DE10348790A1

DE10348790A1 - Leuchtenreflektor

Info

Publication number: DE10348790A1
Application number: DE10348790A
Authority: DE
Inventors: Hisayoshi Daichou; Daisuke Mochizuki
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: KR100557720B1; KR20040034538A; CN1497207A; JP2004138932A; US20040085772A1; JP4404539B2; DE10348790B4; CN1204358C; US7210823B2

Abstract

Die Erfindung stellt einen Leuchtenreflektor zur Verfügung, der ein Substrat aufweist, das durch Spritzguss einer BMC hergestellt ist, die ein Matrixharz aufweist, das hauptsächlich aus einem ungesättigten Polyesterharz und Glasfedern als anorganischem Füllstoff zur Verstärkung besteht, wobei die BMC weiterhin hohle Glaskugeln in einer Menge von 10 bis 40 Volumenprozent auf Grundlage der BMC als zusätzlichen, anorganischen Füllstoff aufweist, so dass das aus dieser BMC hergestellte Substrat ein verringertes Gewicht aufweist und dennoch die Haupteigenschaften beibehält, die von einem durch Spritzguss hergestellten BMC-Formteil erwartet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leuchtenreflektor, der eine aus abgelagertem Aluminium bestehende Spiegeloberfläche aufweist, und besonders für Scheinwerfer, Nebelleuchten, und dergleichen geeignet ist, die auf Motorrädern, Personenkraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen angebracht sind. Spezieller betrifft die Erfindung einen Leuchtenreflektor, der ein Substrat aufweist, das durch Spritzguß einer Spritzgußmasse (nachstehend abgekürzt als BMC) hergestellt wird, die ein Matrixharz aufweist, das hauptsächlich aus einem ungesättigten Polyesterharz und Glasfasern als anorganischem Füllstoff besteht. Das Matrixharz weist ein ungesättigtes Polyester auf, eine polymerisierbare Zusammensetzung, in deren Molekülen eine polymerisierbare Doppelbindung vorhanden ist, und die als Vernetzungsmittel zum Aushärten des ungesättigten Polyesters dient, sowie ein thermoplastisches Harz, das dazu dient, das Schrumpfen beim Aushärten des ungesättigten Polyesters zu steuern.
Auf dem Gebiet der Leuchtenreflektoren zum Einsatz bei Scheinwerfern und Nebelleuchten von Fahrzeugen ist es wohlbekannt, ein Substrat zu verwenden, das durch Spritzguß einer BMC hergestellt wird, die ein Matrixharz aufweist, das hauptsächlich aus einem ungesättigten Polyesterharz und anorganischen Füllstoffen besteht, beispielsweise Glasfasern (einem Verstärkungsmaterial), teilchenförmigen Füllstoffen, und Whiskern. Das aus einer BMC hergestellte Substrat ist dafür bekannt, dass es stabile Abmessungen aufweist (Exaktheit der Form entsprechend der Konstruktion mit verringertem Einfluss von Wärmeschrumpfung), Wärmebeständigkeit, Steifigkeit, und kostengünstig ist.
Da eine BMC Verstärkungsfüllstoffe wie beispielsweise Glasfasern und Whisker aufweist, ist sie schwer, mit einer Dichte von 1,8 bis 2,1, also annähernd dem Doppelten der Dichte üblicher thermplastischer Harzformmaterialien. Entsprechend gilt für hieraus hergestellte Leuchtenreflektoren. Schwere Leuchtenreflektoren führen zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen, was nicht den gesellschaftlichen Anforderungen an Energieeinsparung genügt.
Die vorliegenden Erfinder haben nach Möglichkeiten gesucht, das Gewicht von aus BMC ausgeformten Teilen zu verringern, unter Beibehaltung von deren hauptsächlichen Eigenschaften mit Ausnahme der günstigen Kosten, nämlich Stabilität der Abmessungen, Wärmebeständigkeit und Steifigkeit. Sie stellten fest, dass Glasfasern, die in einer BMC verwendet werden, einen Verstärkungsbestandteil darstellen, der unverzichtbar ist, wenn die Haupteigenschaften eines aus BMC ausgeformten Teils beibehalten werden sollen, wogegen anorganische Füllstoffe mit Ausnahme von Glasfasern keinen derartigen wesentlichen Beitrag wie Glasfasern dazu liefern, die Haupteigenschaften sicherzustellen, und daher nicht als unverzichtbar angesehen werden. Es konnte bestätigt werden, dass das Ersetzen eines Teils eines anorganischen Füllstoffes mit Ausnahme von Glasfasern durch hohle Glaskugeln (Glasballons, die mit Gas gefüllt sind, und eine geringe Dichte aufweisen) eine gute Auswirkung auf die BMC-Gewichtsabnahme hatten.
Der Einsatz hohler Glaskugeln in einer BMC führte jedoch zu einem neuen Problem, nämlich dass die Glaskugeln bei den Scherkräften kollabierten, die beim Spritzguß auftreten, was zu einem unvollständigen Spritzvorgang führt, der Unfähigkeit, eine ausreichende Gewichtsverringerung zu erzielen, oder zu einer Verringerung der Steifigkeit.
Die Erfinder haben intensive Versuche durchgeführt, um ein optimales Zusammensetzungsverhältnis von hohlen Glaskugeln und einer BMC zu ermitteln, bei welchem die hohlen Glaskugeln erfolgreich zur Gewichtsverringerung eines aus BMC ausgeformten Teils beitragen, ohne beim Spritzguß zu kollabieren, oder die Haupteigenschaften eines Formteils aus BMC zu beeinträchtigen (also Stabilität der Abmessungen, Wärmefestigkeit, und Steifigkeit). Es wurde ein derartiges, optimales Zusammensetzungsverhältnis aufgefunden, woraus sich die vorliegende Erfindung ergab.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Leuchtenreflektors, dessen Substrat, das aus einem BMC hergestellt ist, ein verringertes Gewicht aufweist, und dennoch die Haupteigenschaften beibehält, die bei einem durch Spritzgußformen hergestellten Teil aus BMC erwartet werden, wobei als anorganischer Füllstoff eine bestimmte Menge an hohlen Glaskugeln in einer BMC vorgesehen wird.
Die Erfindung stellt einen Leuchtenreflektor zur Verfügung, der ein Substrat aufweist, das durch Spritzguß einer BMC hergestellt ist, die ein Matrixharz aufweist, das hauptsächlich aus einem ungesättigten Polyesterharz und Glasfasern als anorganischem Füllstoff und Verstärkungsmittel besteht, wobei die BMC weiterhin hohle Glaskugeln in einer Menge von 10 bis 50 Volumenprozent auf Grundlage der BMC als zusätzlichen, anorganischen Füllstoff enthält.
Das Matrixharz, das bei der Erfindung verwendet werden kann, umfasst ungesättigtes Polyester, eine polymerisierbare Zusammensetzung, in deren Molekülen polymerisierbare Doppelbindungen vorgesehen sind, die als Vernetzungsmittel zum Aushärten des ungesättigten Polyesters dienen, und ein thermoplastisches Harz, das zum Steuern der Aushärtungsschrumpfung des ungesättigten Polyesters dient.
Das ungesättigte Polyesterharz ist vorzugsweise ein derartiges Harz, durch das ein ausgehärtetes Erzeugnis zur Verfügung gestellt wird, das eine Glasübergangstemperatur von 150 °C oder mehr aufweist, insbesondere von 160 °C oder mehr. Die polymerisierbare Zusammensetzung (Monomer) umfasst Styrol, Vinyltoluol, Divinylbenzol, Methylmethacrylat, p-Methylstyrol, Diallylphthalat, und Diallylisophthalat. Die Monomere können entweder einzeln oder als Mischung von zwei oder mehr Monomeren eingesetzt werden. Das thermoplastische Harz umfasst Styrol-Copolymere, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polymethylmethacrylat, Methylmethacrylat-Copolymere, modifizierte ABS-Harze, Polycaprolacton, und modifiziertes Polyurethan. Acrylische Homo- oder Copolymerharze, einschließlich Polymethylmethacrylat und Methylmethacrylat-Copolymere, und Vinylacetatharze einschließlich Polyvinylacetat und Styrol-Vinylacetat-Copolymeren werden vorgezogen, infolge ihrer Fähigkeit, anorganische Füllstoffe zu dispergieren, ihrer geringen Schrumpfung, und ihrer Steifigkeit. Das Matrixharz enthält normalerweise 30 bis 60 Gewichtsteile, vorzugsweise 35 bis 50 Gewichtsteile des ungesättigten Polyesters; 25 bis 60 Gewichtsteile, vorzugsweise 37 bis 50 Gewichtsteile, der polymerisierbaren Zusammensetzung; und 8 bis 35 Gewichtsteile, vorzugsweise 10 bis 25 Gewichtsteile, des thermoplastischen Harzes, pro 100 Gewichtsteilen des Matrixharzes.
Falls erwünscht, kann die BMC andere bekannte, anorganische Füllstoffe enthalten, beispielsweise teilchenförmige Füllstoffe und Whisker, zusätzlich zu den verstärkenden Glasfasern und den hohlen Glaskugeln.
Ein Anteil von hohlen Glaskugeln von weniger als 10 Volumenprozent erzeugt nur eine nicht nennenswerte Auswirkung auf die Gewichtsverringerung eines aus einer BMC ausgeformten Teils, so dass man nur einen schweren Leuchtenreflektor erhält (vgl. die nachstehenden Vergleichsbeispiele 1 und 2). Sind mehr als 40 Gewichtsprozent hohle Glaskugeln vorhanden, so kann die BMC kaum die Stabilität der Abmessungen sicherstellen, und weist das sich ergebende Formteil aus der BMC eine geringe Steifigkeit (Biegemodul) und eine niedrige Schlagfestigkeit auf (siehe Vergleichsbeispiel 3). Unter Berücksichtigung des geringen Gewichts, der Steifigkeit, der Schlagfestigkeit, und der Stabilität der Abmessungen eines Formteils aus BMC sollte der Anteil der hohlen Glaskugeln in der BMC im Bereich von 10 bis 40 Volumenprozent liegen.
Es ist vorzuziehen, dass die BMC ein Verhältnis des gesamten anorganischen Füllstoffs zum Matrixharz von 1,0 bis 2,5 (Volumen) aufweist. Ist dieses Verhältnis kleiner als 1,0, so weist ein Formteil aus BMC, das man mit einer BMC erhält, die reich an Matrixbestandteil ist, eine verbesserte Glätte der Oberfläche auf, neigt jedoch dazu, eine unzureichende Steifigkeit (Biegemodul) und Wärmefestigkeit aufzuweisen (vgl. das Vergleichsbeispiel 4). Darüber hinaus zeigt die BMC ein zu starkes Fließvermögen (eine zu niedrige Viskosität), was zu einer unzureichenden Stabilität der Abmessungen führen kann, und Leerräume oder verbrannte Stellen hervorrufen kann, welche die Glätte der Oberfläche eines Formteils aus BMC beeinflussen.
Eine BMC mit einem Volumenverhältnis des gesamten anorganischen Füllstoffs zum Matrixharz von mehr als 2,5 führt zu einem Spritzgußformteil mit hoher Steifigkeit und hoher Wärmefestigkeit, infolge des hohen Anteils an anorganischem Füllstoff. Infolge der unzureichenden Benetzbarkeit der anorganischen Füllstoffe durch das Matrixharz neigt jedoch das sich ergebende Formteil aus BMC dazu, eine unzureichende Schlagfestigkeit oder ein verschlechtertes Lösungsvermögen aus der Form aufzuweisen, was das Ausformen schwierig macht. Weiterhin weist eine derartige BMC, die reich an Füllstoff ist, ein verringertes Fließvermögen auf (also eine erhöhte Viskosität). Dies kann zu einem Kollabieren der hohlen Glaskugeln beim Spritzguß führen, so dass man nicht die erwartete Gewichtsverringerung erzielt. Ein derartiges, hoch viskoses Formmaterial neigt dazu, instabile Formgebungseigenschaften aufzuweisen, so dass häufig ein unvollständiger Spritzvorgang erfolgt. Unter den Gesichtspunkten der Stabilität der Abmessungen, der Wärmefestigkeit, der Steifigkeit, der Schlagfestigkeit, der Formgebungseigenschaften, und der Gewichtsverringerung, liegt daher ein bevorzugtes Volumenverhältnis des gesamten anorganischen Füllstoffs zum Matrixharz im Bereich von 1,0 bis 2,5.
Es ist vorzuziehen, dass die zu verwendenden, hohlen Glaskugeln einen mittleren Durchmesser von 10 bis 15 μm aufweisen. Hohle Glaskugeln mit einem größeren Durchmesser weisen eine niedrigere Dichte auf, die in der Hinsicht wirksam ist, eine Gewichtsverringerung eines Formteils aus BMC zu erzielen. Derartig große Glaskugeln mit einem mittleren Durchmesser von mehr als 45 μm neigen jedoch dazu, sich nicht ausreichend mit der Matrix zu vereinigen, so dass das sich ergebende Formteil aus BMC eine unzureichende Steifigkeit aufweist (Biegemodus), eine unzureichende Biegefestigkeit, eine unzureichende Ablösung aus der Form, und eine unzureichende Stabilität der Abmessungen (vgl. das Vergleichsbeispiel 7). Darüber hinaus weisen zu große, hohle Glaskugeln eine wesentliche verringerte Druckfestigkeit auf, und kollabieren leicht beim Spritzgießen. Sind sie kollabiert, so verursachen die hohlen Glaskugeln nur eine verringerte Auswirkung auf die Gewichtsverringerung, und führen zu einem instabilen Formgebungsvorgang, wodurch unvollständige Spritzvorgänge oder andere Formfehler hervorgerufen werden.
Andererseits sind hohle Glaskugeln mit kleinerem Durchmesser in der Hinsicht wirksam, dass sie die Stabilität der Abmessungen verbessern, die Glätte der Oberfläche, und die Steifigkeit, jedoch weisen sie eine erhöhte Dichte auf. Insbesondere weisen hohle Glaskugeln mit einer Größe von weniger als 15 μm mittleren Durchmessers eine Dichte von 1,1 oder weniger auf, so dass man ein Formteil aus BMC mit einer Dichte von mehr als 1,7 erzielt (siehe das Vergleichsbeispiel 6, bei dem das Formteil aus BMC eine Dichte von 1,75 aufweist, woraus hervorgeht, dass keine Gewichtsverringerung erzielt werden konnte). Um daher zufriedenstellende Ergebnisse in Bezug auf die Gewichtsverringerung, die Stabilität der Abmessungen, die Steifigkeit, die Biegefestigkeit, die Formgebungseigenschaften (Lösbarkeit aus der Form und kein Auftreten unvollständiger Spritzvorgänge), und die Glätte der Oberfläche zu erreichen, liegt der bevorzugte mittlere Durchmesser der hohlen Glaskugeln im Bereich zwischen 15 und 45 μm, wie sich dies aus den nachstehend geschilderten Beispielen und Vergleichsbeispielen ergibt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1 einen Querschnitt durch einen Fahrzeugscheinwerfer, bei welchem ein Leuchtenreflektor gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
2 einen vergrößerten, schematischen Querschnitt durch den Leuchtenreflektor, an der durch X in 1 markierten Stelle; und
3 eine Spritzgußmaschine zur Herstellung von Formteilen aus BMC, teilweise weggeschnitten, also als Querschnittansicht.
Die 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Fahrzeugscheinwerfers, der einen Leuchtenreflektor gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt. 2 ist ein schematischer, vergrößerter Querschnitt des Leuchtenreflektors an der durch X in 1 markierten Stelle. 3 zeigt eine Spritzgußmaschine zur Herstellung von Formteilen aus BMC, wobei Teile weggeschnitten sind, um einen Querschnitt darzustellen.
Der in 1 dargestellte Scheinwerfer weist ein schüsselförmiges Leuchtengehäuse 10 mit einer vorderen Öffnung und einer hinteren Öffnung 10a auf, eine Vorderlinse 12, die an dem Vorderrand des Leuchtengehäuses 10 angebracht ist, einen Leuchtenreflektor 14, der eine vordere Öffnung und eine hintere Öffnung 14b aufweist, die in einer Beleuchtungskammer vorgesehen ist, die durch das Leuchtengehäuse 10 und die Vorderlinse 12 ausgebildet wird, sowie ein Lampe 15 (eine Lichtquelle), die durch die hintere Öffnung 14b eingeführt ist. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Abschirmung, die dazu vorgesehen ist, die Lampe 15 so abzudecken, dass eine Abschneidelinie entsteht (eine Grenzlinie zwischen Licht und Schatten). Die Öffnung 10a des Gehäuses 10, durch welche Lampen ersetzt werden, ist von einem Gummideckel 11 verschlossen. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Reflektorverlängerung zum Überbrücken des Spaltes zwischen dem Reflektor 14 und dem Leuchtengehäuse 10.
Der Reflektor 14 weist an seiner Innenseite eine parabelförmige, reflektierende Fläche 14a auf. Die reflektierende Fläche 14a wird durch Vakuumablagerung von Aluminium auf der Innenseite eines schüsselförmigen Substrats 20 hergestellt, das durch Spritzguß aus einer BMC hergestellt wird (das Substrat wird nachstehend als "BMC-Formteil" bezeichnet). Wie in 1 gezeigt, wird von der Lampe 15 ausgesandtes Licht auf der reflektierenden Fläche 14a des Reflektors 14 reflektiert, nach vorn ausgesandt, und über die Vorderlinse 12 abgestrahlt, so dass ein Lichtstrahl mit einer Lichtintensitätsverteilung entsteht. Das BMC-Formteil 20 des Reflektors 14 muss eine solche Wärmefestigkeit aufweisen, dass es der Wärme widersteht, die von der Lampe 15 erzeugt wird, und eine Glätte der Oberfläche, die ausreicht, die reflektierende Fläche 14a durch Ablagerung von Aluminium herzustellen.
Der Reflektor 14 wird nur an seinem hinteren Ende durch einen Ausrichtungsmechanismus (nicht gezeigt) gehaltert. Auf die Außenwand des Reflektors 14 entgegengesetzt zur reflektierenden Fläche wirken Belastungen wie beispielsweise ein Biegemoment infolge des Eigengewichts und des Gewichts der Lampe 15 ein. Daher muss der Reflektor 14 eine ausreichende Steifigkeit und Schlagfestigkeit aufweisen, damit er nicht durch sein Eigengewicht verformt wird, und durch externe Belastungen, beispielsweise Schwingungen. Der Reflektor 14 muss darüber hinaus eine solche Biegefestigkeit aufweisen, dass er bei Nichtvorhandensein äußerer Belastungen seine Form zurückgewinnt.
Wie in 1 gezeigt, weist der Reflektor im wesentlichen, in der geschilderten Reihenfolge, ein BMC-Formteil (Substrat 20) auf, das durch Spritzguß einer BMC hergestellt wird, eine Unterschicht 21 zur Bereitstellung einer sehr exakten, glatten Oberfläche, eine durch Vakuumablagerung hergestellte Aluminiumschicht, und eine schützende Deckschicht 23 aus einem lichtdurchlässigen Material.
Die BMC, die zur Herstellung des BMC-Formteils 20 verwendet wird, ist eine Spritzgußmasse, die ein Matrixharz aufweist, Glasfasern als Verstärkungsmaterial, hohle Glaskugeln als anorganischen Füllstoff, und, falls erwünscht, andere anorganische Füllstoffe wie Whisker und teilchenförmige Füllstoffe.
Das Matrixharz der BMC weist ein ungesättigtes Polyester als Basisharz auf, eine polymerisierbare Zusammensetzung, deren Moleküle eine polymerisierbare Doppelbindung aufweisen, als Vernetzungsmittel zum Aushärten des ungesättigten Polyesters, und ein thermoplastisches Harz zum Steuern der Schrumpfung beim Aushärten des ungesättigten Polyesters. Das ungesättigte Polyesterharz ist vorzugsweise ein derartiges Harz, das zu einem ausgehärteten Erzeugnis führt, das eine Glasübergangstemperatur von 150 °C oder mehr aufweist, insbesondere von 160 °C oder mehr. Die polymerisierbare Zusammensetzung (Monomer) umfasst Styrol, Vinyltoluol, Divinylbenzol, Methylmethacrylat, p-Methylstyrol, Diallylphthalat, und Diallylisophthalat. Die Monomere können entweder einzeln oder als Mischung von zwei oder mehr Monomeren eingesetzt werden. Das thermoplastische Harz umfasst Styrol-Copolymere, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polymethylmethacrylat, Methylmethacrylat-Copolymere, modifizierte ABS-Harze, Polycaprolacton, und modifiziertes Polyurethan. Acrylische Homo- oder Copolymerharze, einschließlich Polymethylmethacrylat und Methylmethacrylat-Copolymere, und Vinylacetatharze einschließlich Polyvinylacetat und Styrol-Vinylacetat-Copolymeren werden infolge ihrer Dispergierbarkeit, ihrer geringen Schrumpfung, und Steifigkeit vorgezogen. Das Matrixharz enthält normalerweise 30 bis 60 Gewichtsteile, vorzugsweise 35 bis 50 Gewichtsteile des ungesättigten Polyesters; 25 bis 60 Gewichtsteile, vorzugsweise 37 bis 50 Gewichtsteile, der polymerisierbaren Zusammensetzung; und 8 bis 35 Gewichtsteile, vorzugsweise 10 bis 25 Gewichtsteile, des thermoplastischen Harzes, pro 100 Gewichtsteilen des Matrixharzes.
Die hohlen Glaskugeln, die bei der Erfindung eingesetzt werden können, umfassen jene, die aus chemisch stabilem, unlöslichem Glas hergestellt sind, und eine mittlere Teilchengröße von 70 μm oder weniger aufweisen, und im Handel unter Bezeichnungen wie Scotchlite, Cel-Star, usw. erhältlich sind.
Whiskermaterialien umfassen Calciumcarbonat, Calciumsilikat, Aluminiumborat, Kaliumtitanat, und Magnesiumsulfat. Die teilchenförmigen Füllstoffe umfassen Calciumcarbonat, Glimmer, Talkum, Graphit, und Aluminiumhydroxid. Zur Kosteneinsparung kann die Menge an Whiskern oder teilchenförmigen Füllstoffen erhöht werden, um den Einsatz der hohlen Glaskugeln zu minimieren, die teurer sind als Whisker oder teilchenförmige Füllstoffe, so weit die Eigenschaften sichergestellt werden können, die von dem BMC-Formteil 20 gefordert werden.
Der Anteil der hohlen Glaskugeln in der BMC ist auf 10 bis 40 Volumenprozent eingestellt, um eine Gewichtsverringerung zu erzielen, jedoch die Steifigkeit, die Schlagfestigkeit und die Stabilität der Abmessungen des sich ergebenden BMC-Formteils 20 beizubehalten.
Ein Anteil an hohlen Glaskugeln von weniger als 10 Volumenprozent führt zu einer nicht ausreichenden Auswirkung auf die Gewichtsverringerung des BMC-Formteils 20, so dass man nur einen schweren Leuchtenreflektor erhält (siehe die Vergleichsbeispiele 1 und 2). Ist der Anteil an hohlen Glaskugeln größer als 40 Gewichtsprozent, so lässt sich kaum die Stabilität der Abmessungen durch die BMC erzielen, und weist das sich ergebende BMC-Formteil 20 eine geringe Steifigkeit (Biegemodul) und eine geringe Schlagfestigkeit (siehe Vergleichsbeispiel 3) auf. Unter Berücksichtigung des geringen Gewichts, der Steifigkeit, der Schlagfestigkeit, und der Stabilität der Abmessungen des BMC-Formteils 20 sollte der Anteil an hohlen Glaskugeln im Bereich von 10 bis 40 Volumenprozent liegen.
Es ist vorzuziehen, dass die BMC ein Verhältnis des gesamten anorganischen Füllstoffs zum Matrixharz von 1,0 bis 2,5 in Bezug auf das Volumen aufweist, um ein BMC-Formteil 20 mit ausreichender Steifigkeit und Stabilität der Abmessungen zur Verfügung zu stellen (ausreichender Zustand der Oberfläche, auf welcher Aluminium abgelagert werden soll). Ist dieses Verhältnis kleiner als 1,0, weist ein BMC-Formteil, das man bei einer derartigen, an Matrixmaterial reichen BMC erhält, eine verbesserte Glätte der Oberfläche auf, neigt jedoch dazu, eine unzureichende Steifigkeit (Biegemodul) und Wärmebeständigkeit aufzuweisen (siehe Vergleichsbeispiel 4). Weiterhin zeigt die BMC ein zu starkes Fließvermögen (eine zu niedrige Viskosität), und neigt daher dazu, eine unzureichende Stabilität der Abmessungen aufzuweisen, und kann Hohlräume oder verbrannte Stellen hervorrufen, welche die Glätte der Oberfläche beeinträchtigen.
Eine BMC mit einem Gesamtverhältnis von anorganischem Füllstoff zum Matrixharz in Bezug auf das Volumen von mehr als 2,5 führt zu einem BMC-Formteil 20 mit hoher Steifigkeit und hoher Wärmebeständigkeit, infolge des hohen Anteils an anorganischem Füllstoff. Infolge der unzureichenden Benetzbarkeit der anorganischen Füllstoffe durch das Matrixharz neigt das sich ergebende BMC-Formteil 20 allerdings dazu, eine unzureichende Schlagfestigkeit oder eine verringerte Lösbarkeit aus der Form aufzuweisen, was das Ausformen schwierig macht. Weiterhin weist die an Füllstoff reiche BMC ein verringertes Fließvermögen (also eine erhöhte Viskosität) auf. Dies kann zu einem Kollabieren der hohlen Glaskugeln beim Spritzguß führen, so dass man nicht die erwartete Gewichtsverringerung erzielt. Ein derartiges, hochviskoses Formmaterial neigt dazu, instabile Formgebungseigenschaften aufzuweisen, wodurch häufig unvollständige Spritzgußvorgänge hervorgerufen werden. Unter dem Gesichtspunkt der Stabilität der Abmessungen, der Wärmebeständigkeit, der Steifigkeit, der Schlagfestigkeit, der Formgebungseigenschaften, und der Gewichtsverringerung liegt daher das bevorzugte Volumenverhältnis des gesamten, anorganischen Füllstoffs zum Matrixharz im Bereich von 1,0 bis 2,5.
Es ist vorzuziehen, dass die verwendeten, hohlen Glaskugeln einen mittleren Durchmesser von 10 bis 45 μm aufweisen, um die Stabilität der Abmessungen, die Steifigkeit, und das geringe Gewicht des BMC-Formteils 20 zu verbessern. Hohle Glaskugeln mit einem größeren Durchmesser weisen eine geringere Dichte auf, was sich in Bezug auf die Gewichtsverringerung eines BMC-Formteils auswirkt. Derartig große Glaskugeln mit einem mittleren Durchmesser von mehr als 45 μm neigen jedoch dazu, sich nicht ausreichend mit der Matrix zu verbinden, so dass das sich ergebende BMC-Formteil 20 dazu neigt, eine unzureichende Steifigkeit (Biegemodul) aufzuweisen, eine unzureichende Biegefestigkeit, ein unzureichendes Lösungsvermögen aus der Form, und eine unzureichende Stabilität der Abmessungen (siehe Vergleichsbeispiel 7). Darüber hinaus weisen zu große, hohle Glaskugeln eine wesentliche verringerte Druckfestigkeit auf, und kollabieren leicht beim Spritzguß. Sind sie kollabiert, so haben die hohlen Glaskugeln nur eine verringerte Auswirkung auf die Gewichtsverringerung, und führen zu instabilen Formgebungsbedingungen, wodurch unvollständige Spritzvorgänge oder andere Formgebungsfehler hervorgerufen werden.
Andererseits sind hohle Glaskugeln mit kleinerem Durchmesser wirksamer in Bezug auf die Verbesserung der Stabilität der Abmessungen, die Glätte der Oberfläche, und die Steifigkeit, weisen jedoch eine erhöhte Dichte auf. Insbesondere weisen hohle Glaskugeln mit einem kleineren, mittleren Durchmesser als 15 μm eine Dichte von 1,1 oder mehr auf, was zu einem BMC-Formteil 20 mit einer Dichte von mehr als 1,7 führt (siehe Vergleichsbeispiel 6, bei welchem das BMC-Formteil eine Dichte von 1,75 aufweist). Es ist schwierig, mit derartigen, hohlen Glaskugeln eine Gewichtsverringerung zu erreichen. Um daher zufriedenstellende Ergebnisse in Bezug auf die Gewichtsverringerung, die Stabilität der Abmessungen, die Steifigkeit, die Biegefestigkeit, die Formgebungseigenschaften (Lösbarkeit aus der Form, und kein Auftreten unvollständiger Spritzvorgänge) zu erreichen, und auch glatte Oberflächen, liegt der bevorzugte, mittlere Durchmesser der hohlen Glaskugeln zwischen 15 und 45 μm, wie dies anhand der nachstehend geschilderten Beispiele und Vergleichsbeispiele verdeutlicht wird.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 eine Spritzgußmaschine beschrieben, die zur Herstellung des BMC-Formteils 20 eingesetzt werden kann.
Die in 3 gezeigte Spritzgußmaschine weist eine Form 30 auf, die aus einer ortsfesten Hälfte 32, durch welche eine BMC eingespritzt wird, und einer beweglichen Hälfte 34 besteht, die so bewegt werden kann, dass sie mit der festen Hälfte 32 vereinigt ist, oder sich von dieser trennt. Die Hälften 32 und 34 weisen jeweils eine Formgebungsoberfläche 33 bzw. 35 auf. Vereinigt und zusammengeklemmt bilden die Hälften 32 und 34 Hohlräume C aus, die durch die Formgebungsoberflächen 33 und 35 festgelegt werden. Die ortsfeste Hälfte 32 weist einen Filmanschnitt G auf, der die Hohlräume C verbindet, sowie einen Anguß 36. Eine BMC wird von einer Düse 42 eines Zylinders 40 den Hohlräumen C durch den Anguß 36 und den Filmanschnitt G zugeführt, und wird durch Wärme ausgehärtet, um BMC-Formteile 20 herzustellen.
Es besteht die Gefahr, dass die hohlen Glaskugeln in der BMC infolge des Scherdrucks kollabieren, der beim Spritzguß einwirkt, was zu einem unvollständigen Spritzvorgang führen kann. Um dies zu vermeiden, sollten die hohlen Glaskugeln, die in der BMC eingesetzt werden sollen, eine Druckfestigkeit von zumindest 40 MPa aufweisen, bei einem mittleren Durchmesser von 15 bis 45 μm.
Es ist wünschenswert, dass die Harztemperatur in dem Zylinder 40 höher ist, als dies üblicherweise bei herkömmlichen BMCs der Fall ist, um den Fluß der BMC zu glätten, und hierdurch den Scherdruck zu verringern. Die Harztemperatur beträgt daher vorzugsweise 30 bis 40°C, wogegen herkömmliche BMCs bei Zimmertemperatur gespritzt werden.
In der Nähe des Filmanschnitts G tritt der höchste Scherdruck beim Spritzguß auf. Daher ist der Filmanschnitt G so ausgebildet, dass er eine Öffnungsgröße (Querschnittsfläche) von 2 mm mal 20 mm oder mehr aufweist, und ist jeder der Hohlräume C so ausgelegt, dass ein BMC-Formteil mit einer Dicke von zumindest 1,5 mm ausgebildet wird, so dass der Einspritzscherdruck, der in der Nähe des Anschnitts G auftritt, nicht die Druckfestigkeitsgrenze (40 MPa) der hohlen Glaskugeln überschreitet.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf Beispiele im Vergleich mit Vergleichsbeispielen beschrieben.
BEISPIELE 1 BIS 3 UND VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 5
Ein BMC-Formteil wurde mittels Spritzguß einer BMC mit der in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Zusammensetzung hergestellt. die Tabellen 1 und 2 geben auch das Volumenverhältnis der hohlen Glaskugeln (abgekürzt als HGS) zur gesamten BMC an, das Volumenverhältnis der Gesamtmenge an anorganischen Füllstoffen zum Matrixharz, sowie die Eigenschaften des sich ergebenden BMC-Formteils.
Die in den nachstehenden Tabellen verwendeten Abkürzungen haben folgende Bedeutung.
BMC-Zusammensetzung:
IPA/MAN/PG: Polykondensationsprodukt von Isophthalsäure, Maleinsäureanhydrid und Propylenglycol
PMMA: Polymethylmethacrylat
TBPB: t-Butylperoxybenzoat
Zn-St: Zinkstearat
Avg. (average) D: Mittlerer Durchmesser
Eigenschaften:
P: Bestanden
F: Durchgefallen
TABELLE 1
TABELLE 2
Bei den Beispielen 1 bis 3 lag der Anteil der hohlen Glaskugeln in der BMC im Bereich von 10 bis 40 Volumenprozent, und lag das Volumenverhältnis des anorganischen Füllstoffs der Matrix im Bereich von 1 bis 2,5. Sämtliche erhaltene BMC-Formteile hatten die physikalischen Eigenschaften, die in der Praxis von einem Scheinwerfer-Leuchtenreflektor gefordert werden, also (1) eine Biegefestigkeit von 60 MPa oder mehr, Biegemodul von 9 GPA oder mehr, und Charpy-Kerbschlagbiegeversuchsfestigkeit von 5 kJ/m² oder mehr, welche die Steifigkeit und die Schlagfestigkeit betreffen, (2) Lösbarkeit aus der Form so, dass kein Anhaften an einer Form erfolgte, was zufriedenstellende Formgebungseigenschaften bedeutet, (3) Schrumpfen beim Ausformen von 0,1 % oder weniger, und Biegemodul von 9 GPa oder mehr, was zur Stabilität der Abmessungen beiträgt, (4) Glühverlust (Ausgasen) bei 180 °C, was Wärmebeständigkeit bedeutet, und (5) Dichte von 1,7 oder weniger, was geringes Gewicht bedeutet.
Im Gegensatz hierzu ist das BMC-Formteil des Vergleichsbeispiels 1 ein Formteil nach dem Stand der Technik, das keine hohlen Glaskugeln enthält. Es weist hervorragende Festigkeitseigenschaften auf, ist jedoch schwer, mit einer Dichte von mehr als 1,7, nämlich 1,97.
Da die BMC des Vergleichsbeispiels 2 einen Anteil an hohlen Glaskugeln von weniger als 10 Volumenprozent (9,5 %) aufweist, ist die Dichte des sich ergebenden BMC-Formteils so hoch wie 1,84, so dass sich nur geringe Auswirkungen auf die Gewichtsverringerung erzielen lassen.
Die BMC des Vergleichsbeispiels 3 weist ein Anteil an hohlen Glaskugeln von mehr als 40% (also 40,5 %) auf. Das sich ergebende BMC-Formteil weist einen Biegemodul von 6,8 auf, also weniger als der Sollwert (9 oder mehr), hat sich verworfen infolge von Verformungen bei der Formgebung, oder verformt sich beim Ausrichtungsvorgang, so dass die Form des Reflektors nicht aufrechterhalten werden kann. Anders ausgedrückt, weist das BMC-Formteil eine geringe Stabilität der Abmessungen auf. Darüber hinaus weist das BMC-Formteil eine verringerte Steifigkeit und eine verringerte Schlagfestigkeit auf, so dass die Befürchtung besteht, dass der Reflektor infolge von Schwingungen herunterfällt.
Das Verhältnis von anorganischem Füllstoff zum Matrixharz bei der BMC des Vergleichsbeispiels 4 ist kleiner als 1 (also 0,97), so dass der Biegemodul, der sich auf die Steifigkeit auswirkt, einen so niedrigen Wert wie 7,8 hat, was weniger ist als der Sollwert (9 oder mehr). Der kleine Biegemodul führt zu einer Verwerfung infolge von Verformungen beim Ausformen, oder von Verformungen beim Ausrichtvorgang. Daher kann die Form des Reflektors nicht aufrechterhalten werden. Weiterhin weist das BMC-Formteil eine geringe Wärmefestigkeit auf, infolge einer erhöhten Ausgasung, wenn der Scheinwerfer leuchtet. Das Gas kondensiert durch Abkühlung, und haftet an der Vorderlinse fest, was die Lichtdurchlässigkeit für ausgesandtes Licht verringert, so dass das Leuchtvermögen der Leuchte beeinträchtigt wird, und auch deren Erscheinungsbild verschlechtert wird.
Bei einem Volumenverhältnis von anorganischem Füllstoff zu Matrixharz von mehr als 2,5 (also 2,52), so ist die BMC des Vergleichsbeispiels 5 nicht ausreichend zäh, infolge von zu wenig Matrixharz. Das sich ergebende BMC-Formteil ist spröde, und lässt sich nicht einfach aus der Form entnehmen (schlechte Formgebungseigenschaften), da es dazu neigt, an der Form festzukleben, insbesondere an einem Abschnitt mit großem Lösewiderstand, beispielsweise bei einer Rippe. Das BMC-Formteil weist eine verringerte Schlagfestigkeit auf, so dass der Reflektor infolge von Schwingungen herunterfallen kann. Die Dichte von 1,50 des BMC-Formteils ist größer als jene, die sich theoretisch aus der BMC-Zusammensetzung berechnen lässt, nämlich 1,45. Dies bedeutet, dass etwa 7 der hohlen Glaskugeln beim Spritzguß kollabiert sind, da die BMC eine erhöhte Viskosität aufweist, weil zu wenig Matrixharz vorhanden ist, und so einen erhöhten Scherdruck beim Spritzguß erzeugt. Daraus ergibt sich, dass die Zugabe der BMC instabil ist, was zu einem unvollständigen Spritzguß führt, also zu einer Instabilität bei der Formgebung.
VERGLEICHSBEISPIELE 6 UND 7
Es wurde ein BMC-Formteil auf die gleiche Art und Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme der Tatsache, dass der mittlere Durchmesser der hohlen Glaskugeln geändert wurde, wie dies in Tabelle 3 angegeben ist. Tabelle 3 gibt darüber hinaus die BMC-Zusammensetzung an (ebenso wie beim Beispiel 1), und die Eigenschaften des sich ergebenden BMC-Formteils.
TABELLE 3
Die beim Vergleichsbeispiel 6 verwendeten, hohlen Glaskugeln sind so klein, mit einem mittleren Durchmesser von 10 μm, dass sie eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, jedoch auch eine große Wanddicke, was zu einer Dichte führt, die so groß ist wie 1,1. Die sich ergebende Dichte des erhaltenen BMC-Formteils (1,75) ist daher größer als der Sollwert (1,7 oder weniger), so dass eine ausreichende Gewichtsverringerung nicht erzielt werden kann.
Andererseits sind die hohlen Glaskugeln, die beim Vergleichsbeispiel 7 eingesetzt werden, zu groß (mittlerer Durchmesser: 52 μm), als dass sie dem Scherdruck Stand halten könnten, der beim Spritzguß auftritt, und einen Wert von 30 bis 40 MPa erreicht. Daher sind etwa 40% der hohlen Glaskugeln kollabiert, was häufig zu einem unvollständigen Spritzvorgang führt, also zu einer Instabilität der Formgebung. Die Dichte des sich ergebenden BMC-Formteils (also 1,5) genügt dem Sollwert (also 1,7 oder weniger), ist jedoch größer als der theoretische Wert, um etwa 0,2. Dies bedeutet, dass mit der BMC nicht die gewünschten Spritzgußteile erzeugt werden können. Weiterhin zeigen die BMC-Formteile eine beträchtliche Verringerung der Steifigkeit (Biegemodul), und der Biegefestigkeit, und sind daher als Substrat eines Leuchtenreflektors zur Verfügung in Fahrzeugleuchten nicht akzeptabel.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Leuchtenreflektor zur Verfügung, dessen Substrat ein verringertes Gewicht aufweist, während die vorteilhaften Eigenschaften eines BMC-Formteils beibehalten bleiben (also Wärmefestigkeit, Steifigkeit, und Reflexionswirkungsgrad), unter Verwendung einer BMC, die eine bestimmte Menge an hohlen Glaskugeln als anorganischen Füllstoff enthält.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die BMC ein bestimmtes Volumenverhältnis von anorganischem Füllstoff zu Matrixharz aufweist, wird ein Leuchtenreflektor mit weiter verringertem Gewicht zur Verfügung gestellt, während die Eigenschaften eines Leuchtenreflektors sicher beibehalten werden, der aus einer herkömmlichen BMC hergestellt ist.
Bei einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die hohlen Glaskugeln einen bestimmten mittleren Durchmesser aufweisen, wird ein Leuchtenreflektor mit geringem Gewicht zur Verfügung gestellt, der weiter verbesserte Eigenschaften aufweist (in Bezug auf Wärmebeständigkeit, Steifigkeit, und Reflexionswirkungsgrad).

Claims

Leuchtenreflektor, der ein Substrat aufweist, das durch Spritzguß einer Spritzgußmasse hergestellt ist, die ein Matrixharz aufweist, das hauptsächlich aus einem ungesättigten Polyesterharz und Glasfasern als anorganischen Füllstoff besteht, wobei die Spritzgußmasse darüber hinaus hohle Glaskugeln als zusätzlichen, anorganischen Füllstoff enthält, in einer Menge von 10 bis 40 Volumenprozent auf Grundlage der Spritzgußmasse.
Leuchtenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgußmasse einen gesamten Anteil an anorganischem Füllstoff in einem Volumenverhältnis von 1,0 zu 2,5 zum Matrixharz aufweist.
Leuchtenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlen Glaskugeln einen mittleren Durchmesser von 15 bis 45 μm aufweisen.