DE102015209043A1

DE102015209043A1 - Verbundwerkstoff enthaltend Tannin und Leichtbauteil

Info

Publication number: DE102015209043A1
Application number: DE102015209043.4A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Mainka; Jörg Hain
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2016-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, sowie ein Leichtbauteil mit einem solchen. Es ist vorgesehen, dass der Verbundwerkstoff ein Matrixpolymer und ein Tannin als Füllstoff umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, sowie ein Leichtbauteil mit einem solchen.
Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff niedrigen Gewichts, umfassend einen thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoff als Matrixmaterial sowie einen Füllstoff. Die Erfindung betrifft ferner ein aus dem Verbundwerkstoff hergestelltes Formteil.
Verbundwerkstoffe bestehen im Allgemeinen aus zumindest zwei Hauptkomponenten, nämlich einem einbettenden Matrixmaterial sowie einem Füllstoff. Der Füllstoff soll gezielt bestimmte Eigenschaften des Matrixmaterials optimieren. Dabei können ihm verschiedene Funktionen zukommen, insbesondere die Verbesserung mechanischer Eigenschaften oder aber die Reduzierung des spezifischen Gewichts. Letzteres gelingt dann, wenn der Füllstoff ein geringeres Gewicht, genauer eine geringere Dichte als das Matrixmaterial aufweist. Die Gewichtsreduzierung stellt insbesondere im automobilen Bereich eine wichtige Aufgabe dar, um Kraftstoff zu sparen und somit CO₂-Emissionen zu verringern.
Als Matrixmaterialien kommen hauptsächlich Kunststoffe zum Einsatz, umfassend Duroplaste, Thermoplaste, Elastomere oder thermoplastische Elastomere. Füllstoffe sind häufig Gesteinsmehl, Talkum oder Glas. Die Füllstoffe können in partikulärer Form in dem Matrixmaterial verteilt vorliegen oder als Fasern.
Aus DE 102 28 191 A1 ist ein Werkstoff bekannt, der ein thermoplastisches Matrixmaterial, beispielsweise Polypropylen, und 60–98% Lignocellulosefasern als Füllstoff aufweist. Optional können Haftvermittler wie Silane, Anhydride, Isocyanate und/oder dimere Alkylketene enthalten sein, die mit Hydroxylgruppen der Cellulose reagieren und die Löslichkeit der Cellulosefasern in der Matrix erhöhen. Die Aufbereitung erfolgt durch Extrusion und die Formgebung im Spritzgießverfahren, Strangablegeverfahren oder Pressverfahren.
EP 2 346 929 B1 beschreibt ebenfalls ein lignocellulose-gefülltes thermoplastischen Polymer, wobei Letzteres ein Blend aus mindestens zwei Polymeren ist. Ferner kann der Werkstoff ein Temperaturstabilisierungsmittel zur Verhinderung der thermischen Zersetzung der Lignocellulose bei der Verarbeitung aufweisen, das insbesondere ein Schmiermittel ist.
Die in den vorstehend genannten Dokumenten als Füllstoff verwendete Lignocellulose ist der Hauptbestandteil von Zellwänden verholzter Pflanzen und besteht aus Cellulose und Hemicellulose, also Zuckermakromolekülen, und Lignin. Das Lignin wird während der Verholzung von Pflanzen in das Cellulose-Grundgerüst ihrer Zellwände eingelagert und durchdringt dieses.
Nachteilig an vielen gewichtsreduzierenden Füllstoffen des Standes der Technik sind ihr hoher Preis, ihre mangelnde Nachhaltigkeit aufgrund nichtnachwachsender Ressourcen, eine negative CO₂-Bilanz und/oder ein negativer Einfluss auf mechanische Eigenschaften des Kunststoffs.
Die CO₂-Billanz eines einen Verbundwerkstoff umfassenden Bauteils kann ebenfalls reduziert werden, indem der Werkstoff im Wesentlichen aus erneuerbaren Materialien besteht. So ist in US 2014/0158 927 A1 ein Werkstoff auf Basis von einem flavonoiden Tannin beschrieben, der keine Füllstoffe aufweist. Dieser hat allerdings den Nachteil starker Geruchsemmission und einer relativ geringen Langzeitbeständigkeit.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für den Automobilbau geeigneten Verbundwerkstoff geringer Dichte beziehungsweise geringen spezifischen Gewichts zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Diese Aufgabe wird durch einen Verbundwerkstoff sowie ein daraus gefertigtes Formteil mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Somit betrifft ein erster Aspekt der Erfindung einen Verbundwerkstoff, umfassend ein Matrixpolymer sowie einen Füllstoff, wobei der Füllstoff Tannin umfasst oder aus diesem besteht.
Tannin ist wesentlich kostengünstiger als übliche Matrixpolymere, sowie auch gegenüber der im Stand der Technik als Füllstoff eingesetzten Lignocellulose. Somit zeichnet sich der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff durch einen Kostenvorteil aus. Aufgrund seiner geringen Dichte, die wesentlich niedriger ist als die der Matrixmaterialien, eignet sich Tannin hervorragend zur Gewichtsreduzierung des Werkstoffs. Da Tannin aus nachwachsenden Rohstoffen stammt, weist es zudem eine positive CO₂-Bilanz auf. Ferner ist Tannin gesundheitlich unbedenklich und lässt sich aufgrund seiner Hydrophobizität gegebenenfalls auch ohne Haftvermittler stabil in die meisten thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffe einarbeiten. Darüber hinaus weist Tannin im Vergleich zu Cellulose eine wesentlich höhere Temperaturbeständigkeit auf, wodurch die Auswahl an kombinierbaren Matrixpolymeren deutlich größer ist als bei anderen, insbesondere cellulosehaltigen, natürlichen Füllstoffen.
Die Verwendung von Tannin als Füllstoff und nicht als Matrixpolymer erhöht insbesondere die Langzeitstabilität des Verbundwerkstoffs gegenüber einem polymeren Werkstoff auf Tanninbasis, da die physikalischen Eigenschaften des Matrixpolymers überwiegen.
Bevorzugt wird ein hydrolisierbares Tannin, wie beispielsweise Gallotannin im erfindungsgemäßen Werkstoff verwendet.
Unter dem Begriff „Gallotannin”, wird ein Naturstoff verstanden, der zur Gruppe der hydrolysierbaren Tannine, einer Gruppe von pflanzlichen Gerbstoffen, gehört, die als Sekundärmetabolite in dikotylen Stauden, Sträuchern, Baumblättern und anderen Pflanzenteilen vorkommen. Viele Büsche und Bäume der Sumachgewächse (Anacardiaceae), wie beispielsweise der chinesische Sumach (Rhus semialata) oder der Gerber-Sumach (Rhus coriaria) weisen einen hohen Gallotannin-Gehalt in ihren Blättern beziehungsweise in den an den Blättern oder Zweigen wachsenden Galläpfeln auf und werden als Rohstoffe für die kommerzielle Produktion von Gallotanninen verwendet. Gallotannine bestehen aus einem Kern aus D-Glukose, an deren Hydroxygruppen Gallussäure-Reste, sogenannte Galloyl-Reste, gebunden sind.
Die Glucose wird aus dem Hexose-Intermediat Uridindiphosphat-Glucose (UDP-Glc), welches wesentlicher Bestandteil der Synthese von Saccharose ist, durch Abspaltung der UDP in Form eines β-D-Glycosyl-Rests von der Pflanze bereitgestellt. An diesen Rest kann sich die Carboxyl-Gruppe der Gallussäure binden. Es entsteht das Tannin β-D-Glucogallin. Dieses kann im Laufe der Biosynthese sowohl als Akzeptor von Gallussäure-Resten als auch als Donor fungieren. Schrittweise können jetzt weitere Gallolyl-Reste an die Hydroxygruppen des Glucogallins binden. Dies passiert in einer spezifischen Reihenfolge, die durch die Position der an die Hydroxygruppen gebundenen Kohlenstoffatome vorgegeben ist. Nach der Bindung der Gallussäure an das C1-Atom folgen aufeinander die Kohlenstoffatome sechs, zwei, drei und vier. Das C5-Atom bietet keinen Hydroxy-Rest, kann somit keine Verbindung eingehen. Sind alle fünf Hydroxy-Reste der Glucose mit genau einem Gallolyl-Rest (Fall n = 1, s. ) besetzt, ergibt sich das Molekül 1,2,3,4,6-Pentagalloyl-Glucose (PGG). Des Weiteren ist es an den Hydroxygruppen des C2-, C3-, C4-Atoms möglich, dass weitere Gallolylgruppen depsidisch binden.
Chemisch gesehen handelt es sich bei den Gallotanninen um Polyhydroxyphenole. Sie sind in Wasser, Ethanol und Aceton löslich und enthalten ausreichend ortho-ständige phenolische Hydroxygruppen, um Quervernetzungen zwischen Makromolekülen wie Proteinen, Cellulose und Pektin ausbilden zu können. Die nachfolgende Abbildung zeigt die Komplexbildung von Polyphenolen, Proteinen und Eisenionen nach Gallotannin-Zugabe.
Zwischen den Proteinsträngen treten intermolekulare Bindungen auf, welche innerhalb des Proteins die Sekundärstruktur des Moleküls bestimmen. Daneben treten einerseits Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Sauerstoff-beziehungsweise Schwefelatomen des Proteins und Hydroxygruppen der Galloyl-Reste im Gallotannin auf. Außerdem spielen hydrophobe Wechselwirkungen zwischen Aminosäuren des Proteins und des Gallotannins eine wichtige Rolle bei der Komplexbildung. Die Gallotannine sind über ihre Galloyl-Reste außerdem in der Lage, einen Großteil der Metallionen zu binden.
Verfahren und Gewinnung beziehungsweise Herstellung von Gallotanninen sind im Stand der Technik beschrieben und dem Fachmann bekannt. Gallotannine können beispielsweise aus pflanzlichem Rohmaterial gewonnen werden, welches zerkleinert und pelletiert wird, bevor man es mit einem Lösungsmittel durch Fest-Flüssig-Extraktion extrahiert. Das im Rahmen vorliegender Erfindung eingesetzte Tannin kann aus Weichholz, Hartholz oder Jährlingspflanzen stammen. Vorzugsweise wird als Füllstoff ein Aufschlussprodukt von Tannin verwendet, welches neben Lignin als Nebenprodukt der Cellulosegewinnung für die Papierindustrie oder die Bioraffinerie anfällt. In der Papierindustrie werden zum Aufschluss insbesondere der Kraft-Prozess (Sulfatverfahren), das Sulfidverfahren oder der Organosolv-Prozess verwendet.
Das Tannin kann in unterschiedlichen Reinheitsgraden als Füllstoff eingesetzt werden. Vorzugsweise beträgt ein Ascheanteil des Tannins höchstens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 3 Gew.-%. Da das Tannin mit den vorstehend beschriebenen Aufschlussprozessen ohnehin mit entsprechenden Reinheitsgraden anfällt, ist eine weitere Reinigung nicht erforderlich.
Das Tannin kann in dem Matrixmaterial in verschiedenen Formen vorliegen, insbesondere in Form eines Pulvers, in Form eines Agglomerats oder in Form von Fasern. Dabei werden unter Pulver Partikelgrößen von bis zu 1 mm verstanden, während Pellets Teilchengrößen von oberhalb 1 mm umfassen. Die Form des Tannins beeinflusst entscheidend die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs. Entsprechend richtet sich die Form nach dem gewünschten Eigenschaftsprofil.
Der Anteil von Tannin bezogen auf die Gesamtmasse des Verbundwerkstoffs liegt vorzugsweise bis zu einem Gewichtsanteil von 60% im Verbundwerkstoff vor. Besonders bevorzugt ist Tannin im Bereich von 5 bis 60 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 5–55 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 10 bis 35 Gew.-% im Verbundwerkstoff enthalten. Unterhalb eines Anteils von 5 Gew.-% schwindet der Effekt der Gewichtsreduzierung des Verbundwerkstoffs. Bei Anteilen oberhalb von 60 Gew.-% hingegen können mechanische Eigenschaften des Werkstoffs, insbesondere die Langzeitstabilität und die Geruchsneutralität, nachteilig beeinflusst werden.
Ein Vorteil des Tannins besteht in seiner Eignung, auch ohne Haftvermittler mit den meisten Kunststoffen verarbeitbar zu sein. Diese Eignung resultiert aus der hydrophoben Beschaffenheit von Tannin, welches es gut mischbar mit den zumeist ebenfalls hydrophoben Kunststoffmaterialien macht. Zudem ist Tannin sehr reaktiv, sodass es auch zu einer chemischen Einbindung in das Matrixmaterial kommen kann, wodurch eine hohe Stabilität des Komposits vor Migrationserscheinungen oder Entmischung erlangt wird. Zudem kann es zu einer Eigenvernetzung des Tannins unter erhöhten Prozesstemperaturen kommen. Diese ist insbesondere bei höheren Tanninanteilen im Verbundwerkstoff der Fall. All dies ermöglicht den Verzicht oder Reduzierung des Anteils von Haftvermittlern im Werkstoff. Im Bedarfsfall lässt sich jedoch die Kompatibilität des Tannins mit dem Kunststoff durch den Zusatz von Haftvermittlern verbessern, wobei hier insbesondere Pfropfpolymere wie beispielsweise mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen Verwendung finden.
Das Matrixmaterial ist ein Polymer, welches im Wesentlichen die Struktur des Werkstoffs definiert und bestimmt somit zu einem großen Teil dessen physikalischen Eigenschaften. Als Matrixmaterial des Verbundwerkstoffs kommt ein thermoplastisch verarbeitbarer Kunststoff, ausgewählt aus der Gruppe der Thermoplaste, Elastomere und thermoplastischen Elastomere, zum Einsatz. Insbesondere ist der thermoplastisch verarbeitbare Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyolefine, insbesondere Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polystyrol (PS), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), sowie deren Blends und interpenetrierenden Netzwerke. Bevorzugte Blends umfassen das thermoplastische Elastomer PC/ABS, PC/PBT und andere.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbundwerkstoff, zumindest teilweise, schäumbar ist und/oder eine Schaumstruktur aufweist. Dabei liegt insbesondere das Matrixpolymer als Schaum vor. Das Tannin liegt vorzugsweise phasengetrennt im Matrixpolymer vor und kann dabei ebenfalls verschäumt vorliegen und/oder beispielsweise in den Poren des Schaums angeordnet sein. Durch die Schaumstruktur wird die Dichte und damit das Gewicht des Verbundwerkstoffs weiter reduziert und somit die CO₂-Bilanz weiter positiv beeinflusst. Mit besonderem Vorteil wird der Verbundwerkstoff bei der Verarbeitung zu einem Formteil, insbesondere zu einem Leitbauteil, verschäumt. Dazu sind die bekannten Schäumungsverfahren geeignet.
Beim physikalischen Schäumen wird das Material durch einen physikalischen Vorgang geschäumt. Beim chemischen Schäumen hingegen wird dem zu schäumenden Kunststoff ein Treibmittel, meist in Form eines sogenannten Masterbatchgranulates, zugegeben. Durch Wärmezufuhr spaltet sich ein flüchtiger Bestandteil des Treibmittels ab, was zum Aufschäumen der Schmelze führt.
Für die Verschäumung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs sind besonders die Schaumextrusion, das TSG- oder auch Schaumspritzverfahren, das MuCell-Verfahren, sowie das IQ-Foam-Verfahren geeignet, welche im Folgenden kurz beschrieben werden.
Bei der Herstellung von Kunststoffschäumen durch Schaumextrusion (besonders geeignet bei der Verwendung von PP, Polyethylen, Polystyrol, PET oder einige Biopolymere als Matrixpolymer) wird aufgeschmolzener Verbundwerkstoff im Extruder unter hohen Drücken mit Treibgas (zum Beispiel Pentan, CO2) versetzt. Beim Austreten aus einer Lochdüse expandiert der Kunststoff auf das 20- bis 50-fache Volumen. Die entstehenden Schaumstränge können zum einen durch rotierende Messer im Wasserringgranulator oder Unterwassergranulator zu Schaumpartikeln von zirka 2–8 mm Durchmesser gekürzt werden. Sie werden dann vom Wasser abgeschieden, getrocknet, in Silos konditioniert und dann im sogenannten Formteilprozess zu Schaumformteilen verarbeitet.
Ein sehr wichtiger Prozess ist die Herstellung geschäumter Folien (zum Beispiel aus PP oder PE als Trittschalldämmung) oder geschäumter Platten (zum Beispiel aus PS). Das kontinuierliche Extrusionsverfahren wird dabei aber in den meisten Fällen mit sogenannten Kaskadenextrudern, also zwei hintereinander angeordneten Extrudern, durchgeführt. Während im ersten Extruder, wie schon erwähnt, das Kunststoffgranulat aufgeschmolzen („plastifiziert”) wird, wird nach Zugabe des Treibmittels im zweiten Extruder ebendieses Treibmittel sehr gleichmäßig eingemischt. Zudem wird dabei die Schmelze auf ein definiertes Temperaturniveau gebracht (meistens ein Abkühlprozess), wonach diese dann in einem Breitschlitzwerkzeug auf die ungefähre Breite der späteren Folie oder Platte gebracht wird. Durch den im Verhältnis zum Dampfdruck des Treibmittels geringeren Umgebungsdruck expandiert die Schmelze und wird in einer speziellen Vorrichtung auf die gewünschte Plattendicke kalibriert. Die nachfolgenden Aggregate schneiden die Platten auf das gewünschte Maß beziehungsweise wickeln die Folie auf, sodass die Produkte dann für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen.
Beim Thermoplast-Schaumguss-Verfahren (TSG) oder auch Schaumspritzgussverfahren lassen sich durch Zugabe von Treibmitteln zu einer Reihe von Thermoplasten, auch solche mit Füllstoffen (Glas- oder Karbonfasern und insbesondere natürliche Füllstoffe wie Tannine), Schaumstrukturen in Spritzgussteilen erstellen. Die Treibmittel können je nach Art und Konsistenz dem, beispielsweise als Granulat vorliegenden Kunststoff in wenigen Prozent zugemischt oder der Schmelze im Zylinder in flüssigem Zustand unter hohem Druck zugepumpt werden. Im Kern besitzen die entstehenden Formteile eine Schaumstruktur, zur Oberfläche hin eine weitgehend kompakte Außenhaut. Das Verfahren wird angewendet, um zum Beispiel dickwandige Partien an Spritzgussteilen mit einem Schaumkern zu versehen, um Einfallstellen zu vermeiden bis hin zur Innenschäumung relativ dickwandiger Formteile, um Gewicht sparen zu können, ohne die Wanddicke reduzieren zu müssen. Man wendet das Verfahren bei Wanddicken ab 2 mm, aber meist bei Wanddicken zwischen 4 und 20 mm an.
Die erforderlichen Drücke für den Einspritzvorgang in das Werkzeug und den Nachdruck sind erheblich niedriger als für das normale Spritzgießen. So sind die Maschinen meist nur mit Einspritzdrücken bis zirka 1000 bar ausgestattet. Die großen Schussgewichte realisiert man oft mit Kolbeneinspritzaggregaten, die durch eine Vorplastifizierschnecke befüllt werden. Ein Nachdruck kann meist entfallen, da die Konturbildung in der Werkzeughöhlung durch die Expansion des Treibmittels erfolgt. Abgesehen von dem zuletzt genannten Unterschied ist das Verfahren dem normalen Spritzgießen prinzipiell sehr ähnlich. Jede normale Spritzgießmaschine ist für das Verfahren verwendbar.
Das TSG-Verfahren eignet sich dafür, besonders steife Konstruktionen zu erstellen, da beliebige Wanddickenunterschiede herstellbar sind, ohne dass Einfallstellen entstehen. Häufig werden auf Rundtischmaschinen mehrere Werkzeuge nacheinander eingespritzt. Damit wird die Ausbringung trotz langer Kühlzeiten (durch die großen Wanddicken) verbessert.
Im MuCell-Verfahren wird der thermoplastischen Kunststoffschmelze ein inertes Gas (entweder Stickstoff oder Kohlendioxid) zugeführt und im Schmelzezylinder zu einer Einphasenlösung gemischt. Beim Einspritzen dieser Einphasenlösung in die Kavität des Spritzgieß- oder Blasformwerkzeugs, beziehungsweise bei der Extrusion bei Austritt aus der Düse, erfährt das Gemisch einen Druckabfall, was dazu führt, dass das Gas über das Bauteil verteilt nukleiert und Millionen von kleinsten Zellen wachsen. Diese Zellen ersetzen dann ein definiertes Volumen, was zu einer Dichtereduzierung im Bauteil führt.
Im sogenannten IQ-Foam-Verfahren wird, ähnlich dem MuCell-Verfahren, einem Kunststoff ein inertes Gas zu geführt. Das IQ-Foam-Verfahren führt bezogen auf die Dichtereduzierung im Wesentlichen zu vergleichbaren und optimierten Ergebnissen und dabei zu besseren Bauteileigenschaften. Grund dafür ist, dass das inerte Gas schon zu Beginn beim Füllen eines Schmelzezylinders in die thermoplastische Matrix eingebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass die Schmelze mit einem deutlich geringeren Gasdruck in eine Einphasenlösung gebracht wird.
Somit wird die thermoplastische Matrix deutlich geringerem Scherstress beim Aufschmelzen unterzogen, was insbesondere bei Vorhandensein von Füllstoffen wie langen Fasern oder empfindlichen Tanninen von Vorteil ist. Beim Einspritzen des Kunststoffs in eine Kavität kann im Vergleich zum MuCell Verfahren mit längeren Einspritzzeiten gearbeitet werden, was wiederum schonendere Rahmenbedingungen ermöglicht und insbesondere bei der Verwendung von Tanninen als Füllstoff ein Verbrennen des Materials (Dieseleffekt) deutlich reduziert. Zudem sind die Anforderungen an die Werkzeugtechnik geringer, da kein Gasgegendruck aufgebaut wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff hergestelltes Leichtbauteil.
Mit besonderem Vorteil kann das Leichtbauteil, das sich durch sein niedriges Gewicht auszeichnet, eine Komponente eines Kraftfahrzeugs sein, beispielsweise ein Stoßfänger oder ein Verkleidungsteil des Innenraums.
Die Verarbeitung der Ausgangsmaterialien, das heißt ihre Compoundierung, erfolgt vorzugsweise durch Extrusion. Hierbei werden die Ausgangsstoffe, umfassend das Matrixmaterial, das Tannin und gegebenenfalls der Haftvermittler oder andere Additive, in einem Extruder vermengt, wobei das Tannin in das Matrixpolymer eingearbeitet wird. Es wird somit eine spritzgussfähige, insbesondere schaumspritzgussfähige, Masse erzeugt, die entweder direkt formgebend weiterverarbeitet wird oder beispielsweise zu einem Granulat verarbeitet wird, das seinerseits als Werkstoff für die Herstellung von Formteilen dient. Die Verschäumung des Verbundwerkstoffs erfolgt beispielsweise mittels IQ-Foam-Verfahren oder mittels gasbeladener Spritzgusstechnik, jeweils unter Verwendung inerter Prozessgase wie Kohlendioxid und/oder Stickstoff. Alternativ wird der Verbundwerkstoff zunächst mit einem Inertgas beladen und anschließend expandiert.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen erläutert. Beispiel 1

Matrixmaterial:	ABS
Tanninquelle:	Weichholz (Papierindustrie)
Reinheitsgrad Tannin:	Ascheanteil < 3 Gew.-%
Haftvermittler:	Maleinsäureanhydrid
Tanninanteil:	20 Gew.-%
Schäumtechnologie:	IQ-Foam-Verfahren,
Prozessgas, Schäumung:	Stickstoff

Beispiel 2

Matrixmaterial:	PP
Tanninquelle:	Hartholz (Papierindustrie)
Reinheitsgrad Tannin:	Ascheanteil < 2 Gew.-%
Haftvermittler:	Maleinsäureanhydrid
Tanninanteil:	10 Gew.-%
Schäumtechnologie:	Gasbeladung, über die Materialzufuhr der Spritzgussmaschine
Prozessgas, Schäumung:	Gemisch aus Stickstoff und Kohlendioxid

Beispiel 3

Matrixmaterial:	SAN
Tanninquelle:	Hartholz (Papierindustrie)
Reinheitsgrad Tannin:	Ascheanteil < 3 Gew.-%
Haftvermittler:	keiner
Tanninanteil:	30 Gew.-%
Schäumtechnologie:	IQ-Foam-Verfahren,
Prozessgas, Schäumung:	Kohlendioxid

Beispiel 4

Matrixmaterial:	PC + PBT
Tanninquelle:	Hartholz (Papierindustrie)
Reinheitsgrad Tannin:	Ascheanteil < 3 Gew.-%
Haftvermittler:	keiner
Tanninanteil:	5 Gew.-%
Schäumtechnologie:	Gasbeladung, über die Materialzufuhr der Spritzgussmaschine
Prozessgas, Schäumung:	Gemisch aus Stickstoff und Kohlendioxid

Das geschäumte Material zeichnet sich insbesondere durch eine reduzierte Dichte aus. So beträgt die Dichte des geschäumten Materials nur 0,2 g/cm³, während das ungeschäumte Material in Abhängigkeit vom gewählten Matrixpolymer eine Dichte von 1,5 bis 1,8 g/cm³ aufweist. Zudem führt das Schäumen des erfindungsgemäßen Materials zu verbesserter Biegesteifigkeit (200% besser im Vergleich zum ungeschäumten Material), höherer thermischer Isolierung und Schallisolation.
Die mechanischen Eigenschaften wie das E-Modul hingegen reduzieren sich im geschäumten Zustand in nicht nennenswertem Maße (90% des ungeschäumten E-Moduls).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10228191 A1 [0005]
EP 2346929 B1 [0006]
US 2014/0158927 A1 [0009]

Claims

Verbundwerkstoff, umfassend ein Matrixpolymer und einen Füllstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein Tannin umfasst.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tannin ein hydrolysierbares Tannin, insbesondere Gallotannin, ist.
Verbundwerkstoff nach einem der vorergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil an Cellulose und Hemicellulose höchstens 5 Gew.-%, insbesondere höchstens 3 Gew.-%, bezogen auf den Füllstoff beträgt.
Verbundwerkstoff nach einem der vorergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tannin bis zu einem Gewichtsanteil von bis zu 60% im Verbundwerkstoff enthalten ist.
Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff weiterhin einen Haftvermittler, insbesondere Pfropfpolymere enthält.
Verbundwerkstoff nach einem der vorergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tannin zumindest teilweise eigenvernetzt und/oder mit dem Matrixpolymer gebunden vorliegt.
Verbundwerkstoff nach einem der vorergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixpolymer ein Thermoplast, ein Elastomer oder ein thermoplastisches Elastomer ist, insbesondere auszuwählen aus der Gruppe Polypropylen (PP), Polypropylen/EPDM, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polystyrol (PS), Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polycarbonat (PC), sowie deren Blends, insbesondere Polycarbonat mit Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC + ABS) und Polycarbonat mit Polybutylenterephthalat (PC + PBT).
Verbundwerkstoff nach einem der vorergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff zumindest teilweise eine Schaumstruktur aufweist.
Leichtbauteil umfassend einen Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Leichtbauteil nach Anspruch 9, wobei dieses ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug ist.