DE102022206762A1

DE102022206762A1 - Thermoplastische harzzusammensetzung, die eine hohe steifigkeit und einen niedrigen linearen wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, und formgegenstand umfassend dieselbe

Info

Publication number: DE102022206762A1
Application number: DE102022206762.2A
Authority: DE
Inventors: Jin Young Yoon; Hee Joon Lee; Dong Eun Cha; Sun Jun Kwon; Chun Ho Park; Seung Ryong Jeong; Seok Jin Yong; Hyung Tak LEE
Original assignee: Hyundai Motor Co; GS Caltex Corp; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; GS Caltex Corp; Kia Corp
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2023-01-12
Also published as: US20230024056A1; KR20230009536A; CN115594922A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt eine thermoplastische Harzzusammensetzung, die eine hohe Steifigkeit und einen niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, und einen Formgegenstand bereit, der dieselbe enthält. Die thermoplastische Harzzusammensetzung enthält ein erstes Propylen-Ethylen-Copolymer, ein zweites Propylen-Ethylen-Copolymer, ein thermoplastisches Elastomer, einen anorganischen Füllstoff und ein Natriumphosphat-basiertes Nukleierungsmittel in geeigneter Weise, so dass ein Formgegenstand, der daraus hergestellt wird, eine verbesserte mechanische Steifigkeit, Schlagzähigkeit und Dimensionsstabilität aufweisen kann. Selbst wenn der Formgegenstand auf eine geringe Dicke zur Gewichtsreduzierung geformt wird, kann dem Formgegenstand eine exzellente Verarbeitbarkeit, eine hohe Zugfestigkeit, ein hohes Biegemodul und eine hohe Schlagzähigkeit vermittelt werden.

Description

QUERVERWEIS ZU EINER ANMELDUNG, AUF DIE SICH BEZOGEN WIRD
Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C. §119(a) die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2021-0090042, die am 09. Juli 2021 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme einbezogen ist.
HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine thermoplastische Harzzusammensetzung, die eine hohe Steifigkeit und einen niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, und auf einen Formgegenstand, der diese Zusammensetzung enthält.
(b) Hintergrund
Mit dem Trend zu steigenden strengeren internationalen Umweltvorschriften und Kraftstoffverbrauchsvorschriften und den steigenden Preisen für Energieressourcen sind neue Technologien für die Entwicklung von Materialien und Teilen für Kraftfahrzeuge nicht nur unter dem Gesichtspunkt der einfachen Verbesserung der Kraftstoffeffizienz, sondern auch der Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit gemäß den Umweltvorschriften dringend erforderlich.
Ein vielversprechender Weg die Kraftstoffeffizienz von Kraftfahrzeugen zu verbessern, ist die Technologie zur Gewichtsreduzierung. Durch ein Reduzieren des Gewichts kann der Wirkungsgrad des Motors verbessert und die Leistung des Fahrzeugs kann maximiert werden, und eine gesteigerte Kraftstoffeffizienz wird erreicht.
Die Gewichtsreduzierung von Kraftfahrzeugen wird grob unterteilt in die Gewichtsreduzierung von Materialien durch Verwenden von Hohlkörpern, die Gewichtsreduzierung von Materialien durch Ausschäumen und die Gewichtsreduzierung von Materialien durch Ausdünnen von Teilen.
Im Allgemeinen wird die Gewichtsreduzierung von Materialien durch Ausdünnen auf solche Weise erreicht, dass das Ausdünnen während des Aufrechterhaltens der physikalischen Eigenschaften von Teilen durch Verwenden von anorganischen Füllstoffen mit hoher Steifigkeit wie Langfasern, Kohlenstofffasern und dergleichen durchgeführt wird. Dieses Verfahren führt jedoch zu einer schlechten Formbarkeit, so dass das Aussehen der Teile während des Formens nicht einheitlich ist und ein Problem der schlechten Dimensionsstabilität in Längs- und Querrichtung auftreten kann.
Mit dem Ziel dieses Problem zu lösen, kann ein Kompositpolypropylen entwickelt werden, zu dem ein Harz mit hoher Fließfähigkeit und ein anorganischer Füllstoff mit hoher Steifigkeit zugegeben werden. Ist die Einspritzfließfähigkeit des Kompositpolypropylens jedoch zu hoch oder zu niedrig, können sich Fließspuren bilden, und dünne Teile können nicht hergestellt werden, es sei denn, es wird ein geeigneter anorganischer Füllstoff verwendet. Insbesondere Polypropylen als ein Basisharz kristallisiert während der Schmelz-, Form- und Abkühlungsschritte des Spritzgießens, und die Dimensionsstabilität ist aufgrund der hohen Schrumpfungsrate und des hohen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Polypropylen höchstwahrscheinlich problematisch.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Dementsprechend ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Fahrzeugaußenmaterial bereitzustellen, das durch Dünnteilformen ein geringeres Gewicht aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine thermoplastische Harzzusammensetzung bereitzustellen, mit der Fähigkeit, einen Formgegenstand, der exzellente mechanische Eigenschaften wie Steifigkeit und dergleichen aufweist, herzustellen, während eine gute Dimensionsstabilität erreicht wird.
Die Aufgaben der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf das Vorstehende beschränkt und können durch die folgende Beschreibung klar verstanden werden und durch die in den Ansprüchen beschriebenen Mittel und Kombinationen davon realisiert werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine thermoplastische Harzzusammensetzung bereit, die ein erstes Propylen-Ethylen-Copolymer, das einen Schmelzindex von 100 g/10 min bis 150 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg, ein zweites Propylen-Ethylen-Copolymer, das einen Schmelzindex von 20 g/10 min bis 40 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg, ein thermoplastisches Elastomer, das ein erstes Elastomer, das einen Schmelzindex von 0.5 g/10 min bis 1 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg, und ein zweites Elastomer enthält, das einen Schmelzindex von 20 g/10 min bis 40 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg, einen anorganischen Füllstoff und ein Natriumphosphat-basiertes Nukleierungsmittel enthält, wobei die thermoplastische Harzzusammensetzung einen Biegemodul (FM) von 2500 MPa oder mehr und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CLTE) von 60 µm/m·°C oder weniger aufweist.
Das erste Propylen-Ethylen-Copolymer kann einen Biegemodul von 1700 MPa oder mehr aufweisen.
Das erste Propylen-Ethylen-Copolymer kann 6 Gew.-% bis 10 Gew.-% Ethylen, basierend auf dem Gesamtgewicht davon, enthalten.
Das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer kann einen Biegemodul von 1600 MPa oder mehr aufweisen.
Das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer kann eine Schlagzähigkeit von 60 J/m oder mehr bei Raumtemperatur (25°C) aufweisen.
Das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer kann 2 Gew.-% bis 5 Gew.-% Ethylen, basierend auf dem Gesamtgewicht davon, enthalten.
Das thermoplastische Elastomer kann das erste Elastomer und das zweite Elastomer in einem Massenverhältnis von 1: 0,5-2 enthalten.
Das thermoplastische Elastomer kann mindestens eines enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Copolymer aus Ethylen und α-Olefin, das 4 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist, einem Styrol-Dien-Copolymer und Kombinationen davon.
Der anorganische Füllstoff kann einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2 µm oder weniger aufweisen.
Der anorganische Füllstoff kann ein Aspektverhältnis von 20 oder mehr aufweisen.
Der anorganische Füllstoff kann mindestens eines enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Talk, Siliciumoxid, Wollastonit, Glimmer, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Magnesiumoxid, Calciumsilicat, und Kombinationen davon.
Das Natriumphosphat-basierte Nukleierungsmittel kann eine Verbindung, die durch die chemische Formel 1 dargestellt wird, enthalten:
in der chemischen Formel 1 sind R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, die nachstehende chemische Formel 2 oder die nachstehende chemische Formel 3, in der R₁ und R₂ miteinander verbunden sind,

in den chemischen Formeln 2 und 3 ist R unabhängig eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, m ist eine ganze Zahl von 0 bis 3, und n ist eine ganze Zahl von 0 bis 3.
Das Natriumphosphat-basierte Nukleierungsmittel kann eine Verbindung, die durch die chemische Formel 4 dargestellt wird, enthalten:
in der chemischen Formel 4 ist R eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, und m ist eine ganze Zahl von 0-3.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 40 Gew.-% bis 55 Gew.-% des ersten Propylen-Ethylen-Copolymers, 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% des zweiten Propylen-Ethylen-Copolymers, 15 Gew.-% bis 25 Gew.-% des thermoplastischen Elastomers, 22 Gew.-% bis 30 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs, und 0,2 Gew.-% bis 2 Gew.-% des Natriumphosphat-basierten Nukleierungsmittels enthalten.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann ferner mindestens ein Additiv enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidans, einem Ultraviolettabsorber, einem Nukleierungsmittel, einem Haftvermittler, einem Dispergiermittel, einem Lichtstabilisator, einem Verarbeitungsschmiermittel, einem Gleitmittel, einem antistatischen Mittel, einem anorganischen Pigment, und Kombinationen davon.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen Formgegenstand bereit, der die oben beschriebene thermoplastische Harzzusammensetzung enthält.
Der Formgegenstand kann mindestens ein Fahrzeugaußenmaterial sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Seitenschwellerleiste, einer Türleiste, einer Kotflügelleiste, einer Ausstellfensterleiste („quarter glass molding“), einem Dachgepäckträger, einer Seitenaußenverkleidung, einer Dachleistenverkleidung, einer Rückwandleiste, einer Heckklappenverkleidung, und Kombinationen davon.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Leistung von Fahrzeugen durch Reduzieren des Gewichts eines Fahrzeugaußenmaterials zu maximieren.
Darüber hinaus ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, eine thermoplastische Harzzusammensetzung zu erhalten, mit der Fähigkeit, einen Formgegenstand, der exzellente mechanische Eigenschaften wie Steifigkeit und dergleichen aufweist, herstellen zu können, während gleichzeitig eine gute Dimensionsstabilität erreicht wird.
Die Effekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf das Vorstehende beschränkt und sollten so verstanden werden, dass sie alle Effekte enthalten, die aus der folgenden Beschreibung vernünftigerweise erwartet werden können.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden bevorzugten Ausführungsformen besser verständlich. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die hier offenbarten Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Formen modifiziert werden. Diese Ausführungsformen werden zur Verfügung gestellt, um die Offenbarung gründlich zu erläutern und den Geist der vorliegenden Offenbarung dem Fachmann ausreichend zu vermitteln.
Es versteht sich, dass, obwohl hier Begriffe wie „erstes“, „zweites“ usw. zur Beschreibung verschiedener Elemente verwendet werden können, diese Elemente durch diese Begriffe nicht eingeschränkt werden sollen. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen Element zu unterscheiden. So könnte beispielsweise ein „erstes“ Element, das im Folgenden erörtert wird, als „zweites“ Element bezeichnet werden, ohne dass dies vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht. In ähnlicher Weise könnte das „zweite“ Element auch als „erstes“ Element bezeichnet werden. Die hier verwendeten Singularformen schließen auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas Anderes hervorgeht.
Es versteht sich weiter, dass die Begriffe „umfassen“, „einschließen“, „aufweisen“ usw., wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten oder Kombinationen davon angeben, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten oder Kombinationen davon ausschließen. Es versteht sich, wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Blatt als „auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann, oder es können dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, eine Fläche oder ein Blatt als „unter“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann es sich im ähnlicher Weise direkt unter dem anderen Element befinden, oder es können dazwischenliegende Elemente vorhanden sein.
Sofern nicht anders angegeben, sind alle Zahlen, Werte und/oder Darstellungen, die die Mengen von Komponenten, Reaktionsbedingungen, Polymerzusammensetzungen und Mischungen ausdrücken, die hier verwendet werden, als Näherungswerte zu verstehen, die verschiedene Messunsicherheiten einschließen, die u. a. bei der Ermittlung dieser Werte auftreten, und sollten daher in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert werden. Wird in dieser Beschreibung ein Zahlenbereich angegeben, so ist dieser kontinuierlich und umfasst alle Werte vom Minimalwert des Bereichs bis zu seinem Maximalwert, sofern nicht anders angegeben. Wenn sich ein solcher Bereich auf ganzzahlige Werte bezieht, sind außerdem alle ganzzahligen Werte einschließlich des Mindestwerts bis zum Höchstwert eingeschlossen, sofern nicht anders angegeben.
Eine thermoplastische Harzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung, enthält ein erstes Propylen-Ethylen-Copolymer, das einen Schmelzindex von 100 g/10 min bis 150 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg, ein zweites Propylen-Ethylen-Copolymer, das einen Schmelzindex von 20 g/10 min bis 40 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg, ein thermoplastisches Elastomer, das ein erstes Elastomer, das einen Schmelzindex von 0,5 g/10 min bis 1 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg, und ein zweites Elastomer enthält, das einen Schmelzindex von 20 g/10 min bis 40 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg, einen anorganischen Füllstoff und ein Natriumphosphat-basiertes Nukleierungsmittel.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung enthält ein erstes Propylen-Ethylen-Copolymer, ein zweites Propylen-Ethylen-Copolymer, ein thermoplastisches Elastomer, einen anorganischen Füllstoff und ein Natriumphosphat-basiertes Nukleierungsmittel in geeigneter Weise, wodurch die mechanische Steifigkeit, Schlagzähigkeit und Dimensionsstabilität eines Formgegenstands, der daraus hergestellt wird, verbessert wird. Darüber hinaus kann dem Formgegenstand, selbst wenn er mit einer geringen Dicke zur Gewichtsreduzierung gebildet wird, eine exzellente Verarbeitbarkeit, eine hohe Zugfestigkeit, ein hoher Biegemodul und eine hohe Schlagzähigkeit vermittelt werden.
Das erste Propylen-Ethylen-Copolymer kann einen Schmelzindex von 100 g/10 min bis 150 g/10 min aufweisen, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg. Wenn der Schmelzindex des ersten Propylen-Ethylen-Copolymers geringer als die obige untere Grenze ist, können sich die Imprägnierungseigenschaften des anorganischen Füllstoffs usw. verschlechtern, so dass ein schlechter Verstärkungseffekt entstehen kann. Andererseits kann die Schlagzähigkeit eines Formgegenstands, der aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellt wird, verschlechtert werden, wenn der Schmelzindex davon die obige obere Grenze übersteigt.
Das erste Propylen-Ethylen-Copolymer kann einen Biegemodul von 1700 MPa oder mehr aufweisen. Die obere Grenze des Biegemoduls ist nicht besonders begrenzt und kann beispielsweise 2000 MPa oder weniger betragen. Ein allgemeines Polypropylenharz weist bekanntermaßen eine Kristallinität von etwa 40 % bis 60 %, einen Biegemodul von etwa 1200 MPa bis 1500 MPa und eine Schlagzähigkeit von etwa 70 J/m bis 150 J/m auf. Das erste Propylen-Ethylen-Copolymer ist ein hochkristallines Polypropylen (HCPP) und weist daher eine Schlagzähigkeit auf, die der eines allgemeinen Polypropylenharzes entspricht, und weist einen hohen Biegemodul und eine hohe Kristallinität auf, so dass es für eine Verwendung in Kraftfahrzeugaußengegenständen geeignet ist, die eine hohe Steifigkeit und eine hohe Schlagzähigkeit erfordern.
Das erste Propylen-Ethylen-Copolymer kann 6 Gew.-% bis 10 Gew.-% Ethylen, basierend auf das Gesamtgewicht davon, enthalten. Wenn die Menge von Ethylen im ersten Propylen-Ethylen-Copolymer geringer als die obige untere Grenze ist, kann die Schlagzähigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden, während, wenn die Menge davon die obige obere Grenze übersteigt, die Steifigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden kann, und die Produktivität während der Extrusion kann verringert werden.
Das erste Propylen-Ethylen-Copolymer kann ein alternierendes Copolymer, ein Block-Copolymer oder ein statistisches Copolymer sein und ist bevorzugt ein Block-Copolymer.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 40 Gew.-% bis 55 Gew.-% des ersten Propylen-Ethylen-Copolymers enthalten. Wenn die Menge des ersten Propylen-Ethylen-Copolymers geringer als die obige untere Ggrenze ist, kann die Schlagzähigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden, während, wenn die wenn Menge davon die obige obere Grenze übersteigt, die Fließfähigkeit der thermoplastischen Harzzusammensetzung abnehmen kann und die Dispergierbarkeit sinken kann.
Das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer kann einen Schmelzindex von 20 g/10 min bis 40 g/10 min aufweisen, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg. Wenn der Schmelzindex des zweiten Propylen-Ethylen-Copolymers geringer als die obige untere Grenze ist, können die Imprägnierungseigenschaften des anorganischen Füllstoffs usw. verschlechtert werden, so dass ein schlechter Verstärkungseffekt entstehen kann. Andererseits kann, wenn der Schmelzindex davon die obige obere Grenze übersteigt, die Schlagzähigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden.
Das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer kann einen Biegemodul von 1600 MPa oder mehr aufweisen. Die obere Grenze des Biegemoduls ist nicht besonders begrenzt und kann beispielsweise 1900 MPa oder weniger betragen.
Das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer kann eine Schlagzähigkeit von 60 J/m oder mehr bei Raumtemperatur (25°C) aufweisen. Die obere Grenze der Schlagzähigkeit ist nicht besonders begrenzt und kann beispielsweise 100 J/m oder weniger betragen. Wenn die Schlagzähigkeit des zweiten Propylen-Ethylen-Copolymers geringer als die obige untere Grenze ist, kann die Schlagzähigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden.
Das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer kann 2 Gew.-% bis 5 Gew.-% Ethylen, basierend auf das Gesamtgewicht davon, enthalten. Wenn die Menge von Ethylen im zweiten Propylen-Ethylen-Copolymer geringer als die obige untere Grenze, kann die Schlagzähigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden, während, wenn die Menge davon die obige obere Grenze übersteigt, die Steifigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden kann, und die Produktivität während der Extrusion kann verringert werden.
Das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer kann ein alternierendes Copolymer, ein Block-Copolymer oder ein statistisches Copolymer sein und ist bevorzugt ein Block-Copolymer.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% des zweiten Propylen-Ethylen-Copolymers enthalten. Wenn die Menge des zweiten Propylen-Ethylen-Copolymers geringer als die obige untere Grenze ist, kann die Schlagzähigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden, während, wenn die Menge davon die obige obere Grenze übersteigt, die Fließfähigkeit der thermoplastischen Harzzusammensetzung verringert werden kann und die Dispergierbarkeit verringert werden kann.
Das thermoplastische Elastomer kann das erste Elastomer und das zweite Elastomer in einem Massenverhältnis von 1:0,5-2 oder 1:1 enthalten.
Das erste Elastomer kann einen Schmelzindex von 0,5 g/10 min bis 1 g/10 min aufweisen, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg. Wenn der Schmelzindex des ersten Elastomers geringer als die obige untere Grenze ist, kann die Dispersion davon in der thermoplastischen Harzzusammensetzung aufgrund schlechter Fließfähigkeit erschwert werden, während, wenn der Schmelzindex davon die obige obere Grenze übersteigt, die Schlagzähigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden kann.
Das zweite Elastomer kann einen Schmelzindex von 20 g/10 min bis 40 g/10 min aufweisen, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg. Wenn der Schmelzindex des zweiten Elastomers geringer als die obige untere Grenze ist, kann die Dispersion davon in der thermoplastischen Harzzusammensetzung aufgrund schlechter Fließfähigkeit erschwert werden, während, wenn der Schmelzindex davon die obige obere Grenze übersteigt, die Schlagzähigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden kann.
Das thermoplastische Elastomer kann mindestens eines enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Copolymer aus Ethylen und α-Olefin, das 4 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist, einem Styrol-Dien-Copolymer und Kombinationen davon. Insbesondere kann das thermoplastische Elastomer etwa 12 Gew.-% bis etwa 45 Gew.-% α-Olefin, das 4 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist, enthalten. Insbesondere, kann das Copolymer aus Ethylen und α-Olefin, das 4 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist, ein Ethylen-Buten-1-Copolymer (EBR) oder ein Ethylen-Octen-1-Copolymer (EOR) sein. ,
Das thermoplastische Elastomer kann ein Styrol-Dien-Copolymer enthalten, das durch Copolymerisieren eines Styrol-basierten Monomers und eines Dien-basierten Monomers hergestellt wird. Das Styrol-basierte Monomer kann beispielsweise ein beliebiges sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, α-Ethylstyrol, p-Methylstyrol, und Kombinationen davon. Das Dien-basierte Monomer kann ein beliebiges sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Butadien, Isopren und Kombinationen davon. Insbesondere kann das Styrol-Dien-Copolymer ein beliebiges Copolymer sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Styrol-Butylen-Styrol-Blockcopolymer, einem Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Blockcopolymer, einem Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymer, einem Styrol-Ethylen-Propylen-Blockcopolymer, einem Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-Blockcopolymer, und Kombinationen davon.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 15 Gew.-% bis 25 Gew.-% des thermoplastischen Elastomers enthalten. Wenn die Menge des thermoplastischen Elastomers geringer als die obige untere Grenze ist, kann die Schlagzähigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden, während, wenn die Menge davon die obige obere Grenze übersteigt, die Fließfähigkeit verringert werden kann und die Dispergierbarkeit sinken kann.
Der anorganische Füllstoff wird verwendet, um eine Gewichtsreduzierung des Formgegenstands zu erreichen und eine exzellente mechanische Steifigkeit, Schlagzähigkeit und Formstabilität zu vermitteln.
Der anorganische Füllstoff weist die Form von Partikeln auf, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2 µm oder weniger und ein Aspektverhältnis von 20 oder mehr aufweisen, und wird damit von einem plättchenförmigen anorganischen Füllstoff unterschieden. Die obere Grenze des Aspektverhältnisses ist nicht besonders begrenzt und kann beispielsweise 30 oder weniger betragen. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser kann mit einem Laserbeugungsverfahren (ISO 13320-1) gemessen werden, und wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser des anorganischen Füllstoffs die obige obere Grenze übersteigt, kann die Fließfähigkeit der thermoplastischen Harzzusammensetzung sinken und die Dispergierbarkeit darin verschlechtert werden, so dass die Schlagzähigkeit schlechter werden kann. Auch die Dimensionsstabilität des Formgegenstands kann verschlechtert werden.
Der anorganische Füllstoff kann mindestens einen enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Talk, Siliciumoxid, Wollastonit, Glimmer, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Magnesiumoxid, Calciumsilicat, und Kombinationen davon.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 22 Gew.-% bis 30 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs enthalten. Wenn die Menge des anorganischen Füllstoffs geringer als die obige untere Grenze ist, können die Steifigkeit und die Dimensionsstabilität des Formgegenstands unzureichend sein, während, wenn die Menge davon die obige obere Grenze überschreitet, die Gewichtsreduzierung des Formgegenstands unzureichend sein kann und die Schlagzähigkeit verschlechtert werden kann.
Das Natriumphosphat-basierte Nukleierungsmittel wird verwendet, um die Steifigkeit und Dimensionsstabilität des Formgegenstands zu erhöhen, indem die schnelle Kristallisation des ersten Propylen-Ethylen-Copolymers und des zweiten Propylen-Ethylen-Copolymers gefördert wird.
Das Natriumphosphat-basierte Nukleierungsmittel kann eine Verbindung, die durch die nachstehende chemische Formel 1 dargestellt wird, enthalten.
In der chemischen Formel 1 sind R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, die nachstehende chemische Formel 2 oder die nachstehende chemische Formel 3, in der R₁ und R₂ miteinander verbunden sind.
In den chemischen Formeln 2 und 3 ist R unabhängig eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, m ist eine ganze Zahl von 0 bis 3, und n ist eine ganze Zahl von 0 bis 3.
Darüber hinaus kann das Natriumphosphat-basierte Nukleierungsmittel eine Verbindung, die durch die nachstehende chemische Formel 4 dargestellt wird, enthalten.
In der chemischen Formel 4 ist R eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, und m ist eine ganze Zahl von 0 bis 3.
Die Alkylgruppe kann mindestens eines enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Methylgruppe, einer Ethylgruppe, einer n-Propylgruppe, einer Isopropylgruppe, einer n-Butylgruppe, einer tert-Butylgruppe, und Kombinationen davon.
Insbesondere kann das Natriumphosphat-basierte Nukleierungsmittel mindestens eines enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natrium-2,2'-methylen-bis-(4,6-di-tert-butylphenyl)phosphat, Natrium-2,2'-methylen-bis-(4-tert-butylphenyl))phosphat, und Kombinationen davon.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 0,2 Gew.-% bis 2 Gew.-% des Natriumphosphat-basierten Nukleierungsmittel enthalten. Wenn die Menge des Natriumphosphat-basierten Nukleierungsmittels geringer als die obige untere Grenze ist, kann die Zugfestigkeit und Biegefestigkeit des Formgegenstands verschlechtert werden, während, wenn die Menge davon die obige obere Grenze übersteigt, die Schlagzähigkeit verschlechtert werden kann.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann ferner mindestens ein Additiv enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidans, einem Ultraviolettabsorber, einem Nukleierungsmittel, einem Haftvermittler, einem Dispergiermittel, einem Lichtstabilisator, einem Verarbeitungsschmiermittel, einem Gleitmittel, einem antistatischen Mittel, einem anorganischen Pigment, und Kombinationen davon.
Die Menge des Additivs ist nicht besonders begrenzt und kann beispielsweise 0,1 bis 6 Gew.-% betragen.
Das Antioxidans kann mindestens eines enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Phenol-basierten Antioxidans, einem Phosphit-basierten Antioxidans, Thiodipropionat, und Kombinationen davon.
Das Gleitmittel wird verwendet, um die Kratzfestigkeit zu verbessern, indem es der Oberfläche eines Formgegenstands unter Verwenden der thermoplastischen Harzzusammensetzung eine gewisse Gleitfähigkeit vermittelt. Das Gleitmittel kann mindestens eines enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Siloxanbasierten Gleitmittel, einem Amid-basierten Gleitmittel, und Kombinationen davon.
Das antistatische Mittel wird verwendet, um die Erzeugung statischer Elektrizität aufgrund von Reibung zu verringern und sicherzustellen, dass das Additiv gleichmäßig dispergiert wird. Das antistatische Mittel kann mindestens eines enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Niedermolekulargewicht-antistatischen-Mittel, einem Hochmolekulargewicht-antistatischen-Mittel, einem leitfähigen Polymer, und Kombinationen davon.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Formgegenstand, hergestellt unter Verwenden der thermoplastischen Harzzusammensetzung. Das Verfahren zum Herstellen des Formgegenstands ist nicht besonders begrenzt und kann verschiedene Verfahren enthalten, wie beispielsweise Spritzen, Extrusion und dergleichen.
Der Formgegenstand kann mindestens ein Fahrzeugaußenmaterial sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Seitenschwellerleiste, einer Türleiste, einer Kotflügelleiste, einer Ausstellfensterleiste, einem Dachgepäckträger, einer Seitenaußenverkleidung, einer Dachleistenverkleidung, einer Rückwandleiste, einer Heckklappenverkleidung, und Kombinationen davon.
Außerdem ist der Formgegenstand dünn und damit vorteilhaft im Hinblick auf ein Reduzieren des Gewichts der Außengegenstände und weist gleichzeitig eine exzellente mechanische Steifigkeit, Schlagzähigkeit und Dimensionsstabilität auf. So kann der Formgegenstand auch bei einer Dicke von weniger als etwa 2,5 mm oder 2,0 mm bis 2,2 mm eine exzellente mechanische Festigkeit und Schlagzähigkeit aufweisen.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung kann anhand der folgenden Beispiele erhalten werden. Diese Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung und sind nicht als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung zu verstehen.
Beispiel und Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Die jeweiligen thermoplastischen Harzzusammensetzungen wurden durch Mischen der Komponenten in den Mengen, die in Tabelle 1 unten gezeigt sind, hergestellt. Insbesondere wurden die einzelnen Komponenten durch Verwenden eines Super-Mischers oder eines Schneckenbandmischers geknetet. Pellets wurden durch Wasserkühlung mit einem Doppelschneckenextruder (Hersteller: SM, Durchmesser: 45 mm) bei einer Temperatur von 180°C bis 220°C, einer Extruderschneckendrehzahl von 240 U/min und einer Trichtereinlaufgeschwindigkeit von 700 U/min hergestellt. Die Pellets wurden zu Proben, die eine vorbestimmte Form aufweisen durch Verwenden einer Spritzgussmaschine (Hersteller: Nikita, Schließkraft: 180 Tonnen), die auf 220°C eingestellt war, geformt. Tabelle 1

Komponente	Beispiel	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Vergleichsbeispiel 3
Erstes Propylen-Ethylen-Copolymer	48 Gew.-%	49 Gew.-%	48 Gew.-%	48 Gew.-%
Zweites Propylen-Ethylen-Copolymer	8 Gew.-%	8 Gew.-%	8 Gew.-%	8 Gew.-%
Thermoplastisches Elastomer	18 Gew.-%.	18 Gew.-%	18 Gew.-%.	18 Gew.-%
Anorganischer Füllstoff A	25 Gew.-%	25 Gew.-%	-	-
Anorganischer Füllstoff B	-	-	25 Gew.-%	-
Anorganischer Füllstoff C	-	-	-	25 Gew.-%
Natriumphosphat-basiertes Nukleierungsmittel	1 Gew.-%	-	1 Gew.-%	1 Gew.-%

In Tabelle 1 war das thermoplastische Elastomer eine Mischung aus dem ersten Elastomer und dem zweiten Elastomer im gleichen Verhältnis.
Der anorganische Füllstoff A hatte einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2 µm oder weniger, der anorganische Füllstoff B hatte einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 µm und der anorganische Füllstoff C hatte einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm.
Testbeispiel
Die physikalischen Eigenschaften der Formgegenstände gemäß dem Beispiel und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden durch Verwenden der folgenden Verfahren und Bedingungen gemessen.

(a) Schmelzindex: Die Messung wurde bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg gemäß ASTM D1238 durchgeführt.
(b) Zugfestigkeit: Die Messung wurde bei 50 mm/min gemäß ASTM D638 durchgeführt.
(c) Biegemodul: Die Messung wurde bei 10 mm/min gemäß ASTM D790 durchgeführt.
(d) IZOD-Schlagzähigkeit: Die Messung wurde gemäß ASTM D256 durchgeführt.
(e) Wärmeverformungstemperatur (HDT): Die Messung wurde bei einem Oberflächendruck von 0,45 MPa gemäß ASTM D648 durchgeführt.
(f) linearer Wärmeausdehnungskoeffizient (CLTE): Die Messung wurde gemäß ASTM E831 durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2

Gegenstand	Beispiel	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Vergleichsbeispiel 3
Schmelzindex [g/10 min]	37	37,2	37,1	37,4
Zugfestigkeit [MPa]	22.3	21	20.8	22
Biegemodul [MPa]	2610	2480	2510	2520
IZOD-Schlagzähigkeit (23°C) [J/m]	335	322	324	327
IZOD-Schlagzähigkeit (-30°C) [J/m]	45	41	43	42
Wärmeverformungstemperatur [°C]	129	121	117	118
linearer Wärmeausdehnungskoeffizient [µm/m·°C]	51	59	74	81

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, enthielt Vergleichsbeispiel 1 kein Natriumphosphat-basiertes Nukleierungsmittel, so dass der Biegemodul und die IZOD-Schlagzähigkeit niedrig waren. In den Vergleichsbeispielen 2 und 3, in denen anorganische Füllstoffe, die einen großen mittleren Partikeldurchmesser aufweisen, verwendet wurden, war die Schlagzähigkeit vermindert und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient war übermäßig gesteigert, so dass die Dimensionsstabilität stark verschlechtert war.
Im Gegensatz dazu wies das Beispiel einen Biegemodul von 2500 MPa oder mehr, einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 60 µm/m·°C oder weniger und eine hohe IZOD-Schlagzähigkeit im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 auf. Letztendlich kann der Formgegenstand gemäß der vorliegenden Offenbarung eine verbesserte mechanische Steifigkeit, Schlagzähigkeit und Dimensionsstabilität aufweisen, und selbst wenn er auf eine geringe Dicke zur Gewichtsreduzierung geformt wird, kann dem Formgegenstand eine exzellente Verarbeitbarkeit, eine hohe Zugfestigkeit, ein hoher Biegemodul und eine hohe Schlagzähigkeit vermittelt werden.
Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, wird der Fachmann verstehen, dass die vorliegende Offenbarung in anderen spezifischen Formen verkörpert werden kann, ohne den technischen Geist oder wesentliche Merkmale zu verändern. Daher sind die oben beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht als nicht einschränkend und illustrativ zu verstehen.

Claims

Thermoplastische Harzzusammensetzung, die eine hohe Steifigkeit und einen niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, umfassend: ein erstes Propylen-Ethylen-Copolymer, das einen Schmelzindex von 100 g/10 min bis 150 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg; ein zweites Propylen-Ethylen-Copolymer, das einen Schmelzindex von 20 g/10 min bis 40 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg; ein thermoplastisches Elastomer, umfassend ein erstes Elastomer, das einen Schmelzindex von 0,5 g/10 min bis 1 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg, und ein zweites Elastomer, das einen Schmelzindex von 20 g/10 min bis 40 g/10 min aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 230°C unter einer Last von 2,16 kg; einen anorganischen Füllstoff; und ein Natriumphosphat-basiertes Nukleierungsmittel; wobei die thermoplastische Harzzusammensetzung einen Biegemodul (FM) von 2500 MPa oder mehr und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CLTE) von 60 µm/m·°C oder weniger aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das erste Propylen-Ethylen-Copolymer einen Biegemodul von 1700 MPa oder mehr aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das erste Propylen-Ethylen-Copolymer 6 Gew.-% bis 10 Gew.-% Ethylen, basierend auf ein Gesamtgewicht davon, umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer einen Biegemodul von 1600 MPa oder mehr aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer eine Schlagzähigkeit von 60 J/m oder mehr bei Raumtemperatur (25°C) aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das zweite Propylen-Ethylen-Copolymer 2 Gew.-% bis 5 Gew.-% Ethylen, basierend auf ein Gesamtgewicht davon, umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Elastomer das erste Elastomer und das zweite Elastomer in einem Massenverhältnis von 1: 0,5-2 umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Elastomer mindestens eines umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Copolymer aus Ethylen und α-Olefin, das 4 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist, einem Styrol-Dien-Copolymer, und Kombinationen davon.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der anorganische Füllstoff einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2 µm oder weniger aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der anorganische Füllstoff ein Aspektverhältnis von 20 oder mehr aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der anorganische Füllstoff mindestens eines umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Talk, Siliciumoxid, Wollastonit, Glimmer, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Magnesiumoxid, Calciumsilicat und Kombinationen davon.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Natriumphosphat-basierte Nukleierungsmittel eine Verbindung, die durch die chemische Formel 1 dargestellt wird, umfasst:
in der chemischen Formel 1 sind R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, die chemische Formel 2:
oder die chemische Formel 3:
in der R₁ und R₂ miteinander verbunden sind, und in den chemischen Formeln 2 und 3 ist R unabhängig eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, m ist eine ganze Zahl von 0 bis 3, und n ist eine ganze Zahl von 0 bis 3.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Natriumphosphat-basierte Nukleierungsmittel eine Verbindung, die durch die chemische Formel 4 dargestellt wird, umfasst:
in der chemischen Formel 4 ist R eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, und m ist eine ganze Zahl von 0-3.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend: 40 Gew.-% bis 55 Gew.-% des ersten Propylen-Ethylen-Copolymers; 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% des zweiten Propylen-Ethylen-Copolymers; 15 Gew.-% bis 25 Gew.-% des thermoplastischen Elastomers; 22 Gew.-% bis 30 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs; und 0,2 Gew.-% bis 2 Gew.-% des Natriumphosphat-basierten Nukleierungsmittels.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, ferner umfassend mindestens ein Additiv, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Antioxidans, einem Ultraviolettabsorber, einem Nukleierungsmittel, einem Haftvermittler, einem Dispergiermittel, einem Lichtstabilisator, einem Verarbeitungsschmiermittel, einem Gleitmittel, einem antistatischen Mittel, einem anorganischen Pigment, und Kombinationen davon.
Formgegenstand, umfassend die thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1.
Formgegenstand nach Anspruch 16, wobei der Formgegenstand mindestens ein Fahrzeugaußenmaterial ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Seitenschwellerleiste, einer Türleiste, einer Kotflügelleiste, einer Ausstellfensterleiste, einem Dachgepäckträger, einer Seitenaußenverkleidung, einer Dachleistenverkleidung, einer Rückwandleiste, einer Heckklappenverkleidung und Kombinationen davon.