten Ausschussmaterials aus der Fertigung von lackierten Bauteilen für die Automobilindustrie ist auch unter dem Aspekt vorteilhaft, dass durch diese bereits Polypropylen, Schlagzähmodifier, Füllstoffe und die Partikel, die Polyurethan enthalten, bereitgestellt wird, so dass lediglich noch Glasfasern zuzugeben sind und diese Mischung dann zu homogenisieren ist.
Die vorliegende Erfindung findet breite Anwendung bei Bauteilen, die aus der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung hergestellt sind. Insbesondere für Bauteile, die besonderen mechanischen Beanspruchungen unterworfen sind, kann die Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden. So sind beispielsweise Bauteile für Automobilaußenverkleidungsteile, wie Stoßfängerverkleidungen, Schweller, Spoiler, Kotflügel und Heckklappenverkleidungen zur Stabilisierung mit sogenannten Schließ- oder Verstärkungsteilen ausgestattet. Derartige Bauteile lassen sich vorteilhaft aus der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung herstellen.
Auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise bei Industrie- und Bauprodukten, im Fenster- und Fassadenbau, sowie beim Möbelbau können Bauteile aus der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung eingesetzt werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Figur und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
Hierzu zeigt:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung.
In 1 ist in einer schematischen Darstellung die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung 1 gezeigt.
Die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung (1) weist ein Polyolefin (2), insbesondere ein Polypropylen, einen Schlagzähmodifier (3), einen Füllstoff (4), Glasfasern (5) und Partikel (6), die Polyurethan enthalten, auf.
Der Schlagzähmodifier (3), der Füllstoff (4), die Glasfasern (5) und die Partikel (6), die Polyurethan enthalten, sind in der Polymerzusammensetzung (1) homogen verteilt.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die in der Figur lediglich schematisch gezeigte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt ist, sondern sich der Umfang der vorliegenden Erfindung aus den Ansprüchen ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Polymerzusammensetzung
2: Polyolefin
3: Schlagzähmodifier
4: Füllstoff
5: Glasfasern
6: Partikel, die Polyurethan enthalten
10: Formteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 1133 [0011]
EN ISO 527-1 [0011]
DIN EN ISO 1133-1 [0024]
DIN EN ISO 1183-1 [0024]
DIN EN ISO 527-1/-2 [0024]
DIN EN ISO 178 [0024]
DIN EN ISO 527-1/-2 [0024]
DIN EN ISO 527-1/-2 [0024]
DIN EN ISO 179- 1/1fU [0024]
DIN EN ISO 179- 1/1fU [0024]
DIN EN ISO 179- 1/1eA [0024]
DIN EN ISO 178 [0024]
DIN EN ISO 527-1/-2 [0024]
DIN EN ISO 3451-1 [0024]
ISO 1133 [0025]
ISO 527-1 [0025]
ASTM D 1238 [0025]
ASTM D 792 [0025]
ISO 787/10 [0026]
EN 1097/10 [0026]
ISO 3344 [0026]
DIN EN ISO 527-1/-2 [0027]
DIN EN ISO 178 [0027]
DIN EN ISO 527-1/-2 [0027]

Claims

Polymerzusammensetzung (1), aufweisend ein Polyolefin (2), insbesondere ein Polypropylen, einen Schlagzähmodifier (3), einen Füllstoff (4), Glasfasern (5) und Partikel (6), die Polyurethan enthalten.
Polymerzusammensetzung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin (2) ein Polypropylen mit einem MFI nach ISO 1133 von 5 bis 100 g / 10 min bei 2,16 kg und 230 °C und einem E-Modul nach EN ISO 527-1 von 700 bis 2100 MPa ist.
Polymerzusammensetzung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagzähmodifier (3) ein Polyolefin-1-alpha-Olefincopolymer und / oder ein Ethylen-Propylen-Kautschuk ist.
Polymerzusammensetzung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (4) ausgewählt ist aus Talkum, Kreide, Wollastonit, Glaskugeln, Carbonfasern und Mischungen aus den Vorgenannten.
Polymerzusammensetzung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern (5) Kurzglasfasern sind mit einer Länge von 0,1 bis 5 mm.
Polymerzusammensetzung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern (5) zu 10 bis 30 Gewichts-% enthalten sind.
Polymerzusammensetzung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (6), die Polyurethan enthalten, eine Größe von 10 bis 300 µm aufweisen.
Polymerzusammensetzung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (6), die Polyurethan enthalten, zu 0,1 bis 7,0 Gewichts-% enthalten sind.
Polymerzusammensetzung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Additive, wie Pigmente, Verarbeitungshilfsmittel, Stabilisatoren, Leitfähigkeitszusätze, Keimbildner, Trennmittel, und weitere enthalten sind.
Formteil (10) aus der Polymerzusammensetzung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.