DE102015224205B4

DE102015224205B4 - Polymerharzzusammensetzung, Polymerverbundband umfassend die Polymerharzzusammensetzung, Verwendung des Polymerverbundbandes in einem Fahrzeugteil

Info

Publication number: DE102015224205B4
Application number: DE102015224205.6A
Authority: DE
Inventors: Chi Hoon Choi; Jeong Min CHO; Joong Hyun SHIN; Jiae Yong; Jung Tae Kim; Mi Ok Jang
Original assignee: Hyundai Motor Co; Lotte Chemical Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Lotte Chemical Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: DE102015224205A1; KR101734268B1; US20160347948A1; US9809707B2; CN106188824A; CN106188824B; KR20160140067A

Abstract

Polymerharzverbindung, umfassend:20 bis 95 Gew.-% eines Bindemittelharzes, umfassend ein Olefin-basiertes Polymerharz;1 bis 70 Gew.-% einer Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, oberflächenbehandelt ist; und0,1 bis 20 Gew.-% eines modifizierten Polyolefinharzes, das mit einer Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon gepfropft ist, wobei sich alle Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht der Polymerharzverbindung beziehen,wobei das Bindemittelharz ein kristallines Polypropylenharz mit einem Schmelzindex von 30 g/10 min bis 100 g/10 min gemäß ASTM D1238 bei einer Temperatur von 230°C einschließt, undwobei das kristalline Polypropylenharz eine Molekulargewichtsverteilung von 5 bis 10 und einen isotaktischen Index von 97% bis 100% aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polymerharzzusammensetzung gemäß Hauptanspruch 1, ein Polymerverbundband umfassend die olymerharzzusammensetzung und eine Verwendung des Polymerverbundbands in einem Fahrzeugteil.
HINTERGRUND
Ein Polypropylenharz weist Eigenschaften wie eine hervorragende Formbarkeit, hervorragende mechanische physikalische Eigenschaften und eine chemische Widerstandsfähigkeit auf, wodurch es in verschiedenen Anwendungsgebieten verwendet wird, wie beispielsweise in inneren Teilen eines Fahrzeugs, Haushaltsgeräten, industriellen Materialien, Textilien und Filmen. Da jedoch das Polypropylenharz eine relativ geringe Zugfestigkeit und eine geringe Biegestärke aufweist, ist die Verwendung davon in Gebieten, die eine Widerstandsfähigkeit und Steifheit erfordern, wie beispielsweise bei Kraftfahrzeugteilen, begrenzt gewesen.
Um die Zugfestigkeit, die Biegefestigkeit und die Schlagfestigkeit eines Polypropylenharzes zu verbessern, werden deshalb Verfahren zum Hinzufügen von starren Verstärkungen, wie beispielsweise andere Polymerharze und Gummikomponenten, verwendet, aber die üblichen Verstärkungsmaterialien weisen eine Begrenzung dahingehend auf, dass sie nicht ausreichend die mechanischen physikalischen Eigenschaften des Harzes verbessern können.
Seit kurzem ist ferner eine Glasfaser in verstärktem Maße als starre Verstärkung verwendet worden, um ein Polyproplyenharz auf Fahrzeugteile und elektrische/elektronische Teile anzuwenden. Da die Glasfaser bewirken kann, dass ein Verbesserungseffekt der physikalischen Eigenschaften mit einer geringeren Menge als diejenige des früher verwendeten Talks, Haarkristalls oder dergleichen erhalten werden kann, ist sie in verschiedenen Gebieten angewendet worden. Jedoch kann das Polypropylenharz mit einer hinzugefügten Glasfaser ein Problem dahingehend aufweisen, dass die Glasfaser gebrochen und gesplittert werden kann, wodurch sich die mechanischen physikalischen Eigenschaften verschlechtern.
Seit kurzem sind verschiedene Anstrengungen durchgeführt worden, um nicht nur eine Glasfaser, sondern auch verschiedene Mikrofasern als starre Verstärkung zu verwenden. Jedoch wird gegenwärtig die Entwicklung eines Verfahrens zum Verringern des Splitterns eines Polypropylenharzes und von starren Verstärkungen und zum Aufrechterhalten oder Verbessern der mechanischen physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise des elastischen Biegemoduls und der Schlagfestigkeit, auf oder über einem bestimmten Grad benötigt.
Obwohl ein Verfahren zur Verwendung einer Kohlenstofffaser als feste bzw. starre Verstärkung in der jüngsten Vergangenheit entwickelt worden ist, kann eine Reaktionsfähigkeit zwischen einer Carbonfaser (Kohlenstoff-Faser) mit einer reaktiven funktionalen Gruppe auf der Oberfläche und nicht-polarem Polypropylen nicht ausreichend sein. Somit kann auch eine Beschränkung dahingehend existieren, dass die Festigkeit einer Kohlenstofffaser (Carbonfaser) sich kaum auf eine Polyproplyenverbindung auswirkt. Ferner sind verschiedene andere Additive verwendet worden, um eine Reaktionsfähigkeit oder Kompatibilität zwischen einer Kohlenstofffaser und Polypropylen zu verbessern. Jedoch kann der Wert für die physikalischen Eigenschaften davon gegenwärtig ungefähr 50% eines theoretisch erhaltbaren Werts sein.
Die obige Information, die in diesem Abschnitt für den Hintergrund der Erfindung offenbart ist, dient nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung. Deshalb kann sie Information enthalten, die nicht den Stand der Technik bildet, der bereits in diesem Land für Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet bekannt ist.
WO 2014/038574 A1 beschreibt ein Kohlenstofffaserbündel für Harzverstärkungszwecke, das unter Verwendung eines Leimungsmittels hergestellt wird, das eine zufriedenstellende Grenzflächenhaftung sowohl an einem Kohlenstofffaserbündel als auch an einem thermoplastischen Harz bei der Herstellung eines kohlenstofffaserverstärkten thermoplastischen Harzes bewirkt, und das eine zufriedenstellende Emulsionsstabilität aufweist. US 5 721 315 A offenbart eine Verbindung, die eine Mischung aus Polypropylen mit dem Reaktionsprodukt aus einem funktionalisierten Polypropylen und Polyetheramin umfasst, wobei das Polyetheramin in einer üblichen Mischvorrichtung auf das funktionalisierte Polypropylen gepfropft beziehungsweise gegrafted wird. In DE 10 2005 044 395 A1 wird eine Polyolefinharzzusammensetzung und ein durch Formen der Zusammensetzung erhaltenen Formkörper beschrieben. Außerdem offenbart US 2003/0 184 099 A1 einen Aufprallträger und Verstärkungen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Aufprallträgers. Kinsinger et al. (J. B. Kinsinger, R. E. Hughes; Intrinsic viscosity-molecular weight relationships for isotactic and atactic polypropylene I; J. Phys. Chem.; 63; 1959; S. 2002 - 2007; DOI: https://doi.org/10.1021/j150582a006) beschreiben die Beziehungen zwischen intrinsischer Viskosität und Molekulargewicht für isotaktisches und ataktisches Polypropylen. Baijdal et al. (M. D. Baijdal, C. I. Sturm; Melt flow rate-intrinsic viscosity correlation for polypropylene; J. Appl. Polym. Sci.; 14; 1970, S. 1651 - 1653; DOI: https://doi.org/10.1002/app.1970.070140621) behandeln die Korrelation zwischen Schmelzflussrate und intrinsischer Viskosität von Polypropylen. In der Firmenschrift von Huntsman (Huntsman: The JEFFAMINE® Polyetheramines, Woodlands, 2007) werden Polyetheramine beschrieben. US 5 965 667 A bezieht sich auf ein neuartiges Olefinpolymer, das durch die Reaktion eines funktionalisierten Polypropylens und einem Polyetheramin zusammengesetzt ist. WO 2012/017877 A1 offenbart ein Leimungsmittel zum Verstärken von Fasern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In bevorzugten Aspekten stellt die vorliegende Erfindung eine Polymerharzverbindung (eine Polymerharzzusammensetzung) bereit, die die Vorteile einer Verringerung des Zersplitterns von Olefin-basiertem Polymerharz und einer Kohlenstofffaser aufweist und verbesserte mechanische physikalische Eigenschaften bereitstellt, wie beispielsweise hinsichtlich eines elastischen Biegemoduls, der Zugfestigkeit und der Schlagfestigkeit eines Faserverbunds.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Polymerverbundband bereit, welches Vorteile aufweist, wenn es auf eine vordere Stoßstange eines Fahrzeugs angewendet wird, um das Gesamtgewicht zu verringern und eine Unfallrobustheit bei hohen Geschwindigkeiten zu verbessern.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Verwendung des Polymerverbundbands in einem Fahrzeugteil bereit, wie beispielsweise eine vordere Stoßstange des Fahrzeugs mit einem reduzierten Gewicht, das die Vorteile aufweist, dass es eine verbesserte Hochgeschwindigkeits-Unfallrobustheit aufweist.
In einem Aspekt ist eine Polymerharzverbindung vorgesehen, die umfasst: ein Bindemittelharz, umfassend ein Olefin-basiertes Polymerharz; eine Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester oberflächenbehandelt ist; und ein modifiziertes Polyolefinharz, welches mit Polyetheramin-gebundener Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon gegrafted ist.
Insbesondere kann das modifizierte Polyolefinharz mit einer Menge von ungefähr 0,1 bis 10 Gew.-%, oder vorzugsweise mit einer Menge von ungefähr 2 bis 6 Gew.-% Polyetheramin-gebundener Dicarbonsäure oder des Säureanhydrids davon, bezogen auf das Gesamtgesicht des modifizierten Polyolefinharzes, versetzt bzw. gegrafted sein. Ferner kann das modifizierte Polyolefinharz Polyproplyenharz mit einer molekularen Gewichtsverteilung von ungefähr 5 bis 10 und einem isotaktischen Index von ungefähr 97% bis 100% umfassen.
Das Polyetheramin kann ein oder mehrere Polyetheramine, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus den folgenden chemischen Formeln 1 bis 3 umfassen:

wobei in der chemischen Formel 1 L¹ und L² jeweils unabhängig Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkinylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Arylen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind;
R¹ Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, unersetzt oder ersetzt mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, ist;
n eine Zahl von 1 bis 500 ist; und
R₁₁ und R₁₂ jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind;
wobei in der chemischen Formel 2 L³, L⁴, L⁵ und L⁶ jeweils unabhängig Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkinylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Arylen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind;
R² Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, unersetzt oder ersetzt mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, ist;
R₁₁ und R₁₂ jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind; und
a und b die gleichen oder unterschiedlich und jeweils unabhängig eine ganze Zahl von 1 bis 500 sind;
wobei in der chemischen Formel 3 L⁷, L⁸, L⁹, L¹⁰, L¹¹ und L¹² jeweils unabhängig Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkinylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Arylen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind;
R³ Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, unersetzt oder ersetzt mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, ist;
R₁₁ und R₁₂ jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind; und
y eine ganze Zahl von 2 bis 500 ist, x und z jeweils eine ganze Zahl sind und (x+z) eine ganze Zahl von 2 bis 100 ist.

Das modifizierte Polyolefinharz, welches mit einer Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon versetzt ist, kann ein molekulares Gewicht mit Gewichtsmittelung von ungefähr 5.000 bis 500.000 aufweisen.
Das Olefin-basierte Polymerharz umfasst ein Polypropylenharz. Das Bindemittelharz umfasst ein kristallines Polypropylenharz mit einem Schmelzindex von 30 g/10 min bis 100 g/10 min in Übereinstimmung mit ASTM D1238 bei einer Temperatur von 230°C. Ferner weist das kristalline Polypropylenharz eine Molekulargewichtsverteilung von 5 bis 10 und einen isotaktischen Index von 97% bis 100% auf.
Der „isotaktische Index“, so wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen prozentualen Anteil eines bestimmten Polymers, wie Polypropylen, der in einem bestimmten Boiling-Lösungsmittel, wie beispielsweise Hexan, unlöslich sein kann.
Die Kohlenstofffaser, die mit einer oder mehreren Verbindungen, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, oberflächenbehandelt ist, kann eine Dichte von ungefähr 1,70 g/cm³ bis 1,90 g/cm³ und ein Gewicht pro Einheitslänge von ungefähr 200 g/1000 m bis 4.000 g/1000 m aufweisen.
Das Bindemittelharz mit dem Olefin-gestützten Polymerharz ist in der Polymerharzverbindung in einer Menge von 20 bis 95 Gew.-% enthalten; die Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, oberflächenbehandelt ist, ist in der Polymerharzverbindung in einer Menge von 1 bis 70 Gew.-% enthalten; und das modifizierte Polyolefinharz, das mit einer Polyetheramin-gebundenen dicarboxylischen Säure oder einem Säureanhydrid davon versetzt ist, ist in der Polymerharzverbindung in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-% enthalten, wobei sich sämtliche Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht des Polymerverbundharzes beziehen.
In einem anderen Aspekt ist ein Polymerverbundband vorgesehen, das die Polymerharzverbindung umfasst, wie voranstehend beschrieben.
Noch weiter ist die Verwendung des Polymerverbundbands in einem Fahrzeugteil vorgesehen, welches das Polymerverbundband umfasst. Zum Beispiel kann das Fahrzeugteil eine vordere Stoßstange eines Fahrzeugs sein. In der vorderen Stoßstange eines Fahrzeugs kann das Polymerverbundband um eine Stoßstange mit zwei oder mehreren Trägern gewickelt sein. Ferner kann die vordere Stoßstange eines Fahrzeugs weiter umfassen: eine Olefin-basierte Polymerharzschicht, die auf dem Polymerverbundband gebildet ist.
Figurenliste
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine mikroskopische Ansicht einer Bruchebene einer beispielhaften Polymerharzverbindung des Beispiels 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die mit einem Elektronenrastermikroskop (SEM) erhalten wird;
2 eine mikroskopische Ansicht einer Bruchebene einer Mehrharzverbindung des Vergleichsbeispiels 1, die mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) erhalten wird; und
3 ein beispielhaftes Polymerverbundband des Beispiels, einer vorderen Stoßstange eines Fahrzeugs, bei dem das Polymerverbundband installiert werden kann, und die herkömmliche vordere Stoßstange, die aus Stahl gebildet ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck einer Beschreibung von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen und ist nicht als beschränkend für die Erfindung gedacht. Wie hier verwendet, umfassen die Singularformen „ein“, „eine“, „eines“ und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen, außer wenn dies dem Kontext deutlich anders entnehmbar ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Ausdrücke „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit von angegebenen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht die Anwesenheit oder Hinzufügung von ein oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt. Wie hier verwendet, umfasst der Ausdruck „und/oder“ irgendwelche oder sämtliche Kombinationen von ein oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Einzelheiten.
Außer wenn dies spezifisch dem Kontext entnehmbar ist oder offensichtlich daraus ist, soll der Ausdruck „ungefähr“, so wie er hier verwendet wird, einen Bereich einer normalen Toleranz in dem technischen Gebiet bedeuten, z.B. innerhalb von 2 Standardabweichungen von dem Mittelwert. „Ungefähr“ lässt sich als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstehen. Außer wenn dies dem Kontext deutlich anders entnehmbar ist, sind sämtlichen numerischen Werte, die hier angegeben sind, mit dem Ausdruck „ungefähr“ modifiziert.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „fahrzeuggebunden“ oder andere ähnliche Terme, so wie sie hier verwendet werden, Motorfahrzeuge im Allgemeinen, wie Personenkraftfahrzeuge mit Sports Utility Vehicles (SUV), Bussen, Lastwägen, verschiedenen kommerziellen Fahrzeugen, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen einschließen und hybride Fahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in-hybride elektrische Fahrzeuge, Wasserstoff-betriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff (z.B. Kraftstoffen, die on anderen Ressourcen außer Öl abgeleitet werden). Wie hier verwendet, ist ein hybrides Fahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehrere Energiequellen aufweist, zum Beispiel Fahrzeuge mit sowohl einem Benzinantrieb als auch einem elektrischen Antrieb.
Nachstehend wird ausführlich mit Einzelheiten auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben werden. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Beschreibung nicht als Beschränkung der Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen gedacht ist. Die Erfindung soll vielmehr nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern auch andere verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die in den Grundgedanken und den Umfang der Erfindung fallen, so wie sie mit den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
In einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine Polymerharzverbindung (eine Polymerharzzusammensetzung).
Die erfindungsgemäße Polymerharzverbindung umfasst ein Bindemittelharz mit einem Olefin-basierten Polymerharz; eine Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, oberflächenbehandelt ist; und ein modifiziertes Polyolefinharz, das mit einer Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon versetzt ist gemäß Hauptanspruch 1.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Polymerverbundband bereit, das die Polymerharzverbindung umfasst.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung in einem anderen Aspekt eine Verwendung des Polymerverbundbands in einem Fahrzeugteil bereit, das mit dem Polymerverbundband ausgerüstet sein kann. Ein beispielhaftes Fahrzeugteil gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine vordere Stoßstange des Fahrzeugs sein.
Nachstehend wird eine Polymerharzverbindung, ein Polymerverbundband und eine vordere Stoßstange eines Fahrzeugs gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit näheren Einzelheiten beschrieben.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Forschungsarbeiten hinsichtlich eines Verfahrens zum Imprägnieren einer Kohlenstofffaser in einem Bindemittelharz mit einem Olefin-basierten Polymerharz durchgeführt. Als Ergebnis ist über Experimente bestätigt worden, dass eine Mischung der Kohlenstofffaser, gebunden an eine Oberfläche der vorgegebenen Verbindung, wie voranstehend beschrieben, und der Bindemittelfaser zusammen mit einem modifizierten Polyolefinharz, das mit einer Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon versetzt bzw. gegrafted ist, Polymerharzverbundmaterialien bereitstellen kann, die eine stark verbesserte Reaktionsfähigkeit und Kompatibilität zwischen dem Bindemittelharz und der Kohlenstofffaser, eine verringerte Splitterung des Olefin-basierten Polymerharzes und der Kohlenstofffaser, und bessere mechanische physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise einen verbesserten elastischen Biegemodulus, eine verbesserte Zugfestigkeit und eine verbesserte Schlagfestigkeit aufweisen.
Die Polymerharzverbindung enthält das modifizierte Polyolefinharz, gegrafted mit einer Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure und einem Säureanhydrid davon, da eine derartige Haftung an dem Übergang zwischen einer Kohlenstofffaser und einem Bindemittelharz vergrößert werden kann, und ein Imprägnieren einer Kohlenstofffaser maximiert werden kann, wodurch eine Polymerharzverbindung mit einer exzellenten Zugfestigkeit bereitgestellt wird.
In dem verwandten Stand der Technik ist ein Verfahren bekannt gewesen, bei dem ein bekanntes modifiziertes Polyolefinharz, versetzt bzw. gegrafted (gepfropft) mit einem Maleinanhydrid, zu einem Olefin-basierten Polymerharz hinzugefügt wird, um eine Kompatibilität mit festen bzw. starren Verstärkungen, wie einer Glasfaser, zu erhöhen. Jedoch ist es für ein derartiges Verfahren schwierig, die Kompatibilität zwischen einer Kohlenstofffaser und einem Olefin-basierten Polymerharz oder eine Imprägnierungseigenschaft einer Kohlenstofffaser in einem Olefin-basierten Polymerharz nur mit dem Polyproplyenharz, versetzt mit einem Maleinsäureanhydrid, ausreichend zu verbessern. Zusätzlich besteht eine bestimmte Beschränkung hinsichtlich der Verbesserung eines elastischen Biegemodulus, der Zugfestigkeit und der Schlagfestigkeit einer abschließend hergestellten Polymerharzverbindung oder eines Polymerverbunds.
Das „modifizierte Polyolefinharz, versetzt mit einer Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon“, wie hier verwendet, bezieht sich auf ein Polyolefin-basiertes Polymer, bei dem eine Polyetheramin-gebundene Dicarbonsäure oder ein Säureanhydrid davon auf eine Polyolefin-Hauptkette gesetzt ist, um eine Zweigkette zu bilden.
Die Dicarbonsäure kann eine Maleinsäure, eine Phthalsäure, eine Itaconsäure, eine Citraconsäure, Alkenyl-Bernsteinsäure, eine cis-1,2,3,6-Tetrahydrophthalsäure, eine 4-Methyl-1,2,3,6-Tetrahydrophthalsäure oder ein Gemisch von zwei oder mehreren davon einschließen, und das Dianhydrid der Dicarbonsäure kann ein Dicarbonsäure-Dianhydrid des oben beschriebenen Beispiels sein.
Das modifizierte Polyolefinharz kann mit einer Menge von ungefähr 0,1 bis 10% oder einer Menge von ungefähr 2 bis 6% Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon versetzt sein.
Die Polyetheramin-gebundene Dicarbonsäure oder das Säureanhydrid davon weist einen Inhalt von ungefähr 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-% in dem modifizierten Polyolefinharz, bezogen auf das Gesamtgewicht des modifizierten Polyolefins, auf. Wenn weniger als ungefähr 0,1 Gew.-% der Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder des Säureanhydrids davon auf das Polyolefinharz getropft wird (Graft-Polyolefinharz), kann es schwierig sein, ausreichend eine Eigenschaft bereitzustellen, die die Kompatibilität und Reaktionsfähigkeit erhöht, und wenn mehr als ungefähr 10 Gew.-% der Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder des Säureanhydrids davon auf das Polyolefinharz aufgepfropft (gegrafted) wird, dann können sich die mechanischen physikalischen Eigenschaften oder die Flexibilität der Polymerharzverbindung oder eines aus Harz geformten Artikels, der daraus geformt ist, verschlechtern.
Das Pfropfverhältnis (Grafting-Verhältnis) der Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder des Säureanhydrids davon kann aus den Ergebnissen gemessen werden, die durch eine Säure-basierte Titrierung des modifizierten Polyolefinharzes erhalten werden. Beispielsweise wird ungefähr 1 g des modifizierten Polypropylenharzes zu 150 ml eines Wasser-gesättigten Xylens hinzugefügt, welches einer Reflux-Behandlung über 2 Stunden ausgesetzt wird, und dann wird dazu eine kleine Menge von 1 Gew.-% einer Thymol-Blau-Dimethyl-Formamid-Lösung hinzugefügt, eine geringfügig übermäßige Titrierung wird mit einer 0,05 N Natrium-Hydroxid-Ethyl-Alkohollösung ausgeführt, um eine Marineblau-Lösung zu erhalten, und danach wird eine Zurücktitrierung der Lösung mit einer 0,05 N hydrochlorischen Säure-Isopropyl-Alkohollösung ausgeführt, bis die Lösung gelb wird, wodurch der Säurewert bestimmt wird, und somit kann die Menge der Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder des Säureanhydrids davon, die auf das modifizierte Polypropylenharz aufgepfropft bzw. gegraftet ist, daraus berechnet werden.
Für das modifizierte Polyolefinharz kann irgendein Olefin-basierter Polymer, der bekanntermaßen weit verbreitet in einem Harzformungsartikel verwendet wird, ohne irgendeine bestimmte Beschränkung verwendet werden. Beispielsweise kann das modifizierte Polyolefinharz umfassen: ein Polypropylenharz mit einer molekularen Gewichtsverteilung von ungefähr 5 bis 10 und ein Polypropylenharz mit einem isotaktischen Index von ungefähr 97% bis 100%.
Ferner kann das modifizierte Olefinharz ein Polypropylenharz mit einer molekularen Gewichtsverteilung von ungefähr 5 bis 10 und einem isotaktischen Index von ungefähr 97% bis 100% sein.
Da Polyetheramin an dem Ende des modifizierten Olefinharzes vorhanden ist, kann die Kohlenstofffaser eine Haftungsfähigkeit und Kompatibilität größer als Polymerharz, wie beispielsweise Polypropylen, aufweisen, und der Faserverbund (die Faserverbindung), die mit der Oberflächen-modifizierten Kohlenstofffaser imprägniert ist, kann bessere mechanische physikalische Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise einen besseren elastischen Biegemodulus und eine verbesserte Schlagfestigkeit.
Das Polyetheramin kann ein oder mehrere Polyetheramine umfassen, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus den folgenden chemischen Formeln 1 bis 3:
wobei in der chemischen Formel 1 L¹ und L² jeweils unabhängig Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkinylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Arylen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind;
R¹ Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, unersetzt oder ersetzt mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, ist;
n eine Zahl von 1 bis 500 ist; und
R₁₁ und R₁₂ jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind;

wobei in der chemischen Formel 2 L³, L⁴, L⁵ und L⁶ jeweils unabhängig Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkinylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Arylen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind;
R² Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, unersetzt oder ersetzt mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, ist;
R₁₁ und R₁₂ jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind; und
a und b die gleichen oder unterschiedlich und jeweils unabhängig eine ganze Zahl von 1 bis 500 sind;
wobei in der chemischen Formel 3 L⁷, L⁸, L⁹, L¹⁰, L¹¹ und L¹² jeweils unabhängig Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkinylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Arylen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind;
R³ Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, unersetzt oder ersetzt mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, ist;
R₁₁ und R₁₂ jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind; und
y eine ganze Zahl von 2 bis 500 ist, x und z jeweils eine ganze Zahl sind und (x+z) eine ganz Zahl von 2 bis 100 ist.
Das modifizierte Polyolefinharz, welches mit einer Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon versetzt ist, kann ein molekulares Gewicht mit Gewichtsmittelung von ungefähr 5.000 bis 500.000 aufweisen.
Die Polymerharzverbindung umfasst eine Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% des modifizierten Polyolefinharzes, gegrafted mit Polyetheramin-gebundener Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon, umfassen.
Zudem wird für das Bindemittelharz ein Olefin-basiertes Polymerharz verwendet, und umfasst das Olefin-basierte Polymerharz ein Polypropylenharz.
Für das Polypropylenharz wird ein kristallines Polypropylenharz verwendet von dem bekannt ist, dass es weitläufig in einem Artikel, der aus Harz geformt ist, verwendet wird. Es wird ein höchstkristallines oder ein kristallines Polypropylenharz mit einem Schmelzindex von 30 bis 100 g/10 min (ASTM D1238, 230°C) verwendet werden.
Wenn das Polypropylenharz einen Schmelzindex kleiner als ungefähr 30 g/10 min (ASTM D1238, 230°C) aufweist, kann es schwierig sein, eine ausreichende Verarbeitbarkeit während eines Formungsprozesses (Molding-Prozesses) sicherzustellen, und als Folge der hohen Viskosität kann eine Dispersion einer Kohlenfaser unterbrochen werden. Wenn ferner das Polypropylenharz einen Schmelzindex größer als ungefähr 100 g/10 min (ASTM D1238, 230°C) aufweist, kann es schwierig sein, dass ein abschließendes Produkt eine geeignete Schlagfestigkeit hat, und zwar als Folge der geringen Viskosität, und infolgedessen kann sich zusätzlich die Zugfestigkeit, die Biegefestigkeit und ein elastischer Modulus verschlechtern.
Die Polymerharzverbindung umfasst eine Menge von 20 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 80 Gew.-% des Polypropylenharzes, bezogen auf das Gesamtgewichts der Polymerharzverbindung. Wenn der Gehalt des Polypropylenharzes niedriger als die vorgegebene Menge ist, zum Beispiel niedriger als ungefähr 20 Gew.-%, dann können die Fließeigenschaften der Harzverbindung verringert werden, wodurch ein Problem bei der Formungsfähigkeit erzeugt wird, und die Menge des Füllers oder Additivs, wie beispielsweise die Kohlenstofffaser, kann zu groß sein, wodurch das spezifische Gewicht eines abschließenden Produkts unnötig erhöht oder eine Verarbeitbarkeit verringert wird. Wenn der Gehalt des Polypropylens größer als die vorgegebene Menge ist, zum Beispiel größer als 95 Gew.-%, kann eine Agglomeration als Folge der geringen Dispersionsdichte einer Kohlenstofffaser erzeugt werden, und der Gehalt der Kohlenstofffaser kann nicht ausreichend sein, so dass sich die mechanischen physikalischen Eigenschaften eines abschließenden Produkts verschlechtern.
Das hochkristalline Polypropylenharz weist eine molekulare Gewichtsverteilung von 5 bis 10 und einen isotaktischen Index von 97% bis 100% auf.
Wie voranstehend beschrieben, umfasst die Polymerharzverbindung der Ausführungsform eine Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen oberflächenbehandelt ist gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester.
Die Polymerharzverbindung umfasst 1 bis 70 Gew. - % , bevorzugt 10 bis 55 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymerharzverbindung, der Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen, gewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, oberflächenbehandelt ist.
Wenn der Gehalt der Kohlenstofffaser niedriger als die vorgegebene Menge ist, zum Beispiel niedriger als ungefähr 1 Gew.-% der Polymerharzverbindung, dann können die mechanischen physikalischen Eigenschaften eines abschließenden Produkts verschlechtert werden, und wenn der Gehalt der Kohlenstofffaser größer als ungefähr 70 Gew.-% der Polymerharzverbindung ist, dann kann sich das spezifische Gewicht eines abschließenden Produkts als zu hoch erweisen, oder eine Verarbeitbarkeit kann verringert werden.
Die Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen oberflächenbehandelt ist, die aus der Gruppe gewählt sind, umfassend eine Epoxidverbindung, eine Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, kann eine Dichte von ungefähr 1,70 g/cm³ bis 1,90 g/cm³ aufweisen. Ferner kann die Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen oberflächenbehandelt ist, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, ein Gewicht pro Einheitslänge von ungefähr 200 g/1000 m bis 4.000 g/1000 m aufweisen.
In dem Prozess der Imprägnierung der Kohlenstofffaser, oberflächenbehandelt mit einer Verbindung in dem Bindemittelharz, kann irgendein Verfahren und eine Vorrichtung, von denen bekannt ist, dass sie eine Glaslangfaser in einem thermoplastischen Harz imprägnieren, ohne irgendeine besondere Beschränkung verwendet werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Polymerverbundband mit einer Polymerharzverbindung bereitgestellt.
Das Polymerverbundband kann durch verschiedene Herstellungsverfahren unter Verwendung der Polymerharzverbindung der oben beschriebenen Ausführungsform bereitgestellt werden und kann zum Beispiel in eine Band- oder Bündelform (Strangform) gebracht werden, indem Fasern durch ein Imprägnierungswerkzeug geführt werden, das durch eine Polymerharzschmelze zugeführt wird und dann die sich ergebende Struktur gezogen und komprimiert wird.
Das Polymerverbundband kann eine Zersplitterung des Olefin-basierten Polymerharzes und einer Kohlenstofffaser verringern, mechanische physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise einen elastischen Biegemodulus, eine Zugfestigkeit und eine Schlagfestigkeit einer Faserverbindung verbessern. An sich kann das Polymerverbundband in einem Fahrzeugteil verwendet werden, wie beispielsweise eine vordere Stoßstange des Fahrzeugs, um das Gesamtgewicht zu verringern und robuste Eigenschaften für Hochgeschwindigkeitsunfälle zu verbessern.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung des Polymerverbundbands in einem Fahrzeugteil bereit, welches insbesondere das Polymerverbundband mit dem Polymerverbundharz, wie voranstehend beschrieben, umfasst. Insbesondere kann eine vordere Stoßstange eines Fahrzeugs mit dem Polymerverbundband ausgerüstet werden.
Wie in 3 gezeigt, ist es hinsichtlich eines Längsträgers eines Automobils bislang üblich, als Folge von Sicherheitsproblemen bei einem Unfall, Stahl auf diesen anzuwenden. Jedoch kann die vordere Stoßstange des Fahrzeugs eine Stahl/Plastik-Verbund-Hybridstruktur aufweisen, wenn man ein Sicherheitsproblem für die Gewichtsreduktion von Automobilen betrachtet, wodurch das Gewicht des Fahrzeugs verringert wird und außerdem die Sicherheit bei einem Hochgeschwindigkeitsunfall sichergestellt wird.
In der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs kann das Polymerverbundband um vordere Stoßstangen mit zwei oder mehrere Trägern gewickelt werden. Beispielsweise kann das Polymerverbundband um zwei oder mehr heißgeformte Röhren gewickelt werden, die parallel zueinander installiert sind, eine vordere Stoßstange herzustellen.
Zusätzlich kann eine Olefin-basierte Polymerharzschicht, die auf dem Polymerverbundband geformt ist, weiter enthalten sein. Nach einem Umwickeln des Polymerverbundbands um den Stoßstangenträger, der auf der vorderen Stoßstange angeordnet ist, kann insbesondere das Äußere des Polymerverbundbands mit einem Olefin-basierten Polymerharz geformt (Molding) werden, um eine Olefin-basierte Polymerharzschicht zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Polymerharzverbindung bereitgestellt, die eine Zersplitterung des Olefin-gestützten Polymerharzes und einer Kohlenstofffaser verringern kann und mechanische physikalische Eigenschaften verbessern kann, wie beispielsweise einen elastischen Biegemodulus, eine Zugfestigkeit und eine Schlagfestigkeit einer Faserverbindung.
Ferner ist ein Polymerverbundband vorgesehen, welches in einem Fahrzeugteil verwendet werden kann, wie beispielsweise auf eine vordere Stoßstange des Fahrzeugs, um das Gesamtgewicht zu verringern und eine Robustheit bei einem Hochgeschwindigkeitsunfall zu verbessern. Noch weiter kann eine im Gewicht reduzierte vordere Stoßstange eines Fahrzeugs bereitgestellt werden, die eine verbesserte Robustheit bei einem Hochgeschwindigkeitsunfall aufweisen kann.
BEISPIEL
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit den folgenden Beispielen beschrieben. Jedoch sind die folgenden Beispiele nur illustrativ für die vorliegende Erfindung und beschränken die Offenbarung der vorliegenden Erfindung in keinerlei Weise.
[Vergleichsbeispiel und Beispiele: Herstellung einer Polymerharzverbindung]
Vergleichsbeispiel 1
Ein höchstkristallines Polypropylenharz (Schmelzindex: 60 g/10 min (ASTM D1238, 230°C) mit einer molekularen Gewichtsverteilung: 7, einem isotaktischen Index 98,8%) wurde bei 240°C und 300 UpM mit einem Doppelschrauben-Extruder (Extrusionsvorrichtung) ohne einen Kompatibilisierer geknetet und mit einer Epoxid-bemessenen Kohlenstofffaser von Toray Industries, Inc. (CF, Produktname: T700SC-24000-50C) bei einer Werkzeugtemperatur von 270°C bei einem Gewichtsverhältnis von 6:4 imprägniert, um eine mit einer Kohlenstofffaser verstärkte Polymerharzverbindung zu erhalten. Das SEM-Bild einer Bruchebene der erhaltenen Polymerharzverbindung ist in 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2
Ein höchstkristallines Polypropylenharz (Schmelzindex: 60 g/10 min (ASTM D1238, 230°C), Molekulargewichtsverteilung: 7, isotaktischer Index 98,8%) wurde bei einer Temperatur von 240°C und 300 UpM mit einem Doppelschrauben-Extruder mit Polypropylen (Molekulargewichtsverteilung: 7, isotaktischer Index 98,8%) mit einem Maleinsäureanhydrid-Graft-Verhältnis von 1 Gew.-% geknetet. Das sich ergebende Knetprodukt wurde mit einer Epoxid-bemessenen Kohlenstofffaser von Toray Industries, Inc. (CF, Produktname: T700SC-24000-50C) bei einer Werkzeugtemperatur von 270°C imprägniert, um eine mit einer Kohlenstofffaser verstärkte Polymerharzverbindung zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 3
Wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt, wurde eine Harzverbindung, die mit einer Kohlenstofffaser verstärkt ist, in der gleichen Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 2 erhalten, im Unterschied, dass der Gehalt des Polypropylens mit einem Maleinanydrid-Graft-Verhältnis von 1 Gew.-% unterschiedliche war.
Vergleichsbeispiel 4
In der gleichen Weise wie im Vergleichsbeispiel 2 wurde eine Polymerharzverbindung, die mit einer Kohlenstofffaser verstärkt ist, erhalten, mit dem Unterschied, dass Polypropylen mit Maleinanydrid-Graft-Verhältnis von 4 Gew.-% anstelle des Polypropylen mit einem Maleinanydrid-Graft-Verhältnis von 1 Gew.-% verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 5
Eine Kohlenstofffaser-verstärkte Polymerharzverbindung wurde in der gleichen Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 3 erhalten, mit dem Unterschied, dass Polypropylen mit einem Maleinanydrid-Graft-Verhältnis von 4 Gew.-% anstelle des Polypropylens mit einem Maleinanydrid-Graft-Verhältnis von 1 Gew.-% verwendet wurde.
Beispiel 1
Ein höchstkristallines Polypropylenharz (Schmelzindex:

60 g/10 min (ASTM D1238, 230°C), Molekulargewichtsverteilung: 7, isotaktischer Index 98,8%) wurde bei einer Temperatur von 240°C und 300 UpM mit einem Doppelschrauben-Extruder mit GMP730X, hergestellt durch eine Reaktion von Polypropylen (Molekulargewichtsverteilung: 7, isotaktischer Index 98,8%) mit einem Maleinanydrid-Graft-Verhältnis von 4% mit PEA (Polyethylamin), geknetet.

Da sich ergebende Knetprodukt wurde mit einer Epoxid-bemessenen Kohlenstofffaser von Toray Industries, Inc. (CF, Produktname: T700SC-24000-50C) bei einer Werkzeugtemperatur von 270°C imprägniert, um eine Polymerharzverbindung, die kohlenstofffaserverstärkt ist, zu erhalten.
Das SEM-Bild einer Bruchebene der erhaltenen Polymerharzverbindung ist in 1 gezeigt.
Beispiel 2
Mit einer Kohlenstofffaser verstärkte Polymerharzverbindung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 erhalten, mit dem Unterschied, dass der Gehalt von GMP730X unterschiedlich ist, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 3
Eine mit einer Kohlenstofffaser verstärkte Polymerharzverbindung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass der Gehalt von GMP730X anders war, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
[Herstellungsbeispiel und experimentelles Beispiel: Herstellung eines Polymerverbundbandes und einer vorderen Stoßstange eines Automobils, und Auswertung der physikalischen Eigenschaften davon]
Herstellungsbeispiel 1 - Herstellung eines Polymerverbundbandes
Ein Polymerverbundband (Breite: 5-12 mm, Dicke: 0,4-0,5 mm) wurde unter einer Bedingung hergestellt, das jede Polymerharzverbindung, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten wird, gezogen und komprimiert wurde, um eine Band- oder Bündelform zu bilden.
Herstellungsbeispiel 2 - Herstellung einer vorderen Stoßstange des Automobils
Wie in 3 gezeigt, wurde das voranstehend hergestellte Polymerverbundband um zwei heißgeformte Röhren gewickelt, die parallel zueinander angeordnet sind, um eine vordere Stoßstange herzustellen.
Experimentelles Beispiel 1: Messung der Festigkeit (TS)
Eine Testgeschwindigkeit von 50 m/min wurde mit einer universellen Testmaschine bei einer Temperatur von 23°C bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% gemäß ASTM D638 angewendet, um eine Zugfestigkeit beim Bruch des voranstehend hergestellten Polymerverbundbands zu messen.
Experimentelles Beispiel 2: Messung der Biegefestigkeit (FS)
Eine Testgeschwindigkeit von 10 m/min wurde mit einer universellen Testmaschine bei einer Temperatur von 23°C bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% gemäß ASTM D790 angewendet, um die Biegefestigkeit des voranstehend hergestellten Polymerverbundbands zu messen.
Experimentelles Beispiel 3: Messung des elastischen Biegemodulus (FM)

Eine Testgeschwindigkeit von 10 m/min wurde mit einer universellen Testmaschine bei 23°C bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% gemäß ASTM D790 angewendet, um den elastischen Biegemodulus des voranstehend hergestellten Polymerverbundbands zu messen. [Tabelle 1]

Klassifizierung	Polymerharzverbindung [Gew.-%]					Zug-Festigkeit (MPa)	Biege-Festigkeit (MPa)	Elastischer Biegemodulus (GPa)
	PP	CF	Kompatibilisierer 1	Kompatibilisierer 2	Kompatibilisierer 3
Vergleichsbeispiel 1	60	40	-	-	-	250	120	14
Vergleichsbeispiel 2	59	40	1	-	-	580	535	24
Vergleichsbeispiel 3	57	40	3	-	-	540	521	23
Vergleichsbeispiel 4	59	40	-	1	-	610	563	24
Vergleichsbeispiel 5	57	40	-	3	-	600	568	24
Beispiel 1	59	40	-	-	1	950	870	24
Beispiel 2	57	40	-	-	3	840	565	24
Beispiel 3	55	40	-	-	5	760	530	24

Wie in der obigen Tabelle 1 gezeigt, hatte das Polymerverbundband, welches unter Verwendung jeder Polymerharzverbindung hergestellt wurde, die in den Beispielen 1 bis 3 erhalten wurde, eine Zugfestigkeit von ungefähr 700 MPa oder größer, eine Biegefestigkeit von ungefähr 500 MPa oder größer und einen elastischen Biegemodulus von ungefähr 24 GPa.
Im Gegensatz dazu wurde bestätigt, dass das Polymerverbundband, welches unter Verwendung der Polymerharzverbindungen hergestellt wurde, die in den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 erhalten wurden, nur eine verringerte Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und einen verringerten elastischen Modulus hatte (Vergleichsbeispiel 1) oder nur eine verringerte Zugfestigkeit oder Biegefestigkeit im Vergleich mit den Beispielen (Vergleichsbeispielen 2 bis 5) hatte.
Wie in den 1 und 2 verglichen, wurde ferner in der Polymerharzverbindung des Beispiels 1 bestätigt, dass eine Kohlenfaser, die mit Epoxid oberflächenbehandelt ist, und ein Polypropylenharz eng kombiniert (imprägniert) war, wohingegen in der Polymerharzverbindung des Vergleichsbeispiel 1 bestätigt wurde, dass eine Kohlenstofffaser, die mit Epoxid oberflächenbehandelt ist, und ein Polypropylenharz nicht eng kombiniert waren oder dass eine Vielzahl von freien Stellen, wo eine Kohlenstofffaser nicht imprägniert war, belassen wurde.

Claims

Polymerharzverbindung, umfassend: 20 bis 95 Gew.-% eines Bindemittelharzes, umfassend ein Olefin-basiertes Polymerharz; 1 bis 70 Gew.-% einer Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, oberflächenbehandelt ist; und 0,1 bis 20 Gew.-% eines modifizierten Polyolefinharzes, das mit einer Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon gepfropft ist, wobei sich alle Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht der Polymerharzverbindung beziehen, wobei das Bindemittelharz ein kristallines Polypropylenharz mit einem Schmelzindex von 30 g/10 min bis 100 g/10 min gemäß ASTM D1238 bei einer Temperatur von 230°C einschließt, und wobei das kristalline Polypropylenharz eine Molekulargewichtsverteilung von 5 bis 10 und einen isotaktischen Index von 97% bis 100% aufweist.
Polymerharzverbindung nach Anspruch 1, wobei das modifizierte Polyolefinharz mit einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.- % der Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder dem Säureanhydrid davon gepfropft ist, bezogen auf das Gesamtgewicht des modifizierten Polyolefinharzes.
Polymerharzverbindung nach Anspruch 1, wobei das modifizierte Polyolefinharz ein Polypropylenharz mit einer Molekulargewichtsverteilung von 5 bis 10 einschließt.
Polymerharzverbindung nach Anspruch 3, wobei das modifizierte Polyolefinharz das Polypropylenharz mit einem isotaktischen Index von 97% bis 100% aufweist.
Polymerharzverbindung nach Anspruch 2, wobei das Polyetheramin ein oder mehrere Polyetheramine, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus den folgenden chemischen Formeln 1 bis 3, einschließt:
wobei in der chemischen Formel 1 L¹ und L² jeweils unabhängig Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkinylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Arylen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind; R¹ Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen unersetzt oder ersetzt mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; n eine Zahl von 1 bis 500 ist; und R₁₁ und R₁₂ jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind;

wobei in der chemischen Formel 1 L³, L⁴, L⁵ und L⁶ jeweils unabhängig Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkinylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Arylen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind. R² Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, unersetzt oder ersetzt mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; R₁₁ und R₁₂ jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind; und a und b die gleichen oder unterschiedlich und jeweils unabhängig eine ganze Zahl von 1 bis 500 sind;
wobei in der chemischen Formel 3 L⁷, L⁸, L⁹, L¹⁰, L¹¹ und L¹² jeweils unabhängig Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkinylen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Arylen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind; R³ Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, unersetzt oder ersetzt mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; R₁₁ und R₁₂ jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind; und y eine ganze Zahl von 2 bis 500 ist, x und z jeweils eine ganze Zahl sind und (x+z) eine ganze Zahl von 2 bis 100 ist.
Polymerharzverbindung nach Anspruch 1, wobei das modifizierte Polyolefinharz, gepfropft mit einer Polyetheramin-gebundenen Dicarbonsäure oder einem Säureanhydrid davon, ein Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 5.000 bis 500.000 aufweist.
Polymerharzverbindung nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, oberflächenbehandelt ist, eine Dichte von 1,70 g/cm³ bis 1, 90 g/ cm³ aufweist.
Polymerharzverbindung nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstofffaser, die mit ein oder mehreren Verbindungen, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Epoxidverbindung, einer Phenolverbindung, Polyester und Vinylester, oberflächenbehandelt ist, ein Gewicht pro Einheitslänge von 200 g/1000 m bis 4.000 g/1000 m aufweist.
Polymerverbundband, umfassend eine Polymerharzverbindung nach Anspruch 1.
Verwendung eines Polymerverbundbandes nach Anspruch 9 in einem Fahrzeugteil.
Verwendung nach Anspruch 10, wobei das Fahrzeugteil eine vordere Stoßstange eines Fahrzeugs ist.
Verwendung nach Anspruch 11, wobei das Polymerverbundband um vordere Stoßstangen mit zwei oder mehreren Trägern gewickelt ist.
Verwendung nach Anspruch 12, wobei eine Olefin-basierte Polymerharzschicht auf dem Polymerverbundband gebildet ist.