DE102009034089A1

DE102009034089A1 - Magnetitgefüllter Polyester

Info

Publication number: DE102009034089A1
Application number: DE102009034089A
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. Schumacher; Mauro Cardenas
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG; Roechling Automotive SE and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive Se De
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-22
Also published as: DE102009034089B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetitgefüllten Polyester.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft Polyester-Kunststoffe, deren Verwendung, damit hergestellte Bauteile sowie Verfahren zur Bereitstellung von Polyester-Kunststoffen.
Polyester-Kunststoffe sind im Stand der Technik ausreichend bekannt. Polyester-Kunststoffe werden in zahlreichen Anwendungen, insbesondere auch im Automobilbau eingesetzt. Besonders interessant sind dabei die thermoplastischen Polyester, da diese durch Spritzgießverfahren in beliebige, auch hoch komplexe geometrische Gestalten geformt werden können.
Dabei sind gerade die thermoplastischen Polyester nicht nur wegen ihrer guten Urformeigenschaften, sondern vor allem auch wegen ihrer hervorragenden Temperaturbeständigkeit und hoher Standfestigkeit auch unter hohen Temperaturen geschätzt.
Ein Problem in der Anwendung von Polyester-Kunststoffen liegt in deren akustischen Eigenschaften: dort, wo Bauteile aus Polyester eine gewisse, nicht vernachlässigbare mechanische Stabilität und Festigkeit aufweisen sollen, ist es für die Bauteilfestigkeit vorteilhaft, massiven, also ungeschäumten Polyester zu verwenden. Dieser ist jedoch akustisch „hart” und weist kaum oder sogar keine akustischen Dämpfungswirkungen auf.
Sofern bei gleicher mechanischer Stabilität und Festigkeit akustisch wirksamere geschäumte Kunststoffe eingesetzt werden sollen, muss jedoch die Wandstärke der Bauteile erheblich dicker und gegebenenfalls mit mehreren Schichten ausgeführt werden.
Dies ist aufgrund des komplexeren Herstellungsverfahrens unerwünscht teuer. Außerdem steigt mit der Wanddicke auch der Bauraumbedarf für derartige Bauteile.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lehre bereitzustellen, mit welcher Polyester-Kunststoffe akustisch wirksam zur Bildung von Bauteilen eingesetzt werden können, so dass deren akustische Dämmungsfähigkeit verglichen mit Bauteilen aus reinem Polyester erheblich steigt, ohne dass hierfür die Wandstärke der Bauteile erhöht werden müsste.
Darüber hinaus soll der so verbesserte Polyester einfach verarbeitbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Polyester-Kunststoff mit Magnetit gefüllt ist.
Unter Magnetit versteht man ein Eisenoxid-Mineral der chemischen Struktur Fe₃O₄, genauer Fe^II(Fe^III)₂O₄.
Die Zugabe von Magnetit zur Polyestermasse erhöht die Dichte des magnetitgefüllten Polyesters gegenüber reinem Polyester erheblich, so dass einhergehend mit der Dichteerhöhung auch die akustische Wirksamkeit des magnetitgefüllten Polyesters gegenüber reinem Polyester erheblich zunimmt. Auch die thermische Isolationsfähigkeit des magnetitgefüllten Polyesters gegenüber reinem Polyester ist deutlich verbessert.
Bekannt ist im Stand der Technik bariumsulfatgefüllter Polyester, der jedoch in seinen Eigenschaften gegenüber dem magnetitgefüllten Polyester deutlich zurückbleibt.
Da Magnetit gegenüber Bariumsulfat (BaSO₄) eine erheblich größere Dichte aufweist, ist zur Bereitstellung einer mineralgefüllten Polymermasse mit im Wesentlichen gleicher Dichte ein wesentlich geringeres Volumen an beizumengendem Magnetit ausreichend, verglichen mit dem benötigten Volumen an Bariumsulfat.
Damit ist jedoch der Volumenanteil an Polyester in der magnetitgefüllten Polymermasse größer als in der gleich dichten bariumsulfatgefüllten Polymermasse, was zu einer erhöhten mechanischen Festigkeit der magnetitgefüllten Polymermasse im Vergleich zur bariumsulfatgefüllten Polymermasse führt.
Da die akustische Isolationsfähigkeit von Kunststoffen näherungsweise als zur Kunststoffmassendichte proportional angesehen werden kann, kann durch Füllung von Polyester mit Magnetit ein gleich dichter und damit im Wesentlichen akustisch gleich wirksamer Kunststoff hergestellt werden, welcher verglichen mit dem bekannten bariumsulfatgefüllten Polyester die besagte erhöhte mechanische Festigkeit aufweist und daher vorteilhaft ist.
Es hat sich dabei bewährt, das Magnetit in Pulverform beizumengen, mit einer Partikelgröße, welche vorzugsweise 120 μm, besonders bevorzugt 80 μm, höchst bevorzugt 40 μm nicht überschreitet.
Vorzugsweise wird Magnetitpulver mit irregulärer Partikelform und mit einem niedrigen Aspektverhältnis verwendet.
Vorzugsweise ist der Polyester ein Polyalkylenterephthalat oder ein Blend aus wenigstens zwei unterschiedlichen Polyalkylenterephthalaten. Polyalkylenterephthalate sind wegen ihrer hohen Temperaturbeständigkeit und ihrer einfachen Verarbeitbarkeit vorteilhaft.
Als Polyalkylenterephthalate kommen dabei solche mit einem Alkylen im Bereich von C₂H₄ bis C₁₂H₂₄ in Frage, wobei ausdrücklich jedes Alkylen in diesem Bereich, also mit 3, 4, 5 usw. Kohlenstoffatomen verwendet werden kann.
Vorzugsweise ist der Polyester ein thermoplastischer Polyester, vorzugsweise Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat oder ein Blend aus beiden. Diese Terephthalate, welche über lange Zeit einer für Kunststoffe hohen Temperatur von bis zu 160°C standhalten können, sind im Spritzgießverfahren verarbeitbar und dadurch besonders wirtschaftlich formbar.
Ganz grundsätzlich kann magnetitgefüllter Polyester verwendet werden, bei welchem bezogen auf das Gesamtgewicht des gefüllten Polyesters der Gewichtsanteil an Polyester 10 bis 99% beträgt und der Gewichtsanteil an Magnetit 1 bis 90% beträgt. Bevorzugt beträgt der Gewichtsanteil an Polyester 20 bis 99% und der Gewichtsanteil an Magnetit 1 bis 80%. Besonders bevorzugt beträgt der Gewichtsanteil an Polyester 30 bis 99% und der Gewichtsanteil an Magnetit 1 bis 90%.
Dabei gilt selbstverständlich, dass die Summe der Gewichtsanteile eines magnetitgefüllten Polyester 100% ergibt.
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit kann der magnetitgefüllte Polyester zusätzlich zum Magnetit eine (weitere) Mineralfüllung aufweisen. Bewährt hat sich hierbei eine Füllung aus Mineralfasern oder/und Mineralpartikeln. Aus Kostengründen und Gründen der guten Verarbeitbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeitssteigerung ist der magnetitgefüllte Polyester mit Glasfasern oder/und Glaspartikeln als der zusätzlichen Mineralfüllung gefüllt. Zusätzlich oder alternativ kann der Polyester-Kunststoffmasse auch CaO zugemischt sein.
Bei einem magnetitgefüllten Polyester, welcher zusätzlich eine Mineralfüllung aufweist, ist es zur Erzielung von Kunststoffbauteilen mit guter akustischer Dämmungswirkung und gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit vorteilhaft, wenn, bezogen auf das Gesamtgewicht des so gefüllten Polyester-Kunststoffs, der Gewichtsanteil der zusätzlichen Mineralfüllung 50%, vorzugsweise 20% nicht übersteigt.
Weiterhin kann der magnetitgefüllte Polyester zur Erhöhung der Standfestigkeit von daraus hergestellten Bauteilen wenigstens einen polymerstabilisierenden Zusatz aufweisen. Dabei kann an wenigstens ein Antioxidationsmittel oder/und an wenigstens einen UV-Stabilisator oder/und an wenigstens einen thermisch stabilisierenden oder/und an einen chemisch, insbesondere gegenüber Säuren stabilisierenden Zusatz gedacht sein. Bewährt haben sich dabei beispielsweise phenolbasierte Antioxidationsmittel, wie sie beispielsweise von der Firma Ciba^® unter dem Markennamen „Irganox 245”^® erhältlich sind. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ Calciumstearat als stabilisierender Zusatz verwendet werden.
Als weitere stabilisierende Zusätze sind beispielsweise die ebenfalls von Ciba^® erhältlichen Polymerstabilisatoren „Igrafox 126”^® und „Igranox MD 1024”^® vorteilhaft. Weiterhin kann der magnetitgefüllte Polyester als. Stabilisator so genanntes „Anradzit” (CAS-Nummer: 67924-34-9) enthalten.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn der Gewichtsanteil des polymerstabilisierden Zusatzes bezogen auf das Gesamtgewicht des gefüllten und mit dem Zusatz versehenen Polyesters 10%, vorzugsweise 5% nicht übersteigt.
Als Stabilisatormischung hat sich dabei eine Mischung bewährt, welche aus 1 bis 50 Gewichtsprozent Irganox 245^® (CAS-Nummer 36443-68-2), 0 bis 30 Gewichtsprozent Irgafox 126^® (CAS-Nummer 26741-53-7), 0 bis 30% Calciumstearat (CAS-Nummer 159-23-0), 0 bis 60 Gewichtsprozent Anradzit (CAS-Nummer 67924-34-9) und 1 bis 30% Irganox MD 1024^® (CAS-Nummer 32687-78-8) zusammengesetzt ist.
Da, wie eingangs bereits betont wurde, der hier vorgestellte magnetitgefüllte Polyester besonders gute akustische Dämmungseigenschaften aufweist, betrifft die vorliegende Erfindung ebenso eine Verwendung zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, bevorzugt von Kunststoffbauteilen, die zum Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgebildet und vorgesehen sind, insbesondere von Kunststoffbauteilen im Bereich des Motorraums, wie Bauteile einer Motorraumverkleidung, oder von Gas, insbesondere Luft, leitenden Kraftfahrzeugbauteilen, wie etwa Ansaugrohren, Lüftungsrohren, oder zu derartigen Rohren beitragenden Bauteilen.
Vorteilhafterweise wird der magnetitgefüllte Polyester in einer Spritzgießmaschine oder in einem Injection Moulding Compounder in einem Spritzgießverfahren oder in einem Injection Moulding Compounding Verfahren formgebend verarbeitet.
Weiterhin eignet sich der magnetitgefüllte Polyester hervorragend zur Herstellung von wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig mit Kunststoff ummantelten, vorzugsweise umspritzten Metallbauteilen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Kunststoffbauteil, welches zumindest abschnittsweise, vorzugsweise jedoch vollständig, aus einem magnetitgefüllten Polyester hergestellt, wie er oben beschrieben wurde. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein Spritzgießbauteil. Besonders bevorzugt ist dabei an Kunststoffbauteile gedacht, welche zum Einbau in Kraftfahrzeugen ausgebildet sind, wie etwa Motorraumverteilungsbauteile oder Fluidströmungsbauteile, insbesondere Gasströmungsbauteile, wie etwa Strömungsrohre und dergleichen.
Gerade im Motorraum eines Kraftfahrzeugs herrschen nicht nur während des Betriebs dauerhaft hohe Temperaturen, sondern dort ist mit dem Verbrennungsmotor auch die Hauptlärmquelle des Kraftfahrzeugs vorgesehen.
Aufgrund der sehr guten thermischen Standfestigkeit von magnetitgefülltem Polyester, welcher Temperaturen von 160°C über 3.000 Stunden hinweg aushält, ist mit magnetitgefülltem Polyester ein Werkstoff geschaffen, welcher kostengünstig in beliebige Form gebracht und schalldämmend im Motorraum eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann.
Ähnliches gilt für Rohre, wie etwa Lüftungsrohre, Abgasrohre und dergleichen in Kraftfahrzeugen, aber auch in anderen technischen Fachbereichen, da sich Schall auch durch derartige Rohre in der Regel gut ausbreiten kann, so dass eine Schalldämmung derartiger Strömungsrohre und Strömungsrohrabschnitte wünschenswert sein kann.
Darüber hinaus eignet sich der magnetitgfüllte Polyester sehr gut, Metallbauteile zu ummanteln, insbesondere zu umspritzen.
Hierzu können Metallinserts in Spritzgießformen eingelegt und dann mit magnetitgefülltem Polyester umspritzt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren, mit welchem magnetitgefüllter Polyester, wie er oben beschrieben wurde, hergestellt werden kann. Ein derartiges Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
– Bereitstellen von Magnetitpulver,
– Bereitstellen von Polyester, vorzugsweise als Granulat,
– Schmelzen des Polyesters,
– Vermischen des Magnetitpulvers und der Polyesterschmelze.
Wirtschaftlich besonders vorteilhaft, weil kostengünstig, kann das Vermischen von Magnetitpulver und Polyesterschmelze in einer Spritzgießmaschine stattfinden. Auch das Schmelzen des Polyesters, wie das Bereitstellen von Magnetitpulver und Polyester kann in der Spritgießmaschine erfolgen.
Besonders einfach kann das Vermischen von Magnetitpulver und Polyesterschmelze in der Spritzgießmaschine durch einen Doppelschnecken-Extruder oder durch einen Injection Moulding Compounder erfolgen. Dabei werden besonders gute Vermischungsergebnisse erzielt.

Claims

Magnetitgefüllter Polyester.
Magnetitgefüllter Polyester nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester ein Polyalkylenterephthalat oder ein Blend aus wenigstens zwei unterschiedlichen Polyalkylenterephthalaten ist.
Magnetitgefüllter Polyester nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkylen des Polyalkylenterephthalats eine Kohlenwasserstoffverbindung der Summenformel C_kH_2k ist, wobei k jede einzelne ganze Zahl aus dem Bereich von k = 2 bis einschließlich k = 12 sein kann.
Magnetitgefüllter Polyester nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyalkylenterephthalat Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat oder ein Blend aus beiden ist.
Magnetitgefüllter Polyester nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf das Gesamtgewicht des gefüllten Polyesters, der Gewichtsanteil an Polyester 10 bis 99%, vorzugsweise 20 bis 99%, besonders bevorzugt 30 bis 99% beträgt, und der Gewichtsanteil an Magnetit 1 bis 90%, vorzugsweise 1 bis 80%, besonders bevorzugt 1 bis 70% beträgt.
Magnetitgefüllter Polyester nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich zum Magnetit eine Mineralfüllung aufweist, vorzugsweise eine Füllung aus Mineralfasern oder/und Mineralpartikeln.
Magnetitgefüllter Polyester nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Mineralfüllung eine Glasfüllung, vorzugsweise Glasfaser- oder/und Glaspartikelfüllung, oder/und eine CaO-Füllung ist.
Magnetitgefüllter Polyester nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil der zusätzlichen Mineralfüllung bezogen auf das Gesamtgewicht des gefüllten Polyesters 50%, vorzugsweise 20% nicht übersteigt.
Magnetitgefüllter Polyester nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens einen polymerstabilierenden Zusatz, wie etwa wenigstens ein Antioxidationsmittel oder/und wenigstens einen UV-Stabilisator oder/und wenigstens einen thermisch stabilisierenden Zusatz oder/und wenigstens einen chemisch stabilisierenden Zusatz und dergleichen, umfasst.
Magnetitgefüllter Polyester nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine polymerstabilisierende Zusatz ein phenolbasiertes Antioxidationsmittel oder/und Kalziumstearat umfasst.
Magnetitgefüllter Polyester nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des polymerstabilisierenden Zusatzes bezogen auf das Gesamtgewicht des gefüllten Polyesters 10%, vorzugsweise 5%, nicht übersteigt.
Verwendung eines magnetitgefüllten Polyesters nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, bevorzugt von Kunststoffbauteilen, die zum Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgebildet und vorgesehen sind, insbesondere von Kunststoffbauteilen im Bereich des Motorraums, wie Bauteile einer Motorraumverkleidung, oder von Gas, insbesondere Luft, leitenden Kraftfahrzeugbauteilen, wie etwa Ansaugrohren, Lüftungsrohren, oder zu derartigen Rohren beitragenden Bauteilen.
Verwendung eines magnetitgefüllten Polyesters nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester in einer Spritzgießmaschine oder in einem Injection Moulding Compounder oder in einem Spritzgießverfahren oder in einem Injection Moulding Compounding Verfahren formgebend verabeitet wird.
Verwendung eines magnetitgefüllten Polyesters nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, mit Kunststoff ummantelten, vorzugsweise umspritzten, Metallbauteilen.
Kunststoffbauteil, insbesondere Motorraumverkleidungsbauteil oder Fluidströmungsbauteil eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem magnetitgefüllten Polyester gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist, vorzugsweise als Spritzgießbauteil.
Kunststoffbauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es ein mit magnetitgefülltem Polyester ummanteltes, vorzugsweise umspritztes, Metallbauteil aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines magnetitgefüllten Polyesters nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen von Magnetitpulver, – Bereitstellen von Polyester, vorzugsweise als Granulat, – Schmelzen des Polyesters, – Vermischen des Magnetitpulvers und der Polyesterschmelze.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Vermischen, vorzugsweise auch das Schmelzen in einer Spritzgießmaschine oder in einem Injection Moulding Compounder stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermischen durch einen Doppelschnecken-Extruder erfolgt.