DE102014113752B4 - Schlagzähmodifizierter Spritzgussformkörper und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Spritzgussformkörper (1) umfassend- eine thermoplastische Polymermatrix (2), die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), Polyethylen(PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), oder Mischungen daraus, und zumindest bereichsweise- ein zweites polymeres Material (3), das ein funktionalisiertes thermoplastisches Polyolefin-Elastomer (POE), ein olefinisches Block-Copolymer (OBC) oder eine Mischung daraus ist, sowie- ein drittes polymeres Material (4), das ein duroplastisches und/oder thermoplastisches Recyclat auf Basis von Epoxid-, Polyester-, Phenol/Formaldehyd- oder Melaminharzen ist, wobei das dritte polymere Material (4) in einem Mengenanteil von 10-40 Ma-% enthalten ist,wobei das zweite polymere Material in einem Mengenanteil von 5-40 Ma-% enthalten ist,wobei das zweite polymere Material ein mittleres Molekulargewicht von 11 000 bis 37 000 g/mol aufweist, wobei die Polymermatrix (2) und das zweite polymere Material (3) unterschiedliche gewichtsmittlere Molekulargewichte und Polaritäten aufweisen und das zweite polymere Material (3) als Haftvermittler für das dritte polymere Material (4) und als Schlagzähigkeitsverbesserer geeignet ist,wobei die thermoplastische Polymermatrix (2) und/oder das zweite polymere Material (3) mikrowellenkoppelbare Additive aufweist, undwobei die mikrowellenkoppelbaren Additive Carbon-Nanotubes, oder Graphen enthalten.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen schlagzähverbesserten Spritzgussformkörper umfassend eine thermoplastische Polymermatrix, und zumindest bereichsweise ein zweites und ein drittes polymeres Material gemäß Hauptanspruch 1, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Kunststoffe nehmen im Automobilbau inzwischen einen Anteil zwischen 15 und 20 Gewichtsprozent mit steigender Tendenz ein. Dabei handelt es sich häufig um Exterieur- und Interieurteile, wobei letztere ihre entsprechenden optischen, haptischen und funktionalen Eigenschaften durch Verkleben von Spritzgussbauteilen mit unterschiedlichen Oberflächendekoren erhalten. Die steigenden Anforderungen an Qualität und Wirtschaftlichkeit sowie Ressourceneffizienz, aber auch der globale Wettbewerbsdruck erfordern dabei zunehmend den Einsatz von Kunststoffrecyclaten.
  • Insbesondere werden Kunststoffteile als Spritzgussformkörper für den Automobilinnenraum, beispielsweise Instrumententafeln, Türverkleidung oder Mittelkonsolen, eingesetzt. Diese können sowohl mit einem Dekor versehen oder lackiert werden. Kostendruck und die Verknappung der petrochemischen Ressourcen führen bei vielen Anwendungen im Automobilbereich zu einer erhöhten Akzeptanz des Recyclateinsatzes.
  • Beim Einsatz von Kunststoffen, die thermoplastische und/oder duroplastische Recyclate, faserverstärkt oder unverstärkt, oder recyclierte Fasern enthalten, müssen diese eine sehr gute Anbindung an die umgebende Polymermatrix aufweisen, damit keine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften auftritt.
  • Eine Anbindung beispielsweise von Fasern erfolgt üblicherweise durch aufwändige Oberflächenbehandlung und - Aktivierung der jeweiligen Faser (z.B. Glasfaser, Carbonfaser, Naturfaser). Beim Einsatz von Recyclaten werden diese entweder mit einem Polymer vermischt und über einen Extruder compoundiert oder im Fertigungsbetrieb direkt dem reinen Polymer zugemischt und in der Spritzgussmaschine gemeinsam aufgeschmolzen, wobei sich eine homogene Mischung bildet.
  • Die besondere Herausforderung besteht dabei meist in der ausgesprochen schlechten thermodynamischen Verträglichkeit der Werkstoffkomponenten, die auf ihre unterschiedlichen Polaritäten zurückzuführen ist.
  • Stand der Technik
  • Derzeit erfreut sich der Trend, Kunststoffrecyclate einem unrecyclierten Kunststoff zuzumischen, auch bei Anbauteilen aus Kunststoff großer Beliebtheit, ist aber auch mit technischen Nachteilen behaftet. Hierbei wird das Recyclat direkt an der Spritzgussmaschine zum unbehandelten Kunststoff in einem bestimmten Anteil zugemischt oder zuvor compoundiert.
  • In der DE 44 25 615 A1 sind thermoplastische Formmassen offenbart.
  • In der DE 694 27 539 T2 ist eine Verarbeitung von Teppichabfällen mit unterschiedlichen Polymeren offenbart.
  • In der CN 103554667 A ist eine Verarbeitung von kohlefaserverstärktem Polymermaterial offenbart.
  • In der WO 2013/090393 A1 ist eine Komposition mit drei unterschiedlichen Polymeren und einem Kompatibilisator offenbart.
  • In der US 2014/0031456 A1 ist eine thermoplastische Komposition mit einem Modifiziermittel offenbart.
  • In der US 2007/0021566 A1 ist eine geformte funktionalisierte Zusammensetzung aus Propylen-Co-Polymeren offenbart.
  • Polypropylen und verstärktes Polypropylen sind preiswerte und häufig eingesetzte Kunststoffe für Spritzgussteile. Durch die apolaren Eigenschaften des Polypropylens erweist sich eine Zumischung beispielsweise von duroplastischen Kunststoffrecyclaten problematisch, da diese in der Regel im Molekül polare Anteile aufweisen. Die Anbindung des duroplastischen Anteils an die Polymermatrix, wie z.B. Polypropylen, ist oftmals unzureichend, so dass eine partielle oder teilpartielle Entmischung auftritt. Die mangelhafte Anbindung der beiden Komponenten äußert sich in verschlechterten mechanischen Eigenschaften, insbesondere reduzierten Schlagzähigkeiten und Kerbschlagzähigkeiten. Die Schlagzähigkeit ist ein Maß für die Fähigkeit des Werkstoffes, Stoßenergie und Schlagenergie zu absorbieren, ohne zu brechen.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Spritzgussformkörper bzw. Kunststoffformkörper bereitzustellen, in welchem die Anbindung bzw. Kompatibilität thermoplastischer und/oder duroplastischer Recyclate, fasergefüllt oder ungefüllt, derart verbessert ist, dass die resultierenden mechanischen Eigenschaften des Formkörpers anspruchsvollen Kundenvorgaben genügen und gleichzeitig die Qualitätsanforderungen an den Formkörper erfüllt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spritzgussformkörper mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß Anspruch 7 gelöst.
  • Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Spritzgussformkörper eine thermoplastische Polymermatrix und zumindest bereichsweise ein zweites und ein drittes polymeres Material umfasst, wobei die Polymermatrix und das zweite polymere Material unterschiedliche gewichtsmittlere Molekulargewichte und Polaritäten aufweisen. Dabei dient das zweite polymere Material als Haftvermittler für das dritte polymere Material und als Schlagzähigkeitsverbesserer für den Formkörper.
  • Mit anderen Worten ist das zweite polymere Material als interner Haftungsvermittler bereits im Spritzgussformkörper mit einer thermoplastischen Polymermatrix integriert. Im fertigen, abgekühlten Zustand ummantelt die haftungsvermittelnde Komponente zumindest bereichsweise das dritte polymere Material, d.h. den Recyclatanteil, und stellt eine aufgrund der Polaritätsunterschiede des ersten und zweiten Polymers und des Recyclats eine feste, schlagzähverbessernde Verbindung zwischen diesen Komponenten her. Dies macht sich einerseits in einer festen Einbindung des Recyclatanteils, d.h. des dritten polymeren Materials in der Polymermatrix vermittels des zweiten polymeren Materials als auch in einer Erhöhung der Schlagzähigkeiten und Kerbschlagzähigkeiten des Formkörpers bemerkbar, da die polare Komponente die Recyclatanteile ummantelt und in der Polymermatrix bindet.
  • Mit Blick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundelag, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Spritzgussformkörpers und des Verfahrens zu seiner Herstellung gelöst werden konnte.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht nämlich darin, dass mit dem Spritzgussformkörper und in dem vorgeschlagenen Verfahren gänzlich auf den Schritt einer gesonderten Aktivierung des Recyclats verzichtet wird und dieses unmittelbar in den Spritzgussformkörper eingearbeitet wird. Zudem war es überraschend, dass duroplastische Recyclate auf Basis von Epoxidharz, Phenolharz, Polyesterharz oder Melaminharz in eine apolare Polymermatrix wie Polypropylen in einem Verfahrensschritt eingearbeitet werden können.
  • Damit entfallen vorteilhaft nicht nur Investitionskosten für die Aktivierungs- oder Vorbehandlungseinheiten beim Compoundieren für das Recyclat, sondern auch Entsorgungskosten von nicht oder nur schwer wiederverwertbaren duroplastischen Recyclaten.
  • Die thermoplastische Polymermatrix ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), Polyethylen(PE), Polypropylen (PP), Polyamide (PA) oder Mischungen daraus. Diese können auch faserverstärkt sein.
  • Das zweite polymere Material ist ein funktionalisiertes thermoplastisches Polyolefin-Elastomer (POE), ein olefinisches Block-Copolymer (OBC) oder eine Mischung daraus.
  • Das dritte polymere Material ist ein duroplastisches und/oder thermoplastisches Recyclat, auf Basis von Epoxid-, Polyester-, Phenol/Formaldehyd- oder Melaminharzen.
  • Die Basis der duroplastischen Recyclate bilden Epoxidharze, Phenolharze, Polyesterharze oder Melaminharze. Diese Recyclate fallen beispielsweise bei carbon- oder glasfaserverstärkten duroplastischen Werkstoffen aus der Fertigung von CFK-Kunststoffen in der Automobilindustrie an. Das duroplastische Recyclat kann somit bevorzugt selbst faserverstärkt sein, insbesondere mittels Glasfasern, Kohlefasern und/oder Naturfasern.
  • Der schlagzähmodifizierte Spritzgussformkörper enthält das dritte polymere Material in einem Mengenanteil von 10-40 Ma-%.
  • Bevorzugt weist der Spritzgussformkörper eine Charpy-Schlagzähigkeit nach ISO 179-1/eA bei 23°C ≥ 20 kJ/m2 und/oder eine Charpy-Schlagzähigkeit nach ISO 179-1/eA bei - 30°C ≥ 11 kJ/m2 auf.
  • Bevorzugt weist der Spritzgussformkörper Charpy-Kerbschlagzähigkeit nach ISO 179-1/eU bei 23°C ≥ 15 kJ/m2 und/oder Charpy-Kerbschlagzähigkeit nach ISO 179-1/eU bei - 30°C ≥ 6 kJ/m2 auf.
  • Vorzugsweise ist das zweite polymere Material aufschmelz- und wiederverfestigbar.
  • Das zweite polymere Material ist in einem Mengenanteil von 5-40 Ma-%, bevorzugt 10-30 Ma-%, besonders bevorzugt 10-25 Ma-%, im Spritzgussformkörper enthalten. Dabei weist das zweite polymere Material ein mittleres Molekulargewicht von 11 000 bis 37 000 g/mol auf.
  • Die thermoplastische Polymermatrix und/oder das zweite polymere Material mikrowellenkoppelbare weist Additive auf, wobei die mikrowellenkoppelbaren Additive Carbon-Nanotubes, oder Graphen enthalten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines schlagzähmodifizierten Spritzgussformkörpers beinhaltet folgende Schritte:
    1. a) Compoundieren eines thermoplastischen Polymermatrixmaterials mit zumindest einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Recyclat;
    2. b) Extrusion;
    3. c) Granulieren;
    4. d) Spritzgießen des Granulats in einem Spritzgießwerkzeug, wobei in Schritt a) oder in Schritt d) ein zweites polymeres Material zugemischt wird, wobei die Polymermatrix und das zweite polymere Material unterschiedliche gewichtsmittlere Molekulargewichte und Polaritäten aufweisen und das zweite polymere Material als Haftvermittler geeignet ist;
    5. e) Entfernen des erhaltenen Formkörpers aus dem Spritzgießwerkzeug.
  • Dies bedeutet, dass die Herstellung des schlagzähverbesserten Formkörpers entweder durch Zumischung des Haftvermittlers über das Granulat oder erst beim Vermischen an der Spritzgussmaschine erfolgt.
  • Bevorzugt wird dabei in dem Schritt a) oder d) durch die Zugabe des zweiten polymeren Materials die Kompatibilität des dritten polymeren Materials mit der thermoplastischen Polymermatrix und die Schlagzähigkeit des Spritzgussformkörpers erhöht.
  • Eine erfindungsgemäße Verwendung des Spritzgussformkörpers, neben der Aufnahme von Recyclaten, beinhaltet folgende Schritte:
    1. a) Aufschmelzen und Wiederverfestigen des Spritzgussformkörpers , wobei die thermoplastische Polymermatrix und das zweite polymere Material zumindest teilweise eine Phasentrennung unter Anreicherung des zweiten polymeren Materials an der Oberfläche des Spritzgussformkörpers ausbilden; und
    2. b) Verkleben des Spritzgussformkörpers mit einem weiteren Bauteil, insbesondere einem flächigen Dekor, wobei das zweite polymere Material als Klebstoff zur Verbindung des Spritzgussformkörpers mit dem weiteren Bauteil wirkt.
  • Dies bedeutet, dass vor und während des Spritzgießens die thermoplastische Polymermatrix und die zweite Polymerkomponente zunächst als weitgehend homogene Mischung im Spritzguss vorliegen. Eine Veränderung des schlagzähmodifizierten, oberflächenmodifizierbaren Spritzgussformkörpers erfolgt unter Wärmeeinfluss, beispielsweise durch Hitze oder Strahlung, und anschließendem Abkühlen. Durch die niedrigen mittleren Molekularmassen und Dichten der zweiten Polymerkomponente, aber auch durch deren gegenüber dem Matrixmaterial erhöhte Polarität, bewegt sich diese beim Erwärmen relativ frei innerhalb der Polymermatrix. Beim Abkühlen erfolgt eine thermodynamisch kontrollierte Phasentrennung, die als Klebstofffunktion genutzt werden kann.
  • Beispiele
  • Im Folgenden wird die Erfindung durch einige Beispiele näher erläutert, ohne die Erfindung damit einschränken zu wollen.
  • Die Beispiele zeigen tabellarisch verschiedene funktionalisierte Polyolefin-Elastomere (POE), olefinische Block-Copolymere (OBC) oder deren Mischung als erfindungsgemäßes zweites polymeres Material zur Verwendung als Schlagzähmodifier.
  • Die im Handel seit Kurzem erhältlichen sogenannten „Infuse™“ (Dow Chemical Company) Olefin Block-Copolymere (OBC) und die „Affinity™“ GA (Dow Chemical Company) Polyolefin Elastomere (POE, TPO) bilden beispielhaft den schlagzähverbessernden Ausgangspunkt zur Verwendung im Spritzgussteil.
  • Grundsätzlich weisen beide Polymere im Vergleich zu herkömmlichen Polyolefinen außerordentlich niedrige mittlere Molekularmassen und Dichten, aber auch eine hohe Polarität auf. Die weiteren besonderen physikochemischen Eigenschaften wurden an anderer Stelle diskutiert.
  • Bei den „Infuse™“ (Dow Chemical Company) Olefin BlockCopolymeren (OBC) handelt es sich um Ethylen und α-Olefin Copolymere, die aus wechselnden semikristallinen und elastomeren Blöcken oder Segmenten bestehen, die in einer Multiblockarchitektur statistisch verteilt sind und entscheidend zu ihrer Hotmelt-Klebefunktionalität beitragen.
  • Die folgenden Tabellen zeigen beispielhaft verschiedene Eigenschaften der „Affinity™“ GA (Dow Chemical Company) Polyolefin Elastomere (POE, TPO). Tabelle 1. Funktionalisiertes Polyolefin Elastomer „Affinity™“ GA 1000R”
    AFFINITY™ GA 1000R
    Functionalized Polyolefin Elastomer
    Overview Complies with:
     ▪ EU, No 10/2011
     ▪ U.S. FDA 21 CFR 175 105
     ▪ Consult the regulations für comptete details.
    Physical Nominal Value (English) Nominal Value (SI) Test Method
     Gardner Color < 5.00 < 5.00 ASTM D3417
     MAH Graft Level High High Dow Method
     Volatile Matter < 0.15 % < 0.15 % ASTM D30301
    Mechanical Nominal Value (English) Nominal Value (SI) Test Method
     Tensite Strength 271 psi 187 MPa ASTM D636
     Tensite Elongation (Break) 170 % 170 % ASTM D638
    Thermal Nominal Value (English) Nominal Value (SI) Test Method
     Glass Transition Temperature (DSC) -724 °F -58.0 °C Dow Method
     Melting Temperature (DSC) 154 °F 68.0 °C Dow Method
    Fill Analysis Nominal Value (English) Nominal Value (SI) Test Method
     Brookrield Viscosity (350°F (177°C)) 13.0 Pa·s 13.0 Pa·s ASTM D1084

    Notes
    These are typical properties only and are not t0 be construed as specifications. Users should confirm results by their own tests.
    1 Modified for polyotefins. Change the temperature used to 100°C +/-3 and the amount of sample to 20 grams.
    Figure DE102014113752B4_0001
  • Rohstoffe der Beispiele:
    1. a) Polymermatrix aus Polypropylen (PP)
    2. b) „Infuse 9817“: Copolymer aus Ethylen mit Octen, Schmelzpunkt 120 °C, Biegemodul 23 MPa, Dichte 0,877 g/m3, Schmelzindex 15 g/10 min vor der Pfropfung und nach der Pfropfung 4 g/10 min
    3. c) „Affinity™ GA“ Polyolefin Elastomer
    4. d) CFK(Carbonfaser verstärkter Kunststoff)-Recyclat
  • Vergleichsbeispiel 1:
  • Infuse 9817 wird auf einer Spritzgussmaschine in einem Mengenanteil von 5-10 Ma-% mit PP und 30% CFK-Recyclat in der Schmelze gemischt und als flächiger Formkörper aufgetragen.
  • „Affinity™” GA“ Polyolefin Elastomer wird auf einer Spritzgussmaschine in einem Mengenanteil von 5-10 Ma-% mit PP und 30% CFK-Recyclat in der Schmelze gemischt und als flächiger Formkörper aufgetragen.
  • Anschließend werden mit dem erkalteten Spritzgußteil mechanische Prüfungen durchgeführt: Tabelle 3. Schlagzähigkeiten des Recyclat enthaltenden Spritzgussformkörpers mit Infuse oder Affinity
    Polypropylen + 30% CFK Polypropylen + 30% CFK + 5 %Affinity Polypropylen + 30% CFK + 10 %Affinity Polypropylen + 30% CFK + 5 % Infuse Polypropylen + 30% CFK + 10 % Infuse
    Schlagzähigkeit 23 kJ/m 2 19 24 20 23 21
    Schlagzähigkeit -30 kJ/m 2 11 13 13 11 15
    Kerbschlagzähigkeit 23 kJ/m 2 14 17 18 16 14
    Kerbschlagzähigkeit -30 kJ/m 2 6 7 11 6 12
  • Der Tabelle 3 ist zu entnehmen, dass die Zumischung von „Infuse“ oder „Affinity“ als zweites polymeres Material eine signifikante Erhöhung der Schlagzähigkeit des Spritzgussformkörpers bewirkt.
  • Vergleichsbeispiel 3:
  • Luvocom, ein mit Kohlefaser bzw. Carbonfaser verstärktes PP (Fa. Lehmann und Voss) wird auf einer Spritzgussmaschine in einem Mengenanteil von 5 Ma-% Affinity in der Schmelze gemischt und als flächiger Formkörper aufgetragen.
  • Anschließend werden mit dem erkalteten Spritzgussteil mechanische Prüfungen durchgeführt: Tabelle 4. Schlagzähigkeiten bei rein kohlefaserverstärkten Polypropylenen
    Polypropylen + 20% Kohlefasern Polypropylen + 20% Kohlefasern + 5% Affinity
    Schlagzähigkeit 23 kJ/m 2 12 13
    Schlagzähigkeit -30 kJ/m 2 21 23
    Kerbschlagzähigkeit 23 kJ/m 2 4 7
    Kerbschlagzähigkeit -30 kJ/m 2 4 4
  • Der Tabelle 4 ist zu entnehmen, dass auch bei lediglich faserverstärktem Polypropylen, das heißt ohne duroplastisches Recyclat, die Zumischung von „Infuse“ oder „Affinity“ als zweites polymeres Material eine signifikante Erhöhung der Schlagzähigkeit des Spritzgussformkörpers bewirkt. Tabelle 5. E-Moduli, Zugfestigkeit und Biegefestigkeit des CFK-Recyclat enthaltenden Spritzgussformkörpers mit Infuse oder Affinity.
    Polypropylen + 30% CFK Polypropylen + 30% CFK + 5 %Affinity Polypropylen + 30% CFK + 10 %Affinity Polypropylen + 30% CFK + 5 % Infuse Polypropylen + 30% CFK + 10 % Infuse
    Zug-E-Modul in N/mm2 2385 1757 1392 2143 1726
    Biege-E-Modul in N/mm2 2175 1746 1937 1931 2485
    Zugfestigk eit in N/mm2 16 14 12 14 12
    Biegefesti gkeit in N/mm2 26 22 19 24 21
    Tabelle 6. E-Moduli, Zugfestigkeit und Biegefestigkeit bei rein kohlefaserverstärkten Polypropylenen.
    Polypropylen + 20% Kohlefasern Polypropylen + 20% Kohlefasern + 5% Affinity
    Zug-E-Modul in N/mm 2 7462 6439
    Biege-E-Modul in N/mm 2 6159 5377
    Zugfestigkeit in N/mm 2 56 51
    Biegefestigkeit in N/mm 2 70 62
  • Der Tabelle 5 ist zu entnehmen, dass die Zumischung von „Infuse“ oder „Affinity“ als zweites polymeres Material eine signifikante Abnahme der E-Moduli sowie der Zugfestigkeit und Biegefestigkeit des CFK-Recyclat enthaltenden Spritzgussformkörpers bewirkt. Mit anderen Worten nimmt die Steifigkeit des Formkörpers ab.
  • In gleicher Weise ist Tabelle 6 zu entnehmen, dass auch bei lediglich faserverstärktem Polypropylen, das heißt ohne duroplastisches Recyclat, die Zumischung von „Infuse“ oder „Affinity“ als zweites polymeres Material eine signifikante Abnahme der E-Moduli, d.h. der Steifigkeit sowie der Zugfestigkeit und Biegefestigkeit des Spritzgussformkörpers bewirkt.
  • Die Fasern in Kunststoffen erhöhen Steifigkeit, Festigkeit und E-Moduli. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wirken die Fasern indirekt, da diese fest in die Duroplastmatrix eingebunden sind. Das Eigenschaftsprofil des Formkörpers wird im Wesentlichen durch den kompatibilisierten duroplastischen Werkstoff, d.h. das Recyclat, festgelegt. Allerdings kann der erhaltene Formkörper durch das Vorhandensein von Kohlefasern mit Mikrowellenstrahlung aufgeheizt werden.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend seien einzelne Ausführungsformen des Spritzgussformkörpers bzw. seiner Herstellung und Verwendung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
  • Darin zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spritzgussformkörpers mit einer thermoplastischen Polymermatrix, einem duroplastischen oder thermoplastischen Recyclatanteil und zumindest bereichsweise einem zweiten polymeren Material.
  • 1 zeigt als Schema den Aufbau eines Spritzgussformkörpers nach dem Spritzgießen.
  • Die generelle Struktur ergibt sich aus einer thermoplastischen Polymermatrix 2, dargestellt als große Knäuel. Die Matrix kann aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), Polyethylen(PE), Polypropylen (PP), Polyamide (PA) oder deren Mischungen bestehen.
  • In diese Matrix eingearbeitet sind „InfuseTM“ (Dow Chemical Company) Olefin Block-Copolymere (OBC) und/oder „AffinityTM“ GA (Dow Chemical Company) Polyolefin Elastomere (POE), die als kleine unregelmäßige Knäuelringe 3 dargestellt sind. Diese unterscheiden sich vom Matrixmaterial 2 insbesondere durch ein niedrigeres mittleres Molekulargewicht sowie eine vergleichsweise hohe Polarität. Weiterhin sind in der Matrix Recyclatanteile 4 enthalten, die von den zweiten Polymeren 3 (OBC/POE) umhüllt und in der Grundpolymermatrix 2 fest eingebunden sind.
  • Vor dem Spritzgießen liegen die thermoplastische Polymermatrix 2 und die Olefin Block-Copolymere (OBC) und/oder Polyolefin Elastomere (POE) 2 zunächst als weitgehend homogene Mischung im Spritzgussgranulat vor.
  • Während des Spritzgießens werden durch die niedrigen mittleren Molekularmassen und Dichten der Olefin Block-Copolymere (OBC) und der Polyolefin Elastomere 3, aber auch durch deren gegenüber dem Matrixmaterial 2 erhöhte Polarität diese thermodynamisch kontrolliert an den Grenzflächen zu den Recyclatteilchen 4 bzw. an den Oberflächen des Spritzgussformkörpers 1 angereichert. Dies führt zur Kompatibilisierung des Recyclats 4 mit der Polymermatrix 2 und äußert sich in der verbesserten Schlagzähigkeit des Formkörpers 1.
  • Eine Nutzbarmachung der Hotmelt-Klebefunktionalität der nunmehr auch an der Formkörperoberfläche angereicherten Olefin Block-Copolymere (OBC) und/oder thermoplastischen Polyolefin Elastomere (POE) 3 erfolgt durch erneutes Erwärmen und anschließendes Verklebens des erwärmten Spritzgussformkörpers 1 mit einem geeigneten Dekorteil. Das Erwärmen kann ausschließlich durch Mikrowellenbehandlung erfolgen, bevorzugt mit Unterstützung durch eingearbeitete mikrowellenkoppelbare Additive. Ein gesonderter Klebeauftrag entfällt. Bei dem Dekorteil handelt es sich insbesondere um ein elastisches, flächiges Kaschierungselement, beispielsweise Leder oder Kunstleder.
  • Der erfindungsgemäße Spritzgussformkörper 1 stellt damit ein einfach und kostengünstig herstellbares Formteil mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften dar, in welchem Abfallteile, insbesondere aus CFK, umweltschonend wiederverwertet werden.

Claims (8)

  1. Spritzgussformkörper (1) umfassend - eine thermoplastische Polymermatrix (2), die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), Polyethylen(PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), oder Mischungen daraus, und zumindest bereichsweise - ein zweites polymeres Material (3), das ein funktionalisiertes thermoplastisches Polyolefin-Elastomer (POE), ein olefinisches Block-Copolymer (OBC) oder eine Mischung daraus ist, sowie - ein drittes polymeres Material (4), das ein duroplastisches und/oder thermoplastisches Recyclat auf Basis von Epoxid-, Polyester-, Phenol/Formaldehyd- oder Melaminharzen ist, wobei das dritte polymere Material (4) in einem Mengenanteil von 10-40 Ma-% enthalten ist, wobei das zweite polymere Material in einem Mengenanteil von 5-40 Ma-% enthalten ist, wobei das zweite polymere Material ein mittleres Molekulargewicht von 11 000 bis 37 000 g/mol aufweist, wobei die Polymermatrix (2) und das zweite polymere Material (3) unterschiedliche gewichtsmittlere Molekulargewichte und Polaritäten aufweisen und das zweite polymere Material (3) als Haftvermittler für das dritte polymere Material (4) und als Schlagzähigkeitsverbesserer geeignet ist, wobei die thermoplastische Polymermatrix (2) und/oder das zweite polymere Material (3) mikrowellenkoppelbare Additive aufweist, und wobei die mikrowellenkoppelbaren Additive Carbon-Nanotubes, oder Graphen enthalten.
  2. Spritzgussformkörper (1) nach Anspruch 1, wobei das duroplastische Recyclat (4) faserverstärkt ist, insbesondere mittels Glasfasern, Kohlefasern und/oder Naturfasern.
  3. Spritzgussformkörper (1) nach Anspruch 1 oder 2, welcher eine Charpy-Schlagzähigkeit nach ISO 179-1/eA bei 23°C ≥ 20 kJ/m2 und/oder eine Charpy-Schlagzähigkeit nach ISO 179-1/eA bei -30°C ≥ 11 kJ/m2 aufweist.
  4. Spritzgussformkörper (1) nach einem der Ansprüche 1-3, welcher eine Charpy-Kerbschlagzähigkeit nach ISO 179-1/eU bei 23°C ≥ 15 kJ/m2 und/oder Charpy-Kerbschlagzähigkeit nach ISO 179-1/eU bei -30°C ≥ 6 kJ/m2 aufweist.
  5. Spritzgussformkörper (1) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das zweite polymere Material (3) aufschmelz- und wiederverfestigbar ist.
  6. Spritzgussformkörper (1) nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das zweite polymere Material in einem Mengenanteil von 10-30 Ma-%, bevorzugt 10-25 Ma-% enthalten ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines schlagzähmodifizierten Spritzgussformkörpers (1) gemäß einem der Ansprüche 1-6 mit folgenden Schritten: a) Compoundieren eines thermoplastischen Polymermatrixmaterials (2) mit zumindest einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Recyclat (4) als ein drittes Polymermaterial (4); b) Extrusion; c) Granulieren; d) Spritzgießen des Granulats in einem Spritzgießwerkzeug, wobei in Schritt a) oder in Schritt d) ein zweites polymeres Material (3) zugemischt wird und wobei die Polymermatrix (2) und das zweite polymere Material (3) unterschiedliche gewichtsmittlere Molekulargewichte und Polaritäten aufweisen und das zweite polymere Material als Haftvermittler geeignet ist; e) Entfernen des erhaltenen Formkörpers aus dem Spritzgießwerkzeug; wobei das dritte polymere Material (4) in einem Mengenanteil von 10-40 Ma-% enthalten ist, wobei das zweite polymere Material in einem Mengenanteil von 5-40 Ma-% enthalten ist, wobei das zweite polymere Material ein mittleres Molekulargewicht von 11 000 bis 37 000 g/mol aufweist, wobei die thermoplastische Polymermatrix (2) und/oder das zweite polymere Material (3) mikrowellenkoppelbare Additive aufweist, und wobei die mikrowellenkoppelbaren Additive Carbon-Nanotubes, oder Graphen enthalten.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in dem Schritt b) das zweite polymere Material (3) die Kompatibilität des dritten polymeren Materials (4) mit der thermoplastischen Polymermatrix (2) und die Schlagzähigkeit des Spritzgussformkörpers (1) erhöht.
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