EP3286000A1 - Styrol-polymer basierte organobleche für weisse ware - Google Patents

Styrol-polymer basierte organobleche für weisse ware

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EP3286000A1
EP3286000A1 EP16721376.8A EP16721376A EP3286000A1 EP 3286000 A1 EP3286000 A1 EP 3286000A1 EP 16721376 A EP16721376 A EP 16721376A EP 3286000 A1 EP3286000 A1 EP 3286000A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fiber composite
composite material
thermoplastic
thermoplastic molding
acrylonitrile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16721376.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Deitmerg
Norbert Niessner
Eike Jahnke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ineos Styrolution Group GmbH
Original Assignee
Ineos Styrolution Group GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ineos Styrolution Group GmbH filed Critical Ineos Styrolution Group GmbH
Publication of EP3286000A1 publication Critical patent/EP3286000A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08J2435/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical, and containing at least one other carboxyl radical in the molecule, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L55/00—Compositions of homopolymers or copolymers, obtained by polymerisation reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in groups C08L23/00 - C08L53/00

Definitions

  • the present invention relates to the use of a fiber composite material (also called organic sheet) in the field of white goods, the fiber composite material comprising a thermoplastic molding compound A and a reinforcing fiber B, wherein the layers of the Reinforcing fiber B are embedded in the matrix of the thermoplastic molding composition A, and wherein the thermoplastic molding compound A at least one chemically reactive functionality.
  • a fiber composite material also called organic sheet
  • Fiber composite materials or organic sheets usually consist of a multiplicity of reinforcing fibers which are embedded in a polymer matrix.
  • the fields of application of fiber composite materials are manifold.
  • fiber composite materials are used in the vehicle and aviation sectors.
  • fiber composite materials should prevent the tearing or other fragmentation of the matrix in order to reduce the risk of accidents caused by distributed component networks.
  • Many fiber composite materials are able to absorb relatively high forces under load before it comes to a total failure.
  • fiber composite materials are distinguished by high strength and rigidity, combined with low density and other advantageous properties, such as, for example, good aging and corrosion resistance, compared with conventional, non-reinforced materials.
  • the strength and rigidity of the fiber composite materials can be adapted to the loading direction and load type.
  • the fibers are primarily responsible for the strength and rigidity of the fiber composite material.
  • their arrangement determines the mechanical properties of the respective fiber composite material.
  • the matrix usually serves primarily to introduce the forces to be absorbed into the individual fibers and to maintain the spatial arrangement of the fibers in the desired orientation. Since both the fibers and the matrix materials are variable, numerous combinations of fibers and matrix materials come into consideration.
  • fiber-matrix adhesion In order to optimize the fiber-matrix adhesion and to compensate for a "low chemical similarity" between the fiber surfaces and the surrounding polymer matrix, reinforcing fibers are regularly pretreated by adding adhesion promoters to the so-called sizing agent on a regular basis ) is applied to the fiber at regular intervals during production in order to improve the further processability of the fibers (such as weaving, laying, sewing). If the sizing is undesirable for subsequent further processing, it must first be removed in an additional process step, such as by burning down In some cases, glass fibers are also processed without sizing.
  • a further adhesion promoter is applied in an additional process step for the production of the fiber composite material.
  • Sizing and / or adhesion promoters form on the surface of the fibers a layer which can substantially determine the interaction of the fibers with the environment.
  • a large number of different bonding agents are available.
  • the matrix to be used and the fibers to be used the person skilled in the art can select a suitable adhesion promoter which is compatible with the matrix and with the fibers.
  • a technical challenge is that the fiber composite material can suffer a brittle fracture when the total failure occurs. Consequently, for example, in the construction of elements that are exposed to high mechanical stress, a significant risk of accident of torn components arise.
  • WO 2008/058971 describes molding compositions which use two groups of reinforcing fibers.
  • the groups of reinforcing fibers are each provided with different adhesion promoter components which effect the different fiber matrix adhesions.
  • the second fiber-matrix adhesion is less than the first fiber-matrix adhesion, and the near-surface layers of reinforcing fibers of reinforcing fibers of the first group are formed with greater fiber matrix adhesion.
  • the matrix materials proposed are thermosetting plastics such as polyester and the thermoplastics polyamide and polypropylene.
  • WO 2008/1 19678 describes a glass fiber-reinforced styrene-acrylonitrile copolymer (SAN) which is improved in its mechanical properties by using maleic anhydride group-containing styrene copolymer and chopped glass fibers. It is therefore taught the use of short fibers. However, there is no indication of fiber composite materials.
  • SAN glass fiber-reinforced styrene-acrylonitrile copolymer
  • CN 102924857 describes mixtures of styrene-maleic anhydride copolymers which are mixed with chopped glass and then show relatively high strengths. However, the stress cracking resistance of such a material to solvents is too low. The strength compared to fiber optic connections is clearly too low.
  • CN 101555341 describes mixtures of acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), glass fibers, maleic anhydride-containing polymers and epoxy resins.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • maleic anhydride-containing polymers acrylonitrile-butadiene-styrene
  • epoxy resins epoxy resins.
  • ABS and the maleic anhydride-containing polymer are initially charged to add the epoxy resin and then the glass fibers.
  • the fluidity of such a mixture containing a (thermoset) epoxy resin is very limited.
  • KR 100376049 teaches mixtures of SAN, maleic anhydride and N-phenyl maleimide-containing copolymer, chopped glass fibers and an aminosilane-based coupling agent.
  • the use of such a coupling agent leads to additional processing steps and thus increases the production costs.
  • PC polycarbonate
  • suitable additives such as hyperbranched polyesters, ethylene / (meth) acrylate copolymers or low molecular weight polyalkylene glycol esters.
  • EP-A 2 251 377 describes organo-sheets which have been treated with an aminosilane size. It is not taught to use organo sheets for the production of white goods.
  • Glass fibers are often treated in the prior art with a sizing, which protect each other especially the fibers. Mutual damage due to abrasion should be prevented. When mutual mechanical action should not come to the transverse fragmentation (fracture).
  • the cutting process of the fiber can be facilitated in order to obtain, above all, an identical staple length.
  • an agglomeration of the fibers are avoided.
  • the dispersibility of short fibers in water can be improved.
  • a sizing may help to produce improved cohesion between the glass fibers and the polymer matrix in which the glass fibers act as reinforcing fibers.
  • This principle is mainly used in glass fiber reinforced plastics (GRP). So far, the glass fiber sizes generally contain a large number of constituents, such as film formers, lubricants, wetting agents and adhesion promoters.
  • a film former protects the glass filaments from mutual friction and, in addition, can enhance an affinity for synthetic resins, thus promoting the strength and cohesion of a composite material.
  • Starch derivatives, polymers and copolymers of vinyl acetate and acrylic esters, epoxy resin emulsions, polyurethane resins and polyamides in a proportion of 0.5 to 12 wt .-%, based on the total size, are mentioned.
  • a lubricant gives the glass fibers and their products suppleness and reduces the mutual friction of the glass fibers, as well as in the production. Often, however, the adhesion between glass and resin is compromised by the use of lubricants. Fats, oils and polyalkyleneamines in an amount of 0.01 to 1 wt .-%, based on the total size, are mentioned.
  • a wetting agent causes a lowering of the surface tension and an improved wetting of the filaments with the size.
  • aqueous sizes for example, polyfatty acid amides in an amount of 0.1 to 1, 5 wt .-%, based on the total size to name.
  • organo-functional silanes such as aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltrimethoxysilane and the like can be mentioned.
  • Silanes which are added to an aqueous sizing are usually hydrolyzed to silanols. These silanols can then react with reactive (glass) fiber surfaces and thus form an adhesive layer (with a thickness of about 3 nm).
  • low molecular weight functional agents can react with silanol groups on the glass surface, with these low molecular weight agents subsequently reacting further (for example, in epoxy resins), thereby providing chemical bonding of the glass fiber to the polymer matrix.
  • such a preparation is time-consuming and lasts until complete curing of the polymers (for example the abovementioned epoxy resins) approximately between 30 minutes to more than one hour. It therefore appears desirable to bring already polymerized melts in conjunction with glass fibers or other reinforcing fibers in an improved process.
  • a functionalization by reaction with polymers is also known.
  • PC polycarbonate
  • a technical object of the invention is to produce a fiber composite material (organogelc) which has suitable properties for the "white goods" sector.
  • the fiber composite material should be based on an easily processed, against conventional solvent largely inert, good stress crack resistant, solid composite material and have a smooth surface. Ideally, the fiber composite material comes without adhesion promoter.
  • a fiber composite material comprising at least one thermoplastic molding composition A as matrix, at least one reinforcing fiber B, and optionally at least one additive C, wherein the layers of reinforcing fiber B are embedded in the matrix, and wherein the thermoplastic molding composition A has at least one chemically reactive functionality, which reacts during the manufacturing process of the fiber composite material with chemical groups of the surface of component B, especially in the field of white goods, such as household appliances, is well suited.
  • the resulting fiber composite Material has good strength and is resistant to tearing and solvents and thus suitable for use in white goods.
  • thermoplastic fiber composite material comprising (or consisting of): a) at least one thermoplastic molding compound A as matrix,
  • thermoplastic molding compound A has at least one chemically reactive functionality which reacts with chemical groups of the surface of component B during the manufacturing process of the fiber composite material to produce white Goods, such as Household appliances.
  • the present invention also relates to a process for the production of white goods, e.g. Household appliances, comprising the following steps:
  • thermoplastic molding compound A as matrix
  • thermoplastic molding compound A has at least one chemically reactive functionality which reacts with chemical groups of the surface of component B during the manufacturing process of the fiber composite material;
  • the polymer matrix may be an amorphous plastic matrix in which the reinforcing fibers B are embedded as reinforcement and coupled to the matrix via fiber-matrix adhesion.
  • the fiber composite material has at least the components A and B.
  • the fibers B (reinforcing fibers) are embedded in a thermoplastic molding compound A.
  • a polymer may also be a copolymer (including a terpolymer, etc.). Accordingly, a polymer matrix can also be a copolymer matrix.
  • the invention particularly relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, containing (or consisting of): a) 30 to 95% by weight of the thermoplastic molding composition A,
  • thermoplastic molding composition A comprises at least one (co) polymer having at least one chemically reactive functionality which reacts with chemical groups on the surface of the reinforcing fiber component B during the manufacturing process of the fiber composite material
  • a (co) polymer comprises at least one functional monomer A-1 whose functionality reacts with chemical groups on the surface of the reinforcing fiber component B during the production process of the fiber composite material.
  • the (co) polymer comprising monomer A-1 is also referred to herein as polymer component (A-a).
  • the thermoplastic molding composition A may contain one or more (co) polymers which are optionally also free of such a chemically reactive functionality (therefore contain no functional monomer Al) and thus not with chemical groups on the surface during the manufacturing process of the fiber composite material the reinforcing fiber component B react.
  • a (co) polymer is also referred to herein as a polymer component (Ab).
  • the invention particularly relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, wherein the thermoplastic molding material A is amorphous.
  • the thermoplastic molding compound A is preferably selected from the group consisting of:
  • Polystyrene (clear or impact resistant), styrene-acrylonitrile copolymers, ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers, toughened-modified styrene-acrylonitrile copolymers, in particular acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile-styrene-acrylic ester copolymers (ASA), and blends of said copolymers, in particular with polycarbonate or polyamide.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • ASA acrylonitrile-styrene-acrylic ester copolymers
  • At least one of the (co) polymer components of the thermoplastic molding material A is a (co) polymer which has at least one chemically reactive functionality as described herein (polymer component (A-a)).
  • polymer component (A-a) each of the copolymer components mentioned in the preceding paragraph can accordingly also have, in addition to the explicitly mentioned monomers, a reactive functionality which can react with the surface of the fibers B during the production of the fiber composite material.
  • any of the above-mentioned (co) polymers may also be a polymer component (A-a).
  • polystyrene (AI) copolymer styrene-acrylonitrile (Al) copolymer, ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile (Al) copolymer, impact-modified acrylonitrile-styrene (Al) copolymer, in particular acrylonitrile-butadiene-styrene (Al) copolymer (ABS (AI)) and acrylonitrile-styrene-acrylic ester (AI) copolymer (ASA (AI)).
  • blends of said copolymers with polycarbonate or polyamide are possible.
  • polymer component (A-a) may also additionally comprise a second monomer (or even a third monomer) which mediates the chemically reactive functionality.
  • polystyrene Maleic anhydride copolymer polystyrene Maleic anhydride copolymer
  • styrene-acrylonitrile-maleic anhydride copolymer o methylstyrene-acrylonitrile-maleic anhydride copolymer
  • impact-modified acrylonitrile-styrene-maleic anhydride copolymer in particular acrylonitrile-butadiene-styrene-maleic anhydride copolymer (ABS-MA) and acrylonitrile Styrene-acrylic ester-maleic anhydride copolymer (ASA-MA).
  • ABS-MA acrylonitrile-butadiene-styrene-maleic anhydride copolymer
  • ASA-MA acrylonitrile Styrene-acrylic ester-maleic anhydride copolymer
  • blends of said copolymers with polycarbonate or polyamide are possible. It will be understood that
  • any other (co) polymers without such functionality may be used in addition to the one or more polymer component (s) (A-a).
  • the abovementioned (co) polymers therefore polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymers, ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers, impact-modified acrylonitrile-styrene copolymers, in particular acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile Styrene-acrylic ester copolymers (ASA), as well as blends of said copolymers with polycarbonate or polyamide), but then without the functionality (therefore without reactive monomer Al) are used.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • ASA acrylonitrile Styrene-acrylic ester copolymers
  • the polymer component (A-a) of the thermoplastic molding composition A is based on a SAN copolymer.
  • the SAN copolymer then additionally comprises a monomer A-1 which reacts with the surface of the fibers B during the manufacturing process.
  • thermoplastic molding composition A comprises (or consists of):
  • At least one polymer component (Aa) which has at least one chemically reactive functionality which reacts with chemical groups on the surface of the reinforcing fiber component B during the production process of the fiber composite material and is selected from the group consisting of: styrene-acrylonitrile Copolymers, ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers, toughened acrylonitrile-styrene copolymers, in particular acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile-styrene-acrylic ester copolymers (ASA), each containing at least one functional group, and blends said copolymers with polycarbonate or polyamide; and optional at least one polymer component (Ab), having no such functionality, selected from the group consisting of: polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymers, ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers, impact-modified
  • thermoplastic molding composition A comprises (or consists of):
  • At least one polymer component (Aa) which has at least one chemically reactive functionality which reacts with chemical groups on the surface of the reinforcing fiber component B during the production process of the fiber composite material and is selected from the group consisting of: styrene-acrylonitrile Copolymers, ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers, toughened acrylonitrile-styrene copolymers, in particular acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile-styrene-acrylic ester copolymers (ASA), each containing at least one functional group, and blends said copolymers with polycarbonate or polyamide; and optional
  • At least one polymer component (Ab) having no such functionality selected from the group consisting of: polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymers, ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers, impact-modified acrylonitrile-styrene copolymers, in particular acrylonitrile-butadiene Styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile-styrene-acrylic ester copolymers (ASA), as well as blends of said copolymers with polycarbonate or polyamide.
  • ABS acrylonitrile-butadiene Styrene copolymers
  • ASA acrylonitrile-styrene-acrylic ester copolymers
  • At least one of the (co) polymer components of the thermoplastic molding compound A is a (co) polymer which has at least one chemically reactive functionality which, during the production process of the fiber composite material, has chemical groups on the surface of the polymer Reinforcing fiber component B reacts (polymer component (Aa)).
  • one or more other (co) polymers without such functionality can be used.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, wherein the chemically reactive functionality of the thermoplastic molding composition A is based on components (Al) from the group: maleic anhydride, N-phenylmaleimide, tert-butyl ( meth) acrylate and glycidyl (meth) acrylate function, preferably selected from Group consisting of: maleic anhydride, N-phenylmaleimide and glycidyl (meth) acrylate function.
  • components (Al) from the group: maleic anhydride, N-phenylmaleimide, tert-butyl ( meth) acrylate and glycidyl (meth) acrylate function, preferably selected from Group consisting of: maleic anhydride, N-phenylmaleimide and glycidyl (meth) acrylate function.
  • the invention relates to the use of a fiber composite material as described above, wherein the thermoplastic molding composition A at least 0.1 wt .-%, often 0.15 to 0.5 wt .-%, monomers Al, based on the weight of component A, which have a chemically reactive functionality contains.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, wherein the reinforcing fibers B consist of glass fibers which preferably contain as chemical-reactive functionality silane groups on the surface.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, wherein the surface of the reinforcing fibers B contains one or more of the functions: hydroxyl, ester and amino groups.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, wherein the reinforcing fibers B consist of glass fibers, which preferably contain as a chemically reactive functionality silanol groups on the surface.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, wherein the reinforcing fibers B in the form of a mat, a fabric, a mat, a nonwoven fabric or a knitted fabric are used.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, wherein the fiber composite material has a thickness of ⁇ 10 mm, preferably of ⁇ 2 mm, most preferably of ⁇ 1 mm.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, wherein the fiber composite material has a ribbing or a sandwich construction.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, wherein the fiber composite material is layered and contains more than two, often more than three layers.
  • the other layers may be the same or different in construction from those described above.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, for the production of large or small appliances, in particular for the household.
  • the invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material as described above, for the production of coverings and side coverings. In one embodiment, the invention relates to large or small devices comprising thermoplastic fiber composite materials, consisting of the components A to C as described above.
  • the fiber composite material contains at least 20 wt .-%, usually at least 30 wt .-%, based on the total weight of the fiber composite material, the thermoplastic molding material A.
  • the thermoplastic matrix (M), which forms the molding material A, is in the fiber composite material preferably from 30 to 95 wt .-%, particularly preferably from 35 to 90 wt .-%, often from 35 to 75 wt .-% and in particular from 38 to 70 wt .-%, based on the fiber composite -Material, available.
  • the thermoplastic matrix M corresponds to the thermoplastic molding material A.
  • the thermoplastic molding material A consists mainly (more than 50%, preferably more than 90%) of styrene polymers such as polystyrene (clear "PS" or impact resistant “FIPS") or copolymer A. -1.
  • the thermoplastic molding composition A is at least 75 wt .-%, preferably at least 90 wt .-% of the copolymer A-1.
  • the thermoplastic molding compound A can also consist only of copolymer A-1.
  • thermoplastic molding material A for a fiber composite material according to the invention come as thermoplastic molding material A
  • any thermoplastics in question in particular however, PS or styrene copolymers, in particular HIPS, SAN, ABS and ASA, are used.
  • At least one of the (co) polymer components of the thermoplastic molding composition A is a (co) polymer having at least one chemically reactive functionality as described herein (polymer component (Aa)) , Accordingly, it is preferred that at least one of the abovementioned polymer components (therefore at least one (optionally modified) (HIPS) polystyrene and / or at least one copolymer A-1 (styrene copolymer, SAN, ABS and ASA)) at least one Monomer Al includes.
  • HIPS (optionally modified)
  • the polystyrene in the case of using maleic anhydride (MA) as the monomer Al, can therefore be a (HIPS) polystyrene-maleic anhydride copolymer (S-MA), the copolymer A-1 exemplified by styrene-acrylonitrile-maleic anhydride copolymer (SAN -MA), acrylonitrile-butadiene-styrene-maleic anhydride copolymer (ABS-MA), acrylate-styrene-acrylonitrile-maleic anhydride copolymer (ASA-MA).
  • HIPS polystyrene-maleic anhydride copolymer
  • SAN -MA styrene-acrylonitrile-maleic anhydride copolymer
  • ABS-MA acrylonitrile-butadiene-styrene-maleic anhydride copolymer
  • ASA-MA acrylate-styrene-acrylon
  • one or more further (co) polymers without such functionality can be used. It will be understood that this may optionally also be (HIPS) polystyrene, SAN, ABS and / or ASA (each comprising no monomer A-1).
  • thermoplastic molding composition A is a (co) polymer having at least one chemically reactive functionality as described herein (polymer component (A-a)).
  • polymer component (A-a) a polymer having at least one chemically reactive functionality as described herein
  • one or more optional (co) polymers without such functionality can be used.
  • thermoplastic molding compound A (component A) is preferably an amorphous molding compound, wherein amorphous state of the thermoplastic molding compound (thermoplastic) means that the macromolecules without regular arrangement and orientation, i. without constant distance, are arranged completely statistically.
  • the entire thermoplastic molding composition A has amorphous, thermoplastic properties, is therefore meltable and (largely) non-crystalline.
  • the shrinkage of the thermoplastic molding compound A, and therefore also of the entire fiber composite material comparatively low. It can be obtained particularly smooth surfaces in the moldings.
  • component A contains a partially crystalline fraction of less than 60% by weight, preferably less than 50% by weight, particularly preferably less than 40% by weight, based on the total weight of component A.
  • Partially crystalline thermoplastics form both chemically regular, as well as geometric areas, d. H. There are areas where crystallites form. Crystallites are parallel bundles of molecular segments or folds of molecular chains. Individual chain molecules can partially pass through the crystalline or the amorphous region. Sometimes they can even belong to several crystallites at the same time.
  • the thermoplastic molding compound A may be a blend of amorphous thermoplastic polymers and semi-crystalline polymers.
  • the thermoplastic molding compound A can be, for example, a blend of a styrene copolymer with one or more polycarbonate (s) and / or one or more semicrystalline polymers (such as polyamide), the proportion of partially crystalline mixed components in the entire component A being less than 50% by weight .-%, preferably less than 40 wt .-% should be.
  • the thermoplastic molding composition A used comprises polystyrene or at least one copolymer A-1 comprising monomers Al which form covalent bonds with the functional groups Bl of the embedded reinforcing fibers B.
  • the proportion of monomers Al in the thermoplastic molding composition A can be chosen variable. The higher the proportion of monomers A1 and the functional groups (B1), the stronger the bond between the thermoplastic molding compound A and the reinforcing fibers B can be.
  • Monomers Al may still be present as monomers in copolymer A-1 or may be incorporated into copolymer A-1. Preferably, the monomers Al are incorporated in the copolymer A-1.
  • the copolymer A-1 is constructed with a proportion of monomers A1 of at least 0.1 wt .-%, preferably of at least 0.5 wt .-%, in particular of at least 1 wt .-%, z. B.
  • the monomers Al which can form covalent bonds with the functional groups Bl of the fibers B, all monomers are suitable which have such properties.
  • monomers A1 preference is given to those which can form covalent bonds by reaction with hydroxyl or amino groups.
  • the monomers Al have:
  • the copolymer A-1 or another (co) polymer contained in the thermoplastic molding composition A may contain one or more further monomers capable of forming covalent or non-covalent bonds with the fibers B.
  • the monomers A-1 are selected from the group consisting of: maleic anhydride (MA),
  • the monomers A-1 are selected from the group consisting of maleic anhydride (MA), N-phenylmaleimide (PM) and glycidyl (meth) acrylate (GM).
  • two of these monomers A-1 may be contained in the copolymer A-1.
  • the copolymer A-1 of the molding compound A may optionally include further functional monomers A-II.
  • the matrix component M comprises at least one thermoplastic molding compound A, in particular one suitable for the production of fiber composite materials.
  • amorphous thermoplastics are used for the molding compound A.
  • styrene copolymers are used, such as styrene-acrylonitrile copolymers (SAN) or ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers (AMSAN), impact-modified styrene-acrylonitrile copolymers, such as acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS), styrene Methyl methacrylate copolymers (SMMA), methacrylate-acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (MABS) or acrylic ester-styrene-acrylonitrile copolymers (ASA).
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • SMMA styrene Meth
  • thermoplastic molding composition A at least one of the polymer components in the thermoplastic molding composition A is modified with monomer A-1 (polymer component (A-a)), preferably one or more of the abovementioned styrene copolymers is modified with monomer A-1.
  • Any other polymer components for example styrene copolymers, preferably those as mentioned above may optionally be additionally present in the thermoplastic molding composition A, which are not optionally modified with monomer A-1 (polymer component (A-b)).
  • Blends of the abovementioned copolymers (one or more polymer components (Aa) and optionally (Ab)) with polycarbonate or partially crystalline polymers such as polyamide are also suitable, provided that the proportion of partially crystalline mixed components in component A is less than 50% by weight .%.
  • SAN (M-1) copolymers (with modification by monomers A-1) as component of the thermoplastic molding composition A (optionally also as sole polymeric constituent).
  • Blends of the abovementioned copolymers with polycarbonate or partially crystalline polymers such as polyamide are also suitable, provided that the proportion of partially crystalline mixed components in component A is less than 50% by weight.
  • ABS copolymers as thermoplastic molding material A.
  • thermoplastic molding material A is prepared from, based on the (a-methyl) styrene-acrylonitrile copolymer, 60 to 85 wt %, preferably 65 to 80% by weight of ( ⁇ -methyl) styrene, 14.9 to 37% by weight, preferably 19.9 to 32% by weight of acrylonitrile and 0.1 to 5% by weight , preferably 0.1 to 3 wt .-% maleic anhydride. Mixtures of styrene-acrylonitrile copolymer with a-methyl-styrene-acrylonitrile copolymer may also be mentioned.
  • thermoplastic molding compound A is prepared from, based on the (a-methyl) styrene-methyl methacrylate copolymer, at least 50 wt. -%, preferably 55 to 95 wt .-%, particularly preferably 60 to 85 wt .-% (a-methyl) styrene and 5 to 45 wt .-%, preferably 15 to 40 wt .-% of methyl methacrylate.
  • the (a-methyl) styrene-methyl methacrylate copolymer may be random or a block polymer.
  • Component A can also be prepared from based on Component A, at least 50 wt .-%, preferably 55 to 95 wt .-%, particularly preferably 60 to 85 wt .-% vinyl aromatic monomer and 5 to 45 wt .-%, preferably 15 to 40 wt .-% of methyl methacrylate.
  • a modified copolymer used according to the invention (as polymer component (Aa)) of the thermoplastic molding composition A can be prepared from, based on the copolymer, 0.1 to 30% by weight maleic anhydride as component Al and 70-99.9% styrene, preferably 0 , 2 to 20% by weight of maleic anhydride as component Al and 80-99.8% of styrene, more preferably 0.3 to 10% by weight of maleic anhydride as component Al and 90-99.7% of styrene.
  • thermoplastic molding material A An inventive acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer as thermoplastic molding material A is prepared by known methods from styrene, acrylonitrile, butadiene and a functional further monomer A-l, such as. For example, methyl methacrylate.
  • the modified ABS copolymer may, for. For example, up to 70% by weight (about 35 to 70% by weight) of butadiene, up to 99.9% by weight (about 20 to 50% by weight) of styrene and up to 38% by weight. % (about 9 to 38 wt%) of acrylonitrile and 0.1 to 20 wt%, preferably 0.1 to 10, more preferably 0.1 to 5, especially 0.1 to 3 wt% of a monomer A- I, such as maleic anhydride.
  • a monomer A- I such as maleic anhydride.
  • Component A can also be prepared from 3 up to 70% by weight (about 35 to 70% by weight) of at least one conjugated diene, up to 99.9% by weight (about 20 to 50% by weight) of at least one vinylaromatic monomer and up to 38% by weight (about 9 to 38% by weight) of acrylonitrile and 0.1 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10, more preferably 0.1 to 5, especially 0.1 to 3% by weight, of a monomer Al, such as maleic anhydride.
  • a monomer Al such as maleic anhydride.
  • the modified ABS copolymer may contain: up to 70% by weight (about 35 to 70% by weight) of butadiene, 20 to 99.9% by weight (about 20 to 50% by weight) Styrene and up to 38 wt .-% (about 9.9 to 38 wt .-%) acrylonitrile and 0.1 to 5 wt .-%, preferably 0.1 to 3 wt .-% of a monomer Al, such as maleic anhydride.
  • a monomer Al such as maleic anhydride.
  • Component A can also be prepared from 35 to 70% by weight of at least one conjugated diene, 20 to 50% by weight of at least one vinylaromatic monomer and 9 to 38% by weight of acrylonitrile and 0.1 to 5% by weight, preferably 0.1 to 3% by weight of a monomer Al, such as maleic anhydride.
  • a monomer Al such as maleic anhydride.
  • the inventive component A is a styrene / butadiene copolymer such as impact polystyrene, a styrene-butadiene block copolymer such as Styrolux, styroflex, K-resin, clears, asaprene, a polycarbonate, an amorphous polyester or an amorphous Polyamide.
  • a styrene / butadiene copolymer such as impact polystyrene, a styrene-butadiene block copolymer such as Styrolux, styroflex, K-resin, clears, asaprene, a polycarbonate, an amorphous polyester or an amorphous Polyamide.
  • polymer component (Aa) a (co) polymer which has at least one chemically reactive functionality as described herein
  • This may also be a polymer component as described above, which contains at least one functional monomer Al
  • the matrix M can consist of at least two mutually different thermoplastic molding compositions A.
  • these various molding compound types may have a different melt flow index (MFI), and / or other co-monomers or additives.
  • the term molecular weight (Mw) in the broadest sense can be understood as the mass of a molecule or a region of a molecule (eg a polymer strand, a block polymer or a small molecule) which is in g / mol (Da) and kg / mol (kDa) can be specified.
  • the molecular weight (Mw) is the weight average which can be determined by the methods known in the art.
  • thermoplastic molding compositions A preferably have a molecular weight Mw of from 60,000 to 400,000 g / mol, particularly preferably from 80,000 to 350,000 g / mol, where Mw can be determined by light scattering in tetrahydrofuran (GPC with UV detector).
  • Mw can be determined by light scattering in tetrahydrofuran (GPC with UV detector).
  • the molecular weight Mw of the thermoplastic molding compositions A can vary within a range of +/- 20%.
  • the thermoplastic molding composition A contains a modified by a chemically reactive functionality styrene copolymer, which, except for the addition of the monomers Al, essentially composed of the same monomers as the "normal styrene copolymer", wherein the monomer content +/- 5 %, the molecular weight +/- 20% and the melt flow index (determined at a temperature of 220 ° C. and a loading of 10 kg according to ISO Method 1 133) +/- 20% ISO 1 133-1: 2012-03.
  • a chemically reactive functionality styrene copolymer which, except for the addition of the monomers Al, essentially composed of the same monomers as the "normal styrene copolymer", wherein the monomer content +/- 5 %, the molecular weight +/- 20% and the melt flow index (determined at a temperature of 220 ° C. and a loading of 10 kg according to ISO Method 1 133) +/- 20% ISO 1 133-1: 2012-03.
  • the melt volume rate (MVR) of the thermoplastic polymer composition used as polymer matrix is A reduction from 10 to 70 cm 3/10 min, preferably 12 to 70 cm 3/10 min, particularly 15 to 55 cm 3/10 min at 220 ° C / 10kg (measured according to IS01 133).
  • the melt flow rate is (Melt Volume rate, MVR) of the thermoplastic polymer composition used as the polymer matrix A 10 to 35 cm 3/10 min, preferably 12 to 30 cm 3/10 min, particularly 15 to 25 cm 3/10 min at 220 ° C / 10kg (measured according to IS01 133).
  • melt flow rate (melt volume rate MVR) of the thermoplastic polymer composition used as the polymer matrix A 35 to 70 cm 3/10 min, preferably 40 to 60 cm 3/10 min, in particular 45 to 55 cm 3/10 min at 220 ° C / 10kg (measured according to IS01 133).
  • the viscosity number is 55 to 75 ml / g, preferably 60 to 70 ml / g, in particular 61 to 67 ml / g.
  • the viscosity number is 60 to 90 ml / g, preferably 65 to 85 ml / g, in particular 75 to 85 ml / g.
  • component A Suitable preparation methods for component A are emulsion, solution, bulk or suspension polymerization, preference being given to solution polymerization (see GB 1472195).
  • component A is isolated after the preparation by processes known to those skilled in the art, and preferably processed into granules. Thereafter, the production of the fiber composite materials can take place.
  • Component B is isolated after the preparation by processes known to those skilled in the art, and preferably processed into granules. Thereafter, the production of the fiber composite materials can take place.
  • the fiber composite material contains at least 5 wt .-%, based on the fiber composite material, the reinforcing fiber B (component B).
  • the reinforcing fiber B is in the fiber composite material preferably from 5 to 70 wt .-%, particularly preferably from 10 to 65 wt .-%, often from 25 to 65 wt .-% and in particular from 29.9 to 61, 9 wt .-%, based on the fiber composite material included.
  • the reinforcing fiber B can be any fiber whose surface has functional groups Bl, which can form a covalent bond with the monomers Al of component A.
  • the functional groups Bl on the surface of the reinforcing fiber B are selected from hydroxy, ester and amino groups. Particularly preferred are hydroxy groups.
  • the reinforcing fibers B are glass fibers having hydroxyl groups in the form of silanol groups as chemically reactive functionality B-1 at the surface.
  • the reinforcing fibers B may be embedded in the fiber composite material in any orientation and arrangement.
  • the reinforcing fibers B are preferably present in the fiber composite material not (statistically) uniformly distributed, but in levels with higher and lower levels (therefore as more or less separate layers). Preferably, it is assumed that a laminate-like or laminar structure of the fiber composite material.
  • the reinforcing fibers B may be present, for example, as fabrics, mats, nonwovens, scrims or knitted fabrics.
  • Such laminar laminates formed in this way comprise laminations of sheet-like reinforcing layers (of reinforcing fibers B) and layers of the polymer matrix which wets and holds them together, comprising at least one thermoplastic molding compound A.
  • the fibers B are preferably present as fabrics (fabrics, mats, nonwovens, scrims or knits) and / or as continuous fibers (including fibers which are the product of a single fiber twist).
  • the fibers B are therefore preferably not chopped fibers and the fiber composite material is preferably not a short glass fiber reinforced material, wherein at least 50% of the fibers B preferably have a length of at least 5 mm, more preferably at least 10 mm or more than 100
  • the length of the fibers B also depends on the size of the molded part T made of the fiber composite material.
  • the fibers B are embedded in layers in the fiber composite material, preferably embedded as a fabric or scrim, in particular as a fabric, in the fiber composite material.
  • flat fabrics F differ from short fibers, since the former have coherent, larger structures, which as a rule will be longer than 5 mm. the.
  • the fabrics F are preferably present in such a way that they (largely) pass through the fiber composite material (and also the component T produced therefrom). Passing through substantially means here that the fabrics F pass through more than 50%, preferably at least 70%, in particular at least 90%, of the length of the fiber composite material. The length here is the largest extent in one of the three spatial directions.
  • the fabrics F pass through more than 50%, preferably at least 70%, in particular at least 90%, of the surface of the fiber composite material W.
  • the surface is the area of maximum expansion in two of the three spatial directions.
  • the fiber composite material is preferably a (largely) flat fiber composite material (therefore also the molding T preferably a flat molding T).
  • the reinforcing fibers B are embedded in layers in the fiber composite material.
  • the reinforcing fibers B are present as a flat structure F.
  • the fibers are ideally parallel and stretched.
  • Tissues are created by the interweaving of continuous fibers, such as rovings.
  • the interweaving of fibers inevitably involves an ondulation of the fibers.
  • the ondulation causes in particular a reduction of the fiber-parallel compressive strength.
  • Mats are usually made of short and long fibers, which are loosely connected by a binder. Through the use of short and long fibers, the mechanical properties of components made of mats are inferior to those of fabrics.
  • Nonwovens are structures of limited length fibers, filaments or cut yarns of any kind and of any origin which have been somehow joined together to form a nonwoven and joined together in some manner. Knitted fabrics are thread systems by stitching.
  • the fabric F is preferably a scrim, a fabric, a mat, a nonwoven or a knitted fabric. Particularly preferred as a fabric F is a scrim or a fabric.
  • the fiber composite material used optionally contains 0 to 40 wt .-%, preferably 0 to 30 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 25 wt .-%, based on the buzzer of the components A to C, one or more, to the components A and B of different additives (auxiliaries and additives).
  • Particulate mineral fillers, processing aids, stabilizers, oxidation retarders, agents against heat decomposition and decomposition by ultraviolet light, lubricants and mold release agents, flame retardants, dyes and pigments and plasticizers are to be mentioned.
  • esters as low molecular weight compounds are mentioned. Also, according to the present invention, two or more of these compounds can be used.
  • the compounds are present with a molecular weight of less than 3000 g / mol, often less than 150 g / mol.
  • Particulate mineral fillers may be, for example, amorphous silica, carbonates such as magnesium carbonate, calcium carbonate (chalk), powdered quartz, mica, various silicates such as clays, muscovite, biotite, suzoite, tin malite, talc, chlorite, phlogopite, feldspar, calcium silicates such as wollastonite or kaolin, especially calcined kaolin.
  • carbonates such as magnesium carbonate, calcium carbonate (chalk), powdered quartz, mica, various silicates such as clays, muscovite, biotite, suzoite, tin malite, talc, chlorite, phlogopite, feldspar, calcium silicates such as wollastonite or kaolin, especially calcined kaolin.
  • UV stabilizers include, for example, various substituted resorcinols, salicylates, benzotriazoles and benzophenones, which can generally be used in amounts of up to 2% by weight.
  • oxidation inhibitors and heat stabilizers may be added to the thermoplastic molding compound.
  • lubricants and mold release agents which are usually added in amounts of up to 1 wt .-% of the thermoplastic composition.
  • these include stearic acid, stearyl alcohol, stearic acid alkyl esters and amides, preferably Irganox®, and esters of pentaerythritol with long-chain fatty acids.
  • ethylene oxide-propylene oxide copolymers can also be used as lubricants and mold release agents.
  • natural and synthetic waxes can be used.
  • Flame retardants can be both halogen-containing and halogen-free compounds. Suitable halogen compounds, with brominated compounds being preferred over the chlorinated ones, remain stable in the preparation and processing of the molding composition of this invention so that no corrosive gases are released and efficacy is not thereby compromised. Preference is given to using halogen-free compounds, for example phosphorus compounds, in particular phosphine oxides and derivatives of acids of phosphorus and salts of acids and acid derivatives of phosphorus.
  • Phosphorus compounds particularly preferably contain ester, alkyl, cycloalkyl and / or aryl groups. Likewise suitable are oligomeric phosphorus compounds having a molecular weight of less than 2000 g / mol, as described, for example, in EP-A 0 363 608.
  • pigments and dyes may be included. These are generally in amounts of 0 to 15, preferably 0.1 to 10 and in particular 0.5 to 8 wt .-%, based on the buzzer of components A to C, included.
  • the pigments for coloring thermoplastics are generally known, see, for example, R. Gumbleter and H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, pp. 494 to 510.
  • white pigments such as zinc oxide, Zinc sulfide, lead white (2 PbC03.Pb (OH) 2), lithopone, antimony white and titanium dioxide.
  • the rutile form is used for the whitening of the molding compositions according to the invention.
  • Black color pigments which can be used according to the invention are iron oxide black (Fe304), spinel black (Cu (Cr, Fe) 204), manganese black (mixture of manganese dioxide, silicon oxide and iron oxide), cobalt black and antimony black, and particularly preferably carbon black, which is usually present in Form of Furnace- or gas black is used (see G. Benzing, Pigments for paints, Expert-Verlag (1988), p. 78ff).
  • inorganic color pigments such as chromium oxide green or organic colored pigments such as azo pigments and phthalocyanines can be used according to the invention to adjust certain hues. Such pigments are generally available commercially.
  • organic sheets are processed by injection molding or pressing.
  • a functional integration for example, the molding or pressing of Functional elements, a further cost advantage can be generated because of further assembly steps, such as the welding of functional elements can be dispensed with.
  • the process for producing a fiber composite material comprises the steps:
  • thermoplastic molding composition A as matrix M, containing (or consisting of) polystyrene or at least one copolymer A-1 containing monomers Al (and optionally one or more further (co) polymers (Aa) and / or (Ab ));
  • thermoplastic molding material A Melting the thermoplastic molding material A and bringing it into contact with at least one reinforcing fiber B from step (i);
  • the manufacturing process may include the phases of impregnation, consolidation and solidification (consolidation) common in the manufacture of composites, which process may be influenced by the choice of temperature, pressure and times employed.
  • the fiber composite material contains (or consists of): a) 30 to 95% by weight of at least one thermoplastic molding compound A, b) 5 to 70% by weight of at least one reinforcing fiber B, and
  • Step (ii) of the process melting the thermoplastic molding compound A and contacting this melt with the reinforcing fibers B, may be effected in any suitable manner.
  • the matrix M consisting of at least one thermoplastic molding compound A, can be converted into a flowable material. conditions are transferred and the reinforcing fibers B are wetted to form a boundary layer.
  • Steps (ii) and (iii) can also be performed simultaneously. Then, immediately upon bringing the thermoplastic molding composition A into contact with the reinforcing fibers B, a chemical reaction takes place in which the monomers Al form a covalent bond with the surface of the reinforcing fibers B (usually via a bond to the functional groups B1) , This may be, for example, an esterification (for example, the esterification of maleic anhydride monomers with silanol groups of a glass fiber). Alternatively, the formation of a covalent bond may also be initiated in a separate step (e.g., by temperature elevation, radical starter, and / or photo-initiation). This can be done at any suitable temperature. The steps (ii) and / or (iii) are carried out at a temperature of at least 200 ° C, preferably at least 250 ° C, more preferably at least 300 ° C, especially at 300 ° C-340 ° C.
  • the residence time at temperatures of> 200 ° C. is not more than 10 minutes, preferably not more than 5 minutes, more preferably not more than 2 minutes, in particular not more than 1 min. Often 10 to 60 seconds are sufficient for the thermal treatment.
  • the process in particular the steps (ii) and (iii), can in principle be carried out at any pressure (preferably atmospheric pressure or overpressure), with and without pressing of the components.
  • any pressure preferably atmospheric pressure or overpressure
  • the properties of the fiber composite material can be improved.
  • styrene copolymers provided with at least one chemically reactive functionality (A1), ie amorphous thermoplastic matrices, are used as thermoplastic molding material A.
  • the surface quality can be substantially increased compared to the semicrystalline thermoplastics for such cladding parts, because the lower shrinkage of the amorphous thermoplastics, the surface topology, due to the fiber-rich (intersection point in tissues) and fiber-poor regions significantly is improved.
  • thermoplastic molding compound A and reinforcing fiber B (particularly if it is layered reinforcing fibers B). It is preferred, after impregnation and consolidation, to obtain a (as far as possible) non-porous composite material.
  • first layers of reinforcing fibers B can be prepared with differently prepared reinforcing fibers B, wherein an impregnation of the reinforcing fibers B takes place with the matrix of thermoplastic molding material A. Thereafter, impregnated layers may be present with reinforcing fibers B with different fiber-matrix adhesion, which can be consolidated in a further step to form a composite material as fiber composite material. Before the layers of reinforcing fibers B are laminated with the matrix of thermoplastic molding material A, at least a part of the reinforcing fibers B may be subjected to a pretreatment in the course of which the subsequent fiber-matrix adhesion is influenced.
  • the pretreatment may include, for example, a coating step, an etching step, a heat treatment step or a mechanical surface treatment step.
  • a coating step for example, by heating a part of the reinforcing fibers B, an already applied adhesion promoter can be partially removed.
  • no adhesion promoter in particular no adhesion promoter from the group consisting of aminosilanes and epoxy compounds, is used in the production of the fiber composite material.
  • the reinforcement layers can be completely interconnected during the manufacturing process (laminating).
  • Such fiber composite material mats offer optimum mator strength and stiffness in the fiber direction and can be processed particularly advantageous.
  • the method may also include the production of a molded part T.
  • the method comprises, as a further step (iv), a three-dimensional shaping to form a molding T.
  • thermoplastic molding composition A is still (partially) melted present.
  • a cured fiber composite material can also be cold formed.
  • a (substantially) solid molding T is obtained at the end of the process.
  • the process comprises as a further step (v) the curing of the product obtained from one of the steps (iii) or (iv).
  • This step can also be called solidification.
  • the solidification which generally takes place with removal of heat, can then lead to a ready-to-use molded part T.
  • the molding T may be further finished (e.g., deburred, polished, colored, etc.).
  • the process can be carried out continuously, semicontinuously or discontinuously. According to a preferred embodiment, the process is carried out as a continuous process, in particular as a continuous process for producing smooth or three-dimensionally embossed films. Alternatively, it is also possible to produce shaped parts T semi-discontinuously or discontinuously.
  • the organic sheets have an amorphous thermoplastic matrix M. These can be applied by injection molding with a ribbing, laminated on a foamed thermoplastic core or on a honeycomb core as cover layers (welded).
  • the improvement of the component stiffness by a ribbing is justified by the increase of the area moment of inertia.
  • optimal rib dimensions include production, aesthetic and constructive aspects.
  • the reinforcing fibers B may be layer-wise impregnated and consolidated as layers of reinforcing fibers B in a single processing step with the matrix M containing a thermoplastic molding material A. The production of the fiber composite material can be done in this way in a particularly efficient manner.
  • the weight reduction is applied to all moving components, e.g. Washing drums, an advantage, since the weight reduction of the moving masses energy savings can be achieved (reducing the torque during acceleration).
  • styrene copolymers as amorphous thermoplastics (e.g., SAN) is the sometimes high scratch resistance of these materials. This has the advantage in the application examples described below that the trim parts do not scratch during assembly and later use.
  • thermoplastic molding compositions described here are non-polar surface, which enables direct painting, pasting and printing.
  • Another advantage of the use according to the invention of the organo-sheets for the production of white goods is the high rigidity and strength. Lids for washing machines and dryers must withstand high loads, for example, because the devices are often stacked for space reasons. The upper cover of the lower device must bear the static and dynamic loads of the upper device. The required rigidity and strength is ensured by an organic sheet in a sandwich composite or z. B. achieved by a ribbing.
  • the core material in the sandwich composite can be either a foam core (eg Rohacell from Evonik) or a honeycomb core (eg Honeycomps from EconCore).
  • the core consists of a chemically compatible thermoplastic in order to heat-weld and to facilitate lamination in the production process.
  • a preferred way to achieve sufficient rigidity for, for example, covering, is the injection molding or pressing back of a ribbing in the injection molding or in the pressing process.
  • a suitable thermoplastic molding composition in particular one of the abovementioned styrene copolymers, should be used become.
  • SAN, ABS or ASA-based thermoplastic molding composition is used.
  • styrene copolymer when used as the polymer component (Aa), may be about a M-containing styrene copolymer (exemplified by a maleic anhydride-containing styrene copolymer).
  • the present invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material, wherein component A (or a component thereof) is produced from
  • a monomer A-l which has a chemically reactive functionality, in particular maleic anhydride, and wherein the reinforcing fibers B in the form of a gel, a fabric, a mat, a nonwoven or a knitted fabric are used and
  • the fiber composite material has a ribbing or a sandwich construction
  • the fiber composite material is optionally layered and contains more than two layers and
  • the fiber composite material optionally has a thickness of ⁇ 10 mm.
  • the present invention relates to the use of a thermoplastic fiber composite material of a thickness of ⁇ 10 mm, containing: a) 30 to 95 wt .-% of a thermoplastic, amorphous molding material A, wherein component A is prepared from 35 bis 70 wt .-% of at least one conjugated diene, 20 to 50 wt .-% of at least one vinyl aromatic monomer and 9 to 38 wt .-% of acrylonitrile and 0.1 to 5 wt .-% of a monomer Al, which has a chemically reactive functionality , in particular maleic anhydride, and wherein b) from 5 to 70% by weight of a reinforcing fiber B, the surface of the reinforcing fibers B having one or more of the functions of hydroxyl-containing fibers B being in the form of a fabric, a woven fabric, a mat, a fleece or a knitted fabric. , Ester or amino
  • the fiber composite material preferably has a ribbing or sandwich construction and / or is layered and contains more than two layers. Even more preferably, the fiber composite material has one or more other features as described above.
  • the present invention also encompasses white goods, e.g. a domestic appliance containing (at least one component containing) a) at least one thermoplastic molding compound A as a matrix
  • thermoplastic molding compound A has at least one chemically reactive functionality which reacts with chemical groups of the surface of component B during the manufacturing process of the fiber composite material
  • the whiteness would have further properties as set forth herein.
  • the present invention relates to a household appliance comprising at least one component comprising
  • thermoplastic molding material A as a matrix, prepared from From 35 to 70% by weight of at least one conjugated diene,
  • a monomer A-l which has a chemically reactive functionality, in particular maleic anhydride, and
  • thermoplastic molding compound A has at least one chemically reactive functionality which reacts with chemical groups of the surface of component B during the manufacturing process of the fiber composite material
  • the fiber composite material optionally has a ribbing or a sandwich construction.
  • thermoplastic layer on the organic sheet and a nonwoven which has at least a grammage of 50 g / m 2 and is embedded between organic sheet and thermoplastic layer, a grain can be shaped by means of the tool wall, whereby the surface additionally can be functionalized (scratch resistance, concealment of sink marks).
  • the additional thermoplastic layer can be colored opaque, so that optically no organo sheet can be assumed, or you can deliberately create a "fiber look" by the use of a transparent layer.
  • organo sheets in the sandwich or by ribbing can be achieved a cost reduction and at the same time the weight can be reduced, which on the one hand facilitate the assembly of the component and the other of the device.
  • Side panels of household appliances often have to withstand high loads during assembly and abuse and therefore consist largely of metals, mainly of painted steel sheets.
  • the inventive use of organo sheets as a replacement of metals can be reduced because the density of the organic sheets is much lower and the lack of rigidity, compared to steel, can be compensated by a ribbing or sandwich construction.
  • the ribbing preferably consists of an injection molding material, which ensures a cohesive connection to the organic sheet and thus gives rise to a high moment of resistance.
  • the sandwich construction there is also a similarity, so that here, too, creates a cohesive bond.
  • Functional integration can add another cost advantage to the injection molding process. For example, assembly steps can be saved in the holder, guides, locks, snap hooks, etc. can be molded directly with.
  • organ sheets in the area of household panel covers can, in addition to a cost and weight advantage, also result in an aesthetic advantage.
  • a so-called "fiber-look" can be achieved Even with the use of glass fiber, which is naturally transparent, the fibers can be made visible by painting the fibers
  • Organic sheets according to the invention have the advantage that they can be used unpainted, wherein in comparison to the steel sheet of the painting can be saved.
  • the weight of mobile home appliances can be reduced. This has the advantage that the devices become more manageable or, with the same weight, a larger battery can be installed in order to generate a longer battery life.
  • the wall thickness is oversized, often due to inadequate flowability of the injection molding compound or too low a flow path / wall thickness ratio.
  • the organic sheets according to the invention can be produced, for example, with a thickness of ⁇ 1 mm, preferably ⁇ 0.7 mm, particularly preferred ⁇ 0.5 mm.
  • these thin organic sheets are provided with a ribbing and Umklamung, resulting in very rigid components, since the organic sheet is located in the edge fiber of the shell component, which has an increase in the resistance moment result. Due to the amorphous matrix A and thus low shrinkage, the moldings have a very smooth surface, which can still be painted or laminated as needed.
  • the organo-sheets can also achieve a large weight advantage. Again, with the help of a Ribbing the stiffening of the components are supported. In addition, a functional integration can save subsequent assembly steps and other components and thus provides a cost advantage in addition to the weight.
  • FIG. 1 shows the fiber composite materials W which have been tested according to test no. 1 were obtained.
  • FIG. 1A shows the visual documentation.
  • FIG. 1B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material W arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), the fibers clearly being horizontal extending dark layer between the light layers of thermoplastic molding material can be seen.
  • Figure 1 C shows the 200-fold magnification, it can be seen that the impregnation is not completed in some places.
  • FIG. 2 shows the fiber composite materials W which have been tested according to test no. 2 were obtained.
  • FIG. 2A shows the visual documentation.
  • FIG. 2B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material W arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), wherein the fibers clearly show extending dark layer between the light layers of thermoplastic molding material can be seen.
  • FIG. 2C shows a magnification of 200 times, whereby it can be seen that the impregnation is partly not completed.
  • FIG. 3 shows the fiber-composite materials W, which according to test no. 3 were obtained.
  • FIG. 3A shows the visual documentation.
  • FIG. 3 shows the visual documentation.
  • FIG. 3B shows a microscopic view of a section through the laminar fiber composite material W arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), with no layer of fibers being recognizable
  • FIG. 3C shows the 200-fold magnification, whereby it can be seen that the impregnation is largely completed.
  • FIG. 4 shows the fiber composite materials W which have been tested according to test no. 4 were obtained.
  • FIG. 4A shows the visual documentation.
  • FIG. 4B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material W arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), with no layer of fibers being recognizable ,
  • Figure 4C shows the 200-fold magnification, it can be seen that the impregnation is not completely completed at individual points.
  • FIG. 5 shows the fiber composite materials W which have been tested according to test no. 5 were obtained.
  • FIG. 5A shows the visual documentation.
  • FIG. 5 shows the visual documentation.
  • FIG. 5B shows a microscopic view of a section through the laminar fiber composite material W arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), wherein no layer of fibers can be recognized
  • Figure 4C shows the 200-fold magnification, it can be seen that the impregnation is not completely completed in a few places.
  • FIG. 6 shows the production of the fiber composite materials W (here: glass fiber fabric) in the press inlet V25-V28. It is clearly recognizable that such a production method allows continuous production. In addition, it can be seen from the imprinting of the pattern that the fiber composite material W can also be shaped in three dimensions.
  • FIG. 7 shows schematically the development of undesired formation of surface waves (texture).
  • Laminate thickness 0.2 to 9.0 mm
  • Laminate tolerances max. ⁇ 0.1 mm according to semi-finished product
  • Sandwich panel thickness max. 30 mm
  • Tool pressure Press unit 5-25 bar, infinitely variable for minimum and maximum tool size (optional)
  • Mold temperature control 3 heating and 2 cooling zones
  • Opening travel press 0.5 to 200 mm
  • Transparency was measured on 1 mm organo-sheet specimens in% of white daylight (100%) (Byk Haze gardi transparency meter (BYK-gardner, USA) according to ASTM D 1003 (eg ASTM D 1003-13)).
  • the described fiber composite materials (organic sheets), in particular with amorphous, thermoplastic matrix are particularly suitable for the production of household goods, such as large and small appliances. Some examples are shown below. Unless otherwise stated, the moldings are manufactured by injection molding. Example 1 Production of the fiber composite material M
  • thermoplastic molding composition A 40% by weight, based on the fiber composite material, of a styrene-acrylonitrile-maleic anhydride copolymer as thermoplastic molding composition A (prepared from: 75% by weight of styrene, 24% by weight of acrylonitrile and 1% by weight of maleic anhydride) is compounded with 60 wt .-%, based on the fiber composite material, a glass-based reinforcing fiber with chemically reactive functionality (silane groups) on the surface [GW 123-580K2 of PD Glasseiden GmbH].
  • thermoplastic molding composition A (ABS prepared from: 45 wt .-% butadiene, 30 wt .-% styrene, 24 wt .-% acrylonitrile and 1 wt .-% maleic anhydride) is with
  • Example A Large appliances: extractor hoods, electric cooker, freezer, freezer / freezer combinations, dishwasher, refrigerators, washing machines and tumble dryers, spin dryers, wine refrigerators
  • Example B Small appliances: bottle cooler, coffee grinder, blender, coffee machine, microwave oven, stirrers, immersion heater, toaster, kettle
  • the fiber composite materials M and N are suitable as replacement of metals in the range of panels for the household appliances mentioned in Examples A and B.
  • Example D moving parts: washing drums
  • Example E mobile appliances: hand vacuum cleaner
  • thermoplastic fiber composite material according to the invention containing the modified thermoplastic molding compound A, the layers of reinforcing fibers B and the additive C, both a lighter wall can be realized, so also more space indoors to be made in order to accommodate more space for z. B. to get a battery. It is also observed increased rigidity of the components. The difference to the rigidities of metal cladding can be compensated.
  • A1 (comparison): S / AN with 75% styrene (S) and 25% acrylonitrile (AN), viscosity number
  • A2 S / AN / maleic anhydride copolymer having the composition (wt%): 74/25/1, Mw of 250,000 g / mol (measured via gel permeation chromatography on standard columns with monodisperse polystyrene calibration standards)
  • B1 Bidirectional glass fiber substrate 0/90 ° (GF-GE) with basis weight
  • Matrix layer in top layer not visible on the roving
  • Impregnation Warp threads Central unimpregnated areas, all around slightly impregnated Impregnation Weft threads: in the middle clearly unimpregnated areas, all around slightly impregnated
  • Air inclusions little, only in roving
  • Matrix layer in middle position recognizable
  • Matrix layer in top layer little recognizable by the roving
  • Impregnation Warp threads Central unimpregnated areas visible, partially impregnated all around, partially unimpregnated
  • Impregnation Weft threads Central unimpregnated areas, all-round lightly impregnated
  • Matrix layer in middle position not recognizable
  • Matrix layer in top layer easily recognizable
  • Impregnation Warp threads hardly any unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
  • Impregnation Weft threads hardly any unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
  • Matrix layer in middle position hardly recognizable
  • Matrix layer in cover layer recognizable
  • Impregnation Warp threads Slightly unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
  • Impregnation Weft threads unimpregnated areas visible, but impregnated all around
  • Matrix layer in middle position not recognizable
  • Matrix layer in cover layer recognizable
  • Impregnation warp threads little unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
  • Impregnation Weft threads little unimpregnated areas recognizable, all-round well impregnated
  • SAN SAN-MA terpolymer, weight composition (% by weight): 73/25/2, Mw:
  • PA6 semi-crystalline, easy-flowing polyamide 6
  • Fibers (B3): glass fiber fabric twill 2/2 (GF-KG) with basis weight 300 g / m 2 ,
  • the described fiber composite materials are particularly suitable for the production of transparent and translucent molded bodies, films and coatings. Some examples are shown below. Unless otherwise stated, the moldings are made by injection molding. Production of molded parts from fiber composite materials M and N for washing machine windows
  • the components are as defined above.
  • the bending stress and the flexural modulus were determined according to DIN 14125: 201 1 -05.
  • Table 1 Compositions Comp. 1, Comp. 2, Comp. 10 and Comp. 15 and the compositions V3 to V9 according to the invention and V1 1 to V14.
  • Table 7 shows the conditions of the experiments carried out.
  • the pressing pressure was approximately 20 bar in all test series.
  • Table 8 Average values of the maximum bending stress of the warp and weft directions of the produced organic sheets according to the mixtures Cf. 2, V5, V7, V9, Vgl. 10, V12 to V14 and Cgl. 15, wherein the production temperature was at least 300 ° C.
  • S styrene
  • AN acrylonitrile
  • Laminate thickness 0.2 to 9.0 mm
  • Laminate tolerances max. ⁇ 0.1 mm according to semi-finished product
  • Sandwich panel thickness max. 30 mm
  • Tool pressure Press unit 5-25 bar, infinitely variable for minimum and maximum tool size (optional)
  • Mold temperature control 3 heating and 2 cooling zones
  • Opening travel press 0.5 to 200 mm
  • T [° C] temperature of the temperature zones * ( * The press has 3 heating zones and 2 cooling zones.
  • Construction / lamination 6-layer structure with melt middle layer; Production process: melt direct (SD)
  • M1 (SAN type): styrene-acrylonitrile-maleic anhydride (SAN-MA) terpolymer (S / AN / MA: 74/25/1) with an MA content of 1% by weight and an MVR of 22 cm 3 / 10 min at 220 ° C / 10kg (measured to IS01 133);
  • M1 b corresponds to the abovementioned component M1, the matrix additionally being admixed with 2% by weight of carbon black.
  • M2 (SAN type): styrene-acrylonitrile-maleic anhydride (SAN-MA) terpolymer (S / AN / MA: 73/25 / 2.1) with an MA content of 2.1% by weight and an MVR of 22 cm 3/10 min at 220 ° C / 10kg (measured according to IS01 133);
  • M2b corresponds to the abovementioned component M2, the matrix additionally being admixed with 2% by weight of carbon black.
  • M3 (SAN type): blend of 33% by weight of M1 and 67% by weight of the SAN copolymer Luuran VLN, therefore 0.33% by weight of maleic anhydrideMA) in the entire blend;
  • M3b corresponds to the abovementioned component M3, the matrix additionally being admixed with 2% by weight of carbon black.
  • PA6 semi-crystalline, easy-flowing polyamide Durethan B30S
  • Glass filament twill weave (short designations: GF-KG (LR) or LR), twill weave 2/2, basis weight 290 g / m 2 , roving EC9 68tex, finish TF-970, delivery width 1000 mm (type: 01 102 0800-1240; Manufacturer: Hexcel, obtained from: Lange + Ritter)
  • Glass filament twill weave (short designations: GF-KG (PD) or PD), twill weave 2/2, basis weight 320 g / m 2 , Roving 320tex, finish 350, delivery width 635 mm (type: EC14-320-350, manufacturer and supplier : PD Glasseide GmbH Oschatz) Glass filament scrim (short name: GF-GE (Sae) or Sae) 0 45 90 -45 °, basis weight 313 g / m 2 , main roving 300tex, finish PA size, delivery width
  • Sae ns glass filament scrim 300 g / m 2 , manufacturer's name: Saertex new sizing, + 457-457 + 457-45 °
  • Glass fiber fleece (short name: GV50), basis weight 50 g / m 2 , fiber diameter 10 ⁇ , delivery width 640 mm (Type: Evalith S5030, manufacturer and supplier: Johns Manville Europe)
  • All produced composite fiber materials could be produced as (large) flat Orga- nobleche in a continuous process, which could be cut to size (in laminatable, customary transport dimensions such as 1 m x 0.6 m).
  • the embedded fiber material was just recognizable when examined in detail against the light.
  • the embedded fiber material was not / hardly recognizable even under closer light in the backlight.
  • LSM confocal laser scanning microscopy
  • Fiber-composite materials with four embedded layers of the respective fabric of fibers (here GF-KG (PD) (4) or Sae (4)) were produced in the respective matrix.
  • a thin fiberglass mat (GV50, see above) was applied to the produced fiber composite materials on both sides. This had no noticeable influence on the mechanical properties.
  • the mean wave depth (MW Wt) and the spatial ration value (Ra) were determined for numerous fiber composite materials. It was found that the MW Wt for all fiber composite materials in which the matrix contains a functional component that can react with the fibers is clearly ⁇ 10 ⁇ m, whereas in composite fiber materials with comparable PA6 and PD (OD ) Matrices is clearly ⁇ 10 ⁇ .
  • the determined spatial values were also significantly lower for composite fiber materials according to the invention. By way of example, these are the measured values below.
  • the strength in the warp and weft directions was examined separately. It could be shown that the fiber composite materials are very stable in both warp and weft directions. In the warp direction, the fiber composite materials are usually even more stable than in the weft direction.
  • the matrix components A are as described above.
  • Fiber components B (unless described above)
  • FG290 glass filament fabric 290g / m 2 , manufacturer's name: Hexcel HexForce® 01202 1000 TF970
  • FG320 glass filament fabric 320g / m 2 , manufacturer's name: PD Glasseide GmbH Oschatz EC 14-320-350
  • Sae MuAx313, glass filament scrim 300g / m 2 , manufacturer's name: Saertex XE-PA-313-655
  • the following transparent fiber composite materials were produced, in each of which flat fiber material was introduced.
  • the produced fiber composite materials each had a thickness of about 1, 1 mm.
  • a thin fiberglass mat (GV50, see above) was applied to the produced fiber composite materials on both sides. This has no noticeable influence on the mechanical or optical properties.
  • the following bending strengths were determined according to DIN EN ISO 14125:
  • the following black-colored fiber composite materials were produced, in which 2% by weight of carbon black was added to the matrix and introduced into the respective flat fiber material.
  • the fiber composite materials produced each had a thickness of about 1, 1 mm.
  • a thin fiberglass mat (GV50, see above) was applied to the produced fiber composite materials on both sides. This has no noticeable influence on the mechanical or optical properties.
  • the following bending strengths according to DIN EN ISO 14125 were determined for the samples:
  • the fabrics used can be processed into fiber composites with particularly high flexural strength.
  • the fiber composite materials according to the invention in which the matrix contains a component which reacts with the fibers (here: maleic anhydride (MA)), have a significantly higher flexural strength than the comparative molding compositions without such a component, such as PC (OD) or PA6.
  • a component which reacts with the fibers here: maleic anhydride (MA)
  • the impact resistance and puncture behavior (Dart Test to ISO 6603) was determined for the fiber composite materials.
  • the fiber composite materials showed a high stability of Fm> 3000 N.
  • the resulting fiber composite materials could be formed into three-dimensional semifinished products, for example semi-shell-shaped semi-finished products. It was also found that the resulting fiber composite materials could be printed and laminated.
  • the evaluation of different fiberglass-based textile systems with different matrix systems to form a fiber composite material has shown that good fiber composite materials (as organic sheets and semi-finished products made from them) can be produced reproducibly. These can be made colorless or colored.
  • the fiber composite materials showed good to very good optical, haptic and mechanical properties (such as with regard to their flexural strength and puncture resistance). Mechanically, the tissues showed somewhat greater strength and rigidity than scrim.
  • the styrene copolymer-based matrices (SAN matrices) tended to result in better fiber composite materials in terms of mechanical properties than the alternative matrices such as PC and PA6.
  • the fiber composite materials according to the invention could be produced semi-automatically or fully automatically by means of a continuous process.
  • the fiber composite materials according to the invention (organic sheets) can be well converted to three-dimensional semi-finished products.

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Abstract

Die Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, enthaltend a) mindestens eine thermoplastische Formmasse A als Matrix, b) mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B, und c) optional mindestens ein Additiv C, wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix der thermoplastischen Formmasse eingebettet ist, und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert, zur Herstellung von weißer Ware, wie Haushaltsgeräte ermöglicht leichte Produkte.

Description

Styrol-Polymer basierte Organobleche für weiße Ware Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Faserverbund-Werkstoffs (auch Organoblech genannt) im Bereich weiße Ware, wobei der Faserverbund- Werkstoffs eine thermoplastische Formmasse A und eine Verstärkungsfaser B um- fasst, wobei die Lagen der Verstärkungsfaser B in die Matrix der thermoplastischen Formmasse A eingebettet sind, und wobei die thermoplastische Formmasse A mindes- tens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist.
Faserverbund-Werkstoffe bzw. Organobleche bestehen meist aus einer Vielzahl von Verstärkungsfasern, die in eine Polymer-Matrix eingebettet sind. Die Einsatzbereiche von Faserverbund-Werkstoffen sind vielfältig. Beispielsweise kommen Faserverbund- Werkstoffe im Fahrzeug- und Luftfahrt-Bereich zum Einsatz. Hierbei sollen Faserverbund-Werkstoffe das Zerreißen oder sonstige Fragmentierungen der Matrix verhindern, um somit die Unfallgefahr durch verteilte Bauteilfetzen zu vermindern. Viele Faserverbund-Werkstoffe sind in der Lage, bei Belastung vergleichsweise hohe Kräfte aufzunehmen, bevor es zum totalen Versagensfall kommt. Gleichzeitig zeichnen sich Faser- verbund-Werkstoffe gegenüber herkömmlichen, nicht verstärkten Materialien durch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig niedriger Dichte und weiteren vorteilhaften Eigenschaften wie beispielsweise guter Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit aus. Festigkeit und Steifigkeit der Faserverbund-Werkstoffe sind dabei an die Belastungsrichtung und Belastungsart anpassbar. Hierbei sind in erster Linie die Fasern für die Festigkeit und Steifigkeit des Faserverbund-Werkstoffs verantwortlich. Zudem bestimmt auch ihre Anordnung die mechanischen Eigenschaften des jeweiligen Faserverbund-Werkstoffs. Die Matrix dient dagegen meist primär zum Einleiten der aufzu- nehmenden Kräfte in die einzelnen Fasern und zur Beibehaltung der räumlichen Anordnung der Fasern in der gewünschten Orientierung. Da sowohl die Fasern als auch die Matrix-Materialien variierbar sind, kommen zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten von Fasern und Matrix-Materialien in Betracht.
Bei der Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen spielt die Verbindung von Fasern und Matrix zueinander eine wesentliche Rolle. Auch die Festigkeit der Einbettung der Fasern in die Polymer-Matrix (Faser-Matrix-Haftung) kann erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Faserverbund-Werkstoffs haben. Zur Optimierung der Faser-Matrix-Haftung und um eine„geringe chemische Ähnlichkeit" zwischen den Faseroberflächen und der umgebenen Polymer-Matrix auszugleichen, werden Verstärkungsfasern regelmäßig vorbehandelt. Hierzu werden der sogenannten Schlichte regelmäßig Haftvermittler zugesetzt. Eine solche Schlichte (Schlich- te-Mittel) wird regelmäßig während der Herstellung auf die Faser aufgebracht, um die Weiterverarbeitbarkeit der Fasern (wie Weben, Legen, Nähen) zu verbessern. Wenn die Schlichte für die spätere Weiterverarbeitung unerwünscht ist, muss sie erst in einem zusätzlichen Verfahrensschritt entfernt werden, etwa durch Herunterbrennen. In einigen Fällen werden Glasfasern auch ohne Schlichte verarbeitet.
Dann wird für die Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs ein weiterer Haftvermittler in einem zusätzlichen Verfahrensschritt aufgebracht. Schlichte und/oder Haftvermittler bilden auf der Oberfläche der Fasern eine Schicht, welche die Wechselwirkung der Fasern mit der Umgebung wesentlich bestimmen kann. Heute steht eine Vielzahl un- terschiedlicher Haftvermittler zur Verfügung. Der Fachmann kann je nach Anwendungsgebiet, zu verwendender Matrix und zu verwendenden Fasern einen geeigneten Haftvermittler auswählen, der mit der Matrix und mit den Fasern kompatibel ist.
Eine technische Herausforderung besteht darin, dass bei Eintritt des totalen Versa- gensfalls der Faserverbund-Werkstoff einen Sprödbruch erleiden kann. Folglich kann beispielsweise im Bau von Elementen, die einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, eine erhebliche Unfallgefahr von zerrissenen Bauteilen entstehen.
Daher ist es gewünscht, Faserverbund-Werkstoffe mit einem weiten Belastungsbe- reich, bei dem der totale Versagensfall unwahrscheinlich ist, bereitzustellen. Gewünscht sind zudem gute optische Eigenschaften gewünscht, wie die Möglichkeit, mittels der Faserverbund-Werkstoffe verschiedene Elemente mit glatten Oberflächen herstellen zu können. In WO 2008/058971 werden Formmassen beschrieben, welche zwei Gruppen von Verstärkungsfasern verwenden. Die Gruppen von Verstärkungsfasern sind jeweils mit verschiedenen Haftvermittler-Komponenten versehen, welche die verschiedenen Faser-Matrix-Haftungen bewirken. Die zweite Faser-Matrix-Haftung ist geringer als die erste Faser-Matrix-Haftung, und die oberflächennahen Lagen von Verstärkungsfasern aus Verstärkungsfasern der ersten Gruppe werden mit größerer Faser-Matrix Haftung gebildet. Als Matrix-Materialien werden Duroplasten wie Polyester und die Thermoplasten Polyamid und Polypropylen vorgeschlagen. WO 2008/1 19678 beschreibt ein Glasfaser-verstärktes Styrol-Acrylnitril Copolymer (SAN), welches durch Verwendung von Maleinsäureanhydrid-Gruppen-haltiges Styrol- Copolymer und geschnittenen Glasfasern in seinen mechanischen Eigenschaften verbessert wird. Es wird daher der Einsatz von Kurzfasern gelehrt. Es wird jedoch kein Hinweis auf Faserverbund-Werkstoffe gegeben.
CN 102924857 beschreibt Mischungen aus Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren, welche mit Schnittglas gemischt werden und dann relativ hohe Festigkeiten zeigen. Jedoch ist die Spannungsrissbeständigkeit eines solchen Materials gegenüber Lö- sungsmitteln zu gering. Auch die Festigkeit gegenüber Glasfaserverbunden ist deutlich zu niedrig.
CN 101555341 beschreibt Mischungen aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Glasfasern, Maleinsäureanhydrid-haltigen Polymeren und Epoxidharzen. Bei der Herstellung werden ABS und das Maleinsäureanhydrid-haltige Polymer vorgelegt, um zunächst das Epoxidharz zuzugeben und dann die Glasfasern. Die Fließfähigkeit einer solchen Mischung, enthaltend ein (duromeres) Epoxidharz, ist sehr beschränkt.
KR 100376049 lehrt Mischungen aus SAN, Maleinsäureanhydrid- und N-Phenyl- maleinimid-haltigem Copolymer, geschnittenen Glasfasern und einem Aminosilan- basierten Kupplungs-Agens. Die Verwendung eines solchen Kupplungsagens führt zu zusätzlichen Verarbeitungsschritten und erhöht somit die Produktionskosten.
US 201 1/0020572 beschreibt Organoblech-Bauteile mit einem Hybrid-Design aus bei- spielsweise einer hoch fließfähigen Polycarbonat-Komponente. Dabei wird Polycarbo- nat (PC) durch geeignete Additive fließfähig gemacht, wie über hyperverzweigte Polyester, Ethylen/(Meth)acrylat Copolymere oder niedermolekulare Polyalkylenglykolester.
EP-A 2 251 377 beschreibt Organobleche, die mit einer Aminosilan-Schlichte behan- delt sind. Es wird nicht gelehrt, Organobleche zur Herstellung weißer Ware zu verwenden.
(Glas-)Fasern werden im Stand der Technik häufig mit einer Schlichte behandelt, welche vor allem die Fasern gegenseitig schützen. Ein gegenseitiges Beschädigen durch Abrieb soll verhindert werden. Beim gegenseitigen mechanischen Einwirken soll es nicht zur Querfragmentierung (Bruchbildung) kommen.
Ferner kann mittels der Schlichte der Schneidevorgang der Faser erleichtert werden, um vor allem eine gleiche Stapellänge zu erhalten. Daneben kann durch die Schlichte eine Agglomeration der Fasern vermieden werden. Die Dispergierbarkeit von Kurzfasern in Wasser kann verbessert werden. Somit ist es möglich, gleichmäßige Flächengebilde nach dem Naßlege-Verfahren zu erhalten. Eine Schlichte kann dazu beitragen, dass ein verbesserter Zusammenhalt zwischen den Glasfasern und der Polymer-Matrix, in welcher die Glasfasern als Verstärkungsfasern wirken, hergestellt wird. Dieses Prinzip findet vor allem bei den glasfaserverstärken Kunststoffen (GFK) Anwendung. Bislang enthalten die Glasfaser-Schlichten generell eine große Anzahl an Bestandteilen, wie beispielsweise Filmbildner, Gleitmittel, Netzmittel und Haftvermittler.
Ein Filmbildner schützt die Glasfilamente vor gegenseitiger Reibung und kann zusätzlich eine Affinität zu Kunstharzen verstärken, um somit die Festigkeit und den Zusam- menhalt eines Verbundwerkstoffes zu fördern. Stärkederivate, Polymere und Copoly- mer von Vinylacetat und Acrylestern, Epoxidharz-Emulsionen, Polyurethanharze und Polyamide mit einem Anteil von 0,5 bis 12 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schlichte, sind zu nennen. Ein Gleitmittel verleiht den Glasfasern und deren Produkten Geschmeidigkeit und vermindert die gegenseitige Reibung der Glasfasern, sowie bei der Herstellung. Oftmals wird jedoch die Haftung zwischen Glas und Kunstharz durch die Verwendung von Gleitmitteln beeinträchtigt. Fette, Öle und Polyalkylenamine in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schlichte, sind zu nennen.
Ein Netzmittel bewirkt eine Herabsetzung der Oberflächenspannung und eine verbesserte Benetzung der Filamente mit der Schlichte. Für wässrige Schlichten sind beispielsweise Polyfettsäureamide mit einer Menge von 0,1 bis 1 ,5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schlichte, zu nennen.
Oftmals existiert keine geeignete Affinität zwischen der Polymer-Matrix und den Glasfasern. Diese Überbrückung können Haftvermittler übernehmen, welche die Adhäsion von Polymeren an der Faseroberfläche erhöhen. Die meisten organo-funktionellen Silane, wie beispielsweise Aminopropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxy- silan, Glycidyloxypropyltrimethoxysilan und ähnliche sind zu nennen.
Silane, welche einer wässrigen Schlichte zugesetzt werden, werden meist zu Silanolen hydrolysiert. Diese Silanole können dann mit reaktiven (Glas-)Faseroberflächen reagieren und somit eine Haftmittelschicht (mit einer Dicke von ca. 3 nm) bilden. Folglich können niedermolekulare, funktionale Agenzien mit Silanolgruppen auf der Glasoberfläche reagieren, wobei diese niedermolekularen Agenzien anschließend weiterreagieren (beispielsweise in Epoxidharzen) und dabei für eine chemische Anbindung der Glasfaser an die Polymer-Matrix sorgen. Eine solche Herstellung ist jedoch zeit- aufwändig und dauert bis zur vollständigen Aushärtung der Polymere (beispielsweise der oben genannten Epoxidharze) ungefähr zwischen 30 Minuten bis über eine Stunde. Es erscheint daher wünschenswert, in einem verbesserten Verfahren bereits polymeri- sierte Schmelzen in Verbindung mit Glasfasern oder anderen Verstärkungsfasern zu bringen.
Eine Funktionalisierung durch Umsetzung mit Polymeren ist ebenfalls bekannt. So ge- lingt es, durch Verwendung niedermolekularer Polycarbonat-Typen das Glasfasergewebe bzw. -gelege gut zu tränken und durch Reaktion von funktionellen Gruppen auf der Glasfaseroberfläche mit dem Polycarbonat eine„Pfropfung" durchzuführen, welche die Verträglichkeit zum Polymer erhöht. Diese Verfahrensweise hat jedoch den Nachteil, dass Polycarbonat (PC) eine sehr hohe Viskosität besitzt und für diesen Impräg- nierschritt niedermolekulares, d.h. niedrigviskoses PC eingesetzt werden muss, welches eine äußerst schlechte Gebrauchstauglichkeit, wie beispielsweise eine geringe Resistenz gegenüber Spannungsriss auslösenden Agenzien, wie polare Lösungsmittel, aufweist. Eine technische Aufgabe der Erfindung ist es, einen Faserverbund-Werkstoff (Orga- noblech) herzustellen, der geeignete Eigenschaften für den Bereich„weiße Ware" aufweist. Der Faserverbund-Werkstoff sollte auf einem leicht zu verarbeitenden, gegen herkömmliche Lösemittel weitgehend inerten, gut spannungsrissbeständigen, festen Verbundwerkstoff basieren und eine glatte Oberfläche aufweisen. Idealerweise kommt der Faserverbund-Werkstoff ohne Haftvermittler aus.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass ein Faserverbund-Werkstoff, enthaltend mindestens eine thermoplastische Formmasse A als Matrix, mindestens eine Verstärkungsfaser B, und optional mindestens ein Additiv C, wobei die Lagen der Verstär- kungsfaser B in die Matrix eingebettet sind, und wobei die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert, besonders im Bereich von weißer Ware, wie beispielsweise Haushaltsgeräten, gut geeignet ist. Der erhaltene Faserverbund- Werkstoff weist eine gute Festigkeit auf und ist spannungsriss- und lösungsmittelbeständig und somit zur Verwendung in weißer Ware geeignet.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit die Verwendung eines thermoplas- tischen Faserverbund-Werkstoffs, enthaltend (oder bestehend aus): a) mindestens eine thermoplastische Formmasse A als Matrix,
b) mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B, und
c) optional mindestens ein Additiv C,
wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix der thermoplastischen Formmasse eingebettet ist und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert, zur Herstellung von weißer Ware, wie z.B. Haushaltsgerä- ten.
Daher betrifft die vorliegenden Erfindung auch, anders ausgedrückt, ein Verfahren zur Herstellung von weißer Ware, wie z.B. Haushaltsgeräten, umfassend die folgenden Schritte:
(i) Bereitstellen von
a) mindestens einer thermoplastischen Formmasse A als Matrix,
b) mindestens einer Lage aus Verstärkungsfasern B, und
c) optional mindestens eines Additiv C,
wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix der thermoplastischen Formmasse eingebettet ist und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert;
(ii) Inkontaktbringen der Komponenten A und B, und optional C, mit einander, insbesondere durch Einlegen oder Beschichten der Komponente B mit einer (vorzugsweise durch Erwärmen erhaltenen) viskosen oder flüssigen thermoplastischen Formmasse A, optional ferner enthaltend mindestens eines Additiv C; und
(iii) Reagierenlassen der mindestens einen chemisch reaktiven Funktionalität der Komponente A mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B; und optional (iv) Formgeben des aus den vorhergehenden Schritten erhaltenen Faserverbund- Werkstoffs; und optional
(v) Aushärten lassen des aus den vorhergehenden Schritten erhaltenen Faserver- bund-Werkstoffs.
Die Polymer-Matrix kann eine Matrix aus amorphem Kunststoff sein, in die die Verstärkungsfasern B als Verstärkung eingebettet sind und über eine Faser-Matrix-Haftung mit der Matrix gekoppelt sind. Erfindungsgemäß weist der Faserverbund-Werkstoff mindestens die Komponenten A und B auf. Dabei sind die Fasern B (Verstärkungsfasern) in eine thermoplastische Formmasse A eingebettet.
Wie hierin verwendet, wird verstanden werden, dass ein Polymer, sofern nicht anders definiert, auch ein Copolymer (einschließlich einem Terpolymer usw.) sein kann. Dem- entsprechend kann eine Polymer-Matrix auch eine Copolymer-Matrix sein.
Die Erfindung betrifft besonders die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, enthaltend (bzw. bestehend aus): a) 30 bis 95 Gew.-% der thermoplastischen Formmasse A,
b) 5 bis 70 Gew.-% der Verstärkungsfasern B, und
c) 0 bis 40 Gew.-% des Additivs C.
Dem Fachmann wird verständlich sein, dass die thermoplastische Formmasse A erfin- dungsgemäß mindestens ein (Co)polymer umfasst, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfaser-Komponente B reagiert. Ein solches (Co)polymer umfasst mindestens ein funktionelles Monomer A-l, dessen Funktionalität während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfaser-Komponente B reagiert. Das Monomer A-l umfassende (Co)polymer wird hierin auch als Polymer-Komponente (A-a) bezeichnet.
Optional kann die thermoplastische Formmasse A noch ein oder mehrere (Co)polymere enthalten die wahlweise auch frei von einer solchen chemisch reaktiven Funktionalität sind (daher kein funktionales Monomer A-l enthalten) und somit während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs nicht mit chemischen Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfaser-Komponente B reagieren. Ein solches (Co)polymer wird hierin auch als Polymer-Komponente (A-b) bezeichnet. Die Erfindung betrifft besonders die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die thermoplastische Formmasse A amorph ist. Die thermoplastische Formmasse A ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Polystyrol (glasklar oder schlagfest), Styrol-Acrylnitril-Copolymere, a-Methylstyrol- Acrylnitril-Copolymere, schlagzäh-modifizierte Styrol-Acrylnitril-Copolymere, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester- Copolymere (ASA), sowie Blends der genannten Copolymere, insbesondere mit Poly- carbonat oder Polyamid.
Es wird verstanden werden, dass erfindungsgemäß mindestens eine der (Co)polymer- Komponenten der thermoplastischen Formmasse A ein (Co)polymer darstellt, das min- destens eine chemisch reaktive Funktionalität wie hierin beschrieben aufweist (Polymer-Komponente (A-a)). Jede der im vorangehenden Absatz genannten Copolymer- Komponenten kann demnach zusätzlich zu den explizit genannten Monomeren auch eine reaktive Funktionalität aufweisen, die während der Herstellung des Faserverbund- Werkstoffs mit der Oberfläche der Fasern B reagieren kann. Somit kann jeder der vor- stehend genannten (Co)polymere auch eine Polymer-Komponente (A-a) darstellen.
Entsprechend werden die vorstehend genannten Polymer-Komponenten in ihrer Verwendung als Polymer-Komponente (A-a) in der Regel auch mindestens ein Monomer A-l, das die chemisch reaktive Funktionalität (daher die Reaktion mit Fasern B) vermit- telt, umfassen. Dann können diese auch bezeichnet werden als: Polystyrol-(A-I)- Copolymer, Styrol-Acrylnitril-(A-l)-Copolymer, a-Methylstyrol-Acrylnitril-(A-l)- Copolymer, schlagzäh modifiziertes Acrylnitril-Styrol-(A-l)-Copolymer, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-(A-l)-Copolymer (ABS-(A-I)) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester- (A-I)-Copolymer (ASA-(A-I)). Auch Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid sind möglich.
Optional können die vorstehend genannten Polymer-Komponenten in ihrer Verwendung als Polymer-Komponente (A-a) auch noch zusätzlich ein zweites Monomer (oder sogar noch ein drittes Monomer) umfassen, das die chemisch reaktive Funktionalität vermittelt.
Beispielhaft können daher die vorstehend genannten Polymer-Komponenten (in ihrer Verwendung als Polymer-Komponente (A-a)) im Falle der Verwendung von Maleinsäureanhydrid (MA) als Monomer A-l auch bezeichnet werden als: Polystyrol- Maleinsäureanhydrid-Copolymer, Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, o Methylstyrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, schlagzäh modifiziertes Acryl- nitril-Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol- Maleinsäureanhydrid-Copolymer (ABS-MA) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester- Maleinsäureanhydrid-Copolymer (ASA-MA). Auch Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid sind möglich. Es wird verstanden werden, dass entsprechendes auch für andere Monomere A-l gilt.
Optional können ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Polymer-Komponente (A-b)) zusätzlich zu der einen oder den mehreren Polymer-Komponente(n) (A-a) eingesetzt werden. Auch hier können beispielhaft die vorstehend genannten (Co)polymere (daher Polystyrol, Styrol-Acrylnitril- Copolymere, α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere, schlagzäh modifizierte Acrylnitril- Styrol-Copolymere, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymere (ASA), sowie Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid), dann jedoch ohne die Funktionalität (daher ohne reaktives Monomer A-l), eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt basiert die Polymer-Komponente (A-a) der thermoplastischen Formmasse A auf einem SAN-Copolymer.
Der Fachmann wird erkennen, dass das SAN-Copolymer dann zusätzlich ein Monomer A-l umfasst, das während dem Herstellungsprozess mit der Oberfläche der Fasern B reagiert. Entsprechend kann das SAN-Copolymer in seiner Verwendung als Polymer- Komponente (A-a) auch ein SAN-(M-l)-Copolymer (= SAN-(M-I)-Terpolymer) sein, beispielhaft ein SAN-MA-Copolymer (= SAN-MA-Terpolymer).
Gegenstand der Erfindung ist demnach auch die Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die thermoplastische Formmasse A umfasst (oder besteht aus):
mindestens einer Polymer-Komponente (A-a), welche mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfaser- Komponente B reagiert und ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Styrol- Acrylnitril-Copolymeren, α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymeren, schlagzäh modifizierten Acrylnitril-Styrol-Copolymeren, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymeren (ABS) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymeren (ASA), jeweils enthaltend mindestens eine funktionelle Gruppe, sowie Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid; und optional mindestens einer Polymer-Komponente (A-b), keine solche Funktionalität aufweisend, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymere, α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere, schlagzäh modifizierte Acrylnitril-Styrol- Copolymere, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und Acryl- nitril-Styrol-Acrylester-Copolymere (ASA), sowie Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die thermoplastische Formmasse A umfasst (oder besteht aus):
mindestens einer Polymer-Komponente (A-a), welche mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfaser- Komponente B reagiert und ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Styrol- Acrylnitril-Copolymeren, α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymeren, schlagzäh modifizierten Acrylnitril-Styrol-Copolymeren, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymeren (ABS) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymeren (ASA), jeweils enthaltend mindestens eine funktionelle Gruppe, sowie Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid; und optional
mindestens einer Polymer-Komponente (A-b), keine solche Funktionalität Aufweisend, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymere, α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere, schlagzäh modifizierte Acrylnitril-Styrol- Copolymere, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und Acryl- nitril-Styrol-Acrylester-Copolymere (ASA), sowie Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid.
Der Fachmann wird verstehen, dass erfindungsgemäß mindestens eine der (Co)polymer-Komponenten der thermoplastischen Formmasse A ein (Co)polymer darstellt, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfaser-Komponente B reagiert (Polymer-Komponente (A-a)). Optional können ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Polymer-Komponente (A-b)) eingesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsform, betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die chemisch reaktive Funktionalität der thermoplastischen Formmasse A basiert auf Komponenten (A-l) aus der Gruppe: Maleinsäureanhydrid-, N-Phenylmaleinimid-, tert- Butyl(meth)acrylate- und Glycidyl(meth)acrylat-Funktion, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Maleinsäureanhydrid-, N-Phenylmaleinimid- und Gly- cidyl(meth)acrylat-Funktion.
In einer weiteren Ausführungsform, betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die thermoplastische Formmasse A mindestens 0,1 Gew.-%, oftmals 0,15 bis 0,5 Gew.-%, Monomere A-l, bezogen auf das Gewicht der Komponente A, welche eine chemisch reaktive Funktionalität aufweisen, enthält. In einer weiteren Ausführungsform, betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die Verstärkungsfasern B aus Glasfasern bestehen, welche bevorzugt als chemisch reaktive Funktionalität Silangruppen an der Oberfläche enthalten. In einer weiteren Ausführungsform, betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die Oberfläche der Verstärkungsfasern B eine oder mehrere der Funktionen: Hydroxy-, Ester- und Amino-Gruppen enthält. In einer weiteren Ausführungsform, betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die Verstärkungsfasern B aus Glasfasern bestehen, welche bevorzugt als chemisch reaktive Funktionalität Silanolgruppen an der Oberfläche enthalten. In einer weiteren Ausführungsform, betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsform, betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Dicke von < 10 mm, vorzugsweise von < 2 mm, besonders bevorzugst von < 1 mm aufweist. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Verrippung oder einen Sandwichaufbau aufweist. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei der Faserverbund-Werkstoff schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei, oftmals mehr als drei Schichten enthält.
Beispielhaft können die weiteren Schichten gleichartig oder auch andersartig aufgebaut sein als die oben beschriebenen.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, zur Herstellung von Groß- oder Kleingeräten, insbesondere für den Haushalt.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, zur Herstellung von Abde- ckungen und Seitenverkleidungen. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung Groß- oder Kleingeräte enthaltend thermoplastische Faserverbund-Werkstoffe, bestehend aus den wie oben beschriebenen Komponenten A bis C.
Komponente A
Der Faserverbund-Werkstoff enthält mindestens 20 Gew.-%, in der Regel mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Faserverbund-Werkstoffs, der thermoplastischen Formmasse A. Die thermoplastische Matrix (M), die die Formmasse A bildet, ist in dem Faserverbund-Werkstoff bevorzugt von 30 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt von 35 bis 90 Gew.-%, oftmals von 35 bis 75 Gew.-% und insbesondere von 38 bis 70 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, vorhanden. Bevorzugt entspricht die thermoplastische Matrix M der thermoplastischen Formmasse A. Bevorzugt besteht die thermoplastische Formmasse A hauptsächlich (zu mehr als 50%, vorzugsweise zu mehr als 90%) aus Styrolpolymeren wie Polystyrol (glasklar „PS" oder schlagfest„FIPS") oder Copolymer A-1. Gemäß einer Ausführungsform besteht die thermoplastische Formmasse A zu mindestens 75 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-% aus dem Copolymer A-1. Die thermoplastische Formmasse A kann auch nur aus Copolymer A-1 bestehen.
Für einen erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoff kommen als thermoplastische Formmasse A zwar beliebige thermoplastische Kunststoffe in Frage, insbesondere jedoch werden PS oder Styrol-Copolymere, insbesondere HIPS, SAN, ABS und ASA, eingesetzt.
Wie oben bereits ausgeführt, wird der Fachmann verstehen, dass erfindungsgemäß mindestens eine der (Co)polymer-Komponenten der thermoplastischen Formmasse A ein (Co)polymer darstellt, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität wie hierin beschrieben aufweist (Polymer-Komponente (A-a)). Bevorzugt wird demnach, dass mindestens eine der vorstehend genannten Polymer-Komponenten (daher mindestens ein (ggf. modifiziertem) (HlPS-)Polystyrol und/oder mindestens ein Copolymer A-1 (Styrol-Copolymer, SAN, ABS und ASA)) mindestens ein Monomer A-l umfasst.
Beispielhaft, im Falle der Verwendung von Maleinsäureanhydrid (MA) als Monomer A-l, kann das Polystyrol daher ein (HIPS-)Polystyrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (S- MA), das Copolymer A-1 beispielhaft Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (SAN-MA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (ABS-MA), Ac- rylester-Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (ASA-MA), sein.
Optional können zusätzlich zu der mindestens einen Polymer-Komponente (A-a) ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Po- lymer-Komponente (A-b)) eingesetzt werden. Es wird verstanden werden, dass dies optional auch (HlPS-)Polystyrol, SAN, ABS und/oder ASA (jeweils kein Monomer A-l umfassend) sein kann.
Der Fachmann wird verstehen, dass erfindungsgemäß mindestens eine der (Co)polymer-Komponenten der thermoplastischen Formmasse A ein (Co)polymer darstellt, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität wie hierin beschrieben aufweist (Polymer-Komponente (A-a)). Optional können ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Polymer-Komponente (A-b)) eingesetzt werden.
Die thermoplastische Formmasse A (Komponente A) ist bevorzugt eine amorphe Formmasse, wobei amorpher Zustand der thermoplastischen Formmasse (Thermoplast) bedeutet, dass die Makromoleküle ohne regelmäßige Anordnung und Orientierung, d.h. ohne gleich bleibenden Abstand, völlig statistisch angeordnet sind.
Bevorzugt weist die gesamte thermoplastische Formmasse A amorphe, thermoplastische Eigenschaften auf, ist daher schmelzbar und (weitgehend) nicht kristallin. Dadurch ist der Schrumpf der thermoplastische Formmasse A, und daher auch des gesamten Faserverbund-Werkstoffs, vergleichsweise gering. Es können besonders glatte Oberflächen bei den Formteilen erhalten werden.
Alternativ enthält die Komponente A einen teil-kristallinen Anteil von kleiner 60 Gew.- %, bevorzugt kleiner 50 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Komponente A. Teilkristalline Thermoplasten bilden sowohl chemisch regelmäßige, als auch geometrische Bereiche aus, d. h. es gibt Bereiche, in denen sich Kristalliten bilden. Kristalliten sind Parallelbündelungen von Molekülabschnitten oder Faltungen von Molekülketten. Einzelne Kettenmoleküle können dabei teilweise den kristallinen oder den amorphen Bereich durchlaufen. Sie können manchmal sogar mehreren Kristalliten gleichzeitig angehören.
Die thermoplastische Formmasse A kann ein Blend von amorphen thermoplastischen Polymeren und teilkristallinen Polymeren sein. Die thermoplastische Formmasse A kann z.B. ein Blend eines Styrol-Copolymers mit einem oder mehreren Polycarbo- nat(en) und/oder einem oder mehreren teilkristallinen Polymeren (wie Polyamid) sein, wobei der Anteil teilkristalliner Mischkomponenten an der gesamten Komponente A kleiner als 50 Gew.-%, bevorzugt kleiner 40 Gew.-% sein sollte. Erfindungsgemäß enthält die eingesetzte thermoplastische Formmasse A Polystyrol oder mindestens ein Copolymer A-1 , das Monomere A-l umfasst, die mit den funktionellen Gruppen B-l der eingebetteten Verstärkungsfasern B kovalente Bindungen eingehen. Der Anteil an Monomeren A-l in der thermoplastischen Formmasse A kann variabel gewählt sein. Je höher der Anteil an Monomeren A-l und der funktionellen Grup- pen (B-l) ist, desto stärker kann auch die Bindung zwischen der thermoplastischen Formmasse A und den Verstärkungsfasern B sein. Monomere A-l können in Copolymer A-1 noch als Monomere vorliegen oder in das Copolymer A-1 integriert sein. Vorzugsweise sind die Monomere A-l in das Copolymer A-1 integriert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Copolymer A-1 aufgebaut mit einem Anteil an Monomeren A-l von mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 0,5 Gew.-%, insbesondere von mindestens 1 Gew.-%, z. B. 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf A-1. Als Monomere A-l, die mit den funktionellen Gruppen B-l der Fasern B kovalente Bindungen eingehen können, kommen alle Monomere in Frage, die derartige Eigenschaften aufweisen. Bevorzugt sind dabei als Monomere A-l solche, die durch Reaktion mit Hydroxy- oder Aminogruppen kovalente Bindungen eingehen können. Bevorzugt, weisen die Monomere A-l auf:
(a) mindestens eine Funktionalität, die in der Lage ist, mit den funktionellen Gruppen B-l der Oberfläche der Fasern B (etwa durch Reaktion mit Hydroxyl- und/oder Aminogruppen) kovalente Bindungen einzugehen; und
(b) mindestens eine zweite Funktionalität, die in der Lage ist, in das Copolymer A-1 eingebunden zu werden, beispielsweise eine Doppelbindung, bevorzugt eine endständige Doppelbindung, die mittels radikalischer Polymerisation in das Copolymer A-1 eingebunden wird.
Optional kann das Copolymer A-1 oder auch ein anderes in der thermoplastischen Formmasse A enthaltenes (Co)polymer ein oder mehrere weitere Monomere enthalten, die in der Lage sind, mit den Fasern B kovalente oder nicht-kovalente Bindungen einzugehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Monomere A-l ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Maleinsäureanhydrid (MA),
N-Phenylmaleimid (PM),
tert.-Butyl(meth)acrylat und
Glycidyl(meth)acrylat (GM). Gemäß einer stärker bevorzugten Ausführungsform sind die Monomere A-l ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid (MA), N-Phenylmaleimid (PM) und Glycidyl(meth)acrylat (GM).
Es können auch zwei dieser Monomere A-l im Copolymer A-1 enthalten sein. Das Co- polymer A-1 der Formmasse A kann optional weitere funktionelle Monomere A-Il beinhalten.
Die Matrix-Komponente M enthält mindestens eine thermoplastische Formmasse A, insbesondere eine solche, die für die Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen ge- eignet ist. Bevorzugt werden für die Formmasse A amorphe Thermoplaste eingesetzt. Beispielsweise werden Styrolcopolymere eingesetzt, wie Styrol-Acrylnitril-Copolymere (SAN) oder α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere (AMSAN), schlagzäh modifizierte Styrol-Acrylnitril-Copolymere, wie Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Styrol- Methylmethacrylat-Copolymere (SMMA), Methacrylat-Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymere (MABS) oder Acrylester-Styrol-Acrylnitril-Copolymere (ASA).
Es wird verstanden werden, dass hierbei mindestens eine der Polymer-Komponenten in der thermoplastische Formmasse A mit Monomer A-l modifiziert ist (Polymer- Komponente (A-a)), bevorzugt eine oder mehrere der vorstehend genannten Styrol- Copolymere mit Monomer A-l modifiziert ist. Beliebige weitere Polymer-Komponenten (etwa Styrol-Copolymere, bevorzugt solche wie vorstehend genannt) können optional zusätzlich in der thermoplastische Formmasse A enthalten sein, die optional nicht mit Monomer A-l modifiziert sind (Polymer-Komponente (A-b)) sind.
Auch Blends der zuvor genannten Copolymere (ein oder mehreren Polymer- Komponenten (A-a) und optional (A-b)) mit Polycarbonat oder teilkristallinen Polymeren wie Polyamid, sind geeignet, vorausgesetzt, der Anteil teilkristalliner Mischkomponen- ten an der Komponente A ist kleiner als 50 Gew.%. Ganz besonders bevorzugt werden SAN-(M-l)-Copolymere (mit Modifizierung durch Monomere A-l) als (optional auch als einziger polymerer Bestandteil) Bestandteil der thermoplastischen Formmasse A eingesetzt. Auch Blends der zuvor genannten Copolymere mit Polycarbonat oder teilkristallinen Polymeren wie Polyamid, sind geeignet, vorausgesetzt, der Anteil teilkristalliner Mischkomponenten an der Komponente A ist kleiner als 50 Gew.%. Ganz besonders bevorzugt werden ABS Copolymere als thermoplastische Formmasse A eingesetzt. Ein erfindungsgemäß verwendetes, modifiziertes (a-Methyl)Styrol-Acrylnitril-Copolymer (als Polymer-Komponente (A-a)) als thermoplastische Formmasse A wird hergestellt aus, bezogen auf das (a-Methyl)Styrol-Acrylnitril-Copolymer, 60 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 65 bis 80 Gew.-% (a-Methyl)Styrol, 14,9 bis 37 Gew.-%, vorzugsweise 19,9 bis 32 Gew.-% Acrylnitril und 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-% Mal- einsäureanhydrid. Auch Mischungen aus Styrol-Acrylnitril-Copolymer mit a-Methyl- Styrol-Acrylnitril-Copolymer sind zu nennen.
Ein erfindungsgemäßes (modifiziertes) (a-Methyl)Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer (als Polymer-Komponente (A-a)) als thermoplastische Formmasse A wird hergestellt aus, bezogen auf das (a-Methyl)Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer, mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 85 Gew.-% (a- Methyl)Styrol und 5 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Gew-% Methylmethacrylat. Das (a-Methyl)Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer kann zufällig oder als Blockpolymer aufgebaut sein. Komponente A kann auch hergestellt werden aus bezogen auf Komponente A, mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 85 Gew.-% vinylaromatisches Monomer und 5 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Gew-% Methylmethacrylat. Ein weiteres erfindungsgemäß verwendetes, modifiziertes Copolymer (als Polymer- Komponente (A-a)) der thermoplastischen Formmasse A kann hergestellt werden aus, bezogen auf das Copolymer, 0,1 bis 30 Gew % Maleinsäureanhydrid als Komponente A-l und 70-99.9 % Styrol, bevorzugt 0,2 bis 20 Gew % Maleinsäureanhydrid als Komponente A-l und 80-99.8 % Styrol, stärker bevorzugt 0,3 bis 10 Gew.-% Maleinsäure- anhydrid als Komponente A-l und 90-99.7 % Styrol.
Ein erfindungsgemäßes Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer als thermoplastische Formmasse A wird nach bekannten Methoden hergestellt aus Styrol, Acrylnitril, Butadien und einem funktionellen weiteren Monomer A-l, wie z. B. Methylmethacrylat.
Das modifizierte ABS-Copolymer kann z. B. enthalten: bis zu 70 Gew.-% (etwa 35 bis 70 Gew.-%) Butadien, bis zu 99,9 Gew.-% (etwa 20 bis 50 Gew.-%) Styrol und bis zu 38 Gew.-% (etwa 9 bis 38 Gew.-%) Acrylnitril sowie 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10, stärker bevorzugt 0,1 bis 5, insbesondere 0,1 bis 3 Gew.-% eines Monomers A- I, wie Maleinsäureanhydrid. Komponente A kann auch hergestellt werden aus 3bis zu 70 Gew.-% (etwa 35 bis 70 Gew.-%) mindestens eines konjugierten Diens, bis zu 99,9 Gew.-% (etwa 20 bis 50 Gew.-%) mindestens eines vinylaromatischen Monomers und bis 38 Gew.-% (etwa 9 bis 38 gew.-%) Acrylnitril sowie 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10, stärker bevorzugt 0,1 bis 5, insbesondere 0,1 bis 3 Gew.-%, eines Mono- mers A-l, wie Maleinsäureanhydrid.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das modifizierte ABS-Copolymer enthalten: bis zu 70 Gew.-% (etwa 35 bis 70 Gew,-%) Butadien, 20 bis 99,9 Gew.-% (etwa 20 bis 50 Gew.-%) Styrol und bis zu 38 Gew.-% (etwa 9,9 bis 38 Gew.-%) Acryl- nitril sowie 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-% eines Monomers A-l, wie Maleinsäureanhydrid. Komponente A kann auch hergestellt werden aus 35 bis 70 Gew.-% mindestens eines konjugierten Diens, 20 bis 50 Gew.-% mindestens eines vinylaromatischen Monomers und 9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-% eines Monomers A-l, wie Maleinsäureanhydrid.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, ist die erfindungsgemäße Komponenten A ein Styrol/Butadien Copolymer wie z.B. schlagfestes Polystyrol, ein Styrol- butadien-Blockcopolymer wie z.B. Styrolux, Styroflex, K-Resin, Clearen, Asaprene, ein Polycarbonat, ein amorpher Polyester oder ein amorphes Polyamid. Der Fachmann wird verstehen, dass erfindungsgemäß mindestens eine der (Co)polymer-Komponenten der thermoplastischen Formmasse A ein (Co)polymer darstellt, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität wie hierin beschrieben aufweist (Polymer-Komponente (A-a)). Dies kann auch eine Polymer-Komponente wie vorstehend beschrieben sein, die in der genannten Formmasse mindestens ein funktionales Monomer A-l enthält. Optional können ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Polymer-Komponente (A-b)) eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Matrix M aus mindestens zwei voneinander unterschiedlichen thermoplastischen Formmassen A bestehen. Diese verschiedenen Formmassetypen können beispielsweise einen unterschiedlichen Schmelzflussindex (MFI), und/oder andere Co-Monomere oder Additive aufweisen.
Gemäß der Erfindung kann der Begriff Molekulargewicht (Mw) im weitesten Sinne als die Masse eines Moleküls oder einen Bereich eines Moleküls (z.B. ein Polymerstrang, ein Blockpolymer oder ein kleines Molekül) verstanden werden, welches in g/mol (Da) und kg/mol (kDa) angegeben werden kann. Vorzugsweise ist das Molekulargewicht (Mw) das Gewichtsmittel, welches über die im Stand der Technik bekannten Verfahren bestimmt werden kann.
Bevorzugt weisen die thermoplastischen Formmassen A ein Molekulargewicht Mw von 60.000 bis 400.000 g/mol, besonders bevorzugt von 80.000 bis 350.000 g/mol auf, wobei Mw durch Lichtstreuung in Tetrahydrofuran bestimmt werden kann (GPC mit UV-Detektor). Das Molekulargewicht Mw der thermoplastischen Formmassen A kann in einem Bereich von +/- 20% variieren.
Vorzugsweise enthält die thermoplastische Formmasse A ein durch eine chemisch reaktive Funktionalität modifiziertes Styrol-Copolymer, welches, bis auf den Zusatz der Monomere A-l, im Wesentlichen aus denselben Monomeren aufgebaut ist wie das „normale Styrol-Copolymer", wobei der Monomergehalt +/- 5%, das Molekulargewicht +/- 20% und der Schmelzflussindex (bestimmt bei einer Temperatur von 220 °C und einer Beladung von 10 kg nach dem ISO Verfahren 1 133) +/- 20% abweichen. Unter ISO Verfahren 1 133 wird bevorzugt DIN EN ISO 1 133-1 :2012-03 verstanden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schmelzflussrate (Melt Volume Rate, MVR) der als Polymermatrix eingesetzten thermoplastische Polymerzusammen- Setzung A 10 bis 70 cm3/10min, bevorzugt 12 bis 70 cm3/10min, insbesondere 15 bis 55 cm3/10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133).
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schmelzflussrate (Melt Volume Rate, MVR) der als Polymermatrix eingesetzten thermoplastische Polymerzusammensetzung A 10 bis 35 cm3/10min, bevorzugt 12 bis 30 cm3/10min, insbesondere 15 bis 25 cm3/10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133).
Alternativ kann die Schmelzflussrate (Melt Volume Rate, MVR) der als Polymermatrix eingesetzten thermoplastische Polymerzusammensetzung A 35 bis 70 cm3/10min, bevorzugt 40 bis 60 cm3/10min, insbesondere 45 bis 55 cm3/10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133), betragen.
Alternativ oder zusätzlich kann die mittels eines Kapillarviskosimeters ermittelte Visko- sitätszahl (J = (η/η0-1 ) ■ 1/c) der als Polymermatrix eingesetzten thermoplastische Polymerzusammensetzung A, gemessen bei Raumtemperatut (20°C) für in Dimethylfor- mamid gelöstes Granulat, 50 bis 100 ml/g betragen, bevorzugt 55 bis 85 ml/g. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Viskositätszahl 55 bis 75 ml/g, bevorzugt 60 bis 70 ml/g, insbesondere 61 bis 67 ml/g. Gemäß einer alternativen bevorzug- ten Ausführungsform beträgt die Viskositätszahl 60 bis 90 ml/g, bevorzugt 65 bis 85 ml/g, insbesondere 75 bis 85 ml/g.
Geeignete Herstellverfahren für Komponente A sind die Emulsions-, Lösungs-, Masseoder Suspensionspolymerisation, bevorzugt ist die Lösungspolymerisation (siehe GB 1472195). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Komponente A nach der Herstellung nach dem Fachmann bekannten Verfahren isoliert und vorzugsweise zu Granulat verarbeitet. Danach kann die Herstellung der Faserverbund- Werkstoffe erfolgen. Komponente B
Der Faserverbund-Werkstoff (Organoblech) enthält mindestens 5 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, der Verstärkungsfaser B (Komponente B). Die Verstärkungsfaser B ist in dem Faserverbund-Werkstoff bevorzugt von 5 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 65 Gew.-%, oftmals von 25 bis 65 Gew.-% und insbesondere von 29,9 bis 61 ,9 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, enthalten. Die Verstärkungsfaser B kann jede Faser sein, deren Oberfläche funktionelle Gruppen B-l aufweist, die mit den Monomeren A-l der Komponente A eine kovalente Bindung eingehen können. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die funktionellen Gruppen B-l an der Oberfläche der Verstärkungsfaser B ausgewählt aus Hydroxy-, Ester- und Aminogruppen. Besonders bevorzugt sind Hydroxy-Gruppen.
Gemäß einer stärker bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern B Glasfasern, die Hydroxygruppen in Form von Silanolgruppen als chemisch reaktive Funktionalität B-l an der Oberfläche aufweisen.
Die Verstärkungsfasern B können in beliebiger Orientierung und Anordnung in den Faserverbund-Werkstoff eingebettet sein. Die Verstärkungsfasern B liegen in dem Faserverbund-Werkstoff bevorzugt nicht (gänzlich) statistisch gleichverteilt vor, sondern in Ebenen mit höherem und solchen mit niedrigerem Anteil (daher als mehr oder weniger separate Lagen). Vorzugsweise wird von einem laminatartigen oder laminaren Aufbau des Faserverbund-Werkstoffs ausgegangen.
Die Verstärkungsfasern B können etwa als Gewebe, Matten, Vliese, Gelege oder Gewirke vorliegen. Derartig gebildete flächige Laminate enthalten schichtweise aufgebau- te Verbünde aus flächigen Verstärkungslagen (aus Verstärkungsfasern B) und Lagen der diese benetzenden und zusammenhaltenden Polymer-Matrix, enthaltend mindestens eine thermoplastischer Formmasse A.
Bevorzugt liegen die Fasern B als Flächengebilde (Gewebe, Matten, Vliese, Gelege oder Gewirke) und/oder als Endlosfasern (einschließlich Fasern die das Produkt einer Einzelfaserverdrillung sind) vor. Die Fasern B sind daher bevorzugt keine Kurzfasern („chopped fibers") und der Faserverbund-Werkstoff ist bevorzugt kein kurzglasfaserverstärkter Werkstoff. Mindestens 50 % der Fasern B weisen dabei bevorzugt eine Länge von mindestens 5 mm, stärker bevorzugt mindestens 10 mm oder mehr als 100 mm, auf. Die Länge der Fasern B hängt auch von der Größe des Formteils T ab, das aus dem Faserverbund-Werkstoff hergestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern B schichtweise in den Faserverbund-Werkstoff eingebettet, bevorzugt als Gewebe oder Gelege, insbesonde- re als Gewebe, in den Faserverbund-Werkstoff eingebettet.
Dem Fachmann ist bekannt, dass sich Flächengebilde F (daher etwa Gewebe, Matten, Vliese, Gelege oder Gewirke) von Kurzfasern unterscheiden, da bei ersteren zusammenhängende, größere Gebilde vorliegen, die in der Regel länger als 5 mm sein wer- den. Der Fachmann weiß, dass hierbei die Flächengebilde F bevorzugt so vorliegen, dass sie den Faserverbund-Werkstoff (und simit auch das daraus hergestellte Bauteil T) (weitgehend) durchziehen. Weitgehend durchziehen bedeutet hierbei, dass die Flächengebilde F mehr als 50%, bevorzugt mindestens 70%, insbesondere mindestens 90%, der Länge des Faserverbund-Werkstoffs durchziehen. Die Länge ist hierbei die größte Ausdehnung in einer der drei Raumrichtungen. Stärker bevorzugt durchziehen die Flächengebilde F mehr als 50%, bevorzugt mindestens 70%, insbesondere mindestens 90%, der Fläche des Faserverbund-Werkstoffs W. Die Fläche ist hierbei der Fläche der größten Ausdehnung in zwei der drei Raumrichtungen. Der Faserverbund- Werkstoffs ist bevorzugt ein (weitgehend) flächiger Faserverbund-Werkstoffs (daher auch das Formteil T bevorzugt ein flächiges Formteil T).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern B schichtweise in den Faserverbund-Werkstoff eingebettet. Bevorzugt liegen die Verstärkungsfa- sern B als Flächengebilde F vor.
In einem Gelege liegen die Fasern ideal parallel und gestreckt vor. Es werden zumeist Endlosfasern eingesetzt. Gewebe entstehen durch das Verweben von Endlosfasern, beispielsweise von Rovings. Das Verweben von Fasern geht zwangsläufig mit einer Ondulation der Fasern einher. Die Ondulation bewirkt insbesondere eine Absenkung der faserparallelen Druckfestigkeit. Matten bestehen meist aus Kurz- und Langfasern, die locker über ein Bindemittel miteinander verbunden werden. Durch den Einsatz von Kurz- und Langfasern sind die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen aus Matten denen von Geweben unterlegen. Vliese sind Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) oder geschnittenen Garnen jeglicher Art und jeglichen Ursprungs, die auf irgendeine Weise zu einem Vlies zusammengefügt und auf irgendeine Weise miteinander verbunden worden sind. Gewirke sind Fadensysteme durch Maschenbildung. Das Flächengebilde F ist bevorzugt ein Gelege, ein Gewebe, eine Matte, ein Vlies oder ein Gewirke. Besonders bevorzugt ist als Flächengebilde F ein Gelege oder ein Gewebe.
Komponente C
Als weitere Komponente C enthält der eingesetzte Faserverbund-Werkstoff gegebenenfalls 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Summer der Komponenten A bis C, eines oder mehrerer, zu den Komponenten A und B unterschiedlicher Additive (Hilfs- und Zusatzstoffe). Teilchenförmige mineralische Füllstoffe, Verarbeitungshilfsmittel, Stabilisatoren, Oxida- tions-Verzögerer, Mittel gegen Wärmezersetzung und Zersetzung durch ultraviolettes Licht, Gleit- und Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Farbstoffe und Pigmente und Weichmacher sind zu nennen. Auch Ester als niedermolekulare Verbindungen sind zu nennen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können auch zwei oder mehr dieser Verbindungen verwendet werden.
Im Allgemeinen liegen die Verbindungen mit einem Molgewicht kleiner 3000 g/mol, oftmals kleiner 150 g/mol vor.
Teilchenförmige mineralische Füllstoffe können zum Beispiel durch amorphe Kieselsäure, Carbonate wie Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat (Kreide), gepulverter Quarz, Glimmer, unterschiedlichste Silikate wie Tone, Muskovit, Biotit, Suzoit, Zinn- maletit, Talkum, Chlorit, Phlogopit, Feldspat, Calciumsilikate wie Wollastonit oder Kaolin, besonders kalzinierter Kaolin zur Verfügung gestellt werden.
Unter UV-Stabilisatoren fallen beispielsweise verschiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone, die im Allgemeinen in Mengen bis zu 2 Gew.-% eingesetzt werden können.
Erfindungsgemäß können der thermoplastischen Formmasse Oxidationsverzögerer und Wärmestabilisatoren zugesetzt werden. Sterisch gehinderte Phenole, Hydrochino- ne, substituierte Vertreter dieser Gruppe, sekundäre aromatische Amine, gegebenen- falls in Verbindung mit phosphorhaltigen Säuren bzw. deren Salze, und Mischungen dieser Verbindungen, vorzugsweise in Konzentrationen bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, sind einsetzbar.
Ferner können gemäß der Erfindung Gleit- und Entformungsmittel, die in der Regel in Mengen bis zu 1 Gew.-% der thermoplastischen Masse zugesetzt werden. Zu nennen sind hier Stearinsäure, Stearylalkohol, Stearinsäurealkylester und -amide, vorzugsweise Irganox®, sowie Ester des Pentaerythrits mit langkettigen Fettsäuren. Es können die Calcium-, Zink- oder Aluminiumsalze der Stearinsäure sowie Dialkylketone, zum Beispiel Distearylketon, eingesetzt werden. Weiterhin können auch Ethylenoxid- Propylenoxid-Copolymere als Gleit- und Entformungsmittel verwendet werden. Ferner könne natürliche sowie synthetische Wachse verwendet werden. Zu nennen sind PP- Wachse, PE-Wachse, PA-Wachse, gepfropfte PO-Wachse, HDPE-Wachsen, PTFE- Wachse, EBS-Wachse, Montanwachs, Carnauba- und Bienenwachse. Flammschutzmittel können sowohl halogenhaltige als auch halogenfreie Verbindungen sein. Geeignete Halogenverbindungen, wobei bromierte Verbindungen den chlorierten vorzuziehen sind, bleiben bei der Herstellung und Verarbeitung der erfindungsgemäßen Formmasse stabil, so dass keine korrosiven Gase freigesetzt werden und die Wirksamkeit dadurch nicht beeinträchtigt wird. Bevorzugt werden halogenfreie Verbindungen, wie zum Beispiel Phosphorverbindungen, insbesondere Phosphinoxide und Derivate von Säuren des Phosphors und Salze von Säuren und Säurederivaten des Phosphors, verwendet. Besonders bevorzugt enthalten Phosphorverbindungen Ester-, Alkyl-, Cycloalkyl- und/oder Aryl-Gruppen. Ebenfalls geeignet sind oligomere Phos- phorverbindungen mit einem Molekulargewicht kleiner 2000 g/mol wie zum Beispiel in EP-A 0 363 608 beschrieben.
Ferner können Pigmente und Farbstoffe enthalten sein. Diese sind allgemein in Mengen von 0 bis 15, bevorzugt 0,1 bis 10 und insbesondere 0,5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die Summer der Komponenten A bis C, enthalten. Die Pigmente zur Einfärbung von Thermoplasten sind allgemein bekannt, siehe zum Beispiel R. Gächter und H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, S. 494 bis 510. Als erste bevorzugte Gruppe von Pigmenten sind Weißpigmente zu nennen wie Zinkoxid, Zinksulfid, Bleiweiß (2 PbC03.Pb(OH)2), Lithopone, Antimonweiß und Titandioxid. Von den beiden gebräuchlichsten Kristallmodifikationen (Rutil- und Anatas-Typ) des Titandioxids wird insbesondere die Rutilform zur Weißfärbung der erfindungsgemäßen Formmassen verwendet.
Schwarze Farbpigmente, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind Eisen- oxidschwarz (Fe304), Spinellschwarz (Cu(Cr,Fe)204), Manganschwarz (Mischung aus Mangandioxid, Siliciumoxid und Eisenoxid), Kobaltschwarz und Antimonschwarz sowie besonders bevorzugt Ruß, der meist in Form von Furnace- oder Gasruß eingesetzt wird (siehe hierzu G. Benzing, Pigmente für Anstrichmittel, Expert-Verlag (1988), S. 78ff). Selbstverständlich können zur Einstellung bestimmter Farbtöne anorganische Buntpigmente wie Chromoxidgrün oder organische Buntpigmente wie Azopigmente und Phthalocyanine erfindungsgemäß eingesetzt werden. Derartige Pigmente sind allgemein im Handel erhältlich. Weiterhin kann es von Vorteil sein, die genannten Pigmente bzw. Farbstoffe in Mischung einzusetzen, zum Beispiel Ruß mit Kupferphtha- locyaninen, da allgemein die Farbdispergierung in den Thermoplasten erleichtert wird.
Herstellung und Verwendung der Faserverbund-Werkstoffe (Organobleche)
Vorzugsweise werden Organobleche im Spritzgieß- oder Pressverfahren verarbeitet. Somit kann durch eine Funktionsintegration, z.B. das Anspritzen oder Anpressen von Funktionselementen, ein weiterer Kostenvorteil generiert werden, da auf weitere Montageschritte, z.B. das Anschweißen von Funktionselementen, verzichtet werden kann.
Das Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Werkstoffs umfasst die Schritte:
(i) Bereitstellen von:
(A) mindestens einer thermoplastischen Formmasse A als Matrix M, enthaltend (oder bestehend aus) Polystyrol oder mindestens ein Copolymer A- 1 , das Monomere A-l enthält (sowie optional ein oder mehrere weitere (Co)polymere (A-a) und/oder (A-b));
(B) mindestens einer Verstärkungsfaser B, deren Oberfläche funktionelle Gruppen B-l aufweist, die mit den Monomeren A-l, eine kovalente Bindung eingehen können;
(C) optional mindestens einem Additiv C;
Schmelzen der thermoplastischen Formmasse A und Inkontakt-Bringen dieser mit mindestens einer Verstärkungsfaser B aus Schritt (i); und
Reagieren mindestens eines Teils der Monomere A-l des Polystyrols oder des Copolymers A-1 mit mindestens einem Teil der funktionellen Gruppen B-l der mindestens einen Verstärkungsfaser B aus Schritt (ii) unter Ausbildung kovalen- ter Bindungen.
Das Herstellungsverfahren kann die bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen üblichen Phasen der Imprägnierung, Konsolidierung und Solidifikation (Verfestigung) umfassen, wobei der Prozess über die Wahl der Temperatur, des Drucks und der angewandten Zeiten beeinflusst werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält (oder besteht aus) der Faserverbund-Werkstoff: a) 30 bis 95 Gew.-% mindestens einer thermoplastischen Formmasse A, b) 5 bis 70 Gew.-% mindestens einer Verstärkungsfaser B, und
c) 0 bis 40 Gew.-% mindestens eines Additivs C.
Schritt (ii) des Verfahrens, das Schmelzen der thermoplastischen Formmasse A und das Inkontaktbringen dieser Schmelze mit den Verstärkungsfasern B, kann auf jede hierzu geeignete Weise erfolgen. Bei einer solchen Imprägnierung kann die Matrix M, bestehend aus mindestens einer thermoplastischen Formmasse A, in einen fließfähi- gen Zustand überführt werden und die Verstärkungsfasern B unter Ausbildung einer Grenzschicht benetzt werden.
Schritte (ii) und (iii) können auch gleichzeitig durchgeführt werden. Dann findet unmit- telbar beim Inkontakt-Bringen der thermoplastischen Formmasse A mit den Verstärkungsfasern B eine chemische Reaktion statt, bei der die Monomere A-l mit der Oberfläche der Verstärkungsfasern B (in der Regel über eine Bindung an die funktionellen Gruppen B-l) eine kovalente Bindung ausbilden. Dies kann beispielhaft eine Veresterung sein (z.B. die Veresterung von Maleinsäureanhydrid-Monomeren mit Silanolgrup- pen einer Glasfaser). Alternativ kann die Ausbildung einer kovalenten Bindung auch in einem gesonderten Schritt initiiert werden (z.B. durch Temperaturerhöhung, Radikalstarter und/oder Photo-Initiation). Dies kann bei jeder geeigneten Temperatur durchgeführt werden. Die Schritte (ii) und/oder (iii) werden bei einer Temperatur von mindestens 200°C, bevorzugt mindestens 250°C, stärker bevorzugt mindestens 300°C, insbesondere bei 300°C-340°C durchgeführt.
Hierbei ist bevorzugt darauf zu achten, dass möglichst keine Pyrolyse auftritt und die verwendeten Komponenten thermisch nicht (oder nur wenig (daher zu <50 %)) zersetzt werden. Eine Ausnahme kann hierbei darstellen: eine Zusammensetzung, die durch thermische Abspaltung reaktive Gruppen freisetzt, wie beispielsweise tert- Butyl(meth)acrylat, wobei durch thermische Elimination bei Temperaturen von etwa ab 200 °C Isobuten freigesetzt wird und die verbleibende funktionelle Gruppe (im Wesent- liehen eine Säurefunktion) dann mit der Faseroberfläche reagieren kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt daher bei der Durchführung der Schritte (ii) und/oder (iii) die Verweildauer bei Temperaturen von > 200°C nicht mehr als 10 min, bevorzugt nicht mehr als 5 min, stärker bevorzugt nicht mehr als 2 min, insbesondere nicht mehr als 1 min. Oftmals reichen 10 bis 60 Sekunden für die thermische Behandlung aus.
Das Verfahren, insbesondere die Schritte (ii) und (iii), könne grundsätzlich bei beliebigem Druck durchgeführt werden (bevorzugt atmosphärischer Druck oder Überdruck), mit und ohne Anpressen der Komponenten. Bei einem Anpressen mit Überdruck können die Eigenschaften des Faserverbund-Werkstoff verbessert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden daher die Schritte (ii) und/oder (iii) bei einem Pressdruck von 5-100 bar und einer Presszeit von 10-60 s, bevorzugt bei einem Pressdruck von 10-30 bar und einer Presszeit von 15-40 s, durchgeführt. Vorzugsweise werden mit mindestens einer chemisch reaktiven Funktionalität (A-l) versehene Styrol-Copolymere, also amorphe thermoplastische Matrices, als thermoplastische Formmasse A verwendet. Somit kann die Oberflächenqualität, für die nach- folgend beschriebenen Anwendungen, im Vergleich zu den teilkristallinen Thermoplasten für derartige Verkleidungsteile wesentlich gesteigert werden, da durch die geringere Schwindung der amorphen Thermoplaste die Oberflächentopologie, aufgrund der faserreichen (Kreuzungspunkt bei Geweben) und faserarmen Regionen, wesentlich verbessert wird.
Bei der Konsolidierung werden Lufteinschlüsse in dem Faserverbund-Werkstoff vermindert und eine gute Verbindung zwischen thermoplastischer Formmasse A und Verstärkungsfaser B (insbesondere, wenn es sich um schichtenweise eingebettete Verstärkungsfasern B handelt) hergestellt. Bevorzugt ist es, nach Imprägnierung und Kon- solidierung einen (möglichst weitgehend) porenfreien Materialverbund zu erhalten.
Alternativ können die genannten Schritte in getrennter Abfolge ausgeführt werden. Beispielsweise können zunächst Lagen aus Verstärkungsfasern B mit unterschiedlich vorbereiteten Verstärkungsfasern B vorbereitet werden, wobei eine Imprägnierung der Verstärkungsfasern B mit der Matrix aus thermoplastischer Formmasse A stattfindet. Danach können imprägnierte Lagen mit Verstärkungsfasern B mit unterschiedlicher Faser-Matrix-Haftung vorliegen, die in einem weiteren Arbeitsschritt zu einem Materialverbund als Faserverbund-Werkstoff konsolidiert werden können. Bevor die Lagen aus Verstärkungsfasern B mit der Matrix aus thermoplastischer Formmasse A laminiert werden, kann wenigstens ein Teil der Verstärkungsfasern B einer Vorbehandlung unterzogen werden, in deren Verlauf die spätere Faser-Matrix- Haftung beeinflusst wird. Die Vorbehandlung kann beispielsweise einen Beschich- tungsschritt, einen Ätzschritt, einen Wärmebehandlungsschritt oder einen mechani- sehen Oberflächenbehandlungsschritt enthalten. Insbesondere kann beispielsweise durch Erhitzen eines Teils der Verstärkungsfasern B ein bereits aufgebrachter Haftvermittler teilweise entfernt werden.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform wird bei der Herstellung des Faserverbund- Werkstoffs kein Haftvermittler, insbesondere kein Haftvermittler aus der Gruppe bestehend aus Aminosilanen und Epoxy-Verbindungen eingesetzt.
Die Verstärkungslagen können beim Herstellungsprozess (Laminieren) vollständig miteinander verbunden werden. Derartige Faserverbund-Werkstoff-Matten bieten opti- mierte Festigkeit und Steifigkeit in der Faser-Richtung und können besonders vorteilhaft weiterverarbeitet werden.
Dass Verfahren kann auch die Herstellung eines Formteils T umfassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren als weiteren Schritt (iv) eine dreidimensionale Formgebung zu einem Formteil T.
Dies kann auf beliebige Art erfolgen, etwa durch mechanische Formgebung durch einen Formgebungskörper, der auch eine Walze mit Prägung sein kann. Bevorzugt wird der noch formbare Faserverbund-Werkstoff, bei dem die thermoplastische Formmasse A noch (teilweise) geschmolzen vorliegt geformt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein ausgehärteter Faserverbund-Werkstoff kaltgeformt werden.
Bevorzugt wird am Ende des Verfahrens ein (weitgehend) festes Formteil T erhalten. Bevorzugt umfasst daher das Verfahren als weiteren Schritt (v) das Aushärten des aus einem der Schritte (iii) oder (iv) erhaltenen Produkts.
Dieser Schritt kann auch als Solidifikation bezeichnet werden. Die in der Regel unter Wärmeentzug stattfindende Solidifikation kann anschließend zu einem gebrauchsferti- gen Formteil T führen. Optional kann das Formteil T noch nachbearbeitet werden (z.B. entgratet, poliert, gefärbt usw.).
Das Verfahren kann kontinuierlich, semikontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren als kontinuierliches Verfahren durchgeführt, insbesondere als kontinuierliches Verfahren zu Herstellung von glatten oder dreidimensional geprägten Folien. Alternativ könne auch Formteile T semi- oder diskontinuierlich hergestellt werden.
Die Organobleche besitzen eine amorphe, thermoplastische Matrix M. Diese können im Spritzgießverfahren mit einer Verrippung angebracht werden, auf einen geschäumten, thermoplastischen Kern oder auf einen Wabenkern als Deckschichten aufkaschiert (verschweißt) werden.
Die Verbesserung der Bauteilsteifigkeit durch eine Verrippung (Bildung einer gerippten Struktur) wird durch die Vergrößerung des Flächenträgheitsmomentes begründet. Generell beinhaltet die optimale Rippendimensionierung produktionstechnische, ästhetische und konstruktive Gesichtspunkte. Die Verstärkungsfasern B können schichtweise als Lagen von Verstärkungsfasern B in einem einzigen Verarbeitungsschritt mit der Matrix M, enthaltend eine thermoplastische Formmasse A, imprägniert und konsolidiert werden. Die Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs kann auf diese Weise in besonders effizienter Art erfolgen.
Die Gewichtsreduzierung ist bei allen bewegten Bauteilen, wie z.B. Waschtrommeln, von Vorteil, da durch die Gewichtsreduzierung der bewegten Massen eine Energieeinsparung erreicht werden kann (Reduzierung des Drehmomentes während der Beschleunigung).
Ein weiterer Vorteil der Styrol-Copolymere als amorphen Thermoplaste (z.B. SAN) ist die teilweise hohe Kratzfestigkeit dieser Werkstoffe. Dies hat in den nachfolgend beschriebenen Anwendungsbeispielen den Vorteil, dass die Verkleidungsteile bei der Montage und im späteren Gebrauch nicht verkratzen.
Im Vergleich zu einer Polypropylen-basierten Matrix ist ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen thermoplastischen Formmassen, die unpolare Oberfläche, die eine direkte Lackierung, Beklebung und Bedruckung ermöglicht. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anwendung der Organobleche zur Herstellung von weißer Ware ist die hohe Steifigkeit und Festigkeit. Deckel für Waschmaschinen und Wäschetrocknern müssen beispielsweise hohe Lasten aushalten, da die Geräte oftmals aus Platzgründen gestapelt werden. Hierbei muss die obere Abdeckung des unteren Gerätes die statischen und dynamischen Lasten des oberen Gerätes tra- gen. Die benötigte Steifigkeit und Festigkeit wird durch ein Organoblech in einem Sandwichverbund oder z. B. durch eine Verrippung erreicht.
Als Kernmaterial im Sandwichverbund kann sowohl ein Schaumkern (z.B. Rohacell von Evonik), als auch ein Wabenkern (z.B. Honeycomps von EconCore) eingesetzt wer- den. Um hierbei einen stoffschlüssigen Verbund zwischen Organoblech und Kern zu erreichen, besteht der Kern aus einem chemisch verträglichen Thermoplast, um so mittels Wärme ein Verschweißen zu erzielen und ein Kaschieren im Produktionspro- zess zu ermöglichen. Eine bevorzugte Möglichkeit, eine ausreichende Steifigkeit für beispielsweise Abdeckung zu erreichen, ist das Hinterspritzen bzw. Hinterpressen einer Verrippung im Spritzgießprozess bzw. im Pressverfahren. Um auch hier eine stoffschlüssige Anbin- dung zwischen den Rippen und dem Organoblech zu erreichen, sollte eine geeignete thermoplastische Formmasse, insbesondere eines der o.g. Styrol-Copolymere genutzt werden. Vorzugsweise wird eine SAN, ABS oder ASA- basierte thermoplastische Formmasse verwendet. in solches Styrol-Copolymer kann, sofern als Polymer-Komponente (A-a) eingesetzt, etwa ein M-l-enthaltenes Styrol-Copolymer (beispielhaft ein Maleinsäureanhydrid- enthaltendes Styrol-Copolymer) sein.
„Darauf basierend" ist im weitesten Sinne zu verstehen als die genannte(n) Komponente^) enthaltend, bevorzugt die genannte(n) Komponente(n) zu mehr als 50 Gew.-%, stärker bevorzugt zu mehr als 75 Gew.-%, noch stärker bevorzugt zu mehr als 90 Gew.-%, noch stärker bevorzugt zu mehr als 95 Gew.-% enthaltend oder (weitgehend) aus der/den genannten Komponente(n) bestehend.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfin- dung die Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei Komponente A (oder ein Bestandteil daraus) hergestellt wird aus
bis zu 70 Gew.-% (etwa 35 bis 70 Gew.-%) mindestens eines konjugierten Diens, bis zu 99,9 (etwa 20 bis 50 Gew.-%) mindestens eines vinylaromatischen Monomers und
bis zu 38 Gew.-% (etwa 9 bis 38 Gew.-%) Acrylnitril sowie
0,1 bis 5 Gew.-% eines Monomers A-l, welches eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, insbesondere Maleinsäureanhydrid, und wobei die Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden und
wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Verrippung oder einen Sandwichaufbau aufweist und
wobei der Faserverbund-Werkstoff optional schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei Schichten enthält und
wobei der Faserverbund-Werkstoff optional eine Dicke von < 10 mm aufweist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs einer Dicke von < 10 mm, enthaltend: a) 30 bis 95 Gew.-% einer thermoplastischen, amorphen Formmasse A, , wobei Komponente A hergestellt wird aus 35 bis 70 Gew.-% mindestens eines konjugierten Diens, 20 bis 50 Gew.-% mindestens eines vinylaromatischen Monomers und 9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie 0,1 bis 5 Gew.-% eines Monomers A-l, welches eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, insbesondere Maleinsäureanhydrid, und wobei die Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden, b) 5 bis 70 Gew.-% eines Verstärkungsfasern B, wobei die Oberfläche der Verstär- kungsfasern B eine oder mehrere der Funktionen Hydroxy-, Ester- oder Amino-
Gruppen enthält, und c) 0 bis 40 Gew.-% eines Additivs C. wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix der thermoplastischen Formmasse eingebettet ist, und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert, zur Herstellung von weißer Ware, wie Haushaltsgeräte, wobei der Faserverbund-Werkstoff bevorzugt eine Verrippung oder einen Sandwichaufbau aufweist und/oder schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei Schichten enthält. Noch stärker bevorzugt weist der Faserverbund-Werkstoff ein oder mehrere weitere Merkmale wie oben beschrieben auf.
Entsprechend des hierin dargelegten umfasst die vorliegende Erfindung auch Weiße Ware, z.B. ein Haushaltsgerät, enthaltend (mindestens ein Bauteil, enthaltend) a) mindestens eine thermoplastische Formmasse A als Matrix
b) mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B, und
c) optional mindestens ein Additiv C,
wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix der thermoplastischen Formmasse eingebettet ist, und die thermoplastische Formmasse A min- destens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert,
Bervorzugt weist die Weiße wäre hierbei noch weitere Eigenschaften wie hierin darge- legt auf.
Besonders bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung ein Haushaltsgerät enthaltend mindestens ein Bauteil, umfassend
a) mindestens eine thermoplastische Formmasse A als Matrix, hergestellt aus 35 bis 70 Gew.-% mindestens eines konjugierten Diens,
20 bis 50 Gew.-% mindestens eines vinylaromatischen Monomers und
9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie
0,1 bis 5 Gew.-% eines Monomers A-l, welches eine chemisch reaktive Funktio- nalität aufweist, insbesondere Maleinsäureanhydrid, und
b) mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes, und
c) optional mindestens ein Additiv C,
wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix der thermo- plastischen Formmasse eingebettet ist, und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert und
wobei der Faserverbund-Werkstoff optional eine Verrippung oder einen Sandwichauf- bau aufweist.
Des Weiteren kann durch eine zusätzliche amorphe Thermoplasten-Schicht auf dem Organoblech und einem Vlies, welches mindestens eine Grammatur von 50 g/m2 aufweist und zwischen Organoblech und Thermoplasten-Schicht eigebettet ist, mittels der Werkzeugwand eine Narbung abgeformt werden, womit die Oberfläche zusätzlich funk- tionalisiert werden kann (Kratzfestigkeit, Kaschieren von Einfallstellen). Je nach Bedarf kann die zusätzliche Thermoplasten-Schicht deckend eingefärbt werden, so dass sich optisch kein Organoblech vermuten lässt, oder man gezielt durch den Einsatz einer transparenten Schicht einen„fiber-look" hervorrufen kann.
Durch den Einsatz von Organoblechen im Sandwichverbund oder mittels Verrippung kann eine Kostenreduzierung erreicht werden und gleichzeitig das Gewicht gesenkt werden, was zum einen die Montage des Bauteils und zum anderen die des Gerätes erleichtern kann. Seitenverkleidungen von Haushaltsgeräten müssen bei der Montage und bei Missbrauch oft hohe Lasten aushalten und bestehen daher zum Großteil aus Metallen, vorwiegend aus lackierten Stahlblechen.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Organoblechen als Ersatz von Metallen können die Kosten und das Gewicht reduziert werden, da die Dichte der Organobleche wesentlich geringer ist und die fehlende Steifigkeit, im Vergleich zum Stahl, durch eine Verrippung oder einen Sandwichaufbau kompensiert werden kann. Die Verrippung besteht vorzugsweise aus einem Spritzgießmaterial, welches eine stoffschlüssige An- bindung zum Organoblech gewährleistet und so ein hohes Widerstandsmoment entstehen lässt. Bei dem Sandwichaufbau besteht ebenfalls eine Ähnlichkeit, so dass auch hier ein stoffschlüssiger Verbund entsteht. Alternativ kann der Schaumkern mit den Decklagen verklebt werden oder es wird durch eine zusätzliche Thermoplasten- Schicht auf dem Organoblech eine Verkrallung in der Schaumstruktur hervorgerufen.
Durch eine Funktionsintegration kann im Spritzgießprozess ein weiterer Kostenvorteil entstehen. So können beispielsweise Montageschritte eingespart werden, in dem Halter, Führungen, Arretierungen, Schnapphaken usw. direkt mit angespritzt werden können.
Durch den Einsatz von Organblechen im Bereich von Verkleidungen von Haushaltsge- raten kann neben einem Kosten- und Gewichtsvorteil aber auch ein ästhetischer Vorteil entstehen. Bei dem Einsatz von einer amorphen, transparenten Matrix, kann ein sogenannter„fiber-look" erreicht werden. Selbst bei dem Einsatz von Glasfaser, welche von Natur aus transparent ist, kann durch eine Lackierung der Fasern diese sichtbar gemacht werden. Des Weiteren haben die erfindungsgemäßen Organobleche den Vorteil, dass sie unlackiert eingesetzt werden können, wobei im Vergleich zum Stahlblech der Lackierschritt eingespart werden kann.
Durch den Einsatz von Organoblechen für Gehäuse und / oder tragenden Strukturen, kann das Gewicht von mobilen Haushaltsgeräten gesenkt werden. Dies hat zum Vor- teil, dass die Geräte handlicher werden oder bei gleichem Gewicht ein größerer Akku verbaut werden kann, um so eine längere Akku-Laufzeit zu generieren.
Bei den Gehäusen ist die Wanddicke, oftmals aufgrund von nicht ausreichender Fließfähigkeit der Spritzgießmasse bzw. einem zu geringen Fließweg-/Wand- Dickenverhältnis, überdimensioniert. Durch den Einsatz von Organoblechen kann daher die Wanddicke wesentlich verringert werden, da das Organoblech nur umgeformt werden muss und somit auch bei sehr großen Bauteilen mit einer geringen Dicke auskommen kann. Die erfindungsgemäßen Organobleche können beispielsweise mit einer Dicke von <1 mm, vorzugsweise < 0,7mm, besonders bevorzug <0,5mm produziert werden. Wenn diese dünnen Organobleche mit einer Verrippung und Umsäumung versehen werden, entstehen sehr steife Bauteile, da das Organoblech in der Randfaser des Schalenbauteils liegt, was eine Erhöhung des Widerstandmomentes zur Folge hat. Aufgrund der amorphen Matrix A und dadurch geringen Schwindung, besitzen die Formteile eine sehr glatte Oberfläche, die je nach Bedarf noch lackiert oder kaschiert werden kann.
Bei strukturellen Teilen, wie beispielsweise einem Tragrahmen, können die Organobleche ebenfalls einen großen Gewichtsvorteil erreichen. Auch hier kann mit Hilfe einer Verrippung die Aussteifung der Bauteile unterstützt werden. Zusätzlich kann eine Funktionsintegration nachfolgende Montageschritte und weitere Bauteile einsparen und somit stellt sich neben dem Gewichts- auch ein Kostenvorteil ein. Figuren
Figur 1 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe W, die nach Versuchs-Nr. 1 erhalten wurden. Figur 1A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 1 B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff W (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei die Fasern deutlich als horizontal verlaufende dunkle Schicht zwischen den hellen Schichten aus thermoplastischer Formmasse erkennbar sind. Figur 1 C zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an einigen Stellen nicht abgeschlossen ist.
Figur 2 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe W, die nach Versuchs-Nr. 2 erhalten wurden. Figur 2A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 2B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff W (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergröße- rung), wobei die Fasern deutlich als verlaufende dunkle Schicht zwischen den hellen Schichten aus thermoplastischer Formmasse erkennbar sind. Figur 2C zeigt die 200- fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung teilweise nicht abgeschlossen ist. Figur 3 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe W, die nach Versuchs-Nr. 3 erhalten wurden. Figur 3A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 3B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff W (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei keine Schicht aus Fasern erkennbar ist. Figur 3C zeigt die 200-fache Ver- größerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung weitgehend abgeschlossen ist.
Figur 4 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe W, die nach Versuchs-Nr. 4 erhalten wurden. Figur 4A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 4B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff W (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei keine Schicht aus Fasern erkennbar ist. Figur 4C zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an einzelnen Stellen nicht vollständig abgeschlossen ist. Figur 5 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe W, die nach Versuchs-Nr. 5 erhalten wurden. Figur 5A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 5B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff W (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei keine Schicht aus Fasern erkennbar ist. Figur 4C zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an wenigen Stellen nicht vollständig abgeschlossen ist. Figur 6 zeigt die Herstellung der Faserverbund-Werkstoffe W (hier: Glasfaser-Gewebe) im Presseneinlauf V25-V28. Deutlich erkennbar ist, dass ein derartiges Herstellungsverfahren eine kontinuierliche Produktion erlaubt. Zudem ist durch die Einprägung des Musters erkennbar, dass der Faserverbund-Werkstoff W auch dreidimensional formbar ist.
Figur 7 zeigt schematisch die Entstehung von unerwünschter Bildung von Oberflächenwellen (Textur).
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen und Ansprüchen näher beschrie- ben.
Beispiele
Die nachfolgenden Versuche wurden auf einer handelsüblichen Intervall-Heißpresse, welche in der Lage ist einen Faser/Folienverbund aus Polymerfolie, Schmelze oder Pulver herzustellen, zur quasi-kontinuierlichen Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen, Laminaten und Sandwichplatten durchgeführt.
Plattenbreite: 660 mm
Laminat-Dicke: 0,2 bis 9,0 mm
Laminat-Toleranzen: max. ± 0,1 mm entsprechend Halbzeug
Sandwichplattenstärke: max. 30 mm
Ausstoß: ca. 0,1 - 60 m/h, abhängig von Qualität und Bauteildicke
Nennvorschub 5 m/h
Werkzeugdruck: Presseinheit 5-25 bar, für minimale und maximale Werkzeuggröße stufenlos regelbar (optional)
Werkzeugtemperierung: 3 Heiz- und 2 Kühlzonen
Werkzeugtemperatur: bis 400 °C
Werkzeuglänge: 1000 mm
Öffnungsweg Presse: 0,5 bis 200 mm
Produktionsrichtung: rechts nach links
Technische Daten der Schmelze-Plastifizierung sind:
Diskontinuierlicher Schmelze-Auftrag in Mittellage zur Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen:
Schneckendurchmesser: 35mm
Max. Hubvolumen: 192 cm3
Max. Schneckendrehzahl: 350 U/min
Max. Austragsstrom: 108 cm3/s
Max. Austragsdruck: 2406 bar spezifisch
Transparenz wurde an 1 mm Organoblech-Proben in % von weißem Tageslicht (100 %) gemessen (Transparenzmessgeräts Byk Haze gard i (BYK-gardner, USA) gemäß ASTM D 1003 (etwa ASTM D 1003-13)).
Die beschriebenen Faserverbund-Werkstoffe (Organobleche), insbesondere mit amorpher, thermoplastischer Matrix eignen sich besonders für die Herstellung von Haushaltswaren, wie Groß- und Kleingeräte. Einige Beispiele sind nachfolgend aufgezeigt. Wenn nicht anders erwähnt, werden die Formteile in Spritzgussverfahren hergestellt. Beispiel 1 Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs M
40 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, eines Styrol-Acrylnitril- Maleinsäureanhydrid-Copolymers als thermoplastische Formmasse A (hergestellt aus: 75 Gew.-% Styrol, 24 Gew.-% Acrylnitril und 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid) wird mit 60 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, einer Glas-basierten Verstärkungsfaser mit chemisch reaktiver Funktionalität (Silangruppen) an der Oberfläche [GW 123-580K2 von P-D Glasseiden GmbH] compoundiert.
Beispiel 2 Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs N
65 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, eines Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymer als thermoplastische Formmasse A (ABS hergestellt aus: 45 Gew.-% Butadien, 30 Gew.-% Styrol, 24 Gew.-% Acrylnitril und 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid) wird mit
35 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, einer Glas-basierten Verstärkungsfaser GW 123-580K2 von P-D Glasseiden GmbH compoundiert. Der Faserverbund-Werkstoff wird im Anschluss verrippt.
Beispiel 3 Herstellung von Formteilen aus den Faserverbund-Werkstoffen
Aus den Faserverbund-Werkstoffen M und N werden folgende Formteile hergestellt: Beispiel A: Großgeräte: Dunstabzugshauben, Elektroherd, Gefrierschrank, Gefriertru- he/Gefrierkombinationen, Geschirrspülmaschine, Kühlschränke, Waschmaschinen & Wäschetrockner, Wäscheschleudern, Weinkühlschränke
Beispiel B: Kleingeräte: Flaschenkühler, Kaffeemühle, Pürierstab, Kaffeemaschine, Mikrowellenherd, Rührgeräte, Tauchsieder, Toaster, Wasserkocher
Beispiel C: Verkleidungen
Die Faserverbund-Werkstoffe M und N eignen sich als Ersatz von Metallen im Bereich von Verkleidungen für die in den Beispielen A und B genannten Haushaltsgeräte.
Beispiel D: bewegte Bauteile: Waschtrommeln Beispiel E: Mobile Haushaltsgeräte: Handstaubsauger Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen thermoplastischen Faserverbund- Werkstoffs, enthaltend die modifizierte thermoplastische Formmasse A, die Lagen aus Verstärkungsfasern B und das Additiv C, kann sowohl eine leichtere Wandung realisiert werden, also auch mehr Platz im Innenbereich hergestellt werden, um entspre- chend mehr Platz für z. B. einen Akku zu erhalten. Es wird auch eine erhöhte Steifigkeit der Bauteile beobachtet. Die Differenz zu den Steifigkeiten von Metallverkleidung kann ausgeglichen werden.
Beispiel 4 Herstellung von (teil)transparenten Organoblechen
Gefahrene Thermoplast Kombinationen A:
A1 (Vergleich): S/AN mit 75 % Styrol (S) und 25 % Acrylnitril (AN), Viskositätszahl
60, Mw von 250.000 g/mol (gemessen via Gel Permeations Chromatographie an Standard Säulen mit monodispersen Polystyrol Eich- Standards)
A2: S/AN/Maleinsäureanhydrid Copolymer mit der Zusammensetzung (Gew%): 74/25/1 , Mw von 250.000 g/mol (gemessen via Gel Permeations Chromatographie an Standard Säulen mit monodispersen Polystyrol Eichstandards)
A3: Mischung aus A2 : A1 = 2 : 1
A4: Mischung aus A2 : A1 = 1 : 2
Verwendete Faser-Textilien B:
B1 : Bidirektionales Glasfasergelege 0/90° (GF-GE) mit Flächengewicht =
590g/m2,
Schuss + Kette = 1200tex [beispielsweise KN G 590.1 von P-D Glasseiden GmbH]
B2: Glasfasergewebe Köper 2/2 (GF-KG) mit Flächengewicht = 576 g/m2,
Schuss, + Kette = 1200tex
Die im Zusammenhang mit Versuchen Nr. 1 -5 gefahrenen Kombinationen und Parametereinstellungen sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt: Tabelle 1 . Herstellungsbedingungen der Faserverbund-Werkstoffe W
*Komponenten A + B1 : 0.465 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41.6 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .669 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .1 17 mm
Versuchs-Nr. 1 (Vergleichsversuch) Die Ergebnisse sind in Figur 1 gezeigt.
Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:
Makroimprägnierung: abgeschlossen
Mikroimprägnierung: deutlich nicht abgeschlossen
Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:
Matrixschicht in Mittellage: deutlich erkennbar
Matrixschicht in Decklage: am Roving nicht erkennbar
Imprägnierung Kettfäden: mittig unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht imprägniert Imprägnierung Schussfäden: mittig deutlich unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht imprägniert
Lufteinschlüsse: wenig, nur im Roving
Konsolidierung: ungenügend, Beschädigung Kett- und Schussfäden Versuchs-Nr. 2
Die Ergebnisse sind in Figur 2 gezeigt. Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:
Makroimprägnierung: abgeschlossen
Mikroimprägnierung: an mehreren Stellen nicht abgeschlossen
Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:
Matrixschicht in Mittellage: erkennbar
Matrixschicht in Decklage: wenig am Roving erkennbar
Imprägnierung Kettfäden: mittig unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend teilweise imprägniert, teilweise unimprägniert
Imprägnierung Schussfäden: mittig unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht impräg- niert
Lufteinschlüsse: wenig
Konsolidierung: nicht ausreichend, deutliche Beschädigung Schussfäden
Versuchs-Nr. 3
Die Ergebnisse sind in Figur 3 gezeigt.
Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:
Makroimprägnierung: abgeschlossen
Mikroimprägnierung: abgeschlossen
Versuch Nr. 3, Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:
Matrixschicht in Mittellage: nicht erkennbar
Matrixschicht in Decklage: gut erkennbar
Imprägnierung Kettfäden: kaum unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert
Imprägnierung Schussfäden: kaum unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert
Lufteinschlüsse: sehr viele, große Blasen erkennbar
Konsolidierung: gut, keine Beschädigungen Versuchs-Nr. 4
Die Ergebnisse sind in Figur 4 gezeigt.
Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:
Makroimprägnierung: abgeschlossen Mikroimprägnierung: überwiegend abgeschlossen
Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:
Matrixschicht in Mittellage: kaum erkennbar
Matrixschicht in Decklage: erkennbar
Imprägnierung Kettfäden: leicht unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert
Imprägnierung Schussfäden: unimprägnierte Bereiche erkennbar, aber umlaufend imprägniert
Lufteinschlüsse: keine erkennbar
Konsolidierung: befriedigend, mittlere Beschädigungen von Schussfäden erkennbar
Versuchs-Nr. 5
Die Ergebnisse sind in Figur 5 gezeigt.
Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:
Makroimprägnierung: abgeschlossen
Mikroimprägnierung: überwiegend abgeschlossen
Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:
Matrixschicht in Mittellage: nicht erkennbar
Matrixschicht in Decklage: erkennbar
Imprägnierung Kettfäden: wenig unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert
Imprägnierung Schussfäden: wenig unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert
Lufteinschlüsse: keine erkennbar
Konsolidierung: teilweise gut, teilweise ungenügend, lokale Beschädigungen von Schussfäden erkennbar
Zusammenfassung der Versuchsergebnisse
Tabelle 2. Zusammenfassung Versuche und Bewertung
*Komponenten A + B1 : 0.465 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41.6 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .669 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .1 17 mm
**1 = perfekt, 2= gut, 3=teilweise, 4= wenig, 5=schlecht/keine
Tabelle 3. Optischer und haptischer Vergleich der erfindungsgemäßen Versuchseinstellungen mit herkömmlichen Organoblechen
Versuchs- Composite Maleinsäure- OberBedruckbarkeit Trans¬
Nr. anhydrid- flächenmit 45 mdyne parenz
Konzentra- güte* Tinte** (%) tion
(Gew %)
1 (Vgl) A1 +B1 0 2 1
2 (Vgl.) A1 +B1 0 2 3
3 A2+B1 1 1 -2 1 40
4 A3+B1 0,66 1 -2 25
5 A4+B1 0,33 1 -2 1 20
6 Bond Laminates 0 4-5 0
Composite aus ca
60 % Glasfaser- Gewebe und 40 %
Polyamid
7 Composite aus ca. 0 4-5 5 0
60 % Glasfaser- Gewebe und 40 %
Polypropylen *1 = vollständig glatt, 2= weitgehend glatt, 3= leicht rau, 4= mäßig rau, 5= Fasern sind deutlich zu spüren
**1 = perfekt, 2= gut, 3=teilweise, 4= wenig, 5=schlecht/keine
Versuchs-Nr. 6
Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
Die im Zusammenhang mit Versuch Nr. 6 gefahrenen Kombinationen und Parameter- einstellungen sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt:
Tabelle 4. Herstellungsbedingungen der Faserverbund-Werkstoffe W
*Komponenten A + B1 : 0.465 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41 .6 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .669 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .1 17 mm
Tabelle 5. Vergleich der Biegefestigkeit.
Versuchs-Nr. 8 9 Delta 10 1 1 Delta
(%) (%)
Verstärkung Gelege (B1 ), Gewebe Köper 2/2
Kettrichtung (B2)
Matrix A1 A3 A1 A3
Biegeprüfung:
Modul (GPa) 19,7 22,5 14 21 ,1 19,6 -7
Bruchspannung (MPa) 21 1 462 1 19 423 528 25 Tabelle 5 zeigt die in einer Versuchsreihe erhaltenen Faserverbund-Werkstoffe W. Es wurden jeweils reines SAN (A1 ) sowie ein S/AN/Maleinsäureanhydrid Copolymer (A2) mit einer handelsüblichen Gelege- und Gewebeverstärkung in einem identischen Pro- zess kombiniert und geprüft. Der Faservolumengehalt der Verbünde betrug 42%. Die verbesserte Qualität der Imprägnierung und Verbindung zwischen Faser und Matrix zeigt sich nicht an der Biegesteifigkeit, aber deutlich an der Biegefestigkeit (Bruchspannung) der untersuchten Proben.
Versuchs-Nr. 7
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.
Tabelle 6. Vergleich der Wellentiefe Wt.
Hierbei sind die Komponenten wie folgt definiert:
SAN: SAN-MA-Terpolymer, Gewichtszusammensetzung (Gew.-%): 73/25/2, Mw:
250.000 g/mol (gemessen via Gelpermeations-Chromatographie an Stan- dard-säulen mit monodispersen Polystyrol-Standards), MVR: 15-25 cm3/10 min bei 220°C/10kg (IS01 133), Viskositätszahl (in DMF) J = 61 -67 ml/g PC OD: leichtfließendes, amorphes Polycarbonat optischer Grade für optische
Discs)
PA6: teilkristallines, leichtfließendes Polyamid 6
Fasern (B3): Glasfasergewebe Köper 2/2 (GF-KG) mit Flächengewicht = 300 g/m2,
Schuss, + Kette = 320tex
Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, ist die Verwendung von SAN-MA-Terpolymer besonders vorteilhaft bezüglich des Erhalts einer geringen Wellentiefe der Oberfläche. PC OD zeigte sich als spannungsrissempfindlich. Beispiel 5 Mehrschicht-Organobleche
Die beschriebenen Faserverbund-Werkstoffe (Organobleche), insbesondere mit amor- pher, thermoplastischer Matrix eignen sich besonders für die Herstellung von transparenten und transluzenten Formkörper, Folien und Beschichtungen. Einige Beispiele sind nachfolgend aufgezeigt. Wenn nicht anders erwähnt werden die Formteile in Spritzgussverfahren hergestellt. Herstellung von Formteilen aus den Faserverbund-Werkstoffen M und N bei Waschmaschinenfenstern
Es wird eine erhöhte Steifigkeit des Fensters und der Linsenabdeckung gegenüber entsprechenden aus Glas bestehenden Materialien beobachtet. Ferner sind die Orga- nobleche weniger empfindlich gegenüber Kratzern und Druck.
Weitere Versuche zur Biegespannung an mit Flächengebilden verstärkten Faser- Verb u n d -Wi rkstoff e n
Die Komponenten sind wie oben definiert. Die Biegespannung und das Biegemodul wurden nach DIN 14125:201 1 -05 bestimmt.
Die Kombinationen und Parametereinstellungen zu dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt:
Tabelle 7: Zusammensetzungen Vgl. 1 , Vgl. 2, Vgl. 10 und Vgl. 15 sowie der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen V3 bis V9 und V1 1 bis V14. X: Gewichtsverhältnis Komponente A : B = 60 : 40
Nr. A1 A2 A3 A4 B1 B2 T [°C] t [s]
Vgl. 1 X X 260 20-30
Vgl. 2 X X 300 30-30
V3 X X 280 20-30
V4 X X 280 40
V5 X X 320 30-30
V6 X X 300 20-30
V7 X X 320 20-30
V8 X X 310 20-30 V9 X X 320 20-30
Vgl. 10 X X 320 20-30
V1 1 X X 320 20-30
V12 X X 320 20-30
V13 X X 320 20-30
V14 X X 320 20-30
Vgl. 15 X X 320 20-30
In Tabelle 7 werden die Bedingungen der durchgeführten Versuche dargestellt.
Hierbei wurden die Edukte, sowie die Temperatur und die Presszeit variiert. Der Pressdruck betrug in allen Versuchsreihen ca. 20 bar.
Tabelle 8: Mittelwerte der maximalen Biegespannung der Kett- und Schussrichtung der hergestellten Organobleche gemäß den Mischungen Vgl. 2, V5, V7, V9, Vgl. 10, V12 bis V14 und Vgl. 15, wobei die Herstellungstemperatur je mindestens 300 °C betrug.
Die in Tabelle 8 dargestellten Werte sind das Mittel von je neun Messungen.
Tabelle 8 zeigt, dass die erfindungsgemäßen Organobleche V5, V7, V9, V12, V13 und V14 eine höhere mittlere maximale Biegespannung aufweisen als die Organobleche, welche eine Matrix enthaltend 75 Gew.-% Styrol (S) und 25 Gew.-% Acrylnitril (AN), aufweist (Vgl. 10 und Vgl. 15). Auch der Vergleich von V9 mit Vgl. 10 zeigt, dass unter den gleichen Bedingungen (T=320 °C und t=30 s) das erfindungsgemäße Organoblech eine größere Biegespannung sowohl in der Kett- als auch in der Schussrichtung auf- weist.
Es zeigt sich, dass durch das Verfahren zur Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs mit einer thermoplastischen Formmasse A, Verstärkungsfasern B verbesserte Produkte erhalten werden können.
Weitere Untersuchung von Mehrschichtigen Faserverbund-Werkstoffen
Technische Daten der Intervall-Heißpresse (IVHP):
Quasi-kontinuierliche Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen, Laminaten
und Sandwichplatten
Plattenbreite: 660 mm
Laminat-Dicke: 0,2 bis 9,0 mm
Laminat-Toleranzen: max. ± 0,1 mm entsprechend Halbzeug
Sandwichplattenstärke: max. 30 mm
Ausstoß: ca. 0,1 - 60 m/h, abhängig von Qualität und Bauteildicke
Nennvorschub 5 m/h
Werkzeugdruck: Presseinheit 5-25 bar, für minimale und maximale Werkzeuggröße stufenlos regelbar (optional)
Werkzeugtemperierung: 3 Heiz- und 2 Kühlzonen
Werkzeugtemperatur: bis 400 °C
Werkzeuglänge: 1000 mm
Öffnungsweg Presse: 0,5 bis 200 mm
Produktionsrichtung: rechts nach links
Technische Daten der Schmelze-Plastifizierung:
Diskontinuierlicher Schmelzeauftrag in Mittellage zur Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen
Halbzeugen
Schneckendurchmesser: 35mm
Max. Hubvolumen: 192 cm3
Max. Schneckendrehzahl: 350 U/min
Max. Austragsstrom: 108 cm3/s Max. Austragsdruck: 2406 bar spezifisch
hierbei:
Schmelzevolumne: 22 ccm
isobar = druckgesteuerter Pressprozess
isochor = volumengesteuerter Pressprozess
T [°C] = Temperatur der Temperaturzonen* (*Die Presse verfügt über 3 Heiz- und 2 Kühlzonen. Die Angabe bezieht in Produktionsrichtung)
p [bar] = Pressdruck pro Zyklus: Isochor 20
s [mm] = Wegbegrenzung Pressdicke: 1 .1 mm
Temperaturprofil: (i) 210 bis 245°C, daher ca. 220°C
(ii) 300 bis 325°C, daher ca. 300°C
(iii) 270 bis 320°C, daher ca. 280 bis 320°C
(iv) 160 bis 180°C
(v) 80°C
t [sec] = Presszeit pro Zyklus: 20-30 s
Aufbau/Laminierung: 6-lagiger Aufbau mit Schmelze-Mittelschicht; Herstellungsverfahren: Schmelze-Direkt (SD)
Matrix-Komponenten A:
M1 (SAN Typ): Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid- (SAN-MA-) Terpolymer (S/AN/MA: 74/25/1 ) mit einem MA-Anteil von 1 Gew.-% und einem MVR von 22 cm3/10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133);
M1 b entspricht der vorgenannten Komponente M1 , wobei der Matrix zusätzlich 2 Gew.- % Industrieruß beigemischt wurden.
M2 (SAN Typ): Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid- (SAN-MA-) Terpolymer (S/AN/MA: 73/25/2,1 ) mit einem MA-Anteil von 2,1 Gew.-% und einem MVR von 22 cm3/10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133);
M2b entspricht der vorgenannten Komponente M2, wobei der Matrix zusätzlich 2 Gew.- % Industrieruß beigemischt wurden.
M3 (SAN Typ): Blend aus 33 Gew.-% M1 und 67 Gew.-% des SAN-Copolymers Lu- ran VLN, daher 0,33 Gew.-% MaleinsäureanhydridMA) im gesamten Blend;
M3b entspricht der vorgenannten Komponente M3, wobei der Matrix zusätzlich 2 Gew.- % Industrieruß beigemischt wurden. PA6: teilkristallines, leichtfließendes Polyamid Durethan B30S
PD(OD): leichtfließendes, amorphes Polycarbonat optischer Grade für optische
Discs);
Faser-Komponenten B:
Glasfilament-Köpergewebe (Kurzbezeichnungen: GF-KG(LR) bzw. LR), Köperbindung 2/2, Flächengewicht 290 g/m2, Roving EC9 68tex, Finish TF-970, Lieferbreite 1000 mm (Typ: 01 102 0800-1240; Hersteller: Hexcel, erhalten von: Lange + Ritter)
Glasfilament-Köpergewebe (Kurzbezeichnungen: GF-KG(PD) bzw. PD), Köperbindung 2/2, Flächengewicht 320 g/m2, Roving 320tex, Finish 350, Lieferbreite 635 mm (Typ: EC14-320-350, Hersteller und Lieferant: PD Glasseide GmbH Oschatz) Glasfilament-Gelege (Kurzbezeichnung: GF-GE(Sae) bzw. Sae) 0 45 90 -45°, Flächengewicht 313 g/m2, Haupt-Roving 300tex, Finish PA-Schlichte, Lieferbreite
655mm (Typ: X-E-PA-313-655, Nr. 7004344, Hersteller und Lieferant: Saertex
GmbH&Co.KG) Sae n.s. = Glasfilament-Gelege 300 g/m2, Herstellerbezeichnung: Saertex new sizing, +457-457+457-45°
Glasfaservlies (Kurzbezeichnung: GV50), Flächengewicht 50 g/m2, Faserdurchmesser 10 μηη, Lieferbreite 640 mm (Typ: Evalith S5030, Hersteller und Lieferant: Johns Man- ville Europe)
Visuelle Bewertung
Alle hergestellten Faserverbund-Werkstoffe ließen sich jeweils als (groß)flächige Orga- nobleche in einem Endlosverfahren herstellen, die problemlos (in kaschierbare, trans- portübliche Maße wie etwa 1 m x 0,6 m) die zuschneidbar waren. Bei den transparenten Faserverbund-Werkstoffen war das eingebettete Fasermaterial bei detaillierter Betrachtung im Gegenlicht gerade erkennbar. Bei den Faserverbund-Werkstoffen mit (schwarz) eingefärbter Matrix war das eingebettete Fasermaterial auch bei näherer optischer Betrachtung im Gegenlicht nicht/kaum erkennbar.
Mikroskopische Bewertung
Hierbei wurden Fehlstellen (Lunker, Einfall, etc.) über Auflichtmikroskopie und die Oberflächengüte über konfokale Laser-Scannning-Mikroskopie (LSM) bewertet. Mittels LSM wurde eine Aufsicht einer drei-dimensionalen (3D-)Höhenaufnahme (7,2 mm x 7,2 mm) des lokalen Messbereichs und eine zweidimensionalen (2D-)Darstellung der Höhenunterschiede nach Skalierung und Anwendung verschiedener Profilfilter erstellt. Messfehler und einen generellen Verzug/Schieflage der Probe wurden durch den Einsatz von Profilfiltern (Rauschfilter und Verkippungsfilter) ausgeglichen. Das 2D- Höhenprofil der Aufnahme wurde über definierte Messlinien durch integrierte Software in Linienprofile übertragen und computer-gestützt ausgewertet.
Es wurden Faserverbund-Werkstoffe mit jeweils vier in die jeweilige Matrix eingebetteten Lagen des entsprechenden Flächengebildes an Fasern (hier GF-KG(PD)(4) bzw. Sae(4)) hergestellt. Um die Vergleichbarkeit der Proben weiter zu erhöhen, wurden auf die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe jeweils beidseitig ein dünnes Glasfaservlies (GV50, siehe oben) aufgebracht. Dieses hatte keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. Die Mittlere Wellentiefe (MW Wt) und der Raumittenwert (Ra) wurden für zahlreiche Faserverbund-Werkstoffe ermittelt. Es zeigte sich, dass die MW Wt für alle Faserverbund-Werkstoffe, bei denen die Matrix eine funktionale Komponente enthält, die mit den Fasern reagieren kann, deutlich < 10 μηη ist, wohingegen sie bei Faserverbund- Werkstoffen mit vergleichbaren PA6- und PD(OD)-Matrices deutlich <10 μηη ist. Auch die ermittelten Raumittenwerte waren deutlich niedriger für erfindungsgemäße Faserverbund-Werkstoffe. Beispielhaft zeigen dies die untenstehenden, gemessenen Werte.
Tabelle 9. Messergebnisse der LSM-Vermessung mit SAN-Matrixsystem - Wellentiefe (Wt) und Raumittenwert (Ra)
Ebenso deutlich wurde dies, wenn anstelle des Gewebes ein Gelege (wie Sae) eingesetzt wird: Tabelle 10. Messergebnisse der LSM-Vermessung mit SAN-Matrixsystem - Wellentiefe (Wt) und Raumittenwert (Ra)
In weiteren Versuchen wurde die Festigkeit in Kett- und in Schussrichtung gesondert untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Faserverbund-Werkstoffe sowohl in Kett- wie auch in Schussrichtung sehr stabil sind. In Kettrichtung sind die faserverbund- Werkstoffe in der Regel noch stabiler als in Schussrichtung.
Mechanische Eigenschaften
Matrix-Komponenten A
Die Matrix-Komponenten A sind wie oben beschrieben.
Faser-Komponenten B (sofern nicht oben beschrieben)
FG290 = Glasfilament-Gewebe 290g/m2, Herstellerbezeichnung: Hexcel HexForce® 01202 1000 TF970
FG320 = Glasfilament-Gewebe 320g/m2, Herstellerbezeichnung: PD Glasseide GmbH Oschatz EC 14-320-350
Sae = MuAx313, Glasfilament-Gelege 300g/m2, Herstellerbezeichnung: Saertex X-E- PA-313-655
Sae n.s. = Glasfilament-Gelege 300g/m2, Herstellerbezeichnung: Saertex new sizing, +457-457+457-45° Anzahl an Schichten (z.B. 4x = vier Schichten des jeweiligen Fasergeleges bzw. der jeweiligen Fasern)
Hergestellt wurden folgende transparente Faserverbund-Werkstoffe, in die jeweils flächiges Fasermaterial eingebracht wurde. Die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe wiesen jeweils eine Dicke von etwa 1 ,1 mm auf. Um die Vergleichbarkeit der Proben weiter zu erhöhen, wurden auf die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe jeweils beidseitig ein dünnes Glasfaservlies (GV50, siehe oben) aufgebracht. Dieses hat keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen oder optischen Eigenschaften. Für die Pro- ben wurden folgende Biegefestigkeiten nach DIN EN ISO 14125 ermittelt:
Tabelle 1 1 . Transparente Faserverbund-Werkstoffe - Biegefestigkeit
Hergestellt wurden zudem folgende schwarz eingefärbte Faserverbund-Werkstoffe, bei denen der Matrix 2 Gew.-% Industrieruß beigemischt und in die jeweils flächiges Fasermaterial eingebracht wurde. Die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe wiesen jeweils eine Dicke von etwa 1 ,1 mm auf. Um die Vergleichbarkeit der Proben weiter zu erhöhen, wurden auf die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe jeweils beidseitig ein dünnes Glasfaservlies (GV50, siehe oben) aufgebracht. Dieses hat keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen oder optischen Eigenschaften. Für die Proben wurden folgende Biegefestigkeiten nach DIN EN ISO 14125 ermittelt:
Tabelle 12. Intransparente Faserverbund-Werkstoffe - Biegefestigkeit
Zusammenfassend zeigte sich, dass die eingesetzten Gewebe (FG290 und FG320) zu Faserverbund-Werkstoffen mit besonders hoher Biegefestigkeit verarbeitet werden können. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe, bei denen die Matrix eine mit den Fasern reagierende Komponenten (hier: Maleinsäureanhydrid (MA)) enthält, weisen eine signifikant höhere Biegefestigkeit auf als die Vergleichsformmassen ohne eine solche Komponente, wie etwa PC(OD) oder PA6.
Im Vergleich dazu wurde für den nicht-erfindungsgemäßen, mit Kurzglasfasern ver- stärkten Faserverbund-Werkstoff Luran 378P G7 lediglich eine Biegefestigkeit von 150 MPa gefunden, daher eine deutlich niedrigere Biegefestigkeit.
Zusätzlich wurde für die Faserverbund-Werkstoffe die Schlagzähigkeit bzw. das Durchstoßverhalten (Dart Test nach ISO 6603) ermittelt. Auch hier zeigten die Faser- verbund-Werkstoffe eine hohe Stabilität von Fm >3000 N.
Optionale Weiterverarbeitung
Es konnte auch experimentell gezeigt werden, dass die erhaltenen Faserverbund- Werkstoffe gut zu dreidimensionalen Halbzeugen umformbar waren, wie beispielswei- se zu halbschalenförmigen Halbzeugen. Es zeigte sich zudem, dass die erhaltenen Faserverbund-Werkstoffe bedruckbar und kaschierbar waren.
Zusammenfassung der Versuchsergebnisse
Die Evaluierung von unterschiedlichen Textilsystemen auf Glasfaserbasis mit unter- schiedlichen Matrixsystemen zu einem Faserverbund-Werkstoff (Organoblech) hat gezeigt, dass gute Faserverbund-Werkstoffe (als Organobleche und daraus hergestellten Halbzeugen) reproduzierbar hergestellt werden können. Diese können farblos oder farbig hergestellt werden. Die Faserverbund-Werkstoffe zeigten gute bis sehr gute optische, haptische und mechanische Eigenschaften (etwa bezüglich ihrer Biegefestigkeit und Durchstoßfestigkeit). Mechanisch zeigten die Gewebe etwas größere Festigkeit und Steifigkeit als Gelege. Die Styrol-Copolymer-basierten Matrices (SAN-Matrices) führten tendenziell zu besseren Faserverbund-Werkstoffen bezüglich der den mechanischen Kennwerte als die alternativen Matrices wie PC und PA6. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe ließen sich halb- bzw. vollautomatisch mittels eines Endlosverfahrens herstellen. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe (Organobleche) lassen sich gut zu dreidimensional zu Halbzeugen umformen.

Claims

Patentansprüche
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, enthaltend: a) mindestens eine thermoplastische Formmasse A als Matrix,
b) mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B, und
c) optional mindestens ein Additiv C,
wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix der thermoplastischen Formmasse eingebettet ist, und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert, zur Herstellung von weißer Ware, wie Haushaltsgeräte.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß Anspruch 1 , enthaltend
a) 30 bis 95 Gew.-% der thermoplastischen Formmasse A,
b) 5 bis 70 Gew.-% der Verstärkungsfasern B, und
c) 0 bis 40 Gew.-% des Additivs C.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die thermoplastische Formmasse A amorph ist.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die thermoplastische Formmasse A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polystyrol (glasklar oder schlagfest), Styrol- Acrylnitril-Copolymere, α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere, schlagzäh modifizierte Acrylnitril-Copolymere, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymere und Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymere, sowie Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die chemisch reaktive Funktionalität der thermoplastischen Formmasse A basiert auf Komponenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Maleinsäureanhydrid-, N-Phenylmaleinimid- oder Gly- cidyl(meth)acrylat-Funktion.
Verwendung eines Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die thermoplastische Formmasse A mindestens 0.1 Gew.-% Monomere A-l, bezogen auf die Menge der Komponente A, welche eine chemisch reaktive Funktionalität aufweisen, enthält.
7. Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oberfläche der Verstärkungsfasern B eine oder mehrere der Funktionen Hydroxy-, Ester- oder Amino-Gruppen enthält.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verstärkungsfasern B aus Glasfasern bestehen, welche bevorzugt als chemisch reaktive Funktionalität Silanolgruppen an der Oberfläche enthalten.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Komponente A hergestellt wird aus 35 bis 70 Gew.- % mindestens eines konjugierten Diens, 20 bis 50 Gew.-% mindestens eines vi- nylaromatischen Monomers und 9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie 0,1 bis 5 Gew.- % eines Monomers A-l, welches eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, insbesondere Maleinsäureanhydrid, und wobei die Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Dicke von < 10 mm, vorzugsweise von < 2 mm, besonders bevorzugst von < 1 mm aufweist.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Verrippung oder einen Sandwichaufbau aufweist.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei der Faserverbund-Werkstoff schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei Schichten enthält.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung von Groß- oder Kleingeräten.
Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung von Abdeckungen und Seitenverkleidungen.
15. Groß- oder Kleingerät enthaltend thermoplastische Faserverbund-Werkstoffe gemäß den Ansprüchen 1 bis 12.
16. Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei Komponente A hergestellt wird aus
35 bis 70 Gew.-% mindestens eines konjugierten Diens,
20 bis 50 Gew.-% mindestens eines vinylaromatischen Monomers und
9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie
0,1 bis 5 Gew.-% eines Monomers A-l, welches eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, insbesondere Maleinsäureanhydrid, und wobei die Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden und
wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Verrippung oder einen Sandwichaufbau aufweist.
Haushaltsgerät, enthaltend mindestens ein Bauteil, umfassend
a) mindestens eine thermoplastische Formmasse A als Matrix, hergestellt aus 35 bis 70 Gew.-% mindestens eines konjugierten Diens,
20 bis 50 Gew.-% mindestens eines vinylaromatischen Monomers und 9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie
0,1 bis 5 Gew.-% eines Monomers A-l, welches eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, insbesondere Maleinsäureanhydrid, und
b) mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes, und c) optional mindestens ein Additiv C,
wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix der thermoplastischen Formmasse eingebettet ist, und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert.
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