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Die
Erfindung betrifft ein thermoplastisches Elastomer nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, eine Verwendung eines solchen thermoplastischen
Elastomers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 28, ein Elastomererzeugnis
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 30 und ein Verfahren zur Herstellung
eines thermoplastischen Elastomers nach dem Oberbegriff des Anspruchs
33.
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Aus
dem Stand der Technik sind zahlreiche thermoplastische Elastomere
bekannt. So beschreibt die
US 2002/0115796 A1 beispielsweise ein thermoplastisches
Elastomer, das definierte physikalische Eigenschaften insbesondere
bei 140°C
hinsichtlich seiner Schmelzzähigkeit,
seiner Zugfestigkeit und seiner Längenänderung beim Reißen aufweist.
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Die
physikalischen Eigenschaften thermoplastischer Elastomere sind stark
von der Temperatur abhängig.
So lassen sich diese Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen, also
bei Temperaturen unterhalb von –30°C, insbesondere
unterhalb von –32,5°C und ganz
insbesondere bei Temperaturen von –37,5°C oder darunter, nicht mit denen
bei Raumtemperatur oder noch höheren
Temperaturen vergleichen. Auch kann aus den physikalischen Eigenschaften,
die standardmäßig bei
hohen Temperaturen wie beispielsweise 140°C oder 230°C gemessen werden, nicht zwingenderweise
auf die Eigenschaften der Elastomere bei niedrigen Temperaturen
geschlossen werden.
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Die
Eigenschaften eines thermoplastischen Elastomers bei niedrigen Temperaturen
haben beispielsweise dann einen entscheidenden Einfluss auf die
Verwendbarkeit des Elastomers, wenn es als Material für eine Abdeckung
bzw. ein Gehäuse
eines Airbags für
ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden soll. Es muss dabei gewährleistet
werden, dass ein solchermaßen
verwendetes Elastomer auch bei niedrigen Temperaturen ein reproduzierbares
Aufreißverhalten
zeigt und dass gleichzeitig die Entstehung loser Elastomerpartikel
vermieden wird.
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Als
Aufreißverhalten
soll hier – im
Falle der Verwendung eines thermoplastischen Elastomers zur Herstellung
einer Abdeckung eines Airbags – das
Verhalten des Elastomers verstanden werden, das dieses dann zeigt,
wenn es beispielsweise durch die Entfaltung eines Airbags (Airbagauslösung) infolge
eines Unfalls entlang einer Sollbruchstelle aufreißt. Ein
solches Aufreißverhalten
lässt sich
auch auf andere Elastomererzeugnisse und andere das Aufreißen auslösende Ereignisse übertragen.
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Aus
der
US 5,611,565 ist
ein Airbaggehäuse
bestehend aus einem thermoplastischen Elastomer bekannt, dessen
Eigenschaften dahingehend optimiert wurden, dass eine auf dem Elastomer
angeordnete Farbschicht bei Temperaturen von –40°C bis +85°C eine exzellente Haftung an
dem Elastomergrundkörper
aufweist.
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Zwar
wird in der
US 5,611,565 auch
ein stabiles Aufreißverhalten
des aus dem Elastomer geformten Airbaggehäuses im Falle einer Airbagauslösung bei
Temperaturen von kleiner als –30°C als wünschenswert erwähnt, doch
nicht weiter thematisiert.
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Es
hat sich gezeigt, dass Airbagabdeckungen oder Airbaggehäuse, die
aus unterschiedlichen herkömmlichen
Materialien wie beispielsweise thermoplastischen Elastomeren auf
der Basis von Olefinen (TPO) bzw. auf der Basis von Olefinen, vernetztem
Kautschuk und Styrol-Ethenbuten-Styrol (TPO/SEBS/TPV) hergestellt
sind, bei –32,5°C noch ein
wünschenswertes
Aufreißverhalten
zeigen, bei –37,5°C jedoch
nicht mehr. Ein nicht wünschenswertes
Aufreißverhalten äußert sich
beispielsweise darin, dass Airbagabdeckungen oder Gehäuse nicht
mehr entlang einer Sollbruchstelle aufreißen, sondern unkontrolliert
einreißen
und sich darüber hinaus
Teile des Materials beim Aufreißen
bzw. Einreißen
(beispielsweise infolge einer Airbagauslösung) von der Airbagabdeckung
lösen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Material zu entwickeln,
das zur Herstellung von Airbagabdeckungen geeignet ist und das auch
bei niedrigen Temperaturen ein gutes Aufreißverhalten aufweist, sowie
ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein thermoplastisches Elastomer mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein
solches thermoplastisches Elastomer ist aus einer Herstellungszusammensetzung
herstellbar, die mindestens ein Propylen-Copolymer, welches aus
Propylen und mindestens einem weiteren Alken aufgebaut ist, mindestens
ein Ethylen-Copolymer, welches aus Ethylen und mindestens einem
weiteren Alken aufgebaut ist, mindestens einen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
und mindestens einen Füllstoff
enthält.
Das Propylen-Copolymer weist dabei eine Kerbschlagzähigkeit
bei –20°C (gemessen
nach der Notched-Izod-Methode) von mindestens 5 kJ/m2 und
nicht mehr als 10 kJ/m2 auf. Der Füllstoff
modifiziert oberflächendbildende
Eigenschaften des thermoplastischen Elastomers dahingehend, dass
Erzeugnisse, die aus dem thermoplastischen Elastomer hergestellt
werden, Oberflächen
aufweisen, die wünschenswerte
Eigenschaften wie beispielsweise eine hohe Glattheit oder eine gute
Kaschierung von Einfallstellen haben.
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Um
die elastischen Eigenschaften des thermoplastischen Elastomers zu
verstärken,
ist es dabei zwingend erforderlich, dass das Elastomer unter Verwendung
eines Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuks
(EPDM) hergestellt wird. Dies hat vor allem positive Auswirkungen
auf die Aufreißeigenschaften
einer Airbagabdeckung, die als Elastomererzeugnis aus dem thermoplastischen
Elastomer hergestellt ist, bei niedrigen Temperaturen von weniger
als –30°C, insbesondere
weniger als –32,5°C und ganz
besonders bei –37,5°C oder darunter.
Ohne die Verwendung des EPDM ist es nicht möglich, ein thermoplastisches
Elastomer mit den erfindungsgemäß geforderten
Eigenschaften herzustellen.
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Das
Propylen-Copolymer besteht vorzugsweise aus Propylen und Ethylen.
Darüber
hinaus weist es vorzugsweise eine Schmelze-Massenfließrate von
nicht mehr als 15 g/10 min auf. Diese Schmelze-Massenfließrate charakterisiert
das Fließverhalten
einer Schmelze und ist definiert als das Volumen einer Schmelze, das
in 10 min bei vorgegebener Temperatur und vorgegebenem Druck durch
eine Kapillare mit festgelegten Abmessungen fließt. Sie wird in Rahmen dieser
Erfindung bei 230°C
und einer druckausübenden
Masse von 2,16 kg gemessen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante
weist das Propylen-Copolymer eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 8 kJ/m2 bei –20°C und besonders
bevorzugt von mindestens 9 kJ/m2 bei –20°C auf. Die
Kerbschlagzähigkeit
wird dabei mittels der Notched-Izod-Methode bestimmt.
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Eine
Herstellungszusammensetzung zur Herstellung des thermoplastischen
Elastomers weist vorzugsweise einen Anteil von rund 20 bis 50 Massenprozent
des Propylen-Copolymers
auf, so dass das thermoplastische Elastomer auch zu etwa 20 bis
50 Massenprozent aus diesem ersten Copolymer besteht. Enthält die Herstellungszusammensetzung
mehr als ein Propylen-Copolymer, beispielsweise eine Mischung verschiedener
Propylen-Copolymere, bezieht sich dieser Massenanteil auf alle Propylen-Copolymere
zusammen. Besonders bevorzugt beträgt der Anteil des mindestens
einen Propylen-Copolymers an der Herstellungszusammensetzung 33
bis 48 Massenprozent.
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Für vorteilhafte
Eigenschaften eines erfindungsgemäßen thermoplastischen Elastomers
ist das Ethylen-Copolymer vorzugsweise ein Copolymer, das aus Ethylen
und Octen aufgebaut ist. Es hat sich gezeigt, dass nur eine relativ
begrenzte Anzahl von entsprechenden Copolymeren vorteilhaft eingesetzt
werden können.
Zu diesen Copolymeren aus Ethylen und Octen zählen insbesondere solche, die
eine Dichte aufweisen, die kleiner oder gleich 0,86 g/cm3 (gemessen nach ASTM D 792) ist.
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Eine
Herstellungszusammensetzung zur Herstellung des thermoplastischen
Elastomers weist vorzugsweise einen Anteil von rund 30 bis 50 Massenprozent
des Ethylen-Copolymers
auf, so dass das thermoplastische Elastomer auch zu etwa 30 bis
50 Massenprozent aus diesem Ethylen-Copolymer besteht. Besonders
bevorzugt ist dabei ein Anteil von etwa 30 bis 40 Massenprozent
des Ethylen-Copolymers. Der jeweils einzusetzende Anteil des Ethylen-Copolymers
variiert in Abhängigkeit
von den weiteren in der Herstellungszusammensetzung verwendeten
Substanzen und ihren jeweiligen Anteilen an der Herstellungszusammensetzung.
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Als
Dienkomponente des EPDM kommen vorzugsweise unter anderem 1,4-Hexadien,
Norbonen, Dicyclopentadien oder eine Mischung davon in Betracht.
Andere Dienkomponenten sind aber ebenso denkbar, da sie die prinzipiellen
Eigenschaften des thermoplastischen Elastomers, dessen Bestandteil
das EPDM ist, nur unwesentlich beeinflussen. Entscheidend ist jedoch,
dass die Herstellungszusammensetzung des thermoplastischen Elastomers
mindestens ein EPDM enthält.
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Das
EPDM wird der Herstellungszusammensetzung für das thermoplastische Elastomer
vorzugsweise in einem Anteil von etwa 2,5 bis 25 Massenprozent zugesetzt,
so dass auch das thermoplastische Elastomer zu etwa 2,5 bis 25 Massenprozent
aus dem EPDM besteht. Besonders bevorzugt ist dabei ein Anteil des EPDM
von etwa 2,5 bis 10 Massenprozent und ganz besonders bevorzugt ein
Anteil von etwa 7,5 bis 10 Prozent.
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Das
EPDM weist ferner vorzugsweise eine Mooney-Viskosität von größer als
ca. 50 und kleiner als ca. 80 auf. Die Mooney-Viskosität wird dabei
nach ASTM D 1646 bestimmt.
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Vorzugsweise
liegt der relative Massenanteil des Ethylens am EPDM zwischen ca.
50% und ca. 80%. Dieser Massenanteil wird dabei nach ASTM D 6047
bestimmt.
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Um
eine Vernetzung der einzelnen Bestandteile des thermoplastischen
Elastomers zu erreichen, wird der Herstellungszusammensetzung vorzugsweise
ein Vernetzer zugefügt.
Als solcher Vernetzer kommt insbesondere ein Peroxid in Betracht,
aber zahlreiche andere herkömmliche
Vernetzer eignen sich ebenfalls.
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Wird
ein Peroxid als Vernetzer verwendet, wird es der Herstellungszusammensetzung
bevorzugt zu einem Anteil von etwa 0,008 bis 0,25 Massenprozent,
besonders bevorzugt zu einem Anteil von etwa 0,02 bis 0,1 Massenprozent
und ganz besonders bevorzugt zu einem Anteil von etwa 0,02 bis 0,04
Massenprozent zugesetzt. Dabei wird angenommen, dass das Peroxid
zu 100% aus aktiver Substanz besteht. Wird eine Peroxidlösung eingesetzt,
die nur zu einem geringeren Prozentsatz aktive Substanz enthält, sind
die zuzusetzenden Mengen entsprechend zu erhöhen.
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Um
für eine
gute Oberflächenbeschaffenheit
von Erzeugnissen, die aus dem thermoplastischen Elastomer hergestellt
werden, zu sorgen, wird einer Herstellungszusammensetzung zur Herstellung
des thermoplastischen Elastomers vorzugsweise ein Carbonat, Talk,
Ruß, Glasfasern,
Wollastonit oder eine Mischung dieser Substanzen als Füllstoff
zugesetzt. Geeignete Glasfasern sind beispielsweise Langglasfasern
mit einer Länge
von 2 cm. Als Carbonat kommt insbesondere Calciumcarbonat in Betracht,
aber auch die Carbonate anderer Erdalkalimetalle, Alkalimetalle
oder Metalle eignen sich prinzipiell als Füllstoff.
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Durch
eine Mischung der verschiedenen Füllstoffe kann die Oberflächenbeschaffenheit
von Erzeugnissen, die aus dem thermoplastischen Elastomer hergestellt
werden, so angepasst werden, dass sie den jeweiligen Erfordernissen
entspricht. Dies kann eine Glattheit, eine Pigmentadhäsivität (und damit
eine Lackierungsfähigkeit)
und andere Parameter betreffen.
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Wird
Calciumcarbonat als Füllstoff
verwendet, wird es der Herstellungszusammensetzung zur Herstellung
des thermoplastischen Elastomers vorzugsweise zu einem Anteil von
rund 5 bis 30 Massenprozent an der gesamten Herstellungszusammensetzung
zugesetzt, so dass das thermoplastische Elastomer auch zu etwa 5
bis 30 Massenprozent aus Calciumcarbonat besteht. Besonders bevorzugt
ist dabei ein Anteil von etwa 10 bis 20 Massenprozent und ganz besonders
bevorzugt ein Anteil von etwa 15 bis 20 Massenprozent des Calciumcarbonats.
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Um
für eine
hinreichend gute, aber dennoch nicht zu starke Vernetzung der Bestandteile
des thermoplastischen Elastomers zu sorgen, wird der Herstellungszusammensetzung
des thermoplastischen Elastomers vorzugsweise neben dem Vernetzer
ein Beschleuniger zugesetzt, der die Vernetzungsreaktion beschleunigt.
Als Beschleuniger kommt dabei vorzugsweise Triallylisocyanurat in
Betracht, wobei andere Beschleuniger, die einen vergleichbaren Effekt
auf die Beschleunigungsreaktion haben, ebenfalls verwendet werden
können.
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Das
Triallylisocyanurat wird der Herstellungszusammensetzung des thermoplastischen
Elastomers vorzugsweise zu einem Anteil von etwa 0,02 bis 0,4 Massenprozent
an der gesamten Herstellungszusammensetzung zugesetzt. Besonders
bevorzugt wird dabei ein Anteil von etwa 0,05 bis 0,3 Massenprozent
und ganz besonders bevorzugt ein Anteil von etwa 0,1 bis 0,2 Massenprozent
des Triallylisocyanurats.
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Das
erfindungsgemäße thermoplastische
Elastomer weist vorzugsweise einen Biegemodul von größer oder
gleich 135 MPa und besonders bevorzugt von größer oder gleich 200 MPa auf.
Der Biegemodul wird nach ASTM D 790 bestimmt.
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Ferner
weist das thermoplastische Elastomer eine Zugfestigkeit beim Bruch
von vorzugsweise mindestens 8,5 MPa auf. Die Zugfestigkeit beim
Bruch wird nach ASTM D 638 bestimmt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante
der Erfindung weist das thermoplastische Elastomer eine Bruchdehnung
von mindestens 190% auf. Besonders bevorzugt ist dabei eine Bruchdehnung
von 400% oder mehr und ganz besonders bevorzugt eine Bruchdehnung
von 500% oder mehr. Die Bruchdehnung wird nach ASTM D 638 bestimmt.
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Vorzugsweise
weist das thermoplastische Elastomer eine nach ASTM D 1238 bestimmte
Schmelze-Massenfließrate
von 1 g/10min auf. Zur Bestimmung wird eine druckausübende Masse
von 5 kg bei einer Temperatur von 230°C eingesetzt.
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Das
thermoplastische Elastomer weist bevorzugt eine nach ASTM D 2240
bestimmte Shore-Härte
D von mindestens 30 auf.
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Ein
erfindungsgemäßes thermoplastisches
Elastomer eignet sich zur Herstellung eines Elastomererzeugnisses,
welches ein Teil eines Kraftfahrzeugs oder einer Kraftfahrzeugkomponente
ist.
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Dabei
eignet sich das thermoplastische Elastomer vorzugsweise zur Herstellung
einer Abdeckung und/oder eines Gehäuses eines Airbags oder eines
Airbagmoduls in dem Kraftfahrzeug, da seine Eigenschaften derart
modifiziert sind, dass sie mit den Anforderungen, die an eine solche
Abdeckung bzw. an ein solches Gehäuse gestellt werden, korrespondieren.
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Durch
die vorteilhaften Eigenschaften des thermoplastischen Elastomers
weisen daraus hergestellte Airbagabdeckungen oder Gehäuse sehr
gute Oberflächenbeschaffenheiten
und sehr gute Aufreißeigenschaften
bei niedrigen Temperaturen (unter –30°C bzw. unter –32,5°C, insbesondere
bei –37,5°C oder darunter)
und bei hohen Temperaturen (über
+70°C bzw. über +80°C, insbesondere
bei +90°C
oder darüber)
auf.
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Die
Aufreißeigenschaften
einer Airbagabdeckung oder eines Airbaggehäuses sind dann sehr gut, wenn
die Abdeckung bzw. das Gehäuse
beispielsweise bei einem Auslösen
des Airbags im Wesentlichen sauber entlang einer Aufreißnaht oder
Aufreißkante
als Sollbruchstelle aufreißt
und sich darüber
hinaus keine Partikel von der Airbagabdeckung oder dem Gehäuse lösen.
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Ein
aus einem erfindungsgemäßen thermoplastischen
Elastomer hergestelltes Elastomererzeugnis wird aufgrund seiner
vorteilhaften Eigenschaften vorzugsweise als Abdeckung und/oder
als Gehäuse
für einen Airbag
und/oder ein Airbagmodul in einem Kraftfahrzeug verwendet, wenngleich
andere Verwendungen denkbar und möglich sind.
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Zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen thermoplastischen
Elastomers wird ein Verfahren angewandt, bei dem folgende Substanzen
miteinander vermischt und erhitzt werden, wobei eine Polymerisierungsreaktion
abläuft:
mindestens ein Propylen-Copolymer
bestehend aus Propylen und mindestens einem weiteren Alken, mindestens
ein Ethylen-Copolymer bestehend aus Ethylen und mindestens einem
weiteren Alken, mindestens ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und
mindestens ein Füllstoff.
Das Propylen-Copolymer weist dabei eine Kerbschlagzähigkeit
(Notched Izod) von mindestens 5 kJ/m2 und
nicht mehr als 10 kJ/m2 auf (gemessen bei –20°C). Der Füllstoff
modifiziert oberflächendbildende
Eigenschaften des thermoplastischen Elastomers dahingehend, dass
Erzeugnisse, die aus dem thermoplastischen Elastomer hergestellt
werden, Oberflächen
aufweisen, die wünschenswerte
Eigenschaften wie beispielsweise eine hohe Glattheit oder eine gute Kaschierung
von Einfallstellen haben.
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Die
genannten vermischten Substanzen stellen die Herstellungszusammensetzung
zur Herstellung des thermoplastischen Elastomers dar. Die bevorzugten
Varianten der zur Verwendung in diesem Verfahren einsetzbaren Substanzen
entsprechen den in der vorliegenden Beschreibung erläuterten
bevorzugten Bestandteilen der erfindungsgemäßen thermoplastischen Elastomere.
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Die
Substanzen werden vorzugsweise in einem Mischer mit geringer Mischgeschwindigkeit
(Langsammischer) vermischt sowie in eine Extrusionsvorrichtung eingebracht,
mit der sie kompoundiert und extrudiert werden, so dass die Polymerisierungsreaktion
in der Extrusionsvorrichtung erfolgt. In einer alternativen Ausgestaltung
der Erfindung können
die einzelnen Substanzen auch mittels eines gravimetrischen Dosierungsgeräts in die
Extrusionsvorrichtung eingebracht werden.
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Aus
der Extrusionsverrichtung können
die geschmolzenen Substanzen statt durch Extrusion auch mittels
einer Schmelzpumpe ausgetragen werden. Die Schmelze des thermoplastischen
Elastomers wird nach dem Austragen durch eine Wasserring-Granulierung oder
eine Unterwasser-Granulierung unter Erstarrung granuliert. Mit einer
geeigneten Extrusionsvorrichtung kann ein Durchsatz von beispielsweise
15 kg pro Stunde erreicht werden. Nach der Granulierung wird das
gewonnene thermoplastische Elastomer mittels eines Umlufttrockners
getrocknet.
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Die
Temperatur in einem Einzugsbereich der Extrusionsvorrichtung, in
dem die gemischten Substanzen der Extrusionsvorrichtung zugeführt werden,
beträgt
vorzugsweise 130 bis 160°C,
insbesondere 145°C.
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Die
Temperatur in einem mittleren Bereich der Extrusionsvorrichtung,
der in Extrusionsrichtung hinter dem Einzugsbereich angeordnet ist,
wird vorzugsweise auf 150 bis 210°C,
insbesondere auf 160 bis 200°C und
ganz besonders auf 170 bis 190°C
eingestellt.
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Die
Temperatur in einem End- bzw. Kopfbereich der Extrusionsvorrichtung,
der in Extrusionsrichtung hinter dem mittleren Bereich angeordnet
ist, beträgt
bevorzugt 150 bis 210°C,
insbesondere 160 bis 200°C
und ganz besonders 170 bis 190°C.
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In
einem Austragsbereich der Extrusionsvorrichtung, der in Extrusionsrichtung
hinter dem Endbereich angeordnet ist und in dem die Schmelze des
thermoplastischen Elastomers und/oder die Schmelze der zur Herstellung
des thermoplastischen Elastomers eingesetzten Substanzen aus der
Extrusionsvorrichtung ausgetragen wird, wird die Temperatur vorzugsweise
auf 180 bis 240°C,
insbesondere auf 190 bis 230°C
und ganz besonders auf 200 bis 220°C eingestellt.
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Die
aus der Extrusionsvorrichtung ausgetragene Schmelze des thermoplastischen
Elastomers und/oder die Schmelze der zur Herstellung des thermoplastischen
Elastomers eingesetzten Substanzen weisen vorzugsweise eine Temperatur
von 180 bis 230°C,
insbesondere von 190 bis 220°C
auf.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen nachfolgend anhand
von Ausführungsbeispielen
und einer Figur näher
erläutert
werden. Es zeigt:
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1 eine
Airbagabdeckung als ein Elastomererzeugnis eines erfindungsgemäßen thermoplastischen
Elastomers.
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Die 1 zeigt
eine Airbagabdeckung 1, die aus einem erfindungsgemäßen thermoplastischen
Elastomer hergestellt ist und die eine Außenseite 2 und eine
Innenseite 3 aufweist. Auf der Innenseite 3 sind
beim bestimmungsgemäßen Einsatz
der Airbagabdeckung ein Airbagmodul bzw. Komponenten eines Airbagmoduls
wie beispielsweise ein Gassack und ein Gasgenerator angeordnet.
Auf der Außenseite 2 der
Airbagabdeckung 1 sind Aufreißnähte in das Material der Airbagabdeckung 1 eingelassen,
entlang derer die Airbagabdeckung 1 im Falle einer Airbagauslösung aufreißt.
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Durch
das Aufreißen
der Airbagabdeckung 1 kann der vom Gasgenerator aufgeblasene
Gassack auf die der Außenseite 2 zugewandte
Seite der Airbagabdeckung 1 austreten und einen dort befindlichen
Insassen eines Kraftfahrzeugs bei einem Aufprall schützen.
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Die
nachfolgenden Beispiele, insbesondere die relativen Anteile der
Ausgangsmaterialien an verschiedenen Herstellungszusammensetzungen
jeweils erhaltener thermoplastischer Elastomere, sollen nur zum besseren
Verständnis
der Erfindung dienen, ohne eine einschränkende Wirkung auf den Schutzumfang
zu entfalten.
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Die
nachfolgende Tabelle 1 zeigt exemplarisch acht verschiedene Herstellungszusammensetzungen bestehend
aus Ausgangsmaterialien zur Herstellung von sieben thermoplastischen
Elastomeren als Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung und einem thermoplastischen Elastomer,
das nicht die erfindungsgemäßen günstigen
Eigenschaften aufweist. Dabei beziehen sich die wiedergegeben Zahlen
auf den massenprozentualen Anteil des jeweiligen Ausgangsmaterials
in der entsprechenden Herstellungszusammensetzung. Tabelle 1
| Beispiel 1 | Beispiel 2 | Beispiel 3 | Beispiel 4 | Beispiel 5 | Beispiel 6 | Beispiel 7 | Beispiel 8 |
Copolymer
aus Propylen und Ethylen mit einer Kerbschlagzähigkeit (Notched Izod) von 5
kJ/m2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 16,33 | 0 |
Copolymer
aus Propylen und Ethylen mit einer Kerbschlagzähigkeit (Notched Izod) von 8
kJ/m2 | 22 | 33,0 | 20,00 | 41,15 | 45,52 | 34,3 | 22,13 | 0 |
Copolymer
aus Propylen und Ethylen mit einer Kerbschlagzähigkeit (Notched Izod) von 9
kJ/m2 | 21,00 | 0,0 | 12,40 | 0 | 0 | 0 | 5,10 | 53,18 |
Copolymer
aus Ethylen und Octen | 32,00 | 35,0 | 35,00 | 41,31 | 46,50 | 33,0 | 32,61 | 36,87 |
Calciumcarbonat | 15,00 | 20,0 | 20,00 | 10,45 | 0,00 | 20,0 | 15,31 | 4,61 |
40
%iges Peroxid als Vernetzer | 0 | 0,1 | 0 | 0,14 | 0,02 | 0,5 | 0,15 | 0,51 |
Triallylisocyanurat (70%
aktiv) | 0,2 | 0,2 | 0,00 | 0,28 | 0,06 | 0,2 | 0,20 | 0,32 |
Schwarzer
Polyethylen-Masterbatch | 1,50 | 1,5 | 0,00 | 1,42 | 1,36 | 1,5 | 0,00 | 1,38 |
Antioxidationsmittel | 0,20 | 0,1 | 0,10 | 0,09 | 0,09 | 0,2 | 0,20 | 0,09 |
Entformungsmittel | 0,15 | 0,1 | 0,15 | 0,15 | 0,15 | 0,2 | 0,15 | 0,14 |
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk | 7,50 | 10,0 | 9,00 | 2,43 | 2,43 | 10,0 | 7,65 | 2,76 |
Glykolmonostearat | 0,15 | 0 | 0,15 | 0,15 | 0 | 0,15 | 0,15 | 0,14 |
Langglasfaser | 0 | 0 | 0 | 2,43 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Talk | 0 | 0 | 3,00 | 0 | 3,88 | 0 | 0 | 0 |
10
%iges Peroxid als Vernetzer | 0,30 | 0 | 0,20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Summe | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
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Je
nach Auswahl der Ausgangsmaterialen zur Herstellung der thermoplastischen
Elastomere und deren relativen Anteilen in der jeweiligen Herstellungszusammensetzung
zeigen die erhaltenen thermoplastischen Elastomere, die im folgenden
auch als (thermoplastisches) Elastomer 1 bis 8 bezeichnet werden,
teilweise unterschiedliche physikalische Parameter, die in der nachfolgenden
Tabelle 2 dargestellt sind. Tabelle 2
| Beispiel 1 | Beispiel 2 | Beispiel 3 | Beispiel 4 | Beispiel 5 | Beispiel 6 | Beispiel 7 | Beispiel 8 |
Vernetzungsgrad
in % | 37 | 47 | 38 | 76 | 53 | 49 | 82 | 64 |
gemessene
Unlöslichkeit
in Xylol in % | 50 | 61 | 55 | 79 | 56 | 63 | 86 | 67 |
theoretische
Unlöslichkeit
in Xylol in % | 21 | 27 | 28 | 14 | 7 | 27 | 20 | 8 |
gemessene Löslichkeit
in Xylol in% | 50 | 39 | 45 | 21 | 44 | 37 | 15 | 33 |
theoretische Löslichkeit
in Xylol in % | 79 | 73 | 72 | 86 | 93 | 73 | 80 | 92 |
Biegemodul
in MPa nach ISO 527-2 | 282 | 224 | 220 | 250 | 272 | 246 | 335 | 274 |
Zugfestigkeit beim Bruch
in MPa nach ISO 527-2 | 10,1 | 9,2 | 9,0 | 9,9 | 8,8 | 10,7 | 10,0 | 9,7 |
Bruchdehnung in
% nach ISO 527-2 | 514 | 522 | 431 | 450 | 195 | 551 | 445 | 558 |
Schmelze-Massenfließrate bei einer Masse von
5 kg und einer Temperatur von 230°C
in g/10min nach ISO 1133 | 12 | 1 | 7 | 1,6 | 11 | 1,7 | 10 | 32 |
Shore-Härte Dnach ASTM
D 2240 | 38,2 | 36 | 32 | 39 | 34 | 37 | 42 | 39 |
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Basierend
auf den teilweise unterschiedlichen physikalischen Parametern weisen
die Elastomere 1 bis 8 auch teilweise unterschiedliche Eigenschaften
auf. Diese teilweise unterschiedlichen Eigenschaften der Elastomere
spiegeln sich in teilweise unterschiedlichen Eigenschaften von Airbagabdeckungen,
die als Elastomererzeugnisse aus den jeweiligen Elastomeren gefertigt
werden, wider.
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Zur
Bestimmung der Löslichkeit
bzw. der Unlöslichkeit
der Elastomere 1 bis 8 in Xylol wurde 12 Stunden mit Xylol extrahiert
und die gelösten
und die ungelösten
Anteile der Elastomere nach anschließender Trocknung bestimmt.
Verglichen mit im Wesentlichen gelfreien Rheologie-modifizierten
Elastomeren weisen die Elastomere 1 bis 8 höhere in Xylol unlösliche Anteile
auf. Dies ist auf die verhältnismäßig höhere Vernetzung
der Elastomere 1 bis 8 zurückzuführen.
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Eine
Airbagabdeckung, die aus einem der Elastomere 1 bis 7 gefertigt
ist, welche durch die Herstellungszusammensetzungen der Beispiele
1 bis 7 hergestellt sind, weist hervorragende Eigenschaften hinsichtlich
ihres Aufreißverhaltens
bei niedrigen Temperaturen von –35°C und von –37,5°C sowie bei
hohen Temperaturen von +85°C.
Das Aufreißverhalten
entspricht den erfindungsgemäß gewünschten
Anforderungen.
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So
reißt
eine Airbagabdeckung, die aus einem der Elastomere 1 bis 7 besteht,
bei einer Airbagauslösung
sowohl bei +85°C
als auch bei –37,5°C sauber
entlang einer Aufreißnaht
bzw. Aufreißkante
als Sollbruchstelle auf. Ferner lösen sich auch bei diesen Temperaturen
keine Partikel der Airbagabdeckung ab. Dies ist ein wichtiges Kriterium
für ein
zufrieden stellendes Aufreißverhalten,
da sich ablösende
Partikel einen Fahrzeuginsassen, der durch einen von der Airbagabdeckung
abgedeckten Airbag geschützt
werden soll, verletzen könnten.
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Die
Oberfläche
einer aus einem der Elastomere 1, 2, 4, 5, 6, 7 hergestellten Airbagabdeckung
ist dabei derart beschaffen, dass mögliche Einfallstellen nach
einer Lackierung bei 80°C
praktisch nicht sichtbar sind. Dies ist eine wichtige Voraussetzung
für ein
homogenes äußeres Erscheinungsbild
der Airbagabdeckung. Einfallstellen können insbesondere dort entstehen,
wo das Material der Airbagabdeckung dünner als im umgebenden Bereich
ist, also beispielsweise an Sollbruchstellen wie Aufreißkanten.
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Dabei
ist die Oberflächenbeschaffenheit
einer aus dem Elastomer 4 oder 6 bestehenden Airbagabdeckung besonders
gut, während
die einer aus dem Elastomer 1 oder 2 bestehenden Airbagabdeckung
etwas weniger gut und die einer aus dem Elastomer 5 bestehenden
Airbagabdeckung noch etwas weniger gut ist. Eine Airbagabdeckung,
die aus dem Elastomer 3 besteht, weist ungünstigere Oberflächeneigenschaften
als die Airbagabdeckungen, die aus einem der zuvor genannten Elastomere
hergestellt sind, auf.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Oberfläche einer Airbagabdeckung maßgeblich
durch die Verwendung von Füllstoffen
wie beispielsweise Talk, Calciumcarbonat, Ruß, Glasfasern und Wollastonit
in der jeweiligen Herstellungszusammensetzung für das entsprechende thermoplastische
Elastomer stabilisiert wird. Dabei hat sich die Verwendung von Calciumcarbonat
als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Eine
Airbagabdeckung aus dem thermoplastischen Elastomer 8 (hergestellt
unter Verwendung der Herstellungszusammensetzung nach dem Beispiel
8) zeigt zwar eine gute Oberflächenbeschaffenheit,
weist aber ein unzureichendes Aufreißverhalten bei niedrigen Temperaturen
(–35°C und –37,5°C) auf, so
dass dieses Elastomer 8 nicht zur Herstellung von Airbagabdeckungen
geeignet ist, die bei solch niedrigen Temperaturen eingesetzt werden
sollen bzw. könnten.
Demgegenüber
sind die Aufreißeigenschaften
einer aus dem Elastomer 8 bestehenden Airbagabdeckung bei hohen
Temperaturen von +85°C
sehr gut.
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Um
ein gutes Aufreißverhalten
bei –37,5°C einer Airbagabdeckung
zu gewährleisten,
ist es jedoch erforderlich, dass ein Elastomer, aus dem die Airbagabdeckung
besteht, keinen zu hohen Vernetzungsgrad aufweist, also nicht übervernetzt
ist. Ebensowenig darf der Vernetzungsgrad zu niedrig sein. Elastomere
mit einem zu hohen oder zu niedrigen Vernetzungsgrad sind nicht
dazu geeignet, als Material für
Airbagabdeckungen verwendet zu werden.
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Die
Wahl des Vernetzers selbst spielt prinzipiell keine Rolle für die Etablierung
eines bestimmten Vernetzungsgrads. Auch bei Verwendung eines anderen
Vernetzers als des Peroxids, das in den Herstellungszusammensetzungen
der Beispiele 1 bis 8 verwendet wird, können thermoplastische Elastomere
mit einem vergleichbaren Vernetzungsgrad hergestellt werden, die
Eigenschaften aufweisen, die mit denen der Elastomere 1 bis 8 vergleichbar
sind.
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Der
Vernetzungsgrad wird insbesondere durch die Menge des eingesetzten
Vernetzers und eines Beschleunigers, der eine von dem Vernetzer
initiierte Vernetzungsreaktion beschleunigt ablaufen lässt, bestimmt. Ohne
den Einsatz eines Beschleunigers sind – unter Verwendung des Vernetzers
in Konzentrationsbereichen, die denen der Beispiele 1 bis 8 entsprechen – keine
Elastomere herstellbar, die so geeignete Eigenschaften aufweisen,
dass sie zur Herstellung von Airbagabdeckungen verwendet werden
können.
In den Beispielen 1 bis 8 wird Triallylisocyanurat als Beschleuniger
verwendet.
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Ein
Zusatz eines Antioxidationsmittes in der Herstellungszusammensetzung
zur Herstellung eines Elastomers spielt für die Oberflächenbeschaffenheit
und das Aufreißverhalten
bei –37,5°C einer Airbagabdeckung,
die aus dem Elastomer hergestellt ist, primär keine wesentliche Rolle.
Durch den Zusatz eines Antioxidationsmittels werden Alterungsprozesse
des Elastomers jedoch wesentlich verlangsamt, so dass eine Airbagabdeckung,
die aus dem Elastomer hergestellt ist, auch über einen Zeitraum von mehreren
Jahren gleich bleibende Eigenschaften aufweist.