DE102022206843A1

DE102022206843A1 - Polyolefinharzzusammensetzung mit hoher steifigkeit und niedrigem linearen wärmeausdehnungskoeffizienten und gewichtsreduziertes kraftfahrzeugteil aus dieser zusammensetzung

Info

Publication number: DE102022206843A1
Application number: DE102022206843.2A
Authority: DE
Inventors: Jin Young Yoon; Hee Joon Lee; Dong Eun Cha; Sun Jun Kwon; Chun Ho Park; Seung Ryong Jeong; Jeong Gil KO; Yoon Hwan Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp; Hanwha TotalEnergies Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp; Hanwha TotalEnergies Petrochemical Co Ltd
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2023-01-12
Also published as: CN115584100A; US11905402B2; US20230020477A1; KR20230007831A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt eine thermoplastische Harzzusammensetzung mit hoher Steifigkeit und einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein Formteil, der diese enthält, bereit. Insbesondere enthält die thermoplastische Harzzusammensetzung ein Harz auf Polypropylenbasis mit einem isotaktischen Pentadenanteil von 96 % oder mehr, gemessen durch¹³ C-NMR, ein thermoplastisches Elastomer, einen anorganischen Füllstoff mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 µm bis 5 µm und einen Kompatibilisator und hat einen Biegemodul von 2.500 MPa oder mehr und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 60 µm/m-°C oder weniger.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine thermoplastische Harzzusammensetzung mit hoher Steifigkeit und einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie auf ein Formteil, das 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 z. B. 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 ein Ziel der vorliegenden Offenbarung darin, ein Autoaußenmaterial bereitzustellen, das durch Dünnteilformung ein geringeres Gewicht aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine thermoplastische Harzzusammensetzung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein Formteil mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit und dergleichen herzustellen und gleichzeitig eine gute Dimensionsstabilität zu zeigen.
Die Ziele 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 deren Kombinationen realisiert werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine thermoplastische Harzzusammensetzung mit hoher Steifigkeit und einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten bereit, die ein Harz auf Polypropylenbasis mit einem isotaktischen Pentadenanteil von 96 % oder mehr, gemessen durch¹³ C-NMR, ein thermoplastisches Elastomer, das mindestens zwei Elastomere enthält, einen anorganischen Füllstoff mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0.1 µm bis 5 µm und einen Kompatibilisator, wobei die thermoplastische Harzzusammensetzung einen Biegemodul (FM) von 2.500 MPa oder mehr und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CLTE) von 60 µm/m-°C oder weniger aufweist.
Das Harz auf Polypropylenbasis kann einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 30 g/10 min bis 150 g/10 min aufweisen.
Das auf Polypropylen basierende Harz umfasst mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Homo-Polypropylen, einem Copolymer aus Propylen und α-Olefin mit 2 und 4 bis 20 Kohlenstoffatomen und Kombinationen davon.
Das Harz auf Polypropylenbasis kann einen Polydispersitätsindex (PDI) von weniger als 5 haben.
Das thermoplastische Elastomer kann mindestens einen Kautschuk ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Copolymerkautschuk aus Ethylen und α-Olefin mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, einem Kautschuk auf Styrol-Olefin-Basis und Kombinationen davon umfassen.
Das thermoplastische Elastomer kann einen Schmelzindex (190°C, 2,16 kgf) von 1 g/10 min bis 5 g/10 min haben.
Das thermoplastische Elastomer kann ein erstes Elastomer mit einer Grenzviskosität von 0,5 dl/g bis 1,0 dl/g und ein zweites Elastomer mit einer Grenzviskosität von 1,5 dl/g bis 2,0 dl/g umfassen.
Das thermoplastische Elastomer kann das erste Elastomer und das zweite Elastomer in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,5 bis 1:2 enthalten.
Das erste Elastomer kann ein Ethylen-Octen-Copolymer-Kautschuk sein. Das zweite Elastomer kann ein Ethylen-Buten-Copolymer-Kautschuk sein.
Der anorganische Füllstoff kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Talk, Glimmer, Kalziumkarbonat, Wollastonit, Ton, Magnesiumsulfat, Whisker und Kombinationen davon umfassen.
Der anorganische Füllstoff kann mit einem Kopplungsmittel auf Organosilanbasis oberflächenbehandelt werden.
Der Verträglichkeitsvermittler kann ein Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Copolymer (SEBS) enthalten.
Der Kompatibilisator kann einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 2 g/10 min bis 6 g/10 min haben.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 50 Gew.-% bis 80 Gew.-% des Harzes auf Polypropylenbasis, 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% des thermoplastischen Elastomers, 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs und 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% des Kompatibilisators enthalten.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 35 g/10 min bis 50 g/10 min aufweisen.
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 ein Formteil vor, das 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 ein 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.
Figurenliste
Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, die nachstehend nur zur Veranschaulichung angegeben werden und daher die vorliegende Offenbarung nicht einschränken, und wobei:

1 zeigt die Ergebnisse der Messung des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten einer Probe gemäß Beispiel 1;
2 zeigt die Ergebnisse der Messung des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten einer Probe gemäß Vergleichsbeispiel 1;
3 zeigt das Ergebnis der Analyse der Dispergierbarkeit der Probe gemäß Beispiel 1 unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (SEM); und
4 zeigt das Ergebnis der Analyse der Dispergierbarkeit der Probe gemäß Vergleichsbeispiel 1 unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM).

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“, „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. 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 nichts anderes angegeben ist. 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 mit hoher Steifigkeit und einem niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein hochkristallines Harz auf Polypropylenbasis als Basisharz, ein thermoplastisches Elastomer, einen anorganischen Füllstoff und einen Kompatibilisator.
Das auf Polypropylen basierende Harz kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Homo-Polypropylen, einem Copolymer aus Propylen und α-Olefin mit 2 und 4 bis 20 Kohlenstoffatomen und Kombinationen davon umfassen.
Beispiele für α-Olefinmonomere mit 2 und 4 bis 20 Kohlenstoffatomen können Ethylen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 4-Methylpenten, 1-Hepten, 1-Octen, 1-Decen und dergleichen sein. Insbesondere kann das Copolymer aus Propylen und α-Olefinmonomer mit 2 und 4 bis 20 Kohlenstoffatomen ein Ethylen-Propylen-Copolymer sein. Das Copolymer aus Propylen und einem α-Olefinmonomer mit 2 und 4 bis 20 Kohlenstoffatomen kann auch ein alternierendes Copolymer, ein Blockcopolymer oder ein statistisches Copolymer sein. Außerdem kann das Copolymer aus Propylen und α-Olefinmonomer mit 2 und 4 bis 20 Kohlenstoffatomen etwa 50 Gew.-% oder mehr einer sich wiederholenden Propyleneinheit und insbesondere etwa 50 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% einer sich wiederholenden Propyleneinheit enthalten. Da das Copolymer Propylen in einer relativ großen Menge enthält, ist seine Kristallinität hoch, so dass die Steifigkeit eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils verbessert werden kann.
Das Harz auf Polypropylenbasis kann einen isotaktischen Pentadenanteil von 96 % oder mehr aufweisen, gemessen durch¹³ C-NMR. Die Obergrenze des isotaktischen Pentadenanteils ist nicht besonders begrenzt und kann z. B. 99 % oder weniger betragen. Der hier verwendete Begriff „isotaktische Pentadenfraktion, gemessen mit¹³ C-NMR“ bezieht sich auf das Verhältnis der isotaktischen Ketten in einer Pentadeneinheit in der Molekülkette, gemessen mit¹³ C-NMR, und ist eine Fraktion von Propylenmonomereinheiten, die in der Mitte einer Kette vorhanden sind, in der fünf Propylenmonomereinheiten nacheinander mesobasiert sind. Wenn ein Harz auf Polypropylenbasis mit einem Pentad-Anteil innerhalb des oben genannten Bereichs verwendet wird, kann die mechanische Festigkeit und Schlagzähigkeit des Formteils erhöht werden.
Das Harz auf Polypropylenbasis kann einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 30 g/10 min bis 150 g/10 min haben. Wenn der Schmelzindex des Harzes auf Polypropylenbasis in den oben genannten Bereich fällt, können die Formbarkeit, das Aussehen und die mechanischen Eigenschaften des Formteils verbessert werden. Wenn der Schmelzindex des Harzes auf Polypropylenbasis unter dem oben genannten unteren Grenzwert liegt, kann die Fließfähigkeit der thermoplastischen Harzzusammensetzung während des Spritzgießens verringert und somit die Verarbeitbarkeit verschlechtert werden. Andererseits kann das Gleichgewicht zwischen Steifigkeit und Schlagzähigkeit des Formteils gestört sein, wenn der Schmelzindex die oben genannte Obergrenze überschreitet.
Das Harz auf Polypropylenbasis kann einen Polydispersitätsindex (PDI) von weniger als 5 haben. Die untere Grenze des Polydispersitätsindex ist nicht besonders begrenzt und kann z. B. größer als 1 sein. Wenn der Polydispersitätsindex in den entsprechenden Bereich fällt, können die mechanischen Eigenschaften eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils verbessert werden.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 50 Gew.-% bis 80 Gew.-% des Harzes auf Polypropylenbasis enthalten. Wenn der Anteil des Harzes auf Polypropylenbasis weniger als 50 Gew.-% beträgt, können sich die mechanischen Eigenschaften, wie z.B. der Biegemodul und dergleichen, eines aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellten Formteils verschlechtern, während bei einem Anteil von mehr als 80 Gew.-% die Schlagzähigkeit oder dergleichen abnehmen kann.
Das thermoplastische Elastomer wird verwendet, um die Schlagfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Formbarkeit eines Formteils zu erhöhen.
Das thermoplastische Elastomer kann mindestens einen Kautschuk umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Copolymer-Kautschuk aus Ethylen und α-Olefin mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, einem Kautschuk auf Styrol-Olefin-Basis und Kombinationen davon. Das thermoplastische Elastomer kann ein alternierendes Copolymer, ein Blockcopolymer oder ein statistisches Copolymer sein.
Der Copolymerkautschuk aus Ethylen und α-Olefin mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen kann 20 bis 50 Gew.-% α-Olefin enthalten.
Das α-Olefin mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen 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 und Kombinationen davon umfassen.
Der Kautschuk auf Styrol-Olefin-Basis kann mindestens einen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Styrol-Ethylen-Copolymer, Styrol-Butylen-Copolymer, Styrol-Ethylen-Propylen-Copolymer, Styrol-Isopren-Styrol-Copolymer, Styrol-Butylen-Styrol-Copolymer, Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Copolymer, Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-Copolymer, Styrol-Ethylen-Ethylen-Propylen-Styrol-Copolymer und Kombinationen davon umfassen.
Das thermoplastische Elastomer kann einen Schmelzindex (190°C, 2,16 kgf) von 1 g/10 min bis 5 g/1 0 min haben. Liegt der Schmelzindex unter 1 g/10 min, kann das thermoplastische Elastomer aufgrund schlechter Fließfähigkeit nicht gut in der thermoplastischen Harzzusammensetzung dispergiert werden, während sich die Schlagzähigkeit des Formteils verschlechtern kann, wenn der Schmelzindex die oben genannte Obergrenze überschreitet.
Das thermoplastische Elastomer kann eine Kombination aus zwei Elastomeren mit unterschiedlichen Grenzviskositätswerten und unterschiedlichen Monomertypen sein. Insbesondere kann das thermoplastische Elastomer eine Kombination aus einem ersten Elastomer mit einer Grenzviskosität von 0,5 dl/g bis 1,0 dl/g und einem Ethylen-Octen-Copolymer-Kautschuk und einem zweiten Elastomer mit einer Grenzviskosität von 1,5 dl/g bis 2,0 dl/g und einem Ethylen-Buten-Copolymer-Kautschuk sein. Dabei kann das thermoplastische Elastomer das erste Elastomer und das zweite Elastomer in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,5 bis 1:2 enthalten. Wenn die oben beschriebene Kombination von zwei Elastomeren als thermoplastisches Elastomer verwendet wird, kann sich die Kompatibilität zwischen dem thermoplastischen Elastomer und dem Harz auf Polypropylenbasis als Basisharz erhöhen, so dass das thermoplastische Elastomer gleichmäßig in einer aus dem Harz auf Polypropylenbasis gebildeten Matrix dispergiert werden kann.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% des thermoplastischen Elastomers enthalten. Liegt der Anteil des thermoplastischen Elastomers unter der oben genannten Untergrenze, kann die Schlagzähigkeit des Formteils abnehmen, während bei einem Anteil, der die oben genannte Obergrenze überschreitet, die Duktilität zunehmen kann und somit die mechanischen Eigenschaften wie Biegemodul und dergleichen verschlechtert werden können.
Der anorganische Füllstoff wird verwendet, um das Gewicht eines Formteils zu reduzieren und dessen mechanische Steifigkeit, Schlagfestigkeit und Formstabilität zu verbessern.
Der anorganische Füllstoff kann mindestens einen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Talk, Glimmer, Kalziumkarbonat, Wollastonit, Ton, Magnesiumsulfat, Whisker und Kombinationen davon umfassen.
Der anorganische Füllstoff kann mit einem Kopplungsmittel auf Organosilanbasis oberflächenbehandelt werden. Wenn der anorganische Füllstoff, der durch eine Oberflächenbehandlung modifiziert wurde, auf diese Weise verwendet wird, kann die Agglomeration des anorganischen Füllstoffs verhindert und seine Kompatibilität mit anderen Komponenten erhöht werden, was die Dispergierbarkeit verbessert. Selbst wenn der anorganische Füllstoff in einer geringen Menge verwendet wird, können daher die Steifigkeit, Schlagfestigkeit und dergleichen des Formteils verbessert werden.
Das auf Organosilan basierende Kopplungsmittel kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, β-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltris-(2-methoxyethoxy)silan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, γ-Aminopropyltrimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Chlorpropyltrimethoxysilan und Kombinationen davon umfassen.
Der anorganische Füllstoff kann einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 µm bis 5 µm haben. Liegt der durchschnittliche Teilchendurchmesser unter der oben genannten Untergrenze, kann sich die Kompatibilität zwischen dem Harz auf Polypropylenbasis und dem anorganischen Füllstoff verschlechtern, so dass es schwierig sein kann, den anorganischen Füllstoff fein zu dispergieren, wodurch ein Problem entsteht, bei dem der anorganische Füllstoff agglomeriert. Andererseits kann sich die Steifigkeit und Schlagzähigkeit des Formteils verschlechtern, wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser die oben genannte Obergrenze überschreitet.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs enthalten. Liegt die Menge des anorganischen Füllstoffs unter der oben genannten Untergrenze, kann sich der Biegemodul des Formteils verringern, während sich die Qualität des Formteils unter den Aspekten des geringen Gewichts, der Verarbeitbarkeit und des Aussehens verschlechtern kann, wenn dessen Menge die oben genannte Obergrenze überschreitet.
Der Kompatibilisator wird verwendet, um die Kompatibilität zwischen den oben beschriebenen Komponenten zu verbessern.
Der Verträglichkeitsvermittler kann ein Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Copolymer (SEBS) enthalten.
Der Kompatibilisator kann einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 2 g/10 min bis 6 g/10 min haben.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% des Kompatibilisators enthalten. Liegt die Menge des Kompatibilisators unter der oben genannten Untergrenze, kann es schwierig sein, den Effekt der Kompatibilitätsverbesserung zu erzielen, während sich die Schlagzähigkeit des Formteils verschlechtern kann, wenn die Menge des Kompatibilisators die oben genannte Obergrenze überschreitet.
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. 0,1 bis 6 Gew.-% betragen.
Das Antioxidans kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidans auf Phenolbasis, einem Antioxidans auf Phosphitbasis, Thiodipropionat und Kombinationen davon umfassen.
Das Gleitmittel wird verwendet, um die Kratzfestigkeit zu verbessern, indem es der Oberfläche eines Formteils aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung 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 umfassen.
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 der folgenden Mittel enthalten: ein niedermolekulares Antistatikum, ein hochmolekulares Antistatikum, ein leitfähiges Polymer und Kombinationen davon.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Formteil, das 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 3

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]

Komponente	Menge [Gew.-%]
Komponente	Beispie I 1	Beispiel 2	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Vergleichsbeispiel 3
Harz auf Polypropylenbasis A1	55	57	-	55	-
Harz auf Polypropylenbasis A2	-	-	55	-	55
Thermoplastisches Elastomer B1	10	7	-	10	-
Thermoplastisches Elastomer B2	5	8	-	10	-
Thermoplastisches Elastomer B3	-	-	20	-	20
Anorganischer Füllstoff C1	25	25	-	-	25
Anorganischer Füllstoff C2	-	-	25	25	-
Kompatibilisator	5	3	-	-	-

Das Harz A1 auf Polypropylenbasis war ein Ethylen-Propylen-Blockcopolymer mit einem isotaktischen Pentadenanteil von 96 % oder mehr, gemessen durch¹³ C-NMR, einem Schmelzindex von etwa 100 g/10 min und einem Polydispersitätsindex (PDI) von weniger als 5.
Das Harz A2 auf Polypropylenbasis war ein Ethylen-Propylen-Blockcopolymer mit einem Schmelzindex von etwa 30 g/10 min und einem Polydispersitätsindex (PDI) von weniger als 7.
Das thermoplastische Elastomer B1 war ein statistisches Ethylen-Octen-Copolymer mit einer Grenzviskosität von etwa 0,9 dl/g.
Das thermoplastische Elastomer B2 war ein statistisches Ethylen-Buten-Copolymer mit einer Grenzviskosität von etwa 1,8 dl/g.
Das thermoplastische Elastomer B3 war ein statistisches Ethylen-Buten-Copolymer mit einer Grenzviskosität von etwa 1,0 dl/g.
Bei dem anorganischen Füllstoff C1 handelte es sich um Talkum, das mit einem Kopplungsmittel auf Organosilanbasis oberflächenbehandelt wurde und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 1,0 µm aufweist.
Der anorganische Füllstoff C2 war Talkum mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 10 µm.
Der Verträglichkeitsvermittler war ein Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Copolymer (SEBS).
Beispieltest
Die physikalischen Eigenschaften der Formteile gemäß den Beispielen 1 und 2 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden nach den folgenden Methoden und Bedingungen gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 unten aufgeführt.

(1) Schmelzindex: Die Messung wurde gemäß ASTM D1238 durchgeführt. Dabei betrug die Zylindertemperatur 230°C und die Belastung 2,16 kgf.
(2) Biegemodul: Die Messung wurde gemäß ASTM D790 durchgeführt. Dabei betrug die Probengröße 127 x 12,7 x 6,4 mm, die Spannweite 100 mm und die Prüfgeschwindigkeit 10 mm/min.
(3) IZOD-Schlagzähigkeit: Die Messung wurde gemäß ASTM D256 durchgeführt. Hier betrug die Probengröße 63,5 x 12,7 x 6,4 mm und es wurde eine gekerbte Probe verwendet.
(4) Wärmeverformungstemperatur: Die Messung wurde gemäß ASTM D648 durchgeführt. Dabei betrug die Probengröße 127 x 12,7 x 6,4 mm und die Spannungsbelastung 0,45 MPa.
(5) Koeffizient der linearen thermischen Ausdehnung: Die Messung wurde gemäß ASTM E831 durchgeführt. Hier betrug die Probengröße 10 x 12,7 x 3,2 mm, und während des Tests wurde die Temperatur mit einer Rate von 5°C/min erhöht, um den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von -30°C bis 30°C zu messen.
(6) Dispergierbarkeit: Eine Probe mit einer Größe von 127 x 12,7 x 6,4 mm wurde in flüssigem Stickstoff abgekühlt, und ihr Bruchquerschnitt wurde mit bloßem Auge unter dem Rasterelektronenmikroskop betrachtet.

Gegenstand der Bewertung	Beisp iel 1	Beisp iel 2	Vergleichsbei spiel 1	Vergleichsbei spiel 2	Vergleichsbei spiel 3
Schmelzindex [g/10 min]	38	35	15	30	18
Biegemodul [MPa]	2,600	2,650	2,200	2,000	2,300
IZOD-Schlagzähigkeit [J/m] (bei Raumtemperatur)	350	380	210	230	250
Wärmeverformungste mperatur [°C]	130	130	125	120	125
Koeffizient der linearen thermischen Ausdehnung [µm/m-°0]	53	55	72	70	68

1 zeigt die Ergebnisse der Messung des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Beispiel 1, und 2 zeigt die Ergebnisse der Messung des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Vergleichsbeispiel 1.
Tabelle 2 und 1 zeigen, dass die Beispiele 1 und 2 in Bezug auf Biegemodul, Schlagzähigkeit und linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten den Vergleichsbeispielen überlegen waren. Insbesondere wiesen die Beispiele 1 und 2 hervorragende physikalische Eigenschaften auf, z. B. einen Schmelzindex (230 °C, 2,16 kgf) von 35 g/10 min oder mehr, einen Biegemodul von 2.500 MPa oder mehr und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 60 µm/m-°C oder weniger.
Die Ergebnisse der Bewertung der Dispergierbarkeit der Proben von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 sind in 3 bzw. 4 dargestellt. Beispiel 1 zeigte im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 eine weitaus bessere Dispergierbarkeit.
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 Geist 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 Harz auf Polypropylenbasis mit einem isotaktischen Pentadenanteil von 96 % oder mehr, gemessen durch¹³ C-NMR; ein thermoplastisches Elastomer aus mindestens zwei Elastomeren; einen anorganischen Füllstoff mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 µm bis 5 µm; und ein Kompatibilitätsmittel, wobei die thermoplastische Harzzusammensetzung einen Biegemodul (FM) von 2.500 MPa oder mehr und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CLTE) von 60 µm/m-°C oder weniger aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Harz auf Polypropylenbasis einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 30 g/10 min bis 150 g/10 min aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Harz auf Polypropylenbasis mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, Homo-Polypropylen, Copolymer aus Propylen und α-Olefin mit 2 und 4 bis 20 Kohlenstoffatomen und Kombinationen davon umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Harz auf Polypropylenbasis einen Polydispersitätsindex (PDI) von weniger als 5 aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Elastomer mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, Copolymerkautschuk aus Ethylen und α-Olefin mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, einem Kautschuk auf Styrol-Olefin-Basis und Kombinationen davon umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Elastomer einen Schmelzindex (190°C, 2,16 kgf) von 1 g/10 min bis 5 g/10 min aufweist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Elastomer ein erstes Elastomer mit einer intrinsischen Viskosität von 0,5 dl/g bis 1,0 dl/g und ein zweites Elastomer mit einer intrinsischen Viskosität von 1,5 dl/g bis 2,0 dl/g umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das thermoplastische Elastomer das erste Elastomer und das zweite Elastomer in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,5 bis 1:2 umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das erste Elastomer einen Ethylen-Octen-Copolymer-Kautschuk umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das zweite Elastomer einen Ethylen-Buten-Copolymer-Kautschuk umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der anorganische Füllstoff mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Talk, Glimmer, Calciumcarbonat, Wollastonit, Ton, Magnesiumsulfat, Whiskern und Kombinationen davon umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der anorganische Füllstoff mit einem Haftvermittler auf Organosilanbasis oberflächenbehandelt ist.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Kompatibilisator ein Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Copolymer (SEBS) umfasst.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Kompatibilisator einen Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 2 g/10 min bis 6 g/10 min aufweist.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend: 50 Gew.-% bis 80 Gew.-% des Harzes auf Polypropylenbasis; 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% des thermoplastischen Elastomers; 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs; und 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% des Kompatibilisators.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, mit einem Schmelzindex (230°C, 2,16 kgf) von 35 g/10 min bis 50 g/10 min.
Thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend 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.
Formteil, umfassend die thermoplastische Harzzusammensetzung nach Anspruch 1.
Formteil nach Anspruch 18, wobei das Formteil mindestens ein Kraftfahrzeugaußenmaterial ist, 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.