DE102022206842A1

DE102022206842A1 - Thermoplastische harzzusammensetzung mit hoher steifigkeit und niedrigem linearen wärmeausdehnungskoeffizienten und formteil, enthaltend diese

Info

Publication number: DE102022206842A1
Application number: DE102022206842.4A
Authority: DE
Inventors: Jin Young Yoon; Hee Joon Lee; Dong Eun Cha; Sun Jun Kwon; Chun Ho Park; Seung Ryong Jeong; Kwan Suk RYU; Tae Kyung Lee
Original assignee: DAE HA CO Ltd; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: DAE HA CO Ltd; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2023-01-12
Also published as: KR20230007830A; US20230016858A1; US11820884B2; CN115584079A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt eine thermoplastische Harzzusammensetzung mit hoher Steifigkeit und einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen Formteil, der diese enthält, bereit. Insbesondere umfasst die thermoplastische Harzzusammensetzung ein erstes Polypropylenharz mit einer Kristallinität von 50 % bis 80 %, ein zweites Polypropylenharz mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 70 µm/m-°C bis 90 µm/m-°C, ein Elastomer und einen anorganischen Füllstoff.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine thermoplastische Harzzusammensetzung mit hoher Steifigkeit und einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie auf einen Formteil, der diese Zusammensetzung enthält.
HINTERGRUND
Mit dem Trend zu immer strengeren internationalen Umwelt- und Kraftstoffverbrauchsvorschriften und den steigenden Preisen für Energieressourcen sind neue Technologien für die Entwicklung von Werkstoffen und Bauteilen für Automobile nicht nur unter dem Gesichtspunkt der einfachen Verbesserung der Kraftstoffeffizienz, sondern auch der Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit gemäß den Umweltvorschriften dringend erforderlich.
Ein vielversprechender Weg zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz von Kraftfahrzeugen ist die Technologie zur Gewichtsreduzierung. Durch eine Gewichtsreduzierung kann der Wirkungsgrad des Motors verbessert und die Leistung des Fahrzeugs maximiert werden, wodurch eine höhere Kraftstoffeffizienz zu erwarten ist.
Die Gewichtsreduzierung von Automobilen wird grob unterteilt in die Gewichtsreduzierung von Werkstoffen durch den Einsatz von Hohlkörpern, die Gewichtsreduzierung von Werkstoffen durch Ausschäumen und die Gewichtsreduzierung von Werkstoffen durch Ausdünnen von Teilen.
Im Allgemeinen wird die Gewichtsreduzierung von Materialien durch Ausdünnung so erreicht, dass die Ausdünnung unter Beibehaltung der physikalischen Eigenschaften von Teilen unter Verwendung von anorganischen Füllstoffen mit hoher Steifigkeit wie Langfasern, Kohlenstofffasern und dergleichen durchgeführt wird. Diese Methode 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.
Um dieses Problem zu lösen, kann ein Polypropylen-Verbundwerkstoff entwickelt werden, auf den ein Harz mit hoher Fließfähigkeit und ein anorganischer Füllstoff mit hoher Steifigkeit aufgebracht werden. Ist die Fließfähigkeit des Verbundpolypropylens 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 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
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, ein Autoaußenmaterial bereitzustellen, das durch Dünnwandformung ein geringeres Gewicht aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine thermoplastische Harzzusammensetzung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Formteil mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit und dergleichen herzustellen und gleichzeitig eine gute Dimensionsstabilität zu zeigen.
Die Aufgaben der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf das Vorstehende beschränkt und können durch die folgende Beschreibung klar verstanden und durch die in den Ansprüchen beschriebenen Mittel und deren Kombinationen realisiert werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine thermoplastische Harzzusammensetzung bereit, die ein erstes Polypropylenharz mit einer Kristallinität von 50 % bis 80 %, ein zweites Polypropylenharz mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 70 µm/m·°C bis 90 µm/m·°0, ein Elastomer und einen anorganischen Füllstoff enthält.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann einen Biegemodul (FM) von 2.500 MPa oder mehr und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CLTE) von 60 µm/m-°C oder weniger aufweisen.
Das erste Polypropylenharz kann einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 50 g/10 min bis 150 g/10 min haben.
Das erste Polypropylenharz kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Homo-Polypropylen, einem Propylen-Ethylen-Copolymer und Kombinationen davon umfassen.
Das Propylen-Ethylen-Copolymer kann 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% Ethylen, bezogen auf das Gesamtgewicht, enthalten.
Das erste Polypropylenharz kann einen Biegemodul von 1.700 MPa bis 2.000 MPa haben.
Das zweite Polypropylenharz kann in einer aus dem ersten Polypropylenharz gebildeten Matrix dispergiert sein.
Das zweite Polypropylenharz kann einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 10 g/10 min bis 60 g/10 min haben.
Die intrinsische Viskosität des im zweiten Polypropylenharz enthaltenen Ethylens kann 5 dUg oder weniger betragen.
Das zweite Polypropylenharz kann ein Propylen-Ethylen-Copolymer enthalten.
Das Propylen-Ethylen-Copolymer kann 1 Gew.-% bis 50 Gew.-% Ethylen und 50 Gew.-% bis 99 Gew.-% Propylen, bezogen auf das Gesamtgewicht, enthalten.
Das Elastomer kann einen Schmelzindex (190°C, 2,16 kgf) von 1 g/10 min bis 100 g/10 min haben.
Das Elastomer kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C3-C12-α-Olefin-Copolymere, Styrol-Copolymere und deren Kombinationen umfassen.
Der anorganische Füllstoff kann einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm bis 10 µm haben.
Der anorganische Füllstoff kann ein Seitenverhältnis von 1:2 bis 1:8 haben.
Der anorganische Füllstoff kann mindestens einen ausgewählt aus der Gruppe: bestehend aus Talkum, Siliciumdioxid, Wollastonit, Glimmer, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Magnesiumoxid, Calciumsilicat und Kombinationen davon umfassen.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 40 Gew.-% bis 50 Gew.-% des ersten Polypropylenharzes, 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% des zweiten Polypropylenharzes, 20 Gew.-% bis 28 Gew.-% des Elastomers und 23 Gew.-% bis 26 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs enthalten.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann außerdem mindestens ein Additiv enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidationsmittel, 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 sieht einen Formteil vor, der die oben beschriebene thermoplastische Harzzusammensetzung enthält.
Bei dem Formteil kann es sich um mindestens ein Außenmaterial für ein Kraftfahrzeug handeln, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Seitenschwellerleiste, einer Türleiste, einer Kotflügelleiste, einer Viertelglasleiste, einem Dachgepäckträger, einer seitlichen Außenverkleidung, einer Dachleistenverkleidung, einer Rückwandverkleidung, einer Heckklappenverkleidung und Kombinationen davon.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Leistung von Automobilen durch die Reduzierung des Gewichts eines Automobil-Außenmaterials zu maximieren.
Darüber hinaus ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, eine thermoplastische Harzzusammensetzung zu erhalten, die einen Formteil mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit und dergleichen herstellen kann und gleichzeitig eine gute Dimensionsstabilität aufweist.
Die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf das Vorstehende beschränkt und sollten so verstanden werden, dass sie alle Wirkungen umfassen, die aus der folgenden Beschreibung vernünftigerweise erwartet werden können.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus den folgenden bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer verständlich. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die hier offengelegten 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 den Fachleuten ausreichend zu vermitteln.
In den Zeichnungen beziehen sich die gleichen Bezugszahlen auf gleiche oder ähnliche Elemente. Im Interesse der Klarheit der vorliegenden Offenbarung sind die Abmessungen der Strukturen größer dargestellt als ihre tatsächlichen Größen. Es versteht sich von selbst, 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“, „haben“ 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. Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Blatt als „auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden, oder es können dazwischen liegende 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 direkt unter dem anderen Element befinden, oder es können dazwischen liegende Elemente vorhanden sein.
Sofern nicht anders angegeben, sind alle Zahlen, Werte und/oder Darstellungen, die die Mengen von Bestandteilen, 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.
Wenn im Folgenden die physikalischen Eigenschaften wie Biegemodul, linearer Wärmeausdehnungskoeffizient und dergleichen der Zusammensetzung und ihrer einzelnen Komponenten angegeben werden, sind damit die physikalischen Eigenschaften gemeint, die bei der Herstellung einer Reihe von Formteilen unter Verwendung der Zusammensetzung und ihrer einzelnen Komponenten erreicht werden können.
Eine thermoplastische Harzzusammensetzung mit hoher Steifigkeit und einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst als Basisharz ein erstes Polypropylenharz mit hoher Kristallinität und ein zweites Polypropylenharz mit geringer Schrumpfung und enthält außerdem ein Elastomer und einen anorganischen Füllstoff.
Das erste Polypropylenharz dient als eine Art Basisharz, das die Form eines Formteils bildet, wenn das Formteil unter Verwendung der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellt wird.
Das erste Polypropylenharz kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Homo-Polypropylen, Propylen-Ethylen-Copolymer und Kombinationen davon enthalten. Das Propylen-Ethylen-Copolymer kann ein alternierendes Copolymer, ein Block-Copolymer oder ein statistisches Copolymer sein.
Das Propylen-Ethylen-Copolymer kann 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% Ethylen und 85 Gew.-% bis 95 Gew.-% Propylen, bezogen auf das Gesamtgewicht, enthalten.
Wenn die Ethylenmenge in den oben genannten Bereich fällt, können die folgenden physikalischen Eigenschaften erzielt werden.
Insbesondere kann das erste Polypropylenharz ein hochkristallines Harz mit einer Kristallinität von 50% bis 80% sein. Außerdem kann das erste Polypropylenharz einen Biegemodul von 1.700 MPa bis 2.000 MPa haben. Ein allgemeines Polypropylenharz hat bekanntermaßen eine Kristallinität von etwa 40 % bis 60 %, einen Biegemodul von etwa 1.200 MPa bis 1.500 MPa und eine Schlagfestigkeit von etwa 70 J/m bis 150 J/m. Das erste Polypropylenharz ist ein hochkristallines Polypropylen (HCPP) und hat daher eine Schlagzähigkeit, die der eines allgemeinen Polypropylenharzes entspricht, sowie einen hohen Biegemodul und eine hohe Kristallinität, so dass es für die Verwendung in Außenmaterialien für Automobile geeignet ist, die eine hohe Steifigkeit und eine hohe Schlagfestigkeit erfordern.
Das erste Polypropylenharz kann einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 50 g/10 min bis 150 g/10 min haben. Bei einem Schmelzindex von weniger als 50 g/10 min kann sich die Formbarkeit verschlechtern, während bei einem Schmelzindex von mehr als 150 g/10 min die mechanischen Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Steifigkeit und dergleichen eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils verschlechtert werden können.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 40 Gew.-% bis 50 Gew.-% des ersten Polypropylens enthalten. Wenn der Anteil des ersten Polypropylens weniger als 40 Gew.-% beträgt, kann sich die Fließfähigkeit der Zusammensetzung verschlechtern, während bei einem Anteil von mehr als 50 Gew.-% die Schlagzähigkeit oder Steifigkeit eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils verschlechtert werden kann.
Das zweite Polypropylenharz ist in einer aus dem ersten Polypropylenharz gebildeten Matrix dispergiert, die eine hohe Kristallinität aufweist, um so die Schlagzähigkeit, Dimensionsstabilität und dergleichen eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils zu verbessern.
Das zweite Polypropylenharz kann ein Propylen-Ethylen-Copolymer enthalten. Insbesondere kann das Propylen-Ethylen-Copolymer ein alternierendes Copolymer, ein Block-Copolymer oder ein statistisches Copolymer sein. Außerdem kann das Propylen-Ethylen-Copolymer 1 bis 50 Gew.-% Ethylen und 50 bis 99 Gew.-% Propylen, bezogen auf sein Gesamtgewicht, enthalten.
Das zweite Polypropylenharz kann durch eine geringe Schrumpfung und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 70 µm/m-°C bis 90 µm/m-°C gekennzeichnet sein. Im Allgemeinen ist bekannt, dass der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient eines Polypropylenharzes etwa 100 µm/m-°C bis 150 µm/m-°C beträgt. Da das zweite Polypropylenharz im Vergleich zu einem allgemeinen Polypropylenharz eine geringe Schrumpfung aufweist, kann die Dimensionsstabilität eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils verbessert werden.
Das zweite Polypropylenharz kann einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 10 g/10 min bis 60 g/10 min haben. Wenn der Schmelzindex weniger als 10 g/10 min beträgt, kann die Formbarkeit schlecht sein, während bei einem Schmelzindex von mehr als 60 g/10 min die mechanische Festigkeit eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils beeinträchtigt sein kann.
Die intrinsische Viskosität des im zweiten Polypropylenharz enthaltenen Ethylens kann 5 dUg oder weniger betragen. Wenn die Grenzviskosität 5 dUg übersteigt, können sich der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient und die Schlagzähigkeit eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils verschlechtern.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% des zweiten Polypropylenharzes enthalten. Wenn die Menge des zweiten Polypropylenharzes weniger als 5 Gew.-% beträgt, kann sich die Dimensionsstabilität des Formteils verschlechtern, während sich bei einer Menge von mehr als 10 Gew.-% die Steifigkeit des Formteils verschlechtern kann.
Das Elastomer dient zur Verbesserung der Schlagzähigkeit eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils.
Das Elastomer kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C3-C12-α-Olefin-Copolymere, Styrol-Copolymere und deren Kombinationen enthalten.
Die Verwendung des C3-C12-α-Olefin-Copolymers ist in der Lage, die Kerbschlagzähigkeit und die Schrumpfung des Formkörpers bei Raumtemperatur zu erhöhen, und die Verwendung des Styrol-Copolymers ist in der Lage, eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Formkörpers zu verhindern.
Das C3-C12-α-Olefin kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1-Propan, 1-Buten, 1-Penten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1-Octen, 1-Decen, 1-Undecen, 1-Dodecen und Kombinationen davon enthalten.
Das Styrol-Copolymer kann mindestens eines der folgenden Copolymere umfassen: ein Styrol-Ethylen-Copolymer, ein Styrol-Butylen-Copolymer, ein Styrol-Ethylen-Propylen-Copolymer, ein Styrol-Isopren-Styrol-Copolymer, einem Styrol-Butylen-Styrol-Copolymer, einem Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Copolymer, einem Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-Copolymer, einem Styrol-Ethylen-Ethylen-Propylen-Styrol-Copolymer und Kombinationen davon.
Das Elastomer kann einen Schmelzindex (190°C, 2,16 kgf) von 1 g/10 min bis 100 g/10 min haben.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 20 Gew.-% bis 28 Gew.-% des Elastomers enthalten. Wenn die Menge des Elastomers weniger als 20 Gew.-% beträgt, kann die Schlagzähigkeit eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils herabgesetzt werden, während bei einer Menge von mehr als 28 Gew.-% die Steifigkeit und dergleichen des Formteils beeinträchtigt werden kann.
Der anorganische Füllstoff wird verwendet, um eine Gewichtsreduzierung des Formteils zu erreichen und ihm eine ausgezeichnete mechanische Steifigkeit, Schlagfestigkeit und Formstabilität zu verleihen.
In der vorliegenden Offenbarung wird ein anorganischer Füllstoff mit einem hohen Seitenverhältnis verwendet, bei dem Steifigkeit und Dimensionsstabilität überragend sind. Insbesondere kann der anorganische Füllstoff ein Seitenverhältnis von 1:2 bis 1:8 und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm bis 10 µm aufweisen. Wenn das Seitenverhältnis und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des anorganischen Füllstoffs in die oben genannten Bereiche fallen, können die Steifigkeit, die Schlagzähigkeit und die Dimensionsstabilität des Formteils in ausgewogener Weise erhöht werden.
Der anorganische Füllstoff kann mindestens einen der folgenden Stoffe enthalten: Talkum, Siliciumdioxid, Wollastonit, Glimmer, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Magnesiumoxid, Calciumsilicat und Kombinationen davon.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 23 Gew.-% bis 26 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs enthalten. Wenn die Menge des anorganischen Füllstoffs weniger als 23 Gew.-% beträgt, können die Steifigkeit und die Dimensionsstabilität eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils unzureichend sein, wohingegen bei einer Menge von mehr als 26 Gew.-% das spezifische Gewicht zunehmen kann, wodurch es unmöglich wird, das Gewicht eines Formteils zu reduzieren, und die Schlagzähigkeit des Formteils beeinträchtigt werden kann.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann außerdem mindestens ein Additiv enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidationsmittel, 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 Zusatzstoffs ist nicht besonders begrenzt und kann z. B. 2 bis 6 Gew.-% betragen.
Das Antioxidans kann mindestens umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidans auf Phenolbasis, einem Antioxidans auf Phosphitbasis, Thiodipropionat und Kombinationen davon.
Das Gleitmittel wird verwendet, um die Kratzfestigkeit zu verbessern, indem es der Oberfläche eines Formteils, das mit der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellt wurde, eine gewisse Gleitfähigkeit verleiht. Das Gleitmittel kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Gleitmittel auf Siloxanbasis, einem Gleitmittel auf Amidbasis und Kombinationen davon enthalten.
Das Antistatikum wird verwendet, um die Erzeugung statischer Elektrizität aufgrund von Reibung zu verringern und sicherzustellen, dass der Zusatzstoff gleichmäßig dispergiert wird. Das Antistatikum kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus niedermolekularem Antistatikum, hochmolekularem Antistatikum, leitfähiges Polymer und Kombinationen davon enthalten.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Formteil, der unter Verwendung der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellt wird. Das Verfahren zur Herstellung des Formteils ist nicht besonders begrenzt und kann verschiedene Verfahren umfassen, wie z. B. Spritzguss, Extrusion und dergleichen.
Bei dem Formteil kann es sich um mindestens ein Außenmaterial für ein Kraftfahrzeug handeln, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Seitenschwellerleiste, einer Türleiste, einer Kotflügelleiste, einer Viertelglasleiste, einem Dachgepäckträger, einer seitlichen Außenverkleidung, einer Dachleistenverkleidung, einer Rückwandverkleidung, einer Heckklappenverkleidung und Kombinationen davon.
Außerdem ist das Formteil dünn und damit vorteilhaft im Hinblick auf die Reduzierung des Gewichts der Außenmaterialien und weist gleichzeitig eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Schlagfestigkeit und Formstabilität auf. So kann das Formteil bereits bei einer Dicke von weniger als etwa 2,5 mm oder von 2,0 mm bis 2,2 mm eine hervorragende mechanische Festigkeit und Schlagzähigkeit aufweisen.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung kann anhand der folgenden Beispiele gewonnen werden. Diese Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung und sind nicht als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung zu verstehen.
Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6

Die jeweiligen thermoplastischen Harzzusammensetzungen wurden durch Mischen der Komponenten in den in Tabelle 1 unten angegebenen Mengen hergestellt. Konkret wurden die einzelnen Komponenten mit einem Super-Mischer oder einem Bandmischer geknetet. Die Herstellung der Granulate erfolgte 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 Trichtereinzugsgeschwindigkeit von 700 U/min. Die Pellets wurden mit einer auf 220°C eingestellten Spritzgussmaschine (Hersteller: Nikita, Schließkraft: 180 Tonnen) zu Proben mit einer vorgegebenen Form geformt. [Tabelle 1]

Klassifizier ung	Bestandteil [Gew.-%]
Klassifizier ung	Erst es PP Harz	Zweit es PP Harz	Elasto mer	Anorganisc her Füllstoff	Zusatzst off	Vorhande nes Material 1	Vorhande nes Material 2
Beispiel 1	41	6	25	26	2	-	-
Beispiel 2	42	8	23	25	2	-	-
Vergleichsbeispiel 1	-	-	-	-	-	100	-
Vergleichsbeispiel 2	-	-	-	-	-	-	100
Vergleichsbeispiel 3	49	-	25	24	2	-	-
Vergleichsbeispiel 4	42	5	30	21	2	-	-
Vergleichsbeispiel 5	35	10	28	25	2	-	-
Vergleichsbeispiel 6	41	6	23	28	2	-	-

Die einzelnen Komponenten in Tabelle 1 waren wie folgt.

- Erstes Polypropylenharz: Mischung aus Homo-Polypropylen mit einer Kristallinität von 60 % oder mehr, einem Schmelzindex von 120-130 g/10 min und einem Biegemodul von 2.000 MPa oder mehr und Homo-Polypropylen mit einer Kristallinität von 60 % oder mehr, einem Schmelzindex von 50-70 g/10 min und einem Biegemodul von 2.200 MPa oder mehr.
- Zweites Polypropylenharz: Propylen-Ethylen-Copolymer mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 70-80 µm/m-°C, einem Schmelzindex von 15-30 g/10 min, einer intrinsischen Viskosität des darin enthaltenen Ethylens von 5 dL/g oder weniger und einem Ethylengehalt von 20-40 Gew.-%

- Elastomer: Irgendeines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem C3-C12-α-Olefin-Copolymer, einem Styrol-Copolymer und Kombinationen davon und aufweisend einen Schmelzindex von 0,5-5 g/10 min.
- Anorganischer Füllstoff: Hoher Seitenverhältnis (High-Aspect-Ratio (HAR))-Talk mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 bis 10 µm und einem Seitenverhältnis von 1:2 bis 1:8
- Zusatzstoff: Antioxidationsmittel
- Vorhandenes Material 1: Thermoplastische Harzzusammensetzung, die 63 Gew.-% hochkristallines Polypropylen, 18 Gew.-% eines Ethylen-Octen-Kautschuk-Elastomers, 16 Gew.-% HAR-Talk, 1 Gew.-% eines Grenzflächenkupplungsmittels und als Rest ein Additiv enthält, wobei das Additiv mindestens einen Bestandteil enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidationsmittel, einem Ultraviolettabsorber, einem Keimbildner, einem Haftvermittler, einem Dispergiermittel, einem Lichtstabilisator, einem Verarbeitungsschmiermittel, einem Gleitmittel, einem antistatischen Mittel, einem anorganischen Pigment und Kombinationen davon.
- Vorhandenes Material 2: Thermoplastische Harzzusammensetzung, die 49 Gew.-% hochkristallines Polypropylen, 23 Gew.-% eines Ethylen-Octen-Kautschuk-Elastomers, 25 Gew.-% Talkum und als Rest ein Additiv enthält, wobei das Additiv mindestens eines enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidationsmittel, einem Ultraviolettabsorber, einem Keimbildner, einem Haftvermittler, einem Dispergiermittel, einem Lichtstabilisator, einem Verarbeitungsschmiermittel, einem Gleitmittel, einem antistatischen Mittel, einem anorganischen Pigment und Kombinationen davon.

Testbeispiel
Die physikalischen Eigenschaften der Formteile gemäß den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden mit den folgenden Methoden und Bedingungen gemessen.

(a) Spezifisches Gewicht (g/µl): Die Messung wurde gemäß ASTM D 792 durchgeführt.
(b) Schmelzindex (MI, g/10 min): Die Messung erfolgte gemäß ASTM D 1238 (230°C, 2,16 kg).
(c) Zugfestigkeit (MPa): Die Messung erfolgte nach ASTM D 638 (Probendicke: 3,2 mm, 23°C).
(d) Biegemodul (MPa): Die Messung erfolgte gemäß ASTM D 790 (Probendicke: 6,4 mm, 23°C).
(e) Schlagzähigkeit (Kerbschlagzähigkeit IZOD, J/m): Die Messung erfolgte nach ASTM D 256 (Probendicke: 6,4 mm, 23°C).
(f) Wärmeformbeständigkeit (HDT, °C): Die Messung erfolgte nach ASTM D 648 (4,6 kg Last, Probendicke: 6,4 mm).
(g) Koeffizient der linearen thermischen Ausdehnung (CLTE, µm/m-°C): Die Messung erfolgte gemäß ASTM D696-79 (-30°C bis 60°C, Probe: 10 × 12,7 × 3,2 mm).

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

Klassifizi erung	Spezifi sches Gewic ht	Schmel zindex	Zugfes tigkeit	Biege modul	IZOD Schlagfe stigkeit	H D T	CL TE	Formbark eit	Bewe rtung
Beispiel 1	1.07	38	19	2,560	372	11 0	56. 7	Gut	Besta nden
Beispiel 2	1.06	40	20	2,630	353	10 8	58. 3	Gut	Besta nden
Vergleic hendes Beispiel 1	1.00	43	24	2,450	392	12 2	63. 0	Schrumpf ung/ CLTE-Verschlec hterung	Nicht besta nden
Vergleic hendes Beispiel 2	1.06	20	17	1,770	362	10 4	66. 8	Schrumpf ung/ CLTE-Verschlec hterung	Nicht besta nden
Vergleic hendes Beispiel 3	1.05	44	20	2,570	349	10 5	61. 2	Schrumpf ung/ CLTE-Verschlec hterung	Nicht besta nden
Vergleic hendes Beispiel 4	1.03	29	16	1,940	568	98	58. 2	Fließmar kierung	Nicht besta nden
Vergleic hendes Beispiel 5	1.06	31	17	2,250	468	10 0	47. 1	Gut	Nicht besta nden
Vergleic hendes Beispiel 6	1.11	38	22	2,810	333	10 8	52. 4	Gut	Nicht besta nden

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wurden die Vergleichsbeispiele 1 und 2 mit den vorhandenen Materialien mit „nicht bestanden“ bewertet, da der Biegemodul, der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient und die Formbarkeit schlecht waren.
Vergleichsbeispiel 3 war ein Formteil aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung ohne das zweite Polypropylen, das eine geringe Schrumpfung aufwies und eine schlechte Schlagzähigkeit und Formbarkeit zeigte.
Vergleichsbeispiel 4 war ein Formteil, das aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellt wurde, die das Elastomer in einer großen Menge und den anorganischen Füllstoff in einer kleinen Menge enthielt, und das einen schlechten Biegemodul, eine schlechte thermische Verformungstemperatur, einen schlechten linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine schlechte Formbarkeit aufwies.
Vergleichsbeispiel 5 war ein Formteil aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung, das das erste Polypropylen mit hoher Kristallinität in einer kleinen Menge enthielt und einen schlechten Schmelzindex, Biegemodul und linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufwies.
Vergleichsbeispiel 6 war ein Formteil aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung, das den anorganischen Füllstoff in einer großen Menge enthielt, und ein hohes spezifisches Gewicht und eine geringe Schlagzähigkeit aufwies.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung hatte einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 35 g/10 min oder mehr, und ein unter Verwendung derselben erhaltener Formkörper wies ein spezifisches Gewicht von 1,10 g/cm³ oder weniger, eine Zugfestigkeit von 17 MPa oder mehr, eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 108°C oder höher, einen Biegemodul von 2.500 MPa oder mehr und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 60 µm/m-°C oder weniger auf. Daher stellt die vorliegende Offenbarung eine thermoplastische Harzzusammensetzung zur Verfügung, die aufgrund ihres hohen Schmelzindexes eine gute Formbarkeit aufweist, aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts zur Gewichtsreduzierung beiträgt und sowohl in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Biegemodul und dergleichen, als auch in Bezug auf die Dimensionsstabilität, wie den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten und dergleichen, hervorragend ist, selbst wenn sie auf ein dünnes Formteil aufgebracht wird.
Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass die vorliegende Offenbarung in anderen spezifischen Formen verkörpert werden kann, ohne den technischen Gehalt oder wesentliche Merkmale davon zu verändern. Daher sind die oben beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht als nicht einschränkend und illustrativ zu verstehen.

Claims

Thermoplastische Harzzusammensetzung mit hoher Steifigkeit und einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, umfassend: ein erstes Polypropylenharz mit einer Kristallinität von 50% bis 80%; ein zweites Polypropylenharz mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 70 µm/m·°C bis µm/m·°C; ein Elastomer; und ein anorganischer Füllstoff, wobei die thermoplastische Harzzusammensetzung einen Biegemodul (flexural modulus FM) von 2.500 MPa oder mehr und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (coefficient of linear thermal expansion CLTE) von 60 µm/m·°C oder weniger aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das erste Polypropylenharz einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 50 g/10 min bis 150 g/10 min aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das erste Polypropylenharz mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Homo-Polypropylen, einem Propylen-Ethylen-Copolymer und Kombinationen davon umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 3, wobei das Propylen-Ethylen-Copolymer 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% Ethylen, bezogen auf sein Gesamtgewicht, umfasst.
thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das erste Polypropylenharz einen Biegemodul von 1.700 MPa bis 2.000 MPa aufweist.
thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das zweite Polypropylenharz in einer aus dem ersten Polypropylenharz gebildeten Matrix dispergiert ist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das zweite Polypropylenharz einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 10 g/10 min bis 60 g/10 min aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die intrinsische Viskosität des im zweiten Polypropylenharz enthaltenen Ethylens 5 dL/g oder weniger beträgt.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das zweite Polypropylenharz ein Propylen-Ethylen-Copolymer umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 9, wobei das Propylen-Ethylen-Copolymer 1 Gew.-% bis 50 Gew.-% Ethylen und 50 Gew.-% bis 99 Gew.-% Propylen, bezogen auf sein Gesamtgewicht, umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Elastomer einen Schmelzindex (190°C, 2,16 kgf) von 1 g/10 min bis 100 g/10 min aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Elastomer mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem C3-C12-α-Olefin-Copolymer, einem Styrol-Copolymer und Kombinationen davon umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der anorganische Füllstoff einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm bis 10 µm aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der anorganische Füllstoff ein Seitenverhältnis von 1:2 bis 1:8 aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der anorganische Füllstoff mindestens einen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Talk, Siliciumdioxid, Wollastonit, Glimmer, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Magnesiumoxid, Calciumsilicat und Kombinationen davon umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend: 40 Gew.-% bis 50 Gew.-% des ersten Polypropylenharzes; 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% des zweiten Polypropylenharzes; 20 Gew.-% bis 28 Gew.-% des Elastomers; und 23 Gew.-% bis 26 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, die darüber hinaus mindestens ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidationsmittel, einem Ultraviolettabsorber, einem Nukleierungsmittel, einem Haftvermittler, einem Dispergiermittel, einem Lichtstabilisator, einem Verarbeitungsschmiermittel, einem Gleitmittel, einem antistatischen Mittel, einem anorganischen Pigment und Kombinationen davon umfasst.
Formteil, der die thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1 enthält.
Formteil nach Anspruch 18, wobei es sich bei dem Formteil um mindestens ein Kraftfahrzeugaußenmaterial handelt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Seitenschwellerleiste, einer Türleiste, einer Kotflügelleiste, einer Viertelglasleiste, einem Dachgepäckträger, einer Seitenaußenverkleidung, einer Dachleistenverkleidung, einer Rückwandverkleidung, einer Heckklappenverkleidung und Kombinationen davon besteht.