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Polycarbonatharz - Zusammensetzung erhöhter Schlagzähigkeit Die Erfindung
betrifft Polycarbonatharz-Zusammensetzungen.
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Genauer gesagt, ist die Erfindung auf die Verbesserung der Schlagzähigkeit
von Polyearbonatharzen bei niedriger Temperatur und bei Raumtemperatur gerichtet.
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Der Kunststoff-achmann weiß, daß Polycarbonatharze unter einer kritischen
Dicke zwischen 3,175 und 6,350 mm eine hohe Schlagzähigkeit haben. Oberhalb dieser
Dicke ist ihre Schlagzähigkeit gering. Darüber hinaus sinkt die Schlagzähigkeit
der Polycarbonatharze mit abnehmender Temperatur schnell und ebenso nach Alterung
der Polymeren bei erhöhten Temperaturen. Diese Eigenschaften schränken dementsprechend
die Anwendungsgebiete dieser Harze ein. So können dicke Polycarbonatkörper weder
dort verwendet werden, wo hohe Schlagzähigkeiten erforderlich sind, noch bei niedrigen
oder hohen Temperaturen, wenn mindestens gu-te Schlagzähigkeit erforderlich ist.
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Um die vorstehend aufgezeigten Nachteile der Polycarbonatharze zu
überwinden, sind zahlreiche Versuche unternommen worden, haben aber bisher aus technischen
oder wirtschaftv lichen Gründen nicht zum Erfolg geführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Polycarbonatharz-Zusammensetzung
zu schaffen, die bessere Schlagzähigkeit aufweist als die bisher bekannten Polycarbonatharze,
und die hinsichtlich anderer Eigenschaften, wie Wärmeformbeständigkeit, Zugfestigkeit
u. dergl. den bekannten ebenbürtig ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Polycarbonatharz-Zu sammensetzung
erhöhter Schlagzähigkeit, die gekennzeichnet ist durch ein Polycarbonatharz eines
durchschnittlichen Molekulargewichts von mindestens 80CO und etwa 3 - 35 Gew.% mindestens
eines Elastomeren eines durchschnittlichen Molekulargewichts zwischen etwa 100.000
und 2.000.000 und eines Einfrierpunkts unter Oo C.
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Die Verbesserung der Schlagzähigkeit von Polycarbonatharzen wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß dem Polycarbonat Elastomere, wie Polyacrylat-, Polymethacrylat-
oder Poly-(butadien-acrylnitril)-Gummi (rubbers) eingearbeitet werden.
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Völlig überraschend wurde gefunden, daß das Einarbeiten solcher Elastomeren
keinen nachteiligen Einfluß auf die Wärmeformbeständigkeit der Polycarbonatharze
hat, obwohl der Fachmann ein deutliches Sinken dieser Eigenschaft nach dem Zufügen
eines Materials einer niedrigen Einfriertemperatur (second order transition temperature)
zum Polycarbonatharz erwarten-würde. Ebenso unerwartet war die Feststellung, daß
der Zusatz solcherElastomeren die Zugfestigkeiten der Harze nur geringfügig herabsetzt.
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Bei der praktischen Durchführung der Erfindung werden etwa Elastomeren
eines 3 bis etwa 35 Gew.% zu mindestens eines/durchschnittlichen Molekulargewichts
zwischen etwa 100.000 und etwa 2.000.000 und eines Einfrierpunktes unter OOC mit
einem Polycarbonatharz eines durchschnittlichen Molekulargewichts von mindestens
8000 vermischt. Erfindungsgemäß bevorzugte Elastomere sind Polyalkylacrylate mit
niederen Alkylresten und Copolymerisate von Alkylacrylaten mit niederen Alkylresten
und'Stöarylacrylaten und Gemische davon. Optimale Elastomermengen
im
Gemisch sind 5 bis 20 Gew.%.
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Die erfindungsgemäßen Gemische werden in üblicher Weise unter Benutzung
bekannter Mischvorrichtungen, wie Mischer, Mischwalzen und dgl., hergestellt. Sie
können auch in üblicher Weise bei Temperaturen gewöhnlich im Bereich von etwa 188
- 2040C gepreßt werden. Selbstverständlich können die Gemische nach der Erfindung
auch alle irgendwie gewunschten, dem Fachmann bekannten Zusätze enthalten, wie Fasern,
Antioxidantien-, Gleitmittel u. s.w.
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Die überraschenden Ergebnisse, zu denen die Erfindung führt, gehen
am besten aus der Tabelle I hervor, in der die physikalischen Eigenschaften eines
typischen Polycarbonatharzes mit den Eigenschaften von Gemischen na,cli der Erfindung
gegenübergestellt sind.
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TABELLE I Muster Mischwalzen- Form- Kerbschlagzähig- Wärmeformbe-
Elastizitäts-Nr. Temperatur temp. keit cm kg/cm ständigkeit Modul F/R/°C °C Kerbe
(23°C) °C bei 18,5 x10-3kg/cm2 nach Izod kg/cm Durchbiegung Stabdicke 3,175 mm Stab
6,35omm 3,175mm 0,254mm 0,508mm 1. 260/260 188 15,77 87,04 56,7 58,3 21,03 5,98
20,13 6,53 26,11 2. 260/260 188 80,51 72,35 55,7 60,0 17,59 20,67 51,14 16,86 32,64
3. 260/260 188 76,16 77,79 55,7 57,8 19,3 48,96 63,65 25,02 52,77 4. 260/260 199
84,32 75,07 57,5 59,2 18,7 24,48 47,87 17,95 23,93 5. 260/260 199 81,60 92,48 55,6
58,3 17,9 77,25 79,97 Fortsetzung von 26,11 39,71 Tab. 1 Seite 5
Fortsetzung
von Tabelle 1 Muster Zugfestigkeit % Dehnung Temperatur Nr. kg/cm2 bei Bruch bei
dem Kerb- B e m e r k u n g e n an der bei schlagzähig-Fließ- Bruch keitstest grenze
1. 615 596 102 R.T. POLYCARBONAT-Harz -20°C. (100%) -40°C.
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2. 497 495 49 R.T. POLYCARB.-Harz 190 Teile -20°C. BUTYL-ACRYLAT Elastomer
-40°C. 10 Teile (5%) 3. 578 584 123 R.T. POLYCARB.-Harz-180 Teile -20°C. BUTYLACRYLAT-Elastomer
-40°C. 20 Teile (10%) 4. 503 575 135 R.T. POLYC.-Harz 202,5 Teile -20°C. ÄTHYLACRYLAT-Elastomer
-40°C. 22,5 Teile (10%) 5. 492 558 123 R.T. POLYC.-Harz 202.5 Teile -20°C. Elastomer#a
22,5 Teile (10%) -40°C Fortsetzung Seite 6
Fortsetzung von Tabelle
1 Muster Mischwalzen- Form- Kerbschlagzähig- Wärmeformbe- Elastizitäts-Nr. Temperatur
temp. keit cmkg/cm ständigkeit Modul F/R/°C °C Kerbe (23°C) °C bei 18,5 x10-3kg/cm2
nach Izod kg/cm Durchbiegung.
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Stabdicke 3,175 mm Stab 6,350mm 3,175mm 0,254mm 0,508mm 6. 260/232
204 60,93 63,65 55,0 57,5 13,7 60,38 22,84 17,95 10,34 BEMERKUNGEN a. COPOLYMER
von 80 Gew.% BUTYLACRYLAT und 20% STEARYLACRYLAT,Einfrierpunkt = -70°C.
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1. BUTYL-ACRYLAT-Elastomer (Mol.Gew. = 327.000), Einfrierpunkt - -55°C.
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2. BUTYL " " Einfrierpunkt - -24°C.
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Fortsetzung Seite 7
Fortsetzung von Tabelle 1 Muster
Zugfestigkeit % Dehnung Temperatur Nr. kg/cm2 bei Bruch bei dem Kerban der bei schlagzähig-
B e m e r k u n g e n Fließ- Bruch keitstest grenze 6. - 323 10 R.T. POLYC.-Harz-120g
-20°C. Elastomer a -30g (20%) -40°C
Die in Tabelle I gebrachten
Werte zeigen, daß die Erhöhung der Schlagzähigkeit besonders drastisch bei 6,350
mm Stäben ist. So hat das Muster Nr. 3, das 10 Gew.-% eines gummiartigen Polybutylacrylats
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 327.000 enthält, bei Raumtemperatur
eine Schlagzähigkeit von 77,79 cm kg/cm Kerbe, bei-200C von 48,96 cm kg/cm Kerbe
und bei -40°C-von 25,02 cm kg/cm Kerbe. Bei 3,175 mm Stäben wurden auch wesentliche
Verbesserungen der Schlagzähigkeit festgestellt.
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Aus den Daten ist klar ersichtlich, daß alle drei verwendeten Elastomeren
eine gute Wirkung hatten. Um beste Ergebnisse bei tiefen Temperaturen zu erhalten,
werden Elastomere mit niedrigen Einfriertemperaturen bevorzugt.
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Dies zeigen die Daten der Muster 4 und 5. Das im Muster 5 eingesetzte
Elastomerehatte eine Einfriertemperatur von etwa -60 bis -70°C*)Das Elastomere mit
dem niedrigeren Einfrierpunkt gab Gemische mit besseren Schlagzähigkeiten bei -200C
und -400C.
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Die folgende Tabelle II gibt die Kerbschlagzähigkeitswerte von ungetemperten
und getemperten Polycarbonatharzen bei Verwendung von Poly-(methylmethacrylat) (PMMA)
und Poly-(Neodol 25L-methacrylat) wieder. Die Werte zeigen, daß der Einfrierpunkt
des eingesetzten Polymerisats sehr wesentlich ist. So kann man feststellen, daß
PMPZ, das einen Einfti.erpunkt von 1050C hat, für die Zwecke der Erfindung ungeeignet
ist.
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Praktisch gleiche Ergebnisse, wie vorstehend gezeigt, werden auch
erhalten, wenn man anstelle der Polyacrylat- oder Polymethacrylat-Elastomere Poly-(butadien-acrylnitril-)
Gummi einsetzt. Gleiche Ergebnisse bringt die Verwendung von Gemischen der oben
aufgeführten-Elastomeren (rubbers).
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*) das in Muster 4 eingesetzte von etwa 2400.
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TABELLE II Kerbschlagzähigkeit nach Izod -(cm kg/cm Kerbe) bestimmt
an 3,175 mm-Prüfmuster Muster Zusammensetzung 22,8°C -40°C Einfrier-(in %) punkt
90 Polycarbonat-10 Butyl-Acrylat -65°C ungetempert 78,3 62,6 getempert (6 h bei
120 C) 77,2 (71,8)a33,7 90 Polycarbonat 10 Poly(methyl-meth- +105°C acrylat) ungetempert
62,0 3,8 geterapert (6 h bei 1200C) 4,4 3,3 90 Polycarbonat 10 Poly(Neodol-25L-Methacrylat)1
-75°C ungetempert 74,0 21,8 getempert (6 h bei 1200C) 79,2 15,8 a) Wert, -der nach
25 Std. Tempern bei 120°C erhalten wurde 1) Neodol-25L methacrylat - Neodol 25L
ist ein im Handel erhältlicher Lauryl-Alkohol: das Methacrylat wurde mit ihm hergestellt.
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Polycarbonatharze haben den Nachteil, daß sich ihre Schlagzähigkeit
drastisch verschlechtert, wenn das Material unter seinem Einfrierpunkt (140°C) getempert
wird. Es ist gezeigt worden, daß nur 3 Stunden bei 120°C dazu führen können, daß
ihre Schlagzähigkeit von 87,04 auf 10,88 cm kg/cm sinkt. Die oben gebrachten Werte
zeigen, daß die Poly-(butylacrylat)-Polycarbonat-Gemische dieses Verhalten nicht
haben, sondern ihre hohe Schlagzähigkeit sogar nach 25 Stunden Tempern bei 12000
beibehalten. Diese Hitzebeständigkeit macht die erfindungsgemäße Zusammensetzung
unter anderem für Kraftfahrzeugteile und Apparategehäuse geeignet.