DE102006013016A1 - Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeugbauteile - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung gibt die Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeugbauteile, der aus den Bestandteilen lignocellulosische Fasern und thermoplastischer Kunststoff besteht, wobei die lignocellulosischen Fasern mit einer wässrigen Zusammensetzung behandelt sind, die ein Organopolysiloxan umfassen, das zumindest ein wasserlösliches Aminoalkyltrialkoxysilan und zumindest ein wasserunlösliches Alkyltialkoxysilan aufweist, als Werkstoff für die Herstellung von für den Kraftfahrzeugbau bestimmten Innenbauteilen und/oder Außenbauteilen und/oder Funktionsbauteilen an.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Kompositwerkstoffs aus Holz und thermoplastischen Kunststoff für Kraftfahrzeugbauteile, bei denen lignocellulosisches Material wie Holz in Form von Partikeln, beispielsweise als Holzmehl, Holzfasern oder Holzschnitzel, in Mischung mit einem thermoplastischen Kunststoff einen Komposit- oder Verbundwerkstoff bildet.
  • Die US 4717742 beschreibt gattungsgemäß einen holzverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoff aus Holzzellstoff und Polyethylen oder isotaktischem Polypropylen, wobei der Kunststoff jeweils Maleinsäureanhydrid enthält. Zur Verbesserung der Haftung zwischen lignocellulosischen Fasern einerseits sowie Kunststoff andererseits, werden die lignocellulosischen Fasern mit γ-Aminopropyltriethoxysilan in einem Lösungsmittel vorbehandelt, das Lösungsmittel anschließend abgedampft und eine Trocknung bei 105 °C vorgenommen. Das Maleinsäureanhydrid wird als Kopplungsmittel zwischen den silanisierten Cellulosefasern und dem Kunststoff verwendet.
    •
  • Gegenüber den bekannten Kompositwerkstoffen aus thermoplastischem Kunststoff und lignocellulosischen Fasern stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, die Verwendung eines Kompositwerkstoffs mit verbesserten Eigenschaften für Kraftfahrzeugbauteile anzugeben, wobei der Kompositwerkstoff eine höhere Kerbschlagzähigkeit, ein verbessertes Elastizitätsmodul, eine höhere Zugfestigkeit sowie eine verringerte Wasseraufnahme aufweist und dadurch die mechanischen und tribologischen Eigenschaften sowie das thermische Verhalten der Fahrzeugteile vorteilhaft verbessert, nahezu lösemittelfrei ist und zudem gute Verarbeitungseigenschaften aufweist.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Vorteilhafte Aus- und Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Der Kompositwerkstoff, bestehend aus lignocellulosischen Fasern wird durch Behandlung mit Silanen derivatisiert, wodurch einerseits eine haftvermittelnde Wirkung zwischen den lignocellulosischen Fasern und dem thermoplastischen Kunststoff hergestellt wird und andererseits die lignocellulosischen Fasern hydrophobiert sind.
  • Die lignocellulosischen Fasern werden durch die Behandlung mit Organopolysiloxanen beziehungsweise durch deren Copolymerisate in einer Mischung auf Wasserbasis umgesetzt. Damit werden im Wesentlichen keine organischen Lösungsmittel eingesetzt und die daraus hergestellten Kraftfahrzeugbauteile bestehen somit aus einem lösemittelfreien Kompositwerkstoff. Der erfindungsgemäße Kompositwerkstoff wird im Kraftfahrzeugbau für Innenbauteile und/oder Außenbauteile und/oder Funktionsbauteile verwendet. Die Verarbeitung des Kompositwerkstoffs für die Herstellung der vorgenannten Kraftfahrzeugbauteile wird nicht nachteilig beeinflusst.
  • Der Gehalt an lignocellulosischen Fasern beträgt im erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff 10 bis 90 Gewichtsprozente (Gew.-%), wobei als lignocellulosische Fasern Holzmehl, Holzspäne und/oder Holzschnitzel aus Laub- oder Nadelhölzern sowie Gemische eingesetzt werden können.
  • Als thermoplastischer Kunststoff eignen sich insbesondere Polyethylen, Polypropylen, vorzugsweise isotaktisches Polypropylen, Blockcopolymere und Mischpolymere aus Polyethylen- und Polypropyleneinheiten, aber auch Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und dessen Blockpolymere/Blockcopolymere sowie Mischungen der vorgenannten thermoplastischen Kunststoffe.
  • Die lignocellulosischen Fasern werden durch eine Behandlung mit Organopolysiloxanen bzw. deren Copolymerisaten in einer Mischung auf Wasserbasis umgesetzt. Im Ergebnis wird somit die Haftvermittlung/-fähigkeit zwischen den lignocellulosischen Fasern und dem thermoplastischen Kunststoff im Kompositwerkstoff vorteilhaft verbessert und die Aufnahme von flüssigem und gasförmigem Wasser somit reduziert.
  • Die zur Verwendung des erfindungsgemäßen Kompositwerkstoffs eingesetzten Organopolysiloxane sind durch Mischen wasserlöslicher Aminoalkyl-Alkoxysilane erhältlich, die die allgemeine Formel I: R-Si(R1)y(OR1*)3-y (I) aufweisen, mit nicht wasserlöslichen Alkyltrialkoxysilanen, die die allgemeine Formel II: R2-Si(OR1**)3 (II)aufweisen, optional zusätzlich in Kombination mit nicht wasserlöslichen Dialkyldialkoxysilanen der allgemeinen Formel III: AA'-Si(OR1***)2 (III).
  • Dabei ist R eine aminofunktionale Gruppe, aliphatisch verzweigt oder unverzweigt oder aromatisch mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, die primäre, sekundäre, tertiäre, bevorzugt quartäre aliphatische oder aromatische Aminogruppen enthält oder die allgemeine Formel IV aufweisen kann: [Z(f+g+h)](f+g+h)–[NH2+f(CH2)b(NHg+1)c(CH2)]d(NHh+1)e(CH2)i](f+g+h)+ (IV),bei der b, d und i unabhängig 0 bis 3 sind, c, e, f, g und h unabhängig 0 bis 1 sind und b + d + i = 0 ist, für b = 0 auch c = 0 ist, für d = 0 auch e = 0 ist, für i = 0 auch e = 0 ist und für d = i = 0 auch c = 0 ist. Dabei ist Z ein einwertiger anorganischer oder organischer Säurerest. R1, R1*, R1** und R1*** sind unabhängig ein Methyl- oder Ethylrest, R2 ein linearer, zyklischer oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, A ein unverzweigter oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und A' ein unverzweigter oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist und y 0 oder 1 ist. Vorzugsweise liegt das Molverhältnis von Verbindungen der Formel I zur Summe derjenigen der Formel II und III im Bereich von 0 bis 2.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist das wasserlösliche Aminoalkyloxysilan 3-Aminopropyltriethoxysilan und das wasserunlösliche Alkyltrialkoxysilan Isobutyltrialkoxysilan.
  • Das Organopolysiloxan, das aus wasserlöslichen Aminoalkoxysilan und zumindest einem wasserunlöslichen Alkyltrialkoxysilan, optional mindestens einem weiteren wasserunlöslichen Dialkyldialkoxysilan besteht, wird vorzugsweise unter Säurekatalyse hergestellt. Dabei bedeutet Säurekatalyse, dass der pH-Wert vorzugsweise einen Wert zwischen 1 bis 8 aufweist, insbesondere einen Wert zwischen 3 bis 5.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Organopolysiloxan auf Wasserbasis im Wesentlichen frei von Alkoholen eingesetzt, wobei das Organopolysiloxan herstellbar ist durch Mischen des wasserlöslichen Aminoalkoxysilans mit dem wasserunlöslichen Dialkyldialkoxysilan in Wasser und Einstellen des pH-Wertes auf einen Wert zwischen 1 bis 8 – vorzugsweise 3 bis 5 – und Entfernen von Alkohol mittels beispielsweise Vakuumdestillation. Für die Säurekatalyse bzw. zum Einstellen des pH-Wertes können anorganische oder organische Säuren eingesetzt werden, diese sind vorzugsweise Ameisensäure oder Essigsäure.
  • Eine bevorzugte wasserbasierte Organopolysiloxanzusammensetzung ist aus der EP 0716 128 A2 bekannt und unter dem Namen Dynasilan® von der Degussa AG, Deutschland, erhältlich. Als Organopolysiloxane sind auch Methyltriethoxysilan (Dynasilan MTES), 3-Glycidyloxy-propyltrimethoxysilan (Dynasilan GLYMO), Propyltriethoxysilan (Dynasilan PTEO), Vinyltrimethoxysilan (Dynasilan VTMO) sowie 3-Aminopropyltriethoxysilan (Dynasilan AMEO) geeignet.
  • Die Behandlung der lignocellulosischen Fasern mit der Organopolysiloxanzusammensetzung erfolgt beispielsweise über einen Zeitraum von ca. zwei Stunden unter ständiger Bewegung. Die Silanisierung der lignocellulosischen Fasern wird bei einer Temperatur von ca. 40° bis 70° C erreicht, bevorzugt bei einer Temperatur von 40 °C. Damit ist gewährleistet, dass das lignocellulosische Material an seiner Oberfläche und im Volumen mit dem Organopolysiloxan eine stabile Verbindung eingeht. Der pH-Wert wird hierzu beispielsweise auf einen Wert von 3 bis 4 durch die Zugabe von Ameisensäure eingestellt, wobei durch das längere Mischen der wässrigen Gebrauchslösung eine vollständige Hydrolysierung erfolgt.
  • Alternativ kann eine organopolysiloxanhaltige Zusammensetzung auf Wasserbasis hergestellt werden durch Mischen wasserlöslicher Aminoalkylalkoxysilane der allgemeinen Formel: R-Si(R1)y(OR1*)3-y (I)im molaren Verhältnis von >0 bis maximal 2 mit nicht wasserlöslichen Aminoalkoxysilanen der allgemeinen Formel II: R2-Si(OR1**)3 (II),wobei R eine aminofunktionelle organische Gruppe der allgemeinen Formel III: [Z(f+c·f*)](f+c·f*)–[AdNH– (2+f-d)[(CH2)aNA1 eH– (1-e+f*)]c(CH2)b –](f+c·f*)+ (III)darstellt, bei der a und b 1 bis 6 sind, c 0 bis 6 ist, d und e 0 bis 2 sind, f und f* 0 bis 1 sind, A und A1 einen Benzyl- oder Vinylbenzylrest darstellen, N Stickstoff ist und Z ein einwertiger anorganischer oder organischer Säurerest ist, wobei R1, R1* und R1** einen Methyl- oder Ethylrest und R2 einen linearen, zyklischen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eine Ureido-Alkylgruppe der allgemeinen Formel IV darstellt: NH2-CO-NH-(CH2)b- (IV)und y 0 bis 1 ist.
  • Diese alternative organopolysiloxanhaltige Zusammensetzung wird mit den lignocellulosischen Fasern anschließend in einem Gemisch mit Wasser versetzt, wobei eine pH-Werteinstellung im Bereich zwischen 1 bis 8 erfolgt und der vorhandene bzw. bei der Umsetzung entstehende Alkohol entfernt wird.
  • Lignocellulosische Fasern in der Verwendung in einem Kompositwerkstoff für Kraftfahrzeugbauteile gemäß Anspruch 7 oder 8, hergestellt bei einer Temperatur T oberhalb von 80 °C, zeigten vorteilhaft eine reduzierte Wasseraufnahme sowie eine verbesserte Kerbschlagzähigkeit von 5,7 bis 6,4 J, ein verbessertes E-Modul von 3400 bis 3700 N/mm2 sowie eine gesteigerte Zugfestigkeit von 31 bis 37 N/mm2.
  • Als lignocellulosische Fasern für den erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff kommen Faser/Späne – wie beispielsweise Fichtenholzspäne – in einer Größenordnung von 5 μm bis 5 mm Faserlänge in Betracht; diese Fasern werden je nach Verwendung im Kraftfahrzeug – das heißt als Innenbauteil und/oder Außenbauteil und/oder Funktionsbauteil – bezüglich der verwendeten Faserlänge angepasst. Es sind auch Holzspäne oder Holzmehl von Laub- und/oder Nadelbäumen verwendbar.
  • Die Herstellung des Kompositwerkstoffs, bestehend aus silanisierten Holzspänen, insbesondere Fichtenholzspänen, und einem thermoplastischen Kunststoff, wie z.B. granuliertes Polypropylen, erfolgt durch Mischen und mechanisches Kneten unter Temperaturzuführung in aus dem Stand der Technik bekannten Materialverarbeitungsvorrichtungen/-anlagen der Kunststofftechnik. Der derart hergestellte Kompositwerkstoff wird als Grundstoff für die Herstellung von Außen- und/oder Innen- und/oder Funktionsbauteilen im Kraftfahrzeugbau verwendet und die Kraftfahrzeugbauteile sind z.B. je nach Formerfordernissen im Blasverfahren oder Extrusionsverfahren oder Spritzgussverfahren oder Thermoformverfahren oder Tiefziehverfahren damit herstellbar.
  • Die Kraftfahrzeuginnenbauteile bestehend aus dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff umfassen: Konsolen, Ablagen, Bodenabdeckungen, Türinnenverkleidungen, Einstiegskanten, Luftführungselemente, Bedien- und Schaltelemente, sowie Griffe, Laderaumabdeckungen, Verschlusselemente, Dekorationselemente wie beispielsweise Innenzierleisten etc.
  • Kraftfahrzeugbauteile für den Außenbereich bestehend aus dem Kompositwerkstoff sind: Radhausschalen, Außenhautverkleidungen, Stoßfänger, Heckklappen- oder Motorhaubenabdeckung, Außenzierleisten sowie Außendekorationselemente, Tankklappenverschlusselemente, Kotflügel und Einstiegskanten sowie Clips-/Halteelemente etc.
  • Weiterhin sind Kraftfahrzeugfunktionsbauteile gemäß Anspruch 35 aus dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff zusammengesetzt.
  • Die Aufzählung der vorgenannten Innen- und/oder Außen- und/oder Funktionsbauteile für Kraftfahrzeuge ist nicht abschließend zu sehen.
  • Der Kompositwerkstoff, bestehend aus silanisierten lignocellulosischem Material und einem thermoplastischen Kunststoff, kann vorteilhaft so mit Zusatzstoffen versehen werden, dass dessen physikalisch-chemischen Eigenschaften – angepasst an die jeweiligen Kraftfahrzeugbauteile – verbessert werden.
  • Als Zusatzstoffe sind Füllstoffe, Nanopartikel, Pigmente, Treibmittel/Schaumbildner, Verarbeitungshilfsstoffe, Thermostabilisatoren, Gleit-/Fließmittel, Lichtschutzmittel, Flammschutzmittel, Schlagzähmodifikatoren, Antioxidantien, Nukleierungsmittel bzw. Keimbildner, Weichmacher, Antistatika, antibakteriell wirkende Stoffe, Leitfähigkeitsadditive, anorganische Fasern sowie Riechstoffe verwendbar. Auch sind Mischkombination der Zusatzstoffe untereinander mit dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff zur Herstellung der Kraftfahrzeugbauteile gut verwendbar.
  • Als Füllstoffe werden mineralische Füllstoffe eingesetzt. Beispiele sind Calciumcarbonate, d.h. Kreide, Kalkstein, Marmor und Dolomit; Silikate (auch Schichtsilikate) des Natriums, Kaliums, Calciums, Magnesiums (Talkum) und Aluminiums, Eisens, Zirkons; Kieselsäure; Metallhydroxide wie beispielsweise Magnesiumhydroxid und Aluminiumhydroxid. Dazu sind die Füllstoffe in unterschiedlichen Formen ausgeprägt, wie z.B. stäbchenförmig, blattförmig, faserförmig oder sphärolithisch und dem silanisierten lignocellulosischem Material und/oder dem thermoplastischen Kunststoff so beigemischt, dass eine Verarbeitung des Kompositwerkstoffes mittels den vorgenannten Herstellungsverfahren für die Kraftfahrzeugbauteile erfolgen kann. Die jeweiligen Füllstoffe in Verbindung mit dem Kompositwerkstoff dienen unter anderem zur Steigerung des E-Moduls, als Flammschutz für die Kraftfahrzeuginnenbauteile bzw. zur gezielten Einstellung der Materialhärte für bspw. Kraftfahrzeugaußenbauteile wie Stoßfänger oder Zierleisten.
  • Auch werden Füllstoffe im Bereich einer Partikelgröße von 0,1 bis 1200 μm Partikeldurchmesser gezielt zur Elastizitätseinstellung von bspw. Fahrzeugbauteilen für den Fußgängerschutz verwendet, die auch partiell bzw. abschnittsweise im Frontmodulbereich eines Kraftfahrzeuges – bestehend aus dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff – eingebracht sind.
  • Weiterhin sind Pigmente wie Ruß, Titandioxid, Eisenoxid, Glimmer, spinellartige Pigmentverbindungen sowie Metallkomplexverbindungen in den Kompositwerkstoff einbringbar. Ruß dient beispielsweise dazu, die elektrischen Eigenschaften von Kraftfahrzeugoberflächen bestehend aus dem erfindungsgemäßen Kompositmaterial spezifisch hinsichtlich ihres elektrischen Widerstandverhaltens einzustellen. Kraftfahrzeugbauteile hierfür sind medienführende rohr- und schlauchartige Bauelemente oder andere Funktionsbauteile wie Fahrzeugbehältnisse als Tank für Kraft-/Schmierstoffe oder Behältnisse von Spritzwasseranlagen.
  • In diesem Zusammenhang wurde weiterhin erkannt, dass durch die Zugabe von Leitfähigkeitsadditiven, wie bspw. Graphit oder Metallpartikeln, eine für bestimmte Kraftfahrzeugbauteile abschnittsweise einstellbare elektrische Leitfähigkeit zur Abschirmung von elektromagnetischer Streustrahlung vorteilhaft mit dem Kompositwerkstoff erreicht wird. Das erfindungsgemäße silanisierte lignocellulosische Material in Verbindung mit dem thermoplastischen Kunststoff sowie das in die Materialmatrix eingebrachte Leitfähigkeitsadditiv gestatten somit die Ausbildung von hochdotierten Leitfähigkeitsbereichen/-zonen, neben Bereichen/Zonen mit geringerer Leitfähigkeit (Isolationsbereiche). Dadurch lassen sich gezielt leitfähige und nicht leitfähige Bereiche entlang einer Innen- oder Außenoberfläche eines Kraftfahrzeugbauteils einstellen und damit beispielsweise nachteilige elektrostatische Aufladungen im Innen- oder Außenbereich vorteilhaft vermeiden. Als Leitfähigkeitsadditive können auch metallartige Fasern in einer Größe von 0,1 μm bis zu 4 mm in diesem Erfindungszusammenhang verwendet werden.
  • Antistatika, als Zusatzstoffe eingebracht in den erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff, wie bspw. epoxylierte Amine, Polyethylenglykolester, Glyzerinmono- und/oder -distearate sowie Alkylsulfonate, eignen sich ebenfalls vorteilhaft zur Reduktion von elektrostatischen Aufladungen an bspw. medienführenden Leitungen.
  • Weiterhin können dem Kompositwerkstoff Lichtschutzmittel, umfassend HALS-Stabilisatoren (HALS sind sterisch gehinderte Amine), zugegeben werden. Durch dieses Lichtschutzmittel wird vorteilhaft erreicht, dass die UV-A/UV-B Beständigkeit erhöht und die Farbechtheit des Kraftfahrzeugbauteils infolge der Sonneneinstrahlung gerade im Außen/Innenbereich im Laufe der Lebensdauer erhalten bleibt und eine UV-bedingte Farbdegradation/-ausbleichung so vorteilhaft reduziert wird.
  • Zur besseren Verarbeitung des erfindungsgemäßen Kompositwerkstoffs bei der Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen – z.B. im Spritzguss- oder im Extrusionsverfahren – können auch Verarbeitungshilfsstoffe, wie hochmolekulare Acrylpolymere, zugesetzt werden sowie Thermostabilisatoren, umfassend organische Zinncarboxylate und Zinnmercaptide sowie aus Barium-Zink-Verbindung bestehende Stabilisatoren; ebenso wurden phosphorhaltige Verarbeitungsstabilisatoren wie Tris(nonylphenyl)phosphit, Tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphit zugesetzt.
  • Für den Fall der Herstellung der Fahrzeugbauteile im Extrusionsverfahren werden Fließ/Gleitmittel wie beispielsweise Metallsalze, Fettsäuren, Wachse/Paraffine und Fettsäureester vorteilhaft zugegeben. Dadurch wird die Verarbeitungsqualität des erfindungsgemäßen Kompositmaterials weiter verbessert.
  • Im Falle von Kraftfahrzeuginnenbauteilen können zu deren Herstellung Weichmacher, wie bspw. Phthalate, Citrate und Öle, zugegeben werden, so dass bspw. in ausgewählten Bereichen der Kraftfahrzeuginnenbauteile vorteilhafte Elastizitätseigenschaften einstellbar sind. Das zugegebene Öl umfasst auch pflanzliche Öle.
  • Zudem lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff auch Riechstoffe wie bspw. Ester, Terpene, Aldehyde, Acrylverbindungen sowie pflanzliche Duftstoffe/Öle zusetzen, die gezielt für Kraftfahrzeuginnenbauteile so zugesetzt werden, dass sich ein angenehmes Geruchsklima im Fahrzeuginnenraum einstellt.
  • Antibakteriell wirkende Stoffe, wie silberhaltige Verbindungen und Silberoxidkomplexe, lassen sich ebenfalls im Kompositwerkstoff verwenden, wobei Kraftfahrzeuginnenbauteile im Vordergrund stehen, die als Luftführungselemente die Innenluftverhältnisse im Kraftfahrzeug verbessern und in Wirkverbindung mit einer Klima-/Belüftungsanlage stehen.
  • Weiterhin wurde vorteilhaft erkannt, dass auch Flammschutzmittel wie Deca-, Octa-, Pentabromdiphenylether, Hexabromdiphenoxyethan, Tetrabromphthalsäureanhydrid, Tetrabromphthalsäurediole und -polyether dem Kompositwerkstoff problemlos zugesetzt werden können, wobei auch Tetrabrombisphenol A (TBBA) verwendet wird. Vorzugsweise werden diese Flammschutzmittel für Außenbauteile bzw. Funktionsbauteile im Kraftfahrzeug eingesetzt.
  • Insbesondere für geschäumte Kraftfahrzeugbauteile sind organische und/oder anorganische Treibmittel oder Schaumbildner wie bspw. Azodicarbonamid oder Natriumhydrogencarbonat verwendbar. Damit lässt sich eine Schaumschicht aus dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff für bspw. Luftführungskanäle erzeugen, die abschnittweise und angepasst an die Einbauverhältnisse im Kraftfahrzeug mit dem Kompositwerkstoff/-material ausgeführt sind und verbesserte, den Schall absorbierende Eigenschaften infolge der im Kompositwerkstoff enthaltenen lignocellulosischen Fasern aufweisen, so dass beispielsweise der durch die Strömungsluft bedingte akustische Körperschall vorteilhaft reduziert werden konnte.
  • Ein Zusatzstoff gemäß Anspruch 25 erhöht und verbessert vorteilhaft die Schlagzähigkeit eines Kraftfahrzeugaußenbauteils und eignet sich insbesondere auch für mechanisch hoch beanspruchte Kraftfahrzeugfunktionsbauteile, wie energieabsorbierende Crashboxen oder mechanisch hochbelastete Verbindungselemente.
  • Als Antioxidans werden sterisch gehinderte Phenole oder sterisch gehinderte Amine oder Lactone dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff zugesetzt, wodurch gesamthaft ein verbessertes Materialverarbeitungsverhalten bei den unterschiedlichen Herstellungsverfahren der Kraftfahrzeugbauteile erreichbar wird.
  • Die Zugabe von Nukleierungsmittel/Keimbildner wie Talkum oder Kreide als Zusatzstoffe zum Kompositwerkstoff erhöhen vorteilhaft die Temperaturstabilität der Kraftfahrzeugbauteile.
  • Weiterhin wurde überraschenderweise erkannt, dass durch die Zugabe von mineralischen Füllstoffen im Bereich von 5 bis 30 Gewichtsprozenten bezogen auf die Gesamtkompositwerkstoffzusammensetzung – d.h. einschließlich der Zusatzstoffe – das Ausdehnungsverhalten bei unterschiedlichen Temperaturen insbesondere für Außenbauteile verbessert wird; dies gilt insbesondere für die das Design beeinflussenden Komponenten wie Stoßfänger, Außenzierleisten und Außenhautverkleidungen, die einem Temperaturbereich von bspw. –30 °C bis über 70 °C bei Kraftfahrzeugen ausgesetzt sind.
  • Auch wurden faserartige, mineralische Füllstoffe dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff so zugesetzt, dass sich das Elastizitätsmodul der Kraftfahrzeugaußenbauteile damit vorteilhaft erhöhte. Die hierzu verwendeten Faserlängen lagen im Bereich von 0,001 mm bis 5 mm und der Anteil der Fasern zur Gesamtkompositwerkstoffzusammensetzung liegt im Bereich von 5 bis 30 Gewichtsprozenten.
    •

Claims (36)

  1. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge, der aus folgenden Bestandteilen besteht: a) lignocellulosische Fasern und thermoplastischen Kunststoff, wobei b) die lignocellulosische Fasern mit einer wässrigen Zusammensetzung behandelt sind, die ein Organopolysiloxan umfassen, c) das zumindest ein wasserlösliches Aminoalkyltrialkoxysilan und zumindest ein wasserunlösliches Alkyltrialkoxysilan aufweist, als Werkstoff für die Herstellung von für den Kraftfahrzeugbau bestimmten Innenbauteilen und/oder Außenbauteilen und/oder Funktionsbauteilen.
  2. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Organopolysiloxan zumindest ein wasserunlösliches Dialkyldialkoxysilan enthält.
  3. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Aminoalkoxysilan die allgemeine Formel I: R-Si(R1)y(OR1*)3-y (I)hat und das wasserunlösliche Alkyltrialkoxysilan die allgemeine Formel II: R2-Si(OR1**)3 (II),wobei R1, R1* und R1** unabhängig ein Methyl- oder Ethylrest ist, R2 ein linearer, zyklischer oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist und y = 0 oder 1 und wobei R eine primäre, sekundäre, tertiäre, bevorzugt quartäre aliphatische oder aromatische Aminogruppe ist.
  4. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserunlösliche Dialkyldialkoxysilan die allgemeine Formel III: AA'-Si(OR1***)2 (III)aufweist, wobei R1, R1*, R1** und R1*** unabhängig ein Methyl- oder Ethylrest ist, R2 ein linearer, zyklischer oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, A ein unverzweigter oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und A' ein unverzweigter oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist.
  5. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Aminoalkoxysilan die allgemeine Formel I: R-Si(R1)y(OR1*)3-y (I)hat und das wasserunlösliche Alkyltrialkoxysilan die allgemeine Formel II: R2-Si(OR1**)3 (II),wobei R eine aminofunktionelle organische Gruppe der allgemeinen Formel III: [Z(f+c·f*)](f+c·f*)–[AdNH– (2+f-d)[(CH2)aNA1 eH– (1-e+f*)]c(CH2)b –](f+c·f*)+ (III),darstellt, bei der a und b 1 bis 6 sind, c 0 bis 6 ist, d und e 0 bis 2 sind, f und f* 0 bis 1 sind, A und A1 einen Benzyl- oder Vinylbenzylrest darstellen, N Stickstoff ist und Z ein einwertiger anorganischer oder organischer Säurerest ist, wobei R1, R1* und R1** einen Methyl- oder Ethylrest und R2 einen linearen, zyklischen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eine Ureido-Alkylgruppe der allgemeinen Formel IV: NH2-CO-NH-(CH2)b- (IV)darstellt und y 0 bis 1 ist.
  6. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Organopolysiloxan 3-Aminopropyltriethoxysilan in Mischung mit Isobutyltriethoxysilan aufweist.
  7. Verwendung von lignocellulosischen Fasern in einem Kompositwerkstoff für Kraftfahrzeuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lignocellulosischen Fasern mit einem Organopolysiloxan, erhältlich durch Mischen wasserlöslicher Aminoalkylalkoxysilane der allgemeinen Formel I: R-Si(R1)y(OR1*)3-y (I)mit einem wasserunlöslichen Alkyltrialkoxysilan der allgemeinen Formel II: R2-Si(OR1**)3 (II)und/oder einem wasserunlöslichen Dialkyldialkoxysilan der allgemeinen Formel III: AA'-Si(OR1***)2 (III),wobei R1, R1*, R1** und R1*** unabhängig ein Methyl- oder Ethylrest ist, R2 ein linearer, zyklischer oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, A ein unverzweigter oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und A' ein unverzweigter oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist und y = 0 oder 1 ist und wobei R eine primäre, sekundäre, tertiäre, bevorzugt quartäre aliphatische oder aromatische Aminogruppe ist, kontaktiert worden sind und auf eine Temperatur oberhalb 80 °C erwärmt worden sind.
  8. Verwendung von lignocellulosischen Fasern in einem Kompositwerkstoff für Kraftfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lignocellulosischen Fasern mit einem Organopolysiloxan, erhältlich durch Mischen wasserlöslicher Aminoalkylalkoxysilane der allgemeinen Formel I: R-Si(R1)y(OR1*)3-y (I)mit einem wasserunlöslichen Alkyltrialkoxysilan der allgemeinen Formel II: R2-Si(OR1**)3 (II),wobei R eine aminofunktionelle organische Gruppe der allgemeinen Formel III: [Z(f+c·f*)](f+c·f*)–[AdNH(2+f-d) –[(CH2)aNA1 eH(1-e+f*) –)]c(CH2)b –](f+c·f*)+ (III),darstellt, bei der a und b 1 bis 6 sind, c 0 bis 6 ist, d und e 0 bis 2 sind, f und f* 0 bis 1 sind, A und A1 einen Benzyl- oder Vinylbenzylrest darstellen, N Stickstoff ist und Z ein einwertiger anorganischer oder organischer Säurerest ist, wobei R1, R1* und R1** einen Methyl- oder Ethylrest und R2 einen linearen, zyklischen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eine Ureido-Alkylgruppe der allgemeinen Formel IV: NH2-CO-NH-(CH2)b- (IV)darstellt und y 0 bis 1 ist, kontaktiert worden sind und auf eine Temperatur oberhalb 80 °C erwärmt worden sind.
  9. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompositwerkstoff mindestens einen Zusatzstoff enthält.
  10. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff ein mineralischer Füllstoff, ein Nanopartikel, ein Pigment, ein Treibmittel/Schaumbildner, ein Verarbeitungshilfsstoff, ein Thermostabilisator, ein Gleit- oder Fließmittel, ein Lichtschutzmittel, ein Flammschutzmittel, ein Schlagzähmodifikator, ein optischer Aufheller, ein Antioxidans, ein Weichmacher, ein Antistatikum, ein antibakteriell wirkender Stoff, ein Leitfähigkeitsadditiv, eine anorganische Faser oder ein Riechstoff ist.
  11. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zusatzstoffe als Mischung dem Kompositwerkstoff zugesetzt sind.
  12. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Füllstoff ein Calciumcarbonat, eine Silikatverbindung des Natriums, Kaliums, Calciums, Magnesiums (Talkum) und Aluminiums, Eisens, Zirkons ist; eine Kieselsäure oder ein Metallhydroxid wie Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid ist.
  13. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente aus Ruß und/oder Titandioxid und/oder Eisenoxid und/oder Glimmer und/oder Metallkomplexverbindungen bestehen.
  14. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitfähigkeitsadditiv ein Graphit und/oder Metallfasern sind.
  15. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtschutzmittel ein sterisch gehindertes Amin (HALS-Stabilisator) ist.
  16. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Aufheller eine Olefinverbindung ist.
  17. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeitungshilfsstoff ein hochmolekulares Acrylpolymer ist.
  18. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator ein organisches Zinncarboxylat und/oder ein Zinnmercaptid und/oder eine Barium-Zink-Verbindung und/oder ein Tris(nonylphenyl)phosphit und/oder ein Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit ist.
  19. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließ- oder Gleitmittel ein Metallsalz, eine Fettsäure und/oder ein Wachs (Paraffin) und/oder ein Fettsäureester ist.
  20. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichmacher ein Phthalat und/oder ein Citrat und/oder ein Öl, insbesondere ein pflanzliches Öl ist.
  21. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Riechstoff ein Ester und/oder ein Terpen und/oder ein Aldehyd und/oder eine Acrylverbindung und/oder ein pflanzliches Öl ist.
  22. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der antibakteriell wirkende Stoff eine Silberverbindung oder ein Silberoxidkomplex ist.
  23. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammschutzmittel ein Deca-, Octa-, Pentabromdiphenylether oder ein Hexabromdiphenoxyethan oder ein Tetrabromphthalsäureanhydrid oder ein Tetrabromphthalsäurediol/-polyether oder eine Tetrabrombisphenolverbindung (TBBA) ist.
  24. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel/der Schaumbildner ein Azodicarbonamid oder ein Natriumhydrogencarbonat ist.
  25. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagzähmodifikator ein Acrylat ist.
  26. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Antioxidans ein sterisch gehindertes Phenol oder ein sterisch gehindertes Amin oder ein Lacton ist.
  27. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Nukleierungsmittel/Keimbildner ein Talkum oder Kreide ist.
  28. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Antistatikum ein epoxyliertes Amin oder ein Polyethylenglykolester oder ein Glyzerinmono- und/oder -distearat oder ein Alkylsulfonat ist.
  29. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Füllstoff und/oder das Pigment und/oder das Treibmittel/der Schaumbildner und/oder der Verarbeitungshilfsstoff und/oder der Stabilisator und/oder das Gleit-/Fließmittel und/oder das Lichtschutzmittel und/oder das Flammschutzmittel und/oder der optische Aufheller und/oder das Antioxidant und/oder der Weichmacher und/oder das Antistatikum und/oder der antibakteriell wirkende Stoff und/oder das Leitfähigkeitsadditiv und/oder der Riechstoff eine Partikelgröße im Bereich von 0,1 bis 1200 μm aufweist.
  30. Verwendung eines Kompositwerkstoffs für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Füllstoff im Bereich von 5 bis 30 Gew.-% bezogen auf die Gesamtkompositwerkstoffzusammensetzung zugegeben ist.
  31. Verwendung von lignocellulosischen Fasern in einem Kompositwerkstoff für Kraftfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lignocellulosischen Fasern aus Holzspänen oder Holzmehlen von Laubbäumen und/oder Nadelbäumen bestehen.
  32. Verwendung von lignocellulosischen Fasern in einem Kompositwerkstoff für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlänge im Bereich von 5 μm bis zu 5 mm liegt.
  33. Kraftfahrzeugbauteile aus einem Kompositwerkstoff, zusammengesetzt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeuginnenbauteil eine Konsole oder eine Ablage oder eine Bodenabdeckung oder eine Türinnenverkleidung oder eine Innenblende oder eine Einstiegskante oder ein Luftführungselement oder ein Bedienelement oder ein Schaltelement oder ein Griff oder eine Laderaumabdeckung oder ein Abdeckelement oder ein Verschlusselement oder eine Zierleiste oder ein Dekorationselement ist.
  34. Kraftfahrzeugbauteile aus einem Kompositwerkstoff, zusammengesetzt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugaußenbauteil eine Radhausschale oder eine Außenhautverkleidung oder ein Stoßfänger oder eine Heckklappe oder eine Motorhaubenabdeckung oder eine Heckhaubenabdeckung oder eine Zierleiste oder ein Dekorationselement oder ein Tankklappenverschlusselement oder ein Einstiegselement oder ein Kotflügel oder eine Unterbodenabdeckung oder eine Tragstruktur für den Fußgängerschutz umfassende Kraftfahrzeugaußenbauteile ist.
  35. Kraftfahrzeugbauteile aus einem Kompositwerkstoff, zusammengesetzt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsbauteil ein Kraftfahrzeugbehältnis zur Aufnahme von Flüssigkeiten oder ein medienführendes rohr- oder schlauchförmiges Element oder ein energieabsorbierendes Element einer Crashbox oder ein Rastelement oder ein Halterungselement oder ein Clipselement ist.
  36. Kraftfahrzeugbauteile nach einem der Ansprüche 33 bis 35, bestehend aus einem Kompositwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeuginnenbauteil und/oder Kraftfahrzeugaußenbauteil und/oder Kraftfahrzeugfunktionsteil im Spritzgussverfahren oder im Blasverfahren oder im Extrusionsverfahren oder im Thermoformverfahren oder im Tiefziehverfahren oder in einer Kombination der genannten Verfahren hergestellt ist.
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