DE19548319A1 - Thermoplastische Formmassen zum Spritzgießen von Formteilen und Spritzguß-Formteil daraus - Google Patents

Thermoplastische Formmassen zum Spritzgießen von Formteilen und Spritzguß-Formteil daraus

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Description

Die Erfindung betrifft thermoplastische Formmassen und daraus hergestellte Spritzguß-Formteile.
Es sind vorwiegend aus Polyalkylenterephthalat bestehende Kunst­ stoff-Mischungen bereits bekannt. Bekannt sind PET- und PBT-Mischungen mit ca. 30% Glasfaser-Zusatz zur Erhöhung der Festig­ keit, der Standfestigkeit und des E-Moduls. PBT-Mischungen werden für den Spritzguß bevorzugt, da sie sich leichter verarbeiten lassen als PET-Mischungen, aber sie haben eine geringere Festig­ keit.
Mit Ultradur® B4300G2 ist von der BASF Aktiengesellschaft eine glasfaserverstärkte PBT-Formmasse bekannt. (Diese Formmasse ist leicht fließend für den Spritzguß geeignet und enthält 10 Gew.-% Glasfasern. Die daraus hergestellten technischen Formteile sind steif, zäh und dimensionsstabil, z. B. für Programmschalter, Kne­ bel, Knöpfe, Thermostatteile, Griffe von Heizapparaturen. (vgl. BASF Kunststoffe, Ultradur® Polybuthylenterephthalat (PBT) Sorti­ mentsübersicht, Produktmerkmale Verwendung Richtwerte, April 1994).
Es ist Aufgabe der Erfindung eine PET-Mischung bereitzustellen, die wirtschaftlicher herzustellen ist und die z. T. günstigere Pa­ rameter als bekannte PBT-Mischungen aufweisen.
Die Aufgabe wird mit einer thermoplastischen Formmasse gelöst, die als wesentliche Komponenten A) 37 bis 96 Gew.-% eines thermoplastischen Polyethylenterephathalats, B) 1 bis 20 Gew.-% Polymer-Masse und C) 4 bis 30 Gew.-% eines pigmentförmigen Ver­ stärkungsmittels enthalten.
Damit wird eine sehr günstige und problemlos spritzbare Formmasse erhalten, die sich wesentlich von bekannten Formmassen unter­ scheiden. Ebenfalls vorteilhafte thermoplastischen Formmassen zum Spritzgießen von Formteilen enthalten überwiegend ein thermopla­ stisches Polyethylenterephthalat (PET), Pigmente und eine Polymermasse in einem Gewichtsverhältnis von
60 bis 77 Gew.-% Polyethylenterephthalat
4 bis 12 Gew.-% Polymer-Masse
4 bis 21 Gew.-% eines Pigment-Verstärkungsmittels
wobei die daraus hergestellten Formteile mit einer Temperatur von oberhalb 245 bis 300°C spritzbar sind.
Ebenfalls vorteilhafte thermoplastische Formmassen zum Spritz­ gießen von Formteilen, enthaltend überwiegend ein thermoplasti­ sches Polyethylenterephthalat und eine polymere Masse sind gege­ ben durch ein Gewichtsverhältnis von
50 bis 60 Gew.-% Polyethylenterephthalat
10 bis 20 Gew.-% Polymer-Masse
20 bis 30 Gew.-% eines pigmentförmigen Verstärkungsmittels
wobei die Formteile mit einer Massetemperatur zwischen etwa 245 bis 300°C spritzbar sind.
Es ist günstig, wenn die Formmassen als Polymer-Masse überwiegend Polyurethan enthalten, damit sie gut spritzgießbar und gut verarbeitbar sind. Vorteilhaft ist auch, wenn der Feuchtigkeits­ gehalt der Formmassen höchstens 0,1 Gew.-%, insbesondere 0,05 Gew.-%, beträgt.
Das Pigment-Verstärkungsmittel besteht zweckmäßig aus Metall- und/oder Metalloxid-Pigmenten.
In zweckmäßiger Ausbildung können die Pigmente eine mittlere durchschnittliche Teilchengröße von kleiner/gleich 400 µm besit­ zen. Damit läßt sich eine gleichmäßige Pigmentverteilung errei­ chen.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Pigmente ein Längen-zu-Dicken-Verhältnis von etwa 5 : 1 bis etwa 15 : 1 aufweisen.
Die Eigenschaften der Spritzguß-Formteile lassen sich verbessern, wenn etwa 0,2 bis etwa 0,8, insbesondere etwa 0,5 Gew.-% Talkum in der Formmasse enthalten sind. Dadurch werden sowohl die Fließ­ fähigkeit, die Entformbarkeit und die Oberflächenglätte der Form­ teile verbessert, bei Senkung des notwendigen hydraulischen Drucks im System.
Die erfindungsgemäßen Formmassen sind auch günstig wegen ihrer sehr geringen isotropen Schwindung von längs und quer je etwa 0,2% verwendbar.
Die Formmassen sind besonders vorteilhaft in Spritzguß-Vorrich­ tungen mit Verschlußdüse und Heißkanal-System verarbeitbar, um optimale Formteile bei relativ guten Zykluszeiten herzustellen.
Kaltkanalvorrichtungen sind ebenfalls vorteilhaft verwendbar. Es ist praktisch auch günstig, wenn die Förderschnecken der Spritz­ gußvorrichtungen einen Durchmesser von 20 bis 80 mm, insbesondere von 25 bis 60 mm, besitzen.
Die Formmassen sind zweckmäßig auch im Mehrschichtspritzguß oder im Sandwichspritzguß verarbeitbar.
Die Formmassen besitzen eine Dichte von größer/gleich 1,4 g/cm³, insbesondere von 1,48 g/cm³.
Die Formmassen können zweckmäßig Chromdioxid-Pigmente als Pig­ mente enthalten, die feinteilig sind und sich gut in der Form­ masse verteilen lassen.
Die Formmassen sind außerdem gekennzeichnet durch einen Volumen-Fließ-Index (MVI) bei 275°C/2,16 kg von wenigstens etwa 25 ml/10 min.
Dadurch werden die Spritzgußeigenschaften, besonders gegenüber Polybuthylenterephthalat-Formmassen, noch verbessert.
Spritzguß-Formteile aus den erfindungsgemäßen Formmassen weisen zweckmäßig eine relativ große Dichte von größer/gleich 1,4 g/cm³ auf, was für einige Anwendungen sehr vorteilhaft ist. Eine wei­ tere vorteilhafte Eigenschaft des Spritzguß-Formteils wird durch Verwendung von Chromdioxid-Pigment erhalten, da eine im wesent­ lichen gleichmäßige Anthrazit-Farbe bei hohem Glanz erzielbar wurde. Als weiterer Vorteil des Spritzguß-Formteils wird eine sehr geringe Schwindung des Formteils von längs und quer etwa 0,2% erreichbar. Dadurch lassen sich vorteilhaft dimensions­ stabile Formkörper herstellen.
Die thermoplastische Formmasse enthält überwiegend Polyethylen­ terephthalat (PET) im Gew.-%-Bereich von 37 bis 96 Gew.-%, bevor­ zugt 60 bis 77 Gew.-%, oder auch 50 bis 60 Gew.-%.
Polyethylenterephthalat enthält in der Hauptkette einen aroma­ tischen Ring, der durch Ethylgruppen substituiert ist. Poly­ ethylenterephthalat ist ein Polyester aus Terephthalsäure und einer C₂-Diol-Komponente.
Die als Polymer-Masse einzusetzende Komponente wird in einer Menge von etwa 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 4 bis 12 Gew.-% oder 10 bis 20 Gew.-% verwandt.
Diese Polymer-Masse enthält vorzugsweise ein Polyurethan oder Polyurethan-Copolymerisate oder -Kondensate. Als Polymer-Masse kommen auch Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyacrylamid, Vinyl­ polymere wie Polystyrol, Polyvinyl-Propionat und Polyacrylnitril, cellulosehaltige Bindemittel wie Celluloseester, insbesondere Cellulosenitrate, Cellusloseacetate, Celluloseacetopropionat und Celluloseacetobutyrat, Phenoxyharze und Epoxyharze, in Betracht.
Die als Pigment-Verstärkungsmittel eingesetzte Menge sollte 4 bis 30 Gew.-%, zweckmäßig 4 bis 21 Gew.-% oder auch 20 bis 30 Gew.-% betragen.
Als pigmentförmige Verstärkungsmittel kommen oxidische Pigmente wie γ-Fe₂Q, γ-Fe₃O₂ und CrO₂ sowie metallische Pigmente wie Fe, Co und Ni in Betracht. Diese Pigmente können weitere chemische Elemente und/oder Verbindungen enthalten. Die Pigmente sollen eine mittlere durchschnittliche Teilchengröße von kleiner/gleich 400 um besitzen. Bei vorzugsweiser Verwendung von Chromdioxid (CrO₂) beträgt die Teilchengröße etwa 250 bis 300 um. Die Metall- und/oder Metalloxid-Pigmente oder Partikel können zweckmäßig ein Längen-zu-Dicken-Verhältnis von 5 : 1 bis 15 : 1 aufweisen. Bei CrO₂-Pigmenten beträgt dieses Verhältnis etwa 15 : 1.
Als weitere pigmentförmige Zusatzstoffe oder Füllstoffe können anorganische oder organische Pigmente verwendet werden, wie z. B. Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Zirkoniumoxid, Titaniumoxid, Ruß, Polyethylen, Polypropylen und auch thixotrope Substanzen, z. B. amorphe Kieselsäure.
Als Gleit- und Entformungsmittel kann die thermoplastische Form­ masse grundsätzlich bis etwa zu 1 Gew.-% Carbonsäuren mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen wie Stearinsäure, Palmitinsäure oder Derivate, wie Salze, Ester oder Amide davon, sowie Ester des Pentaerythrits mit langkettigen Fettsäuren, enthalten.
Es hat sich für die Formmassen als zweckmäßig herausgestellt, wenn etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 0,8 Gew.-%, insbesondere etwa 0,5 Gew.-% Talkum zugemischt sind. Dadurch wird die Spritzguß­ fähigkeit und die Entformbarkeit verbessert, als auch der Flamm­ schutz der Formkörper noch verbessert, der schon durch den obenerwähnten Metall- und/oder Metalloxid-Pigmentanteil erreicht wird, wobei diese Pigmente als Synergisten mit für Polyester be­ kannten Flammschutzzusätzen, wie z. B. Ethylen- bis -tetrabrom­ phthalimid und oligomere Tetrabrombisphenol A-Carbonate, einge­ setzt werden.
Als Polymer-Masse zum Zwecke der vorliegenden Erfindung werden Polyurethan-Elastomere mit relativ spröden Polymeren wie Phenoxi­ harze, Polycarbonat, Polyesterharzen kombiniert, eingesetzt. Solche Polyurethane wurden durch Umsetzung von hydroxylgruppen­ haltigen Polyethern oder Polyestern mit Isocyanaten hergestellt, wobei die Polymermischungen auch mit Polyisocyanaten vernetzt sein können, z. B. wenn die mitverwendeten spröden Polymere OH-Gruppe aufweisen.
Die Herstellung einer Dispersion aus der Polymer-Masse und dem Pigment sowie eventuell auch unter Zugabe des Polyethylen­ terephthalats kann in bekannter Weise so erfolgen, z. B. in einer Rührwerksmühle unter Zusatz von bekannten Dispergiermitteln, die Komponenten miteinander vermischt bzw. dispergiert werden. Dabei ist auch die Zugabe von Talkum und/oder anderen oben erwähnten Füllstoffen vorteilhaft. Anschließend kann die fertige Dispersion in Extrudiereinrichtungen, als Extrudat geformt, abgekühlt und z. B. als Granulat zerkleinert werden.
Es können auch z. B. die Polymer-Masse und das Pigment vorgemischt werden und dann das PET und das Talkum und/oder andere Füllstoffe einzeln oder ebenfalls vorgemischt hinzugegeben werden. Die Mischtemperaturen liegen, wie auch die späteren Spritzgußtempe­ raturen zwischen etwa 245°C und 300°C, insbesondere bei etwa 260°C bis etwa 290°C.
Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Formmassen zeichnen sich durch gute Spritzgußeigenschaften in Kaltkanal-, Stangenanguß-, Sandwich- und Heißkanal-Anspritztechniken mit Verschlußnadel-Sy­ stem auf. Die damit hergestellten Formkörper besitzen relativ gute mechanische und elektrischen Eigenschaften (zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen) und einen besonders geringen Verzug der Teile (Formstabilität). Die Formmassen sind daher geeignet zur wirtschaftlichen Herstellung von Kleinteilen, Spulen und Spu­ lenkernen für streifenförmige Materialien, Gehäuseteilen von Be­ hältern, insbesondere für die Unterhaltungs- und Datengeräteindu­ strie (Gerätegehäuse, einschließlich Zubehör dafür, wie Gehäuse für Aufzeichnungsträger wie Fotofilme, etc.).
Beispiel
Es wurden folgende Komponenten eingesetzt:
  • A) Ein Polyethylenterephthalat mit einem mittleren Molekular­ gewicht n (Zahlenmittelwert von etwa 30000 und einer Viskositätszahl von 73 ml/g (gemessen an einer 0,5 gew.-%igen Lösung in Phenol/o-Dichlorbenzol (Gew.-Verhältnis 1 : 1) (Netralen® SP 3700$ der BASF Aktiengesellschaft, 67056 Ludwigshafen).
  • B) Eine Polymer-Masse bestehend aus einem Isocyanatharz Desmodur® der Bayer AG, Leverkusen, vernetzt mit einem teil­ weise verzweigten Polyester aus Disäuren z. B. Desmolphen der 2000er Reihe der Bayer AG als Reaktionsmittel sowie ins­ besondere Di- oder Triole als Vernetzer zur Regelung des Reaktionsverlaufs.
  • C) Ein feinteiliges CrO₂-Pigment mit einer Teilchengröße von etwa 250 bis etwa 300 nm von Nadelform mit einem Längen-zu-Dicken-Verhältnis von etwa 15 : 1.
Die Komponenten wurden in einem Gewichtsverhältnis von etwa
Komponentenverhältnis A 70 Gew.-%
Komponentenverhältnis B 10 Gew.-%
Komponentenverhältnis C 20 Gew.-%
wie oben angegeben, dispergiert und unter Zugabe von 0,5 Gew.-% Talkum miteinander vermischt und extrudiert in Granulatform. Es ist auch möglich, erst ein Agglomerat herzu­ stellen, dann mit Talkum zu vermischen und ein Granulat her­ zustellen.
Aus diesem Granulat wurden Probekörper hergestellt und charakteristische Werte am Granulat bzw. am Probekörper im Vergleich zu dem eingangs genannten BASF-Produkt Ultradur® B4300G2 gemessen.
Der E-Modul ist abhängig vom PET-Anteil im Bereich von etwa 3250 MPa bei über 90 Gew.-% PET bis etwa 3700 MPa bei etwa 75 Gew.-% PET.
Die erfindungsgemäße thermoplastische Formmasse I wurde auch im Spritzgußverhalten getestet und erfüllte die gestellten Erwar­ tungen. Die Massetemperatur lag dabei etwa bei 270°C bei einem Spritzdruck PE von zwischen 18 bis 50 bar und einem Nachdruck von 52 bar. Die Zykluszeit beim Spritzen von Probekörpern ergab sich zu 30 oder 40 P/sec. Als Spritzgußvorrichtung wurde eine Maschine vom Typ Windsor SP 80/3, Arburg 270E verwendet, mit 800 KN bzw. 500 KN Zuhaltekraft.
Ein Spritzgußwerkzeug mit offenem Heißkanal-System erwies sich als ungeeignet, daher ergeben sich Kaltkanal-, Stangenanguß-, Schirmanschnitt und Heißkanal-Werkzeuge, letztere mit Verschluß­ nadel-System, als zweckmäßig verwendbare Spritzgußwerkzeuge. Auch eignet sich die erfindungsgemäße Formmasse vorteilhaft für die Verarbeitung im Mehrschichtspritzguß, z. B. mit Koinjektionstech­ nik oder im Sandwichspritzguß, insbesondere wegen der Form­ stabilität der Formmassen.
Es wurden weitere erfindungsgemäße Formmassen zu Testkörpern mit unterschiedlichen Formen und Gewichten verspritzt mit dem Ergeb­ nis, daß eine gleichmäßige Plastifizierung bei guter Entformbar­ keit mit glatter und glänzender Oberfläche, ohne Werkzeugbelag und ohne Verbrennungen an den Testkörpern erreicht wurde. Der Schneckendurchmesser lag dabei bei 50 mm, die Massetemperatur wurde von 250°C bis 280°C in 10 Grad-Schritten variiert sowie die Werkzeugtemperaturen von 50°C, 60°C, 75°C und 90°C eingestellt. Die Testkörper wurden sowohl im Schirmanschnitt- als auch im Punktanschnitt-Verfahren hergestellt.
Die Erfindung betrifft eine thermoplastische Formmasse auf Poly­ ethylenterephthalatbasis, enthält vorzugsweise 37 bis 96 Gew.-% PET, 1 bis 20 Gew.-% einer Polymer-Masse, enthaltend vorzugsweise Polyurethan, sowie etwa 4 bis 30 Gew.-% eines pigmentförmigen Verstärkungsmittels aus Metall und/oder Metalloxid. Die Formteile sind für den Spritzguß geeignet verarbeitbar und die daraus her­ gestellten Formmassen haben vorteilhafte Eigenschaften, ins­ besondere hinsichtlich eines geringen Schwindungsfaktors und einer höheren Dichte verglichen mit einem vergleichbaren Polybu­ thylenterephalat (PBT) mit Glasfasern gefüllt. Vorteilhaft ver­ wendbar ist die thermoplastische Formmasse für Kleinteile, Gehäuseteile für Elektronik- und Datengeräte.
Eine thermoplastische Formmasse auf Polyethylenterephthalatbasis enthält vorzugsweise 37 bis 96 Gew.-% PET, 1 bis 20 Gew.-% einer Polymer-Masse, enthaltend vorzugsweise Polyurethan, sowie etwa 4 bis 30 Gew.-% eines pigmentförmigen Stärkungsmittels aus Metall und/oder Metalloxid. Die Formmassen sind für den Spritzguß geei­ gnet verarbeitbar und die daraus hergestellten Formteile haben vorteilhafte Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich einer höhe­ ren Dichte sowie sehr geringer isotroper Schwindung bei ver­ gleichbarem E-Modul, verglichen mit einem vergleichbaren Polybu­ thylenterephthalat (PBT) mit Glasfasern gefüllt.
Vorteilhaft verwendbar ist die thermoplastische Formmasse für Kleinteile, Gehäuseteile für Elektronik- und Datengeräte.

Claims (21)

1. Thermoplastische Formmassen, enthalten als wesentliche Kompo­ nenten
  • A) 37 bis 96 Gew.-% eines thermoplastischen Polyethylen­ terephthalats
  • B) 1 bis 20 Gew.-% einer Polymer-Masse
und
  • C) 4 bis 30 Gew.-% eines pigmentförmigen Verstärkungsmittels
2. Thermoplastische Formmassen zum Spritzgießen von Formteilen, enthaltend überwiegend ein thermoplastisches Polyethylen­ terephthalat und eine polymere Masse nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch ein Gewichtsverhältnis von 60 bis 77 Gew.-% Polyethylenterephthalat
4 bis 12 Gew.-% Polymer-Masse
4 bis 21 Gew.-% eines pigmentförmigen Verstärkungsmittels
wobei die Formteile mit einer Massetemperatur zwischen etwa 245 bis 300°C spritzbar sind.
3. Thermoplastische Formmassen zum Spritzgießen von Formteilen, enthaltend überwiegend ein thermoplastisches Polyethylen­ terephthalat und eine polymere Masse nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch ein Gewichtsverhältnis von
50 bis 60 Gew.-% Polyethylenterephthalat
10 bis 20 Gew.-% Polymer-Masse
20 bis 30 Gew.-% eines pigmentförmigen Verstärkungsmittels
wobei die Formteile mit einer Massetemperatur zwischen etwa 245 bis 300°C spritzbar sind.
4. Formmassen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Polymer-Masse überwiegend Polyurethan enthält.
5. Formmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt höchstens 0,1 Gew.-%, insbesondere 0,05 Gew.-% beträgt.
6. Formmassen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmente aus Metall und/oder Metalloxid bestehen.
7. Formmassen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmente eine mittlere durch­ schnittliche Teilchengröße von kleiner gleich 400 nm besit­ zen.
8. Formmassen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall- und/oder Metalloxid-Pigmente ein Längen-zu-Dicken-Verhältnis von 5 : 1 bis 15 : 1 aufweisen.
9. Formmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie 0,2 bis 0,8, insbesonders 0,5 Gew.-% Talkum enthalten.
10. Formmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie in Spritzguß-Vorrichtungen mit Verschluß­ düse und Heißkanal-System verarbeitbar sind.
11. Formmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie in Spritzguß-Vorrichtungen mit Kaltkanal-System verarbeitbar sind.
12. Formmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie im Mehrschichtspritzguß, insbesondere mit Koinjektionstechnik, oder im Sandwichspritzguß verarbeitbar sind.
13. Spritzguß-Formteil aus einer Kunststoff-Mischung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren Ansprüchen 2 bis 9 und 15, gekennzeichnet durch eine Dichte von 1,4 g/cm³, ins­ besondere von 1,48 g/cm³.
14. Formmassen nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumen-Fließ-Index (MVI) bei 275°C/2,16 kg wenigstens etwa 25 ml/10 min beträgt.
15. Formmassen nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmente aus CrO₂-Pigmenten bestehen.
16. Formteil aus den thermoplastischen Formmassen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als wesentliche Komponente.
17. Formteil, im Spritzguß hergestellt, nach Anspruch 15 und 16, gekennzeichnet durch einen E-Modul von 3200 MPa, ins­ besondere von ca. 3500 MPa/mm bis ca. 3700 MPa/mm.
18. Spritzguß-Formteil nach Anspruch 16, hergestellt aus einer Formmasse nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen gleichmäßige Anthrazit-Farbe und einen hohen Glanz.
19. Spritzguß-Formteil nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine geringe Schwindung des spritzgegossenen Teils von längs und quer, von etwa je 0,2%.
20. Formmassen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke der Spritzguß-Vorrichtung einen Durch­ messer von 20 bis 80 mm, insbesondere von 25 bis 60 mm, auf­ weist.
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