EP4263679A1 - Process for producing a thermoplastic polymer-containing fiber-reinforced composite material - Google Patents

Process for producing a thermoplastic polymer-containing fiber-reinforced composite material

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EP4263679A1
EP4263679A1 EP21831317.9A EP21831317A EP4263679A1 EP 4263679 A1 EP4263679 A1 EP 4263679A1 EP 21831317 A EP21831317 A EP 21831317A EP 4263679 A1 EP4263679 A1 EP 4263679A1
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EP
European Patent Office
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weight
thermoplastic
fiber
composite material
reinforced
Prior art date
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Pending
Application number
EP21831317.9A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Felix KLAUCK
Pierre JUAN
Norbert Niessner
Jonathan LIMBECK
Eike Jahnke
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Ineos Styrolution Group GmbH
Original Assignee
Ineos Styrolution Group GmbH
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fiber-reinforced composite material (organic sheet) which comprises at least one thermoplastic molding compound, at least one layer of continuous reinforcing fibers and at least one inorganic filler.
  • a fiber-reinforced composite material which comprises at least one thermoplastic molding compound, at least one layer of continuous reinforcing fibers and at least one inorganic filler.
  • at least one fabric consisting of reinforcing fibers is embedded in a matrix composition which comprises at least one thermoplastic molding composition, the thermoplastic molding composition containing at least one thermoplastic polymer and optionally at least one polar functionalized polymer which comprises repeating units of at least one functional monomer.
  • the invention also relates to the composite materials produced according to the method described here.
  • Composite materials or organo sheets usually consist of a large number of reinforcing fibers that are embedded in a polymer matrix.
  • the areas of application of composite materials are diverse. For example, composite materials are used in the automotive and aviation sectors. The aim here is to prevent tearing or other fragmentation of the component through the use of composite materials, in order to reduce the risk of accidents caused by individual component fragments.
  • Many composite materials are able to absorb comparatively high forces under load before total failure occurs.
  • a total failure of fibre-reinforced composite materials is expressed by the fact that components do not burst into many individual parts when the maximum bending stress is exceeded, for example when subjected to bending stress, but remain connected via the reinforcing fibers with individual fractures or biting points.
  • composite materials are distinguished from conventional, non-reinforced materials by a high strength and rigidity that can be adjusted depending on the direction, while at the same time having a low density and other advantageous properties, such as good resistance to aging and corrosion.
  • the strength and stiffness of the composites can be adjusted to the direction and type of loading.
  • the fibers are primarily responsible for the strength and rigidity of the composite material.
  • their arrangement often determines the direction-dependent, mechanical properties of the respective composite material.
  • the primary purpose of the matrix is to introduce the forces to be absorbed into the individual fibers and to maintain the spatial arrangement of the fibers in the desired orientation.
  • the matrix protects the fiber from external influences and determines the long-term properties of the composite material. Above all, however, the choice of matrix material largely determines the external appearance of the composite material.
  • connection of fibers and polymer matrix to each other and the critical fiber length play an important role.
  • the strength of the embedding of the fibers in the polymer matrix can also have a significant influence on the properties of the composite material.
  • the process for producing the materials should be simple and inexpensive to carry out.
  • reinforcing fibers are regularly pre-treated with a so-called sizing (sizing agent).
  • a sizing (sizing agent) is often applied to the fiber during production in order to improve the further processing of the fibers (such as weaving, laying, sewing) at the same time.
  • reinforcing fibres such as glass fibres, are also processed without a size.
  • These glass fiber sizings often contain a large number of different components, such as film formers, lubricants, wetting agents and adhesion promoters.
  • the treatment of reinforcing fibers with a sizing serves, among other things, to prevent the fibers from being damaged by abrasion or to facilitate the cutting process of the fibers. Furthermore, the sizing can avoid agglomeration of the fibers and the dispersibility of fibers in water can be improved. However, a size can also contribute to the production of 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 composites. Typically, coupling agents in the size can increase the adhesion of polymers to the fiber surface by forming a bridging layer between both surfaces. Organofunctional silanes such as aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltrimethoxysilane and the like are often used.
  • a technical challenge is to avoid material breakage in the event of total failure of the fiber-reinforced composite materials, as this can result in a significant risk of accidents due to torn components. This is problematic, for example, in the case of components that are exposed to high loads.
  • WO 2008/058971 describes molding compositions which use different groups of reinforcing fibers.
  • the groups of reinforcing fibers are each provided with different adhesion promoter components, which are intended to bring about different fiber-matrix adhesions.
  • Thermosets such as polyester, and thermoplastics, such as polyamide and polypropylene, are proposed as matrix materials. The aim of the application is to achieve improved fracture-mechanical behavior in the event of total failure.
  • WO 2010/074120 describes a fiber-reinforced polypropylene resin composition containing a reinforcing fiber, a largely unmodified polypropylene resin and two other polypropylene resins, comprising a carboxy-modified polypropylene Resin, where the molecular weight of the various polypropylene resins is defined.
  • the aim here is to achieve the best possible fiber-matrix adhesion in order to optimize the mechanical properties of the composite material. In the application, this is achieved by adjusting the ratios of the two functional monomers.
  • WO 2019/086431 describes a fiber-reinforced composition characterized in that it contains a filler which remains in an outer area of the fiber bundles and thus reduces the shrinkage of the matrix.
  • the resin composition can be found both in the outer area with the fillers and in the inner area of the fiber bundles.
  • Glass fiber reinforced polypropylene resins are also e.g. 154791, CN-A 107 815013, CN-A 107118437, WO 2019/010672 and CN-A 108164822.
  • thermoplastic molding compositions containing 5 to 95% of a copolymer A consisting of: 70-76% vinyl aromatic monomer A1, 24-30% vinyl cyanide monomer component A2 and 0-50% of one or more unsaturated, co- polymerizable monomers A3; 0-60% of a graft rubber B and 5-50% glass fibers C.
  • the molding compositions are produced by mixing the components and processed using the injection molding process.
  • the production of fiber-reinforced composites includes the following process steps, whereby the order of the process steps can vary from time to time:
  • thermoplastic molding composition A (i) providing a) at least one thermoplastic molding composition A, b) at least one layer of reinforcing fibers B, and c) optionally at least one additive C,
  • production processes are also known in which short fiber-reinforced composite materials are obtained, for example, by mixing and compounding processes and can be further processed, e.g. in injection molding processes. Examples are described in EP 3394171, EP 0945253 and WO 2018/114979.
  • DE 10 2017125438 describes a fiber-reinforced composite material comprising a fiber material which has a plurality of continuous fibers each formed from filaments, a plastic matrix material which fills an inner space between the filaments of a respective continuous fiber and surrounds the continuous fibers in an outer space, and a quantity of particles.
  • the particles preferably include glass particles, in particular hollow glass bodies, and/or carbon particles and/or mineral particles and/or ceramic particles and/or temperature- and/or pressure-expanded particles.
  • the composite material is obtained by a process comprising the steps of:
  • a plastic matrix material and a quantity of particles adding the matrix material and the particles to the fiber material; and subsequently subjecting the fiber material, the matrix material and the particles to an external pressure; wherein the matrix material and the particles separate during the addition and/or the pressurization in such a way that a first volume concentration of the particles based on the matrix material in an inner spatial region between the filaments of a continuous fiber is less than a second volume concentration of the particles based on the matrix material in a outer space outside the filaments becomes.
  • WO 2019/086431 discloses a fiber-reinforced composite material comprising a fiber material which has a plurality of continuous fibers each formed from filaments, a plastic matrix material which has an inner space between the filaments of a respective continuous filament and surrounds the continuous filaments in an outer space region, and a quantity of particles.
  • the particles are selected from or consist of glass particles, in particular hollow glass bodies, and/or carbon particles and/or mineral particles and/or ceramic particles.
  • a first volume concentration of the particles in relation to the matrix material in the inner spatial area is lower than a second volume concentration of the particles in relation to the matrix material in the outer spatial area, the second volume concentration being homogeneous and the second volume concentration in the outer spatial area being similar to one on the matrix material related volume concentration of the filaments in the inner space is adapted that temperature-dependent material properties of the composite material in the outer space and in the inner space adjust.
  • the first volume concentration and the second volume concentration are preferably chosen such that a temperature-specific expansion coefficient of the composite material in the inner spatial area deviates by at most 15% from a temperature-specific expansion coefficient of the composite material in the outer spatial area.
  • the fiber-reinforced composite material described in WO 2019/086431 is obtained by a process with the following steps:
  • a plastic matrix material and a quantity of particles adding the matrix material and the particles to the fiber material; and subsequently subjecting the fiber material, the matrix material and the particles to an external pressure; wherein the matrix material and the particles separate during the addition and/or the pressurization in such a way that a first volume concentration of the particles based on the matrix material in an inner spatial region between the filaments of a continuous fiber is less than a second volume concentration of the particles based on the matrix material in a outer spatial area outside of the filaments, with the second volume concentration becoming homogeneous, with the second volume concentration in the outer spatial area being adapted to a volume concentration of the filaments in the inner spatial area based on the matrix material in such a way that temperature-dependent material properties of the composite material in the outer spatial area and in the inner spatial area adjust.
  • An object of the invention is to provide a method for producing a fiber-reinforced composite material based on a thermoplastic polymer which has good strength and high surface quality (ie low surface waviness), as well as resistance to stress cracking and solvents.
  • the composite material should be suitable for the production of moldings, films and coatings. The manufacturing process should allow the composite material to be manufactured cost-effectively and be able to be integrated into common processes with the shortest possible cycle times.
  • a fiber-reinforced composite material with the desired properties can be obtained by introducing a filler into a thermoplastic matrix polymer and impregnating the textile fibers to compensate for shrinkage and significantly reduce the measured surface waviness of the resulting fiber-reinforced composite material.
  • a filler into a thermoplastic matrix polymer and impregnating the textile fibers to compensate for shrinkage and significantly reduce the measured surface waviness of the resulting fiber-reinforced composite material.
  • an improved manufacturing process for such a thermoplastic, fiber-reinforced composite material was found. If both the thermoplastic molding compound and the filler are added in the form of powder during production, buildup on the pressing tool forms in conventional manufacturing processes, which can affect the service life of the pressing tool. By introducing the thermoplastic molding compound and the filler in the form of a thermoplastic film, adhesions on the pressing tool can be completely avoided.
  • the present invention relates to a process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V, comprising: a) at least one thermoplastic matrix composition M, comprising at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler and optionally at least one additive D; and b) at least one continuous reinforcement fiber B; the method comprising at least the following method steps: i) providing the at least one continuous reinforcing fiber B; ii) providing at least one thermoplastic matrix composition M obtained by mixing the at least one thermoplastic molding composition A, the at least one particulate, inorganic filler C and optionally the at least one additive D; iii) combining the thermoplastic matrix composition M with the at least one continuous reinforcing fiber B; iv) impregnation of the at least one continuous reinforcing fiber B with the thermoplastic matrix composition M to obtain a composite material V; v) consolidation of the composite V obtained; vi) optional solidification and/or optional further process steps; wherein in process step i
  • thermoplastic film used in process step iii) is characterized in that it has an average thickness of 25 to 500 ⁇ m.
  • the particulate, inorganic filler C preferably has a thermal expansion coefficient in the range from 2*1 0' 6 K' 1 to 20*1 0' 6 K' 1 .
  • the process for producing the fiber-reinforced, thermoplastic composite material V is preferably characterized in that process step iii) is carried out at a temperature of at least 160.degree. C., preferably at a temperature of from 160 to 280.degree.
  • Process step iv) of the process according to the invention is preferably carried out at a temperature of at least 180°C, more preferably at a temperature of 200-290°C, and/or at an elevated pressure in the range from 1 to 3 MPa.
  • the thermoplastic matrix composition M comprises at least one thermoplastic molding material A, which contains at least one thermoplastic polymer A1, particularly preferably a polyolefin A1.
  • the thermoplastic matrix composition preferably comprises M > 5 to ⁇ 20 parts by weight, preferably > 10 to ⁇ 20 parts by weight, of the thermoplastic molding composition A, >1 to ⁇ 60 parts by weight, preferably >5 to ⁇ 40 parts by weight, of the at least one inorganic filler C, and >0 to ⁇ 10 parts by weight of the at least one additive D.
  • the method according to the invention can advantageously be used to produce a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V, the fiber-reinforced, thermoplastic composite material V comprising or consisting of the following components: a) >5 to ⁇ 20% by weight of a thermoplastic molding composition A; b) >20 to ⁇ 80% by weight of the at least one reinforcing fiber B; c)> 1 to ⁇ 60 wt .-% of at least one particulate, inorganic filler C, and c)> 0 to ⁇ 10 wt .-% of at least one other additive D, the details in wt .-% in each case on the are based on the entire fiber-reinforced, thermoplastic composite material V and the sum of components A, B, C and D is 100% by weight.
  • the polar functionalized polymer A2 is preferably a graft copolymer of polypropene and maleic anhydride, in particular with a maleic anhydride content of 0.1 to 5% by weight, based on the total weight of the polar functionalized polymer A2.
  • thermoplastic molding composition A used in the process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V preferably comprises at least one thermoplastic polymer A1 and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising at least repeating units of at least one functional monomer A2-I.
  • the thermoplastic molding compound A comprises (or consists of) the following components: a-1) 50 to 99.9% by weight, preferably 70 to 99.9% by weight, particularly preferably 79 to 98% by weight %, particularly preferably 90 to 97% by weight, of a thermoplastic polymer A1; a-2) 0.1 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 8% by weight, particularly preferably 3 to 7% by weight, of the at least one polar functionalized polymer A2; a-3) 0 to 49.9% by weight, preferably 0 to 29.9% by weight, more preferably 1 to 20% by weight, of at least one further polymer A3; where the polymers A1, A2 and A3 are different from one another, and where the percentages by weight are in each case based on the total weight of the thermoplastic molding composition A and the sum of the components A1, A2 and A3 is 100% by weight.
  • the thermoplastic molding composition preferably consists of components A1, A2 and A3.
  • the particulate, inorganic filler C preferably has a density of 0.2-2.8 g/ml and an average particle size of less than 70 ⁇ m.
  • the at least one particulate, inorganic filler comprises hollow glass spheres and/or calcium carbonate.
  • thermoplastic matrix composition M preferably comprises at least one mold release agent as additive D.
  • the invention also relates to a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V obtained by the process according to the invention.
  • the invention relates to a method for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V, comprising: a) at least one thermoplastic matrix composition M, comprising at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler C and optionally at least one additive D; and b) at least one continuous reinforcement fiber B.
  • the method according to the invention is characterized by the following method steps: i) providing the at least one continuous reinforcing fiber B; ii) providing at least one thermoplastic matrix composition M obtained by mixing the at least one thermoplastic molding composition A, the at least one particulate, inorganic filler C and optionally the at least one additive D; iii) combining the thermoplastic matrix composition M with the at least one continuous reinforcing fiber B; iv) impregnation of the at least one continuous reinforcing fiber B with the thermoplastic matrix composition M to obtain a composite material V; v) consolidation of the composite V obtained; vi) optional solidification and/or optional further process steps;
  • thermoplastic matrix composition M containing filler C is combined in the form of a thermoplastic film with the at least one continuous reinforcing fiber B, the thermoplastic matrix composition M being 20 to 80% by volume, preferably 20 to 70% by volume, in particular 30 to 60% by volume, of which at least one particulate, inorganic filler C consists.
  • the continuous reinforcing fiber B is preferably provided in the form of a flat structure, in particular a flat structure G.
  • This is preferably provided flat, in its full surface area.
  • the surface filaments F described herein, such as woven fabrics, mats, fleeces, scrims or knitted fabrics, comprising the continuous reinforcing fibers B are used. More preferably, woven fabrics or scrims, in particular woven fabrics, which comprise the continuous reinforcing fibers B or consist of them, are used.
  • the sheet G has a first and a second surface.
  • thermoplastic matrix composition M which comprises at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler C and optionally at least one additive D.
  • the thermoplastic molding composition A, the particulate, inorganic filler C and the additive D are explained in more detail hereinbelow.
  • the thermoplastic matrix composition M is obtained by intensively mixing components A, C and optionally D with one another. This can be done using any method known to those skilled in the art which is suitable for producing a homogeneous, thermoplastic composition.
  • Components A, C and optionally D are usually provided as powders or granules.
  • the component A comprising the polymers A1 and optionally A2 and/or A3, the component C and optionally the component D, in particular by joint extrusion, kneading and/or rolling of the components, in particular a melt of the polymers A1 and optionally A2 and/or A3, component C and optionally component D, mixed together.
  • the matrix composition M thus obtained was formed in the form of a thermoplastic film.
  • the thermoplastic film preferably has a thickness of 25 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably 50 to 400 ⁇ m.
  • the thermoplastic film thus comprises components A, C, and optionally D.
  • the combination of the at least one thermoplastic molding composition A, the at least one inorganic filler C, and optionally the at least one further additive D with the at least one continuous reinforcing fiber B, according to process step (iii) preferably takes place at elevated temperature.
  • the components A, B, C and optionally D are particularly preferably heated to a temperature of more than 130°C, in particular of at least 160°C.
  • Process step (iii) is preferably carried out in such a way that at least one layer structure L is obtained from at least two layers, the layer structure L being at least one layer made of reinforcing fibers B, in particular one layer of a fabric G made of reinforcing fibers B, and at least one layer which is at least the matrix composition M comprises.
  • a layer structure L is provided from at least one layer of reinforcement fibers B, in particular one layer of a fabric G from reinforcement fibers B, and at least two layers, which comprise at least the matrix composition M, wherein the at least two layers, which at least the matrix composition M, arranged on the respective first and second surface of the at least one layer of reinforcing fibers B, in particular a layer of a fabric G of reinforcing fibers B are, so that the at least one layer of reinforcing fibers B, in particular a layer of a fabric G made of reinforcing fibers B, is arranged between at least two layers, which comprise at least the matrix composition M.
  • a layer structure L is provided from a large number (i.e. at least 4) layers, the layer structure L having at least n layers of reinforcing fibers B, in particular one layer of a fabric G made of reinforcing fibers B, and at least m layers, which at least Matrix composition M comprises, where n>1, in particular>2 and m>1, preferably>2. Adjacent layers can be the same as or different from one another.
  • the layered structure L can also include further layers, which include the at least one thermoplastic molding compound A, but essentially contain no filler C.
  • At least the layers that form the surface of the layered structure L (and thus also of the later composite material V) and a particularly high surface quality to have, at least the thermoplastic molding compound A and the filler C, i.e. the matrix composition M.
  • a layer is also referred to herein as a surface layer O.
  • Layers of reinforcing fibers B are provided in particular in the form of layers of a fabric G made of reinforcing fibers B.
  • Layers of thermoplastic molding composition A are provided, in particular in the form of powders, granules, melts or films, which comprise the molding composition A and optional additives D. These are preferably applied directly to at least one surface of an adjacent layer, in particular a layer of reinforcing fibers B, e.g. This can be done by sprinkling (in the case of powders or granules), pouring and/or raking (in the case of melts) or laying on (in the case of films). Layers of thermoplastic molding composition A are preferably applied in the form of powders or films.
  • Layers of the matrix composition M are provided according to the invention by providing the filler C in the form of powder with the thermoplastic molding composition A and optionally with the optional additives D in the form of a film and is applied to at least part of a surface of a layer of reinforcing fibers B, eg a layer of a fabric G.
  • the layer structure L comprises at least one surface layer O, which is formed from a film which comprises at least one thermoplastic molding compound A and optional additives D.
  • At least one surface layer O comprises at least the matrix composition M according to the invention.
  • a layer structure L is particularly suitable for significantly reducing the occurrence of adhesions of the filler C on the pressing tool during production and also for obtaining composite materials V with surfaces with a particularly high surface quality (low waviness, high gloss).
  • the thermoplastic matrix composition M is brought together with the at least one continuous reinforcing fiber B, preferably at least one fabric G.
  • the thermoplastic film made of the thermoplastic matrix composition M is arranged flat on at least part of the first surface of the fabric G made of reinforcing fibers B .
  • the thermoplastic film of thermoplastic matrix composition M may be sheeted onto at least a portion of the first and at least a portion of the second surface of the sheet G of reinforcing fibers B .
  • the sheet G and the thermoplastic film are each mounted on a dispenser for semi-continuous joining.
  • the sheet-like structure G is placed with the first surface on at least one first thermoplastic film made from the thermoplastic matrix composition M. At least one second thermoplastic film made from the thermoplastic matrix composition is then or simultaneously optionally placed on the second surface of the fabric G.
  • the layer structure L thus obtained is then preferably prefixed in method step (iii) by heating the layer structure L to a temperature of more than 130°C, in particular of at least 160°C.
  • Process step (iii) is preferably carried out at least temporarily at a temperature in a range from 160°C to 350°C, particularly preferably at a temperature in a range from 190°C to 290°C. Suitable methods and devices are known to those skilled in the art.
  • thermoplastic films from the thermoplastic matrix composition and/or fabrics G can be assembled into a layer structure L in order to obtain composite materials V with the desired thickness, the layer structure L having at least one thermoplastic film from the thermoplastic matrix composition M and at least a fabric G made of reinforcing fibers B comprises.
  • thermoplastic molding composition A and optional additives D can be incorporated into the layered structure L to produce the composite material.
  • these are preferably also used in the form of thermoplastic films which comprise the molding composition A and optionally the additives D, but are essentially free from fillers C.
  • the filler-free, thermoplastic films in contrast to the thermoplastic films from the thermoplastic matrix composition M, comprise less than 5% by weight, based on the total weight of the thermoplastic film, of particulate, inorganic filler e, preferably less than 2% by weight. -%.
  • thermoplastic film is preferably arranged between the fabrics F, while the thermoplastic films containing filler C are preferably used only as surface layers O of a layer structure L.
  • a composite material V with a lower filler content is thus obtained, which nevertheless has a good surface quality.
  • the continuous reinforcing fiber B is impregnated with the matrix composition M.
  • the prefixed layer structure L obtained in process step (iii) is heated to a temperature of at least 180° C., particularly preferably at a temperature in the range from 200 to 290° C., in order to melt the thermoplastic molding composition A and thus enable impregnation . Due to the comparatively low viscosity of the thermoplastic molding composition A, preferably complete impregnation of the continuous reinforcing fibers B with the molding composition A is possible with sufficient speed.
  • thermoplastic molding composition A penetrates into the interstices of individual continuous reinforcing fibers B and also partially into interstices between the individual filaments (ie in the filament bundles) from which the continuous reinforcing fibers B are formed.
  • the optional additives D generally penetrate together with the thermoplastic molding composition A into the interstices mentioned in the filament bundles.
  • the inorganic fillers C only penetrate to a maximum of 10% into the filament bundles of the continuous reinforcing fibers B, based on surface areas of a cross section of the filament bundles. This increases the local concentration of particulate, inorganic filler C outside the filament bundles. This has a positive effect on the surface quality of the composite materials V, which have particularly low surface waviness. The waviness present due to the continuous reinforcing fibers B is thus compensated for by the particulate, inorganic filler C. This effect can be achieved through the properties of the inorganic filler C, the continuous reinforcing fibers B and the thermoplastic molding composition A described herein, in particular through their relationships with regard to the thermal expansion coefficients and the volume shrinkage.
  • step (v) during the consolidation, air inclusions in the composite material V are reduced and a good bond is produced between the thermoplastic molding composition A and the continuous reinforcing fibers B (in particular when the continuous reinforcing fibers B are embedded in layers). After impregnation and consolidation, it is preferable to obtain a (as far as possible) pore-free composite material.
  • the reinforcing fibers B can be impregnated and consolidated as a sheet-like structure G in a single processing step with the at least one thermoplastic film made from the thermoplastic matrix composition M and the additional, filler-free thermoplastic film(s) that may be used.
  • the composite material V can thus be produced particularly efficiently.
  • the steps mentioned can be carried out in a separate sequence. For example, layers of reinforcing fibers B with differently prepared reinforcing fibers B can first be produced, the reinforcing fibers B being partially impregnated with the matrix composition M of thermoplastic molding composition A and filler e.
  • partially impregnated layers with reinforcement fibers B with different fiber-matrix adhesion can be present, which can be completely impregnated and consolidated as a composite material V in a further work step to form a material composite.
  • the layers of reinforcing fibers B are laminated with the thermoplastic matrix composition M, at least some of the reinforcing fibers B can be subjected to a pretreatment, during which the subsequent fiber-matrix adhesion is influenced.
  • the pre-treatment can include, for example, a coating step, an etching step, a heat treatment step or a mechanical surface treatment step.
  • an adhesion promoter that has already been applied can be partially removed, for example by heating part of the reinforcing fibers B.
  • the reinforcement layers can be completely connected to each other during the manufacturing process (lamination).
  • Such composite materials offer optimized strength and rigidity in the fiber direction and can be further processed in a particularly advantageous manner.
  • the method according to the invention for producing the composite materials V according to the invention preferably comprises at least the following method steps: i) providing at least one sheet G made of reinforcing fibers B; ii) providing at least one thermoplastic matrix composition M, comprising at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler e, and optionally at least one additive D, wherein the thermoplastic matrix composition M is obtained by mixing components A, C and optionally D, and wherein the thermoplastic matrix composition M is provided in the form of a thermoplastic film; iii) merging at least one thermoplastic film from the thermoplastic matrix composition M with at least one fabric G from reinforcing fibers B, wherein the thermoplastic film from the thermoplastic matrix composition M is laid flat on at least part of a surface of the sheet G of reinforcing fibers B; iv) impregnation of the reinforcing fiber B with the thermoplastic matrix composition M; v) consolidation of the composite V; vi) optional solidification and/or optional further process steps
  • the method for producing the composite material V comprises the steps: i) providing at least one fabric G made of reinforcing fibers B, the surface of the reinforcing fibers B having one or more functional groups selected from hydroxy, ester, amino, and silanol groups; ii-a) providing at least one thermoplastic film from a thermoplastic matrix composition M, comprising at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler C with a particle size D50 in the range of up to 300 ⁇ m, and optionally at least one additive D with a mean film thickness from 25 ⁇ m to 500 ⁇ m thick; ii-b) optionally providing at least one further thermoplastic film, comprising at least one thermoplastic molding composition A, and optionally at least one additive D, wherein the thermoplastic film essentially contains no particulate, inorganic filler e; iii-a) combining at least the filler-containing thermoplastic film obtained in process step ii-a) with
  • the method step iii- a) and the method step iii-b) can be carried out at the same time or at different times in order to obtain a multi-layer, prefixed layer structure L, which has at least one surface layer O of the layer structure L, which consists of a thermoplastic film formed from the matrix composition M according to process step ii-a); iv) impregnation of the reinforcing fiber B with the matrix composition M at a temperature of at least 180°C, preferably at a temperature ranging from 200 to 290°C and a pressure of 1 to 3 MPa; v) consolidation of the composite material V thus obtained; vi) optional solidification and/or optional further process steps.
  • the process according to the invention for producing the composite material V can be carried out continuously, semi-continuously or discontinuously.
  • the process is carried out as a continuous process, in particular as a continuous process, e.g. for the production of smooth or three-dimensionally embossed composite materials V.
  • the method according to the invention for producing the composite material V can be carried out semi-continuously or discontinuously.
  • the process for producing the composite material V according to the invention can preferably be carried out using an interval hot press.
  • step (v) during the consolidation, air inclusions in the composite material V are reduced and a good bond is produced between the thermoplastic molding composition A and the reinforcing fibers B (in particular when the reinforcing fibers B are embedded in layers). After impregnation and consolidation, it is preferable to obtain a (as far as possible) pore-free composite material.
  • the method comprises a three-dimensional shaping to form a molded part T as a further step (vi).
  • the still formable composite material V in which the thermoplastic molding composition A is still (partially) molten, is preferably formed. Alternatively or additionally, a hardened composite material V can also be cold-formed. A (largely) solid molded part or composite material V is preferably obtained at the end of the process.
  • the method therefore preferably comprises curing the molded part or the product obtained from step (v) as a further step (vi). This step is often referred to as solidification.
  • the solidification which usually takes place with the withdrawal of heat, usually leads to a ready-to-use molded part.
  • the molded part or the composite material V can also be post-processed, for example by the steps of milling, cutting, burring, polishing and/or coloring.
  • the method comprises a ribbing step.
  • the improvement in component rigidity through ribbing is based on the increase in area moment of inertia.
  • the optimal dimensioning of the ribs includes aspects of production technology, aesthetics and design. The method steps for ribbing are known to those skilled in the art.
  • a further aspect of the invention relates to the use of the composite material V according to the invention for the production of molded parts T, for example by conventional deformation processes such as compression molding, rolling, hot pressing, stamping.
  • thermoplastic matrix composition M according to the invention described herein containing the thermoplastic molding composition A, the at least one inorganic particulate, inorganic filler C and optionally one or more further additives D.
  • the thermoplastic matrix composition M according to the invention can preferably be in the form of a film together are provided with the at least one continuous reinforcing fiber B, preferably in the form of a fabric G, preferably selected from woven fabrics, mats, nonwoven fabrics, scrims and knitted fabrics, and are processed into bandage materials with a high surface quality.
  • composition of the composite material V to be produced and the components A, B, C and D to be used are described below.
  • thermoplastic molding composition A comprises at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising repeating units of at least one functional monomer A2-I; b) >20 to ⁇ 80% by weight, preferably >50 to ⁇ 80% by weight, of at least one continuous reinforcing fiber B in the form of filament bundles, comprising a large number of filaments, preferably selected from inorganic or organic reinforcing fibers, particularly preferably selected made of glass fibers and/or carbon fibers, particularly preferably made of glass fibers; c) > 1 to ⁇ 60% by weight, preferably > 3 to
  • Proportion C proportion by weight of component C in the entire composite material V in % by weight Z100
  • OV,B coefficient of thermal volume expansion of component B in 1/K
  • ⁇ A average linear thermal expansion coefficient of component A
  • OB average linear thermal expansion coefficient of component B
  • Oc average linear thermal expansion coefficient of component C; and where the percentages by weight are in each case based on the entire fiber-reinforced, thermoplastic composite material V and the sum of components A, B, C and D is 100% by weight.
  • the linear thermal expansion coefficient a (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion) is determined according to ISO 11359-2 (in particular ISO 11359-2:1999), with ISO 11359-1 (in particular ISO 11359-2: 2015) describes the general principles of thermomechanical test methods.
  • the linear thermal expansion coefficient a (in particular the average linear thermal expansion coefficient a) in 1/K results from the following relationship (III):
  • Lo reference length of the sample at room temperature in the direction of measurement.
  • the size and location of the temperature range AT is typically selected in accordance with the ISO 11359-1, 2 standards.
  • the coefficient of thermal expansion is determined in a temperature range ⁇ T in the range from -30 to 200°C, in particular 40 to 150°C, in particular 70 to 120°C.
  • the coefficient of thermal volumetric expansion Ov is obtained by replacing the terms “length” with “volume” in equation (III).
  • a value averaged over two or three of the dimensions of the test sample is often used as the coefficient of linear thermal expansion, a.
  • the volume shrinkage of the at least one filler C is as follows:
  • the volume shrinkage of the at least one continuous reinforcing fiber B is as follows:
  • AVB OV,B * weight fraction of component B in the total composite
  • V in % by weight / 100 / density of component B in g/cm 3 ; where approximately OV,B 3 * OB.
  • the proportion of the thermoplastic molding composition A can be adjusted accordingly, so that the sum of components A, B, C and D is 100% by weight and is not exceeded.
  • the proportions of components A, B, C and optionally D add up to 100% by weight.
  • a preferred embodiment of the invention relates to a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V, comprising (preferably consisting of): a)> 5 to ⁇ 20 wt .-%, preferably> 7 to ⁇ 18 wt .-%, a thermoplastic molding composition A, wherein the thermoplastic molding composition A contains at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising repeating units of at least one functional monomer A2-I; and wherein the at least one polyolefin is selected from homo- or copolymers of ethene, propene, butene and/or isobutene, and wherein the polar functionalized polymer A2 is a copolymer of at least one repeating unit A2-I and at least one repeating unit A2-II is, wherein the at least one repeating unit A2-I is selected from maleic anhydride, N-phenylmaleimide, tert-
  • Proportion C proportion by weight of component C in the entire composite material V in % by weight Z100
  • OV,B coefficient of thermal volume expansion of component B in 1/K
  • ⁇ A average linear thermal expansion coefficient of component A
  • OB average linear thermal expansion coefficient of component B
  • Oc average linear thermal expansion coefficient of component C; and where the percentages by weight are in each case based on the entire fiber-reinforced, thermoplastic composite material V and the sum of components A, B, C and D is 100% by weight.
  • thermoplastic composite material V comprising (preferably consisting of): a)> 5 to ⁇ 20 wt .-%, preferably> 10 to ⁇ 18 wt .-%, a thermoplastic molding composition A, wherein the thermoplastic molding composition A contains at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising at least one functional monomer A2-I; b) >50 to ⁇ 80% by weight, preferably >50 to ⁇ 60% by weight, of at least one continuous reinforcing fiber B in the form of filament bundles, comprising a multiplicity of filaments; c) > 20 to ⁇ 45% by weight, preferably > 30 to ⁇ 40% by weight, of at least one inorganic, mineral filler C, preferably selected from inorganic carbonates, particularly preferably calcium carbonate, and d) > 0 to ⁇ 10% by weight %, preferably >
  • Proportion C proportion by weight of component C in the entire composite material V in % by weight Z100
  • OV,B coefficient of thermal volume expansion of component B in 1/K
  • Proportion B proportion by weight of component B in the entire composite material V in % by weight/100; and where the following relationships hold: av,c and civ.B With
  • ⁇ A average linear thermal expansion coefficient of component A
  • thermoplastic molding composition A contains at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising at least one functional monomer A2-I; b) >50 to ⁇ 80% by weight, preferably >70 to ⁇ 80% by weight, of at least one continuous reinforcing fiber B in the form of filament bundles, comprising a multiplicity of filaments; c) >1 to ⁇ 20% by weight, preferably >3 to ⁇ 10% by weight, of at least one inorganic glass filler C, in particular hollow glass bodies, and d) >0 to ⁇ 10% by weight, preferably >0.1 to ⁇ 5% by weight of at least one further additive D
  • ⁇ A average linear thermal expansion coefficient of component A
  • OB average linear thermal expansion coefficient of component B
  • Oc average linear thermal expansion coefficient of component C; and where the percentages by weight are in each case based on the entire fiber-reinforced, thermoplastic composite material V and the sum of components A, B, C and D is 100% by weight.
  • the composite material V is preferably characterized in that the thermoplastic molding compound A penetrates into the filament bundles of the continuous reinforcing fibers B, but the fillers C only penetrate up to a maximum of 10% into the filament bundles of the continuous reinforcing fibers B, based on surface areas of a cross section of the filament bundles. This is ensured by a suitable selection of the fillers and leads to an accumulation of the fillers C in the areas of the molding compound A that lie between the continuous reinforcing fibers B. On the other hand, only smaller amounts of filler C are found within the continuous reinforcing fibers B, i.e. between the individual filaments of a filament bundle. The filler e is also found almost exclusively in the outer area of the filament bundles, i.e. in an area up to 10% of the diameter of a single filament bundle. Suitable analysis methods for this are, in particular, electron microscopy or reflected light microscopy of the cross-sectional areas of the continuous reinforcing fibers B in the composite material V.
  • thermoplastic matrix composition M To produce the fiber-reinforced composite material V according to the invention, a thermoplastic matrix composition M is first provided according to the invention.
  • the thermoplastic matrix composition M contains at least the thermoplastic molding composition A described herein, which contains at least one thermoplastic polymer A1 and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising at least one repeating unit of a functional monomer A2-I, and optionally further polymers A3.
  • the thermoplastic matrix composition M also comprises the at least one particulate inorganic filler C described herein, in particular hollow glass bodies and/or carbonates, and optionally the at least one additive D.
  • the thermoplastic matrix composition M comprises the at least one thermoplastic molding compound A and the particulate, inorganic filler C and optionally the additives D or consists of these components A, C and D.
  • the thermoplastic matrix composition M is formed by mixing the molding compound A provided with the particulate, inorganic filler e and optionally the additives D.
  • the thermoplastic matrix composition M can be provided by known methods, in particular by co-extruding, kneading and / or rolling the polymers A1 and optionally A2 and / or A3 with the filler C and the optional additives D.
  • the thermoplastic matrix composition M can thus the invention Components A1 and C, components A1, A2 and C, components A1, A2, A3 and C, components A1, A3 and C, and components A1, C and D, components A1, A2, C and D the components A1, A2, A3, C and D, or the components A1, A3, C and D include.
  • the thermoplastic matrix composition M is provided according to the invention as a thermoplastic film.
  • the thermoplastic matrix composition M is provided as a thermoplastic film having a thickness of 25 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably 50 to 400 ⁇ m, more preferably 65 to 200 ⁇ m.
  • the thermoplastic matrix composition M comprises 20 to 80% by volume, preferably 20 to 70% by volume, in particular 30 to 60% by volume, based on the total volume of the matrix composition M, of the at least one particulate inorganic filler C, preferably selected from particulate mineral or amorphous (glass-like) spherical fillers, preferably selected from hollow glass spheres or carbonates.
  • the rest of the thermoplastic matrix composition M consists of the thermoplastic molding composition A described herein, which preferably consists of the polymers A1 and A2, and optionally the additives D.
  • thermoplastic films which essentially do not comprise fillers C are also provided.
  • the components A and optionally D are brought together in process step (ii) as a powder, as a granulate, as a melt or as a thermoplastic film with the fabric G made of continuous reinforcing fibers B.
  • components A and optionally D are combined with continuous reinforcing fiber B, preferably as a thermoplastic film.
  • the composite material V produced according to the invention contains at least 5% by weight, generally at least 7% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the thermoplastic molding composition A.
  • the composite material V generally contains ⁇ 20% by weight at most 18% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the thermoplastic molding composition A.
  • thermoplastic molding composition A is contained in the composite material V from 5 to ⁇ 20% by weight, preferably from 7 to 18% by weight, in particular 10 to 18% by weight, based on the composite material V.
  • the thermoplastic molding composition A is preferably contained in the composite material V from 5 to 50% by volume, preferably from 10 to 40% by volume and particularly preferably from 15 to 35% by volume, based on the composite material V.
  • the thermoplastic molding composition A contains at least one thermoplastic polymer A1.
  • the thermoplastic polymer A1 is preferably an amorphous or partially crystalline polymer.
  • the thermoplastic polymer A1 is preferably an amorphous or partially crystalline polymer selected from polystyrenes (PS), styrene/acrylonitrile copolymers (PSAN), acrylonitrile/butadiene/styrene copolymers (ABS), acrylate/styrene/acrylonitrile copolymers (ASA), polycarbonates, such as polycarbonates based on bisphenol A, polyesters, polyamides, such as polyamide 6 and polyamide 6,6, polyolefins, and mixtures of the aforementioned polymers.
  • PS polystyrenes
  • PSAN styrene/acrylonitrile copolymers
  • ABS acrylonitrile/butadiene/styrene copolymers
  • ASA acrylate/styrene/acrylonitrile copolymers
  • polycarbonates such as polycarbonates based on bisphenol A
  • polyesters such as polyamide 6 and polyamide 6,6, polyolef
  • the thermoplastic polymer A1 comprises at least one polyolefin or consists of at least one polyolefin, it being possible for the polyolefin to be a polyolefin homopolymer and/or a polyolefin copolymer.
  • thermoplastic molding composition A can optionally comprise at least one polar functionalized polymer A2, which comprises repeating units of at least one functional monomer A2-I.
  • thermoplastic molding composition A can comprise further polymers A3 which are different from the polymers A1 and A2.
  • thermoplastic molding composition A1 contains up to 100% by weight of the at least one thermoplastic polymer A1 selected from homo- or copolymers of polyamide, polypropylene and polyethene.
  • thermoplastic molding composition A can also contain from 0 to 99% by weight of the at least one polymer A2 and/or the polymers A3, based in each case on the total weight of the thermoplastic molding composition A.
  • the thermoplastic molding composition A contains 60 to 99.9% by weight, more preferably 70 to 99.9% by weight, particularly preferably 75 to 99.9% by weight, particularly preferably 90 to 99% by weight. -%, more preferably 94 to 97% by weight, of the at least one thermoplastic polymer A1, in particular a thermoplastic polyolefin homopolymer or polyolefin copolymer A1, and
  • thermoplastic molding composition A comprises the polymers A1 and A2 and comprises no further polymers A3.
  • the thermoplastic molding composition A contains the polymers A1 and A2 and optionally at least one further polymer A3.
  • the at least one optional polymer A3 can be selected from any thermoplastic polymer other than A1 and A2.
  • the at least one optional polymer A3 can be selected from polystyrenes (PS), styrene/acrylonitrile copolymers (PSAN), acrylonitrile/butadiene/styrene copolymers (ABS), acrylate/styrene/acrylonitrile copolymers (ASA), polycarbonates, polyesters , polyamides, polyolefins and mixtures thereof.
  • the at least one optional polymer A3 is particularly preferably selected from polyethene, ethene/propene copolymers, styrene polymers and styrene/acrylonitrile copolymers, with the proviso that the at least one polymer A3 is different from the polymers A1 and A2.
  • the polymer A3 can preferably be at least one amorphous polymer.
  • the thermoplastic molding composition A has a proportion by weight of less than 50% by weight of polymers A3, more preferably less than 30% by weight.
  • the thermoplastic molding composition A preferably contains (or consists of): a-1) 50 to 99.9% by weight, preferably 70 to 99.9% by weight, particularly preferably 79 to 98% by weight, particularly preferably 90 up to 97% by weight of a thermoplastic polymer A1; a-2) 0.1 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 8% by weight, particularly preferably 3 to 7% by weight, of the at least one polar functionalized polymer A2; a-3) 0 to 49.9% by weight, preferably 0 to 29.9% by weight, more preferably 1 to 20% by weight, of at least one further polymer A3; where the polymers A1, A2 and A3 are different from one another, and where the percentages by weight are in each case based on the total weight of the thermoplastic molding composition A and the sum of the components A1, A2 and A3 is 100% by weight.
  • the thermoplastic molding composition A preferably comprises the components A1, A2 and A3 or consists of these.
  • the thermoplastic molding composition A contains (or consists of): a-1) 60 to 99% by weight of at least one polymer A1 selected from the group consisting of propene homopolymers, propene copolymers, styrene copolymers, polyamides and polycarbonates; a-2) 1 to 40% by weight of a polar functionalized polymer A2; and a-3) 0 to 10% by weight of at least one further polymer A3, the polymer A3 being different from the polymers A1 and A2.
  • thermoplastic molding composition preferably consists of components A1, A2 and A3.
  • the thermoplastic molding composition A preferably contains at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight, in particular at least 80% by weight, of at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A.
  • the thermoplastic molding composition A contains the at least one polymer A1 in a range from 70 to 99.9% by weight, more preferably 90 to 99% by weight, particularly preferably 92 to 97% by weight, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A
  • the thermoplastic polymer A1 is preferably an amorphous or partially crystalline homopolymer or copolymer of ethene, propene, butene and/or isobutene.
  • the polymer A1 particularly preferably comprises at least one propene homopolymer and/or propene-ethene copolymer (also referred to as polypropene impact copolymer).
  • the polymer A1 particularly preferably comprises (or is) a propene-ethene copolymer.
  • the polymer A1 is preferably at least one propene-ethene copolymer, the propene-ethene copolymer preferably having a melt mass flow rate MFR (determined according to DIN EN ISO 1133 at 230° C./2.16 kg ) in the range 40g/10min to 120g/10min, preferably 80g/10min to 120g/10min, more preferably 90g/10min to 110g/10min, and often about 100g/10min , having.
  • MFR melt mass flow rate
  • the polymer A1 n is preferably at least one propene-ethene copolymer with a Density (according to DIN EN ISO 1183-1:2019-09) ⁇ 0.95 g/cm 3 , in particular in the range from 0.89 g/cm 3 to 0.93 g/cm 3 , preferably from 0.895 g/cm 3 to 0.915 g/ cm3 .
  • the thermoplastic polymer A1 is preferably at least one propene-ethene copolymer with a modulus of elasticity (measured according to DIN EN ISO 178) in the range from 1400 MPa to 2100 MPa, often around 1550 MPa.
  • the thermoplastic polymer A1 preferably has a thermal expansion coefficient OAI according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2 in a range from 50* 10'6 K'1 to 100* 10 -6 K'1 , in particular in a range of 60* 1 O' 6 K' 1 to 90*1 O' 6 K' 1 .
  • thermoplastic polymer A1 preferably has a coefficient of thermal volume expansion OV,AI, determined according to the formula described above, in a range from 150*10 -6 K' 1 to 300*10' 6 K -1 , in particular in a range of 180*10 -6 K' 1 to 270*1 O' 6 K' 1 .
  • the thermoplastic A1 preferably has a melting point (DSC, measured according to DIN EN ISO 11357-3) in a range from 100 to 200.degree. C., in particular in a range from 135 to 160.degree.
  • Suitable polyolefins are available, for example, under the trade name Rigidex 380-H100 from INEOS Olefins & Polymers Europe.
  • the optional polar functionalized polymer A2 is different from polymer A1 and comprises repeating units of at least one functional monomer A2-I.
  • the thermoplastic molding composition A preferably contains at least 0.1% by weight, more preferably at least 1% by weight, particularly preferably at least 3% by weight, and in particular at least 3% by weight, of the at least one polar functionalized polymer A2, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A.
  • the thermoplastic molding composition A preferably contains at most 30% by weight, more preferably at most 20% by weight, particularly preferably at most 15% by weight, and in particular at most 10% by weight, of at least one polar functionalized polymer A2, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A.
  • the thermoplastic molding composition A preferably contains the at least one polar functionalized polymer A2 in the range from 0.1 to 30% by weight, preferably 0.1 to 20% by weight, particularly preferably 1 to 15% by weight, particularly preferably 3 to 10% by weight, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A.
  • the polar functionalized polymer A2 serves as a compatibilizer between the thermoplastic molding composition A and the continuous reinforcing fiber B.
  • the polar functionalized polymer A2 has at least one polar, preferably chemically reactive, functionality (typically provided by the repeating units of the at least one functional monomer A2-I), which can react with chemical groups on the surface of the continuous reinforcing fiber B during the manufacturing process of the composite material V and bonds (covalent bonds, ionic bonds, van der Waals bonds) can form, resulting in a composite material V with good strength, in particular a good fiber-matrix adhesion is obtained.
  • the polar-functionalized polymer A2 often increases the polarity of the thermoplastic molding composition A, which increases the compatibility with polar surfaces of the reinforcing fibers, in particular the polar surfaces of glass fibers or surfaces of reinforcing fibers that are polar-functionalized by sizing agents.
  • the polar functionalized polymer A2 comprises at least 0.1% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, particularly preferably 0.1 to 3% by weight, particularly preferably 0.1 to 1 5% by weight, more preferably 0.1 to 0.5% by weight, based on the total weight of the polymer A2, of repeating units of the at least one functional monomer A2-I.
  • the at least one functional monomer A2-I is selected from the group consisting of maleic anhydride (MA), N-phenylmaleimide (PM), tert-butyl (meth)acrylate and glycidyl (meth)acrylate (GM), in particular selected from the group consisting of maleic anhydride (MA), N-phenylmaleimide (PM) and glycidyl (meth)acrylate (GM).
  • the polar-functionalized polymer A2 preferably comprises at least repeating units of a further monomer A2-II, which is different from the monomer A2-I.
  • the proportion of repeating units of the monomer A2-II is up to 99.9% by weight, preferably in a range from 95 to 99.9% by weight, particularly preferably 97 to 99.9% by weight, particularly preferably 98.5 to 99.9% by weight, more preferably 99.5 to 99.9% by weight, based on the total weight of the polymer A2, of repeating units of the at least one monomer A2-II.
  • the monomer A2-II is preferably selected from ethene, propene, butene and/or isobutene.
  • the polar functionalized polymer A2 is preferably a copolymer of repeating units of at least one monomer A2-II selected from ethene, propene, butene and/or isobutene, and repeating units of at least one functional monomer A2-I selected from maleic anhydride, N-phenylmaleimide , tert-butyl (meth)acrylate and glycidyl (meth)acrylate.
  • the polar functionalized polymer A2 is a copolymer of propene repeating units and repeating units of at least one functional monomer A2-I selected from maleic anhydride, N-phenylmaleimide, tert-butyl (meth)acrylate and glycidyl (meth) acrylate.
  • the polar functionalized polymer A2 is particularly preferably a propene graft copolymer, repeating units of the abovementioned functional monomers A2-I being grafted onto a polypropene.
  • the polar functionalized polymer A2 is preferably a propene-maleic anhydride graft copolymer, the graft core consisting predominantly of propene repeating units and the graft shell consisting predominantly of maleic anhydride repeating units.
  • Such polar functionalized polymers A2 and their preparation are described, for example, in US Pat. No. 10/189933 B2. They are known, for example, under the product names PRIEX® 20093 (BYK), Orevac® CA100 (Arkema) and Scona® TPPP 9021 (BYK) and are commercially available.
  • the polar functionalized polymer A2 is particularly preferably one or more propene-maleic anhydride graft copolymers which have a proportion of maleic anhydride as monomer A2-I in the range from 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 0 4% by weight, particularly preferably from 0.15 to 0.25% by weight, based on the total weight of the polar functionalized polymer A2.
  • the polar functionalized polymer A2 is a polymer which has a density (according to DIN EN ISO 1183-1:2019-09) in a range from 0.8 to 1.0 g/cm 3 , preferably in a range from 0.85 g/cm 3 to 0.95 g/cm 3 , in particular from 0.895 g/cm 3 to 0.915 g/cm 3 , often from about 0.9 g/cm 3 .
  • the polar functionalized polymer A2 preferably has a melt mass flow rate (MFR) (determined according to DIN EN ISO 1133, at 190° C./0.325 kg) in the range from 8 g/10 min to 15 g/10 min, in particular 9 g /10 min to 13 g/10 min.
  • MFR melt mass flow rate
  • the polar functionalized polymer A2 is preferably a polymer which has a melting point (measured according to DIN EN ISO 11357-3) in the range from 160 to 165° C. and/or a viscosity (measured according to DIN EN ISO 1628-1) in the range of 0.07 to 0.08 l/g.
  • polymer A1 is a propene-ethene copolymer, preferably with a density of 0.898 g/cm 3 to 0.900 g/cm 3 ; and the functionalized polymer A2 is a propene graft copolymer (such as PRI EX® 20093 from BYK-Chemie).
  • the composite material V produced according to the invention contains at least 20% by weight, preferably at least 40% by weight, particularly preferably at least 45% by weight, particularly preferably at least 50% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the continuous reinforcing fibers B. In a preferred embodiment, the composite material V contains >50% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the continuous reinforcing fiber B.
  • the composite material V generally contains at most 80% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the continuous reinforcing fibers B.
  • the at least one continuous reinforcing fiber B is contained in the composite material V from 20 to 80% by weight, preferably from 40 to 80% by weight, particularly preferably from 50 to 80% by weight, based on the composite material V. In a preferred embodiment, the at least one continuous reinforcing fiber B is contained in the composite material V in an amount of 51 to 80% by weight, based on the composite material V.
  • the continuous reinforcing fiber B is preferably contained in the composite material V from 20 to 80% by volume, preferably from 30 to 70% by volume and particularly preferably from 40 to 55% by volume, based on the composite material V.
  • the continuous reinforcement fibers B are preferably selected from glass fibers, carbon fibers, aramid fibers and natural fibers and/or mixed forms of the continuous reinforcement fibers B mentioned.
  • the continuous reinforcement fibers B are more preferably selected from glass fibers and/or carbon fibers, in particular glass fibers.
  • the density of the continuous reinforcing fiber B ranges from 1.4 g/cm 3 to 2.8 g/cm 3 .
  • the density of the continuous reinforcing fiber B selected from glass fibers is in the range from 1.8 g/cm 3 to 2.8 g/cm 3 .
  • the density of the continuous reinforcing fiber B selected from carbon fibers is in the range of 1.4 g/cm 3 to 1.9 g/cm 3 . Suitable methods for density determination are known to those skilled in the art.
  • the density of the continuous reinforcing fiber B is typically determined according to test standard ASTM C693.
  • the continuous reinforcement fiber B is typically a bundle of a multiplicity of filaments. Such bundles of filaments (also referred to as multifilaments) are formed during the manufacture of fibers.
  • the continuous reinforcing fiber B according to the invention therefore corresponds to a filament bundle made up of a large number of individual filaments.
  • the continuous reinforcing fiber B comprises a large number of individual filaments, the mean filament diameter being in a range from 2 to 35 ⁇ m, preferably from 5 to 25 ⁇ m.
  • the filaments of the continuous reinforcing fiber B are often bundled into rovings, fabrics and/or yarns.
  • the continuous reinforcing fibers B have one or more functional groups, preferably polar functional groups, particularly preferably functional groups selected from hydroxyl, ester, amino and silanol groups, on at least part of their surface.
  • the polar functional fibers arranged on the surface of the continuous reinforcing fibers B Len groups can be formed directly by the fiber material itself (especially in the case of glass fibers) or by applying at least one sizing agent to the surface of the continuous reinforcing fibers B.
  • the continuous reinforcing fiber B may comprise a sizing agent applied to at least a portion of the surface of the continuous reinforcing fiber B .
  • Fibers for fibrous reinforcing materials are often treated with a sizing agent, particularly to protect the reinforcing fibers. Mutual damage caused by abrasion can thus be prevented. If a mechanical impact occurs, there must be no cross-fragmentation (breakage) of the reinforcing fibers.
  • the sizing agent can prevent agglomeration of the reinforcing fibers.
  • a sizing agent can also contribute to improved cohesion between the reinforcing fibers and the polymer matrix in the composite material V.
  • Suitable sizing agents generally include a large number of different ingredients such as film formers, lubricants, wetting agents and adhesives.
  • Film formers protect the fibers from rubbing against each other and can also increase affinity for polymers, thereby promoting composite strength and adhesion. Mention may be made of 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% by weight, based on the total weight of the sizing agent.
  • Lubricants give the fibers and their products flexibility and reduce the friction between the reinforcing fibers. However, the adhesion between the reinforcing fiber and the polymer is often impaired by the use of lubricants. Mention should be made of fats, oils and polyalkyleneamines in an amount of 0.01 to 1% by weight, based on the total weight of the sizing agent.
  • wetting agents cause a reduction in surface tension and improved wetting of the filaments with the sizing agent.
  • polyfatty acid amides in an amount of 0.1 to 5% by weight, based on the total weight of the sizing agent, should be mentioned for aqueous finishing.
  • adhesives that increase the adhesion of polymers to the fiber surface.
  • organofunctionalized silanes such as aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltrimethoxysilane, and the like are used.
  • the continuous reinforcing fibers B of the present invention are (essentially) free of a sizing agent, i.e. they comprise less than 3% by weight, preferably less than 1% by weight, and in particular less than 0 1% by weight of sizing agent, based on the total weight of the continuous reinforcing fibers B.
  • the continuous reinforcing fibers B e.g. due to production
  • the sizing agent can be present of use according to the present invention. This can be achieved, for example, by thermal desizing processes (e.g. incineration of the sizing agent).
  • the continuous reinforcing fiber B is one or more glass fibers.
  • the at least one continuous reinforcing fiber B is particularly preferably one or more glass fibers whose surface comprises functional groups selected from hydroxyl, ester, amino and silanol groups, preferably silanol groups.
  • R glass Resistance, aluminum silicate glass with additions of calcium and magnesium oxide
  • ECR glass E-Glass Corrosion Resistant
  • D glass Di
  • E-glass fiber is often used as the standard fiber for general plastic reinforcement and electrical applications.
  • glass fibers with a filament diameter of 5 to 25 ⁇ m are used, which are usually combined with multifilament yarn (roving).
  • Such a multifilament yarn (roving) preferably has a fineness of 1200 tex. These are preferably used both as warp threads and as weft threads in a fabric G.
  • carbon fibers also called carbon fibers or carbon fibers
  • carbon fibers are industrially manufactured fibers made from carbon-containing starting materials, which are converted into graphite-like carbon by chemical reactions adapted to the raw material. Common isotropic and anisotropic types can be used, with anisotropic fibers typically having high strength and rigidity combined with low elongation at break in the axial direction.
  • Carbon fibers are often used as a stiffening component for lightweight construction.
  • carbon fibers have a diameter of about 5 to 9 microns, with 1,000 to 24,000 filaments usually being combined to form a multifilament yarn (roving).
  • the continuous reinforcing fiber B is preferably used as the fabric G.
  • the flat structure G is preferably a scrim, a woven fabric, a mat, a fleece, a knitted fabric, a mesh or a multiaxial scrim, which is formed at least partially from filament bundles of the continuous reinforcing fibers B.
  • the continuous reinforcing fiber B is preferably embedded in the composite material V as a flat structure G, preferably selected from woven fabrics, mats, nonwoven fabrics, scrims and knitted fabrics, in particular woven fabrics and scrims.
  • continuous reinforcing fiber B to fabrics G in the form of semi-finished textile products such. g. scrims, woven fabrics, mats, nonwovens, knitted fabrics, braids or multiaxial fabrics, is usually carried out on weaving machines, braiding machines or multiaxial knitting machines or, in the area of the production of fiber-reinforced plastics, directly on prepreg systems, pultrusion systems (pultrusion systems) or winding machines.
  • the continuous reinforcing fibers B can be embedded in the composite material V as a flat structure G in any orientation and arrangement.
  • the continuous reinforcing fibers B are often not statistically evenly distributed in the composite material V, but rather as a flat structure G, ie in levels with a higher and in levels with a lower proportion (therefore as more or less separate layers).
  • a laminate-like or laminar structure of the composite material V is preferably assumed, the composite material V comprising a multiplicity of flat structures G, comprising the continuous reinforcing fibers B.
  • Flat laminates formed in this way typically contain composites built up in layers from flat reinforcement layers (surface structure G comprising continuous reinforcement fibers B) and layers of a wetting and cohesive matrix composition (also referred to herein as matrix composition M), which comprises at least the thermoplastic molding composition A.
  • matrix composition M also referred to herein as matrix composition M
  • the continuous reinforcing fibers B are embedded in the composite material V in layers.
  • the continuous reinforcing fibers B are preferably present as a flat structure G.
  • the fibers are typically ideally parallel and stretched. Endless fibers are mostly used.
  • Fabrics are typically created by weaving endless fibers, such as rovings. The weaving of fibers is inevitably accompanied by a deflection (undulation) of the fibers. In particular, the undulation causes a reduction in the compressive strength parallel to the fibers.
  • Mats usually consist of long fibers that are loosely connected to each other with a binding agent. Due to the use of long fibers, the mechanical properties of components made of mats are inferior to those of fabrics.
  • Nonwovens are typically structures made of fibers of limited length, continuous fibers (filaments) and/or chopped yarns which have been joined together in any known manner to form a nonwoven and usually connected via a binder. Knitted fabrics typically refer to thread systems that are created and connected by stitch formation.
  • the invention relates to a composite material V which has a ribbing or a sandwich structure and is built up in layers.
  • the method steps for ribbing are known to those skilled in the art.
  • the invention relates to a composite material V described herein, the composite material V having a layered structure and containing more than two, often more than three, layers. For example, all of the layers can be of the same type or some of the layers can have a different structure.
  • a layer comprises at least one sheet G made of continuous reinforcing fibers B, which is embedded in at least one matrix composition (herein also referred to as matrix composition M), which comprises at least the thermoplastic molding composition A.
  • matrix composition M matrix composition
  • the composite material V produced according to the invention contains at least 1% by weight, preferably at least 3% by weight, particularly preferably at least 4% by weight, based on the total weight of the composite material V, of at least one particulate, inorganic filler C.
  • the composite material V contains at most 60% by weight, preferably at most 45% by weight, particularly preferably at most 40% by weight, based on the total weight of the composite material V, of at least one particulate, inorganic filler e.
  • the at least one particulate, inorganic filler e is contained in the composite material V from 1 to 60% by weight, preferably 3 to 45% by weight, particularly preferably 5 to 40% by weight, based on the composite material V as a whole.
  • the composite material V according to the invention contains at least 5 to 60% by volume, preferably 15 to 50% by volume and particularly preferably 25 to 40% by volume, based on the composite material V, of at least one particulate inorganic filler C .
  • the particulate, inorganic filler C is preferably selected from glass fillers, mineral fillers, ceramic fillers and mixtures thereof.
  • Suitable glass fillers include, in particular, glass powder and hollow glass bodies, particularly preferably hollow glass bodies.
  • Glass hollow bodies are characterized by a particularly low density and thus enable the production of fiber-reinforced composites V with a low density. These are advantageous as light but mechanically stable materials.
  • Suitable mineral fillers include in particular silicates, phosphates, sulfates, carbonates, hydroxides and borates, particularly preferably carbonates.
  • Carbonates, in particular calcium carbonate, are advantageously characterized by worldwide availability at a low price and are also commercially available in many different size distributions.
  • Suitable ceramic fillers include, in particular, boron nitrite (BN - borazon), aluminum oxide (AI2O3), silicates, silicon dioxide, zirconium(IV) oxide, titanium(IV) oxide, aluminum miniumtitanate, barium titanate and silicon carbide (SiC) and boron carbide (B4C ). Ceramic fillers contribute in particular to improving the hardness and scratch resistance of the composite material V.
  • the at least one particulate, inorganic filler C is preferably selected from mineral fillers, which can be present both in crystalline form and in amorphous form (in particular as glass fillers).
  • the at least one particulate, inorganic filler e is preferably selected from glass powder, hollow glass bodies, amorphous silica; carbonates (e.g. magnesium carbonate, calcium carbonate (chalk)); powdered quartz; Mica; silicates such as clays, muscovite, biotite, suzoite, tin maletite, talc, chlorite, phlogopite, feldspar; kaolin and calcium silicates (such as wollastonite). Hollow glass bodies and carbonates, in particular calcium carbonate (chalk), are very particularly preferred.
  • the composite material V according to the invention contains 3 to 45% by weight of at least one particulate, inorganic filler C in crystalline and/or amorphous form, selected from silicates, phosphates, sulfates, carbonates and borates.
  • the composite material V according to the invention comprises >20 to ⁇ 45% by weight, more preferably >30 to ⁇ 40% by weight, of at least one particulate, inorganic filler C selected from inorganic carbonates, preferably calcium carbonate. It was shown that, despite this high amount of filler C, it is possible to provide a composite material V which has good mechanical properties and at the same time surfaces with a particularly low surface waviness, ie having a particularly smooth surface.
  • the composite material V according to the invention comprises >1 to ⁇ 20% by weight, preferably 3 to ⁇ 10% by weight, of at least one particulate, inorganic filler C selected from hollow glass bodies. It was possible to show that this quantity of hollow glass bodies is suitable for providing a low-density composite material V which has surfaces with particularly low surface waviness, i.e. with a particularly smooth surface.
  • inorganic fillers C which have a linear thermal expansion coefficient Oc ( ⁇ LTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, measured according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2) which is lower than the linear thermal expansion coefficient OA of the thermoplastic molding composition A, i.e. Oc ⁇ QA
  • Oc ⁇ 0.3 OA Preferably the relation Oc ⁇ 0.3 OA applies.
  • the at least one particulate, inorganic filler C also preferably has a coefficient of thermal expansion Oc ( ⁇ LTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, measured according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2) which is 0.2 to 5 times greater as the coefficient of thermal expansion OB of the continuous reinforcing fiber B, more preferably 0.3 to 1 times, i.e. 0.2 OBS OC S 5 OB, particularly 0.3 OBS OC S T OB.
  • Oc coefficient of thermal expansion
  • the particulate, inorganic filler C preferably has a coefficient of linear thermal expansion Oc (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, measured according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2) in the range from 2*10' 6 K' 1 to 20*1 O ' 6 K' 1 , preferably 5*1 O' 6 K' 1 to 15*10 -6 K' 1 , particularly preferably 7*1 O' 6 K' 1 to 12*10 -6 K' 1 .
  • inorganic fillers C are used for which the following relationship (II) applies: 0.1 to 2 (II) With:
  • Proportion C proportion by weight of component C in the entire composite material V in % by weight Z100
  • OV,B coefficient of thermal volume expansion of component B in 1/K
  • ⁇ A average linear thermal expansion coefficient of component A
  • OB average linear thermal expansion coefficient of component B
  • Oc mean linear thermal expansion coefficient of component C.
  • the density of the inorganic fillers C is preferably in a range of 0.1 to 5 g/ml, more preferably in particular 0.2 to 4 g/ml, especially 0.2 to 2.8 g/ml. Suitable methods for determining the density are known to those skilled in the art.
  • the density of inorganic fillers C is typically determined according to the test standard DIN-ISO 787/10.
  • the density of hollow glass spheres, which can preferably be used according to the invention as particulate, inorganic filler e, is preferably in a range from 0.1 to 1.0 g/ml, more preferably in a range from 0.2 to 0.6 g/ml. ml.
  • the density of carbonates which can preferably be used according to the invention as particulate, inorganic filler C, is preferably in a range from 1.0 to 4.0 g/ml, more preferably in a range from 2.0 to 2.8 g/ml. ml.
  • the particulate, inorganic filler C is typically added to the thermoplastic molding composition A before the components are contacted with the continuous reinforcing fiber B. In another embodiment, all three components are brought together in one process step. Further details on the production of the composite material V according to the invention can be found in the section on the production process contained herein.
  • the composite material V produced according to the invention can optionally contain 0 to 10% by weight, preferably 0 to 5% by weight, particularly preferably 0.01 to 10% by weight, particularly preferably 0.1 to 5% by weight, based on the entire composite material V, one or more additives D included.
  • the optional additive D is customary auxiliaries and additives that are different from components A to C.
  • Typical plastic additives are described, for example, in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009.
  • the additives D are typically added to the thermoplastic molding composition A.
  • the at least one further additive D can be selected from processing aids, stabilizers, lubricants and mold release agents, flame retardants, dyes, pigments and plasticizers.
  • stabilizers for example, antioxidants (oxidation retardants) and agents against heat decomposition (heat stabilizers) and decomposition by ultraviolet light (UV stabilizers) are used.
  • Suitable UV stabilizers include various substituted resorcinols, salicylates, benzotriazoles and benzophenones. UV stabilizers are typically used in amounts of up to 2% by weight, preferably from 0.01 to 2% by weight, based on the composite material V as a whole. Common UV stabilizers are described, for example, in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009, pp. 246-329.
  • antioxidants and heat stabilizers are sterically hindered phenols, hydroquinones, substituted representatives of this group, secondary aromatic amines, optionally in combination with phosphorus-containing acids or their salts, and mixtures of these compounds. Common antioxidants are described, for example, in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009, pages 40 to 64. Antioxidants of the Irganox® (BASF) type are preferably used. Antioxidants and heat stabilizers are typically used in amounts of up to 1% by weight, preferably from 0.01 to 1% by weight, based on the composite material V as a whole.
  • the composite material V according to the invention contains one or more lubricants and mold release agents as additives D.
  • lubricants and mold release agents are described, for example, in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009, p. 563-580.
  • suitable lubricants and mold release agents are stearic acid, stearyl alcohol, stearic acid esters and amides, and esters of pentaerythritol with long-chain fatty acids.
  • the calcium, zinc or aluminum salts of stearic acid and dialkyl ketones, for example distearyl ketone can be used.
  • ethene oxide-propene oxide copolymers can also be used as lubricants and mold release agents.
  • Natural and/or synthetic waxes can also be used. Examples include PP wax, PE wax, PA wax, grafted PO wax, HDPE wax, PTFE wax, EBS wax, montan wax, carnauba and beeswax.
  • Lubricants and mold release agents are typically used in amounts of up to 1% by weight, preferably from 0.01 to 1% by weight, based on the composite material V as a whole.
  • the composite material according to the invention contains
  • V 0.01 to 1 wt. %, preferably 0.1 to 0.9 wt 1-glycerol monostearate.
  • Suitable flame retardants can be halogen-containing or halogen-free compounds.
  • Suitable halogen compounds are chlorinated and/or brominated compounds, with brominated compounds being preferable to chlorinated ones.
  • Halogen-free compounds such as, for example, phosphorus compounds, in particular phosphine oxides and derivatives of phosphorus acids and salts of acids and acid derivatives of phosphorus, are preferably used.
  • Phosphorus compounds particularly preferably contain ester, alkyl, cycloalkyl and/or aryl groups.
  • oligomeric phosphorus compounds with a molecular weight of less than 2000 g/mol, as described, for example, in EP-A 0 363 608.
  • V be included as additives D. These are typically present in amounts of 0 to 10% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight and in particular 0.5 to 8% by weight, based on the composite V as a whole.
  • Typical pigments for coloring thermoplastics are well known, see for example H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009, pp. 855-868 and 883-889 and R. Gachter and H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, pp. 494 to 510.
  • the first preferred group of pigments are white pigments, such as zinc oxide, zinc sulfide, white lead (2 PbCOs ⁇ Pb(OH)2), lithopone, antimony white and titanium dioxide. Of the two most common crystal modifications (rutile and anatase type) of titanium dioxide, the rutile form in particular is used to whiten the molding compositions of the invention.
  • Another preferred group of pigments are black color pigments, such as iron oxide black (FesO 4 , spinel black (Cu(Cr,Fe) 2 O 4 ), manganese black (mixture of manganese dioxide, silicon oxide and iron oxide), cobalt black and antimony black, as well as being particularly preferred Carbon black, which is mostly used in the form of furnace or gas black (see G. Benzing, Pigmente für Anstrichstoff, Expert-Verlag (1988), p. 78ff).
  • inorganic colored pigments such as chrome oxide green
  • organic colored pigments such as azo pigments and phthalocyanines
  • Such pigments are generally commercially available.
  • the continuous reinforcing fibers B can also comprise additives, in particular in the form of a surface coating, a so-called size (size).
  • size size
  • sizing agents generally contain a large number of different ingredients such as film formers, lubricants, wetting agents and adhesives. These are described in more detail in the description of continuous reinforcing fibers B section herein.
  • the density of the composite materials V was determined according to DIN EN ISO 1183-1:2019-09 on test specimens using the immersion method.
  • the density of the molding compounds A was determined in accordance with DIN EN ISO 1183-1:2019-09.
  • the density of the reinforcing fibers B was determined according to ASTM C693.
  • the density of the filler C is typically determined according to DIN-ISO 787/10.
  • the melt mass flow rate MFR (melt flow rate) was determined according to DIN EN ISO 1133 at 230° C./2.16 kg for the polymer A1 and at 190° C./0.325 kg for the polar functionalized polymer A2.
  • the melting point Tm was determined by means of differential scanning calorimetry (DSC) in accordance with DIN EN ISO 11357-3.
  • the mean linear thermal expansion coefficients a (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion) were determined as the arithmetic mean of the values in the longitudinal and transverse directions in accordance with ISO 11359-1 and ISO 11359-2.
  • Chemically modified propene graft copolymer (white granules) with grafted maleic anhydride (0.15 to 0.25% by weight) having a density of about 0.9 g/cm 3 .
  • melt mass flow rate MFR (190°C/0.325 kg) 9 g/10 min to 13 g/10 min; Melting point (DSC) 160°C to 165°C.
  • thermoplastic molding composition A (comprising the polymers A1 and A2) and the additive D with the following composition was used as the matrix composition M:
  • composition of matrix composition M and unfilled thermoplastic composition The matrix composition M is obtained by intensively mixing components A1, A2, D and C in an extruder.
  • the matrix composition M was provided as a powder and as a film with a thickness of 67 ⁇ m and 135 ⁇ m.
  • a composition of matter containing filler (M+C) was prepared as film F(M+C) by mixing components A1, A2, D and C and forming into a film having a thickness of 135 ⁇ m and 270 ⁇ m.
  • the composite materials V described in Table 1 with a proportion of 40 to 48% by volume of reinforcing fibers B and two layers of the glass fiber twill fabric were produced from the components described above by means of a described hot-pressing process.
  • the process for producing the composite materials V comprises the following process steps, which are explained in more detail below: i) providing at least one sheet G made of continuous reinforcing fibers B: the continuous reinforcing fibers are used as rolled goods and unrolled within the process; ii) providing at least one thermoplastic film from thermoplastic matrix composition M containing the thermoplastic molding compound A and the at least one inorganic filler C; iii) bringing together the thermoplastic matrix composition M containing the thermoplastic molding composition A and the at least one particulate inorganic filler e, with the sheet G of continuous reinforcing fibers B: the matrix composition M and the continuous reinforcing fiber B are in the manners described below at 160-220 °C merged; iv) Impregnation of the continuous rein
  • the pressing tool is lowered onto the pressing species and raised again, and the species is pulled a little further in the lifting cycle.
  • the pressing tool has a temperature of 200-280 °C.
  • the composite is pressed at 1-3 MPa for 5-40 seconds per stroke;
  • Consolidation of the composite V after the hot-pressing zone, the composite with the separating plates is transferred to a colder zone of the pressing tool.
  • the temperature is 80-180 °C.
  • the composite is pressed at 1-3 MPa for 5-40 seconds per stroke.
  • the matrix material is solidified and a finished composite material V is obtained; vi) optional cooling and optional further process steps.
  • Process step i) includes the provision of the glass fiber twill fabric used by laying it out flat.
  • Process step ii) comprises the provision of a film of thermoplastic matrix composition M according to Table 1.
  • Process step iii) was carried out in two alternative embodiments, which are described below as process steps iii-a) and iii-b).
  • the sheet G of continuous reinforcing fibers B was provided flat in its full areal extent.
  • the matrix composition M and optionally the filler C were each applied in the form of powder to the fabric G in one step.
  • the composite was heated using a hot press so that the matrix composition M was bonded to the fabric G and optionally the filler C.
  • Composite V was not fully consolidated at this step.
  • the fabric G was provided flat over its full area extent. Films made from Matrix Composition M and Filler C were used. Layer constructions from the fabric G and the films were produced and pressed directly into the fully consolidated composite material V in a hot press.
  • Process step iii) represents the merging of the various components. In each case, an assessment was made of the extent to which adhesions occurred on the pressing tool during the manufacturing process:
  • the flexural modulus E r and the maximum flexural stress o max according to the 3-point flexural test according to DIN 14125 were determined on the composite materials produced. The values were measured in the directions °0° (in the direction of the grain) and 90° (perpendicular to the direction of the grain), respectively. The results are shown in Table 1.
  • Composite materials V with different compositions were produced and characterized in the manner described.
  • the filler contents were chosen such that the volume content of filler C in the entire matrix composition M (based on the total volume of components M and C) corresponded to a content of about 50% by volume.
  • Table 2 Production and testing of composite materials with different layer structures L and process step iii-a), comparative examples C1, C2 and C3.
  • Table 3 Production and testing of composite materials with different layer structures L and process step iii-b), examples 1 and 2.
  • Examples 1 and 2 are according to the invention, C1 to C3 represent comparative examples.
  • Examples 1 and 2 show that the method according to the invention using films from the matrix composition M gives composite materials V with high surface quality, with the occurrence of adhesions of the filler at the pressing tool during production is significantly reduced. Also, the surface waviness can be reduced four to five times compared to Comparative Example 1. The surface appearance of the composite materials V is thus significantly improved.
  • Tables 4 and 5 show further examples 3 to 8, which were produced by the process according to the invention, and comparative example C4.
  • Table 4 Production of thermoplastic fiber-reinforced plastics with different filler contents, examples 3 and 4, comparative example C4.
  • Table 5 Production of thermoplastic fiber-reinforced plastics with different filler contents, examples 5 to 8.
  • the examples according to the invention are characterized by a high surface quality, while the mechanical properties of the composite materials according to the invention
  • thermoplastic molding composition A V remain sufficiently good even with comparatively low proportions of thermoplastic molding composition A.
  • the occurrence of adhesions on the pressing tool is significantly reduced during the process implementation.

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Abstract

The invention relates to a process for producing a fiber-reinforced composite material (organosheet) containing at least one thermoplastic molding compound, at least one continuous reinforcing fiber layer and at least one inorganic filler material. According to the invention, at least one sheet material consisting of continuous reinforcing fibers is embedded in a matrix composition comprising at least one thermoplastic molding compound, the thermoplastic molding compound including at least one thermoplastic polymer and optionally at least one polarity-functionalized polymer that contains repeat units of at least one functional monomer. The invention also relates to the composite materials produced according to the claimed method.

Description

Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs enthaltend ein thermoplastisches Polymer Process for producing a fiber-reinforced composite material containing a thermoplastic polymer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs (Organoblech), welcher mindestens eine thermoplastische Formmasse, mindestens eine Lage aus kontinuierlichen Verstärkungsfasern und mindestens einen anorganischen Füllstoff umfasst. Insbesondere wird mindestens ein Flächengebilde bestehend aus Verstärkungsfasern in eine Matrixzusammensetzung eingebettet, welche mindestens eine thermoplastische Formmasse umfasst, wobei die thermoplastische Formmasse mindestens ein thermoplastisches Polymer und optional mindestens ein polar funktionalisiertes Polymer, welches Wiederholungseinheiten mindestens eines funktionellen Monomers umfasst, enthält. Die Erfindung betrifft zudem die gemäß dem hier beschriebenen Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffe. The invention relates to a method for producing a fiber-reinforced composite material (organic sheet) which comprises at least one thermoplastic molding compound, at least one layer of continuous reinforcing fibers and at least one inorganic filler. In particular, at least one fabric consisting of reinforcing fibers is embedded in a matrix composition which comprises at least one thermoplastic molding composition, the thermoplastic molding composition containing at least one thermoplastic polymer and optionally at least one polar functionalized polymer which comprises repeating units of at least one functional monomer. The invention also relates to the composite materials produced according to the method described here.
Stand der Technik State of the art
Verbundwerkstoffe bzw. Organobleche bestehen meist aus einer Vielzahl von Verstärkungsfasern, die in einer Polymer-Matrix eingebettet sind. Die Einsatzbereiche von Verbundwerkstoffen sind vielfältig. Beispielsweise kommen Verbundwerkstoffe im Fahrzeug- und Luftfahrt-Bereich zum Einsatz. Hierbei soll durch den Einsatz von Verbundwerkstoffen das Zerreißen oder sonstige Fragmentierungen des Bauteils verhindert werden, um somit die Unfallgefahr durch einzelne Bauteil-Fragmente zu vermindern. Viele Verbundwerkstoffe sind in der Lage, bei Belastung vergleichsweise hohe Kräfte aufzunehmen, bevor es zum totalen Versagensfall kommt. Ein totaler Versagensfall bei faserverstärkten Verbundwerkstoffen äußert sich dadurch, dass Bauteile beispielsweise bei Biegebelastung bei Überschreitung der maximalen Biegespannung beim Bruch nicht in viele Einzelteile zerbersten, sondern über die Verstärkungsfasern mit einzelnen Bruchoder Bissstellen zusammenhängend verbleiben. Gleichzeitig zeichnen sich Verbundwerkstoffe gegenüber herkömmlichen, nicht verstärkten Materialien durch eine hohe und richtungsabhängig einstellbare Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig niedriger Dichte und weiteren vorteilhaften Eigenschaften, wie beispielsweise guter Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit, aus. Composite materials or organo sheets usually consist of a large number of reinforcing fibers that are embedded in a polymer matrix. The areas of application of composite materials are diverse. For example, composite materials are used in the automotive and aviation sectors. The aim here is to prevent tearing or other fragmentation of the component through the use of composite materials, in order to reduce the risk of accidents caused by individual component fragments. Many composite materials are able to absorb comparatively high forces under load before total failure occurs. A total failure of fibre-reinforced composite materials is expressed by the fact that components do not burst into many individual parts when the maximum bending stress is exceeded, for example when subjected to bending stress, but remain connected via the reinforcing fibers with individual fractures or biting points. At the same time, composite materials are distinguished from conventional, non-reinforced materials by a high strength and rigidity that can be adjusted depending on the direction, while at the same time having a low density and other advantageous properties, such as good resistance to aging and corrosion.
Festigkeit und Steifigkeit der Verbundwerkstoffe können an die Belastungsrichtung und Belastungsart angepasst werden. Hierbei sind in erster Linie die Fasern für die Festigkeit und Steifigkeit des Verbundwerkstoffs verantwortlich. Zudem bestimmt oftmals auch deren Anordnung die richtungsabhängigen, mechanischen Eigenschaften des jeweiligen Verbundwerkstoffs. Die Matrix dient primär dazu, die aufzunehmenden Kräfte in die einzelnen Fasern einzuleiten und die räumliche Anordnung der Fasern in der gewünschten Orientierung beizubehalten. Des Weiteren schützt die Matrix die Faser vor äußeren Einflüssen und bestimmt die Langzeiteigenschaften des Verbundwerkstoffs. Vor allem aber bestimmt die Wahl des Matrixmaterials in hohem Maße das äußere Erscheinungsbild des Verbundwerkstoffs. The strength and stiffness of the composites can be adjusted to the direction and type of loading. The fibers are primarily responsible for the strength and rigidity of the composite material. In addition, their arrangement often determines the direction-dependent, mechanical properties of the respective composite material. The primary purpose of the matrix is to introduce the forces to be absorbed into the individual fibers and to maintain the spatial arrangement of the fibers in the desired orientation. Furthermore, the matrix protects the fiber from external influences and determines the long-term properties of the composite material. Above all, however, the choice of matrix material largely determines the external appearance of the composite material.
Bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen spielen insbesondere die Verbindung von Fasern und Polymer-Matrix zueinander sowie die kritische Faserlänge eine wesentliche Rolle. Auch die Festigkeit der Einbettung der Fasern in die Polymer-Matrix (Faser-Mat- rix-Haftung) kann erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs haben. Zudem sollte das Verfahren zur Herstellung der Werkstoffe einfach und kostengünstig durchzuführen sein. In the production of composite materials, the connection of fibers and polymer matrix to each other and the critical fiber length play an important role. The strength of the embedding of the fibers in the polymer matrix (fiber-matrix adhesion) can also have a significant influence on the properties of the composite material. In addition, the process for producing the materials should be simple and inexpensive to carry out.
Da sowohl die Fasern als auch die Matrix-Materialien variiert werden können, kommen zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten von Fasern und Matrix-Materialien in Betracht. Oftmals besteht auf Grund der geringen chemischen Ähnlichkeit zwischen der Faseroberfläche und der umgebenen Polymer-Matrix eine geringe Anziehung und damit eine geringe Haftung zwischen Fasern und Matrix-Materialien. Since both the fibers and the matrix materials can be varied, there are numerous possible combinations of fibers and matrix materials. Due to the low chemical similarity between the fiber surface and the surrounding polymer matrix, there is often a low attraction and thus a low adhesion between fibers and matrix materials.
Zur Optimierung der Faser-Matrix-Haftung und um die geringe chemische Ähnlichkeit zwischen den Komponenten auszugleichen, werden Verstärkungsfasern regelmäßig mit einer sogenannten Schlichte (Schlichtemittel) vorbehandelt. Eine solche Schlichte (Schlichtemittel) wird oftmals während der Herstellung auf die Faser aufgebracht, um gleichzeitig die Weiterverarbeitbarkeit der Fasern (wie Weben, Legen, Nähen) zu verbessern. In einigen Fällen werden Verstärkungsfasern, wie z.B. Glasfasern, auch ohne Schlichte verarbeitet. Oft enthalten diese Glasfaser-Schlichten eine große Anzahl an verschiedenen Komponenten, wie insbesondere Filmbildner, Gleitmittel, Benetzungsmittel und Haftvermittler. In order to optimize the fiber-matrix adhesion and to compensate for the low chemical similarity between the components, reinforcing fibers are regularly pre-treated with a so-called sizing (sizing agent). Such a sizing (sizing agent) is often applied to the fiber during production in order to improve the further processing of the fibers (such as weaving, laying, sewing) at the same time. In some cases, reinforcing fibres, such as glass fibres, are also processed without a size. These glass fiber sizings often contain a large number of different components, such as film formers, lubricants, wetting agents and adhesion promoters.
Die Behandlung von Verstärkungsfasern mit einer Schlichte dient unter anderem dazu das Beschädigen der Fasern durch Abrieb zu verhindern oder den Schneidevorgang der Faser zu erleichtern. Ferner kann durch die Schlichte eine Agglomeration der Fasern vermieden werden und die Dispergierbarkeit von Fasern in Wasser kann verbessert werden. Eine Schlichte kann allerdings auch 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 Verbundwerkstoffen Anwendung. Typischerweise können Haftvermittler in der Schlichte die Adhäsion von Polymeren an der Faseroberfläche erhöhen, indem sie eine überbrückende Schicht zwischen beiden Oberflächen bilden. Oftmals werden organo-funktio- nelle Silane, wie beispielsweise Aminopropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltrime- thoxysilan, Glycidyloxypropyltrimethoxysilan und ähnliche, eingesetzt. The treatment of reinforcing fibers with a sizing serves, among other things, to prevent the fibers from being damaged by abrasion or to facilitate the cutting process of the fibers. Furthermore, the sizing can avoid agglomeration of the fibers and the dispersibility of fibers in water can be improved. However, a size can also contribute to the production of 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 composites. Typically, coupling agents in the size can increase the adhesion of polymers to the fiber surface by forming a bridging layer between both surfaces. Organofunctional silanes such as aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltrimethoxysilane and the like are often used.
Eine technische Herausforderung besteht darin, einen Materialbruch bei Eintritt des totalen Versagens der faserverstärkten Verbundwerkstoffe zu vermeiden, da hierdurch eine erhebliche Unfallgefahr durch zerrissene Bauteile bestehen kann. Dies ist beispielsweise bei Bauteilen, die einer hohen Belastung ausgesetzt sind, problematisch. A technical challenge is to avoid material breakage in the event of total failure of the fiber-reinforced composite materials, as this can result in a significant risk of accidents due to torn components. This is problematic, for example, in the case of components that are exposed to high loads.
Daher ist es wünschenswert, Verbundwerkstoffe mit geringem Eigengewicht und weitem Belastungsbereich, bei dem der totale Versagensfall sich nicht in Form eines Materialbruchs äußert, bereitzustellen. Wünschenswert sind zudem Verbundwerkstoffe mit hervorragenden optischen Eigenschaften, wie glatten und/oder glänzenden Oberflächen. Um eine ästhetisch hochwertige Oberfläche, speziell in Verbundwerkstoffen mit thermoplastischer Matrix, zu erhalten, ist es entscheidend eine Reduktion der Schwindung der thermoplastischen Matrix, z.B. beim Abkühlen nach Herstellung des Verbundwerkstoffs, zu erreichen. It is therefore desirable to provide composite materials with a low intrinsic weight and a wide load range in which the total failure does not manifest itself in the form of a material fracture. Composite materials with excellent optical properties, such as smooth and/or shiny surfaces, are also desirable. In order to obtain an aesthetically high-quality surface, especially in composites with a thermoplastic matrix, it is crucial to achieve a reduction in the shrinkage of the thermoplastic matrix, e.g. during cooling after the composite has been manufactured.
In WO 2008/058971 werden Formmassen beschrieben, welche verschiedene Gruppen von Verstärkungsfasern verwenden. Die Gruppen von Verstärkungsfasern sind jeweils mit verschiedenen Haftvermittler-Komponenten versehen, welche verschiedene Faser- Matrix-Haftungen bewirken sollen. Als Matrixmaterial ien werden Duroplaste, wie Polyester, und Thermoplaste, wie Polyamid und Polypropen, vorgeschlagen. Ziel der Anmeldung ist es im totalen Versagensfall ein verbessertes bruchmechanisches Verhalten zu erzielen. WO 2008/058971 describes molding compositions which use different groups of reinforcing fibers. The groups of reinforcing fibers are each provided with different adhesion promoter components, which are intended to bring about different fiber-matrix adhesions. Thermosets, such as polyester, and thermoplastics, such as polyamide and polypropylene, are proposed as matrix materials. The aim of the application is to achieve improved fracture-mechanical behavior in the event of total failure.
WO 2010/074120 beschreibt eine faserverstärkte Polypropen-Harz-Zusammensetzung enthaltend eine Verstärkungsfaser, ein weitgehend unmodifiziertes Polypropen-Harz und zwei weitere Polypropen-Harze, umfassend ein Carboxy-modifiziertes Polypropen- Harz, wobei das Molekulargewicht der verschiedenen Polypropen-Harze definiert ist. Das Ziel ist hier eine möglichst vorteilhafte Faser-Matrix-Haftung zu erzielen, um die mechanischen Eigenschaften des Komposit-Materials zu optimieren. In der Anmeldung wird dies über eine Einstellung der Verhältnisse der beiden funktionellen Monomere realisiert. WO 2010/074120 describes a fiber-reinforced polypropylene resin composition containing a reinforcing fiber, a largely unmodified polypropylene resin and two other polypropylene resins, comprising a carboxy-modified polypropylene Resin, where the molecular weight of the various polypropylene resins is defined. The aim here is to achieve the best possible fiber-matrix adhesion in order to optimize the mechanical properties of the composite material. In the application, this is achieved by adjusting the ratios of the two functional monomers.
WO 2019/086431 beschreibt eine faserverstärkte Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllstoff enthalten ist, der in einem äußeren Bereich zu den Faserbündeln verbleibt und damit die Schwindung der Matrix reduziert. Die Harzzusammensetzung ist sowohl in dem äußeren Bereich mit den Füllstoffen, als auch im inneren Bereich der Faserbündel zu finden. WO 2019/086431 describes a fiber-reinforced composition characterized in that it contains a filler which remains in an outer area of the fiber bundles and thus reduces the shrinkage of the matrix. The resin composition can be found both in the outer area with the fillers and in the inner area of the fiber bundles.
Glasfaserverstärkte Polypropen-Harze werden auch z.B.in CN-A 102 558685, CN- A 102911433, CN 102924815, CN-A 103788470, CN-A 103819811 , CN-A 104419058, CN-A 103772825, WO 2016/101139, WO 2016/154791 , CN-A 107 815013, CN- A 107118437, WO 2019/010672 und CN-A 108164822 beschrieben. Glass fiber reinforced polypropylene resins are also e.g. 154791, CN-A 107 815013, CN-A 107118437, WO 2019/010672 and CN-A 108164822.
WO 2008/119678 offenbart thermoplastische Formmassen, enthaltend 5 bis 95 % eines Copolymers A, bestehend aus: 70-76 % vinylaromatischem Monomer A1 , 24-30 % Vi- nylcyanid-Monomerkomponente A2 und 0-50 % eines oder mehrerer ungesättigter, co- polymerisierbarer Monomere A3; 0-60 % eines Pfropfkautschuks B und 5-50 % Glasfasern C. die Formmassen werden durch Mischen der Komponenten hergestellt und im Spritzgussverfahren verarbeitet. WO 2008/119678 discloses thermoplastic molding compositions containing 5 to 95% of a copolymer A consisting of: 70-76% vinyl aromatic monomer A1, 24-30% vinyl cyanide monomer component A2 and 0-50% of one or more unsaturated, co- polymerizable monomers A3; 0-60% of a graft rubber B and 5-50% glass fibers C. The molding compositions are produced by mixing the components and processed using the injection molding process.
Die Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen umfasst die folgenden Verfahrensschritte, wobei die Reihenfolge der Verfahrensschritte mitunter variieren kann: The production of fiber-reinforced composites includes the following process steps, whereby the order of the process steps can vary from time to time:
(i) Bereitstellen von a) mindestens einer thermoplastischen Formmasse A, b) mindestens einer Lage aus Verstärkungsfasern B, und c) optional mindestens eines Additiv C, (i) providing a) at least one thermoplastic molding composition A, b) at least one layer of reinforcing fibers B, and c) optionally at least one additive C,
(ii) Inkontaktbringen der Komponenten A und B, und optional C, (ii) contacting components A and B, and optionally C,
(iii) Imprägnieren und Konsolidieren der Komponenten A und B, und optional C;(iii) impregnating and consolidating components A and B, and optionally C;
(iv) optional Formgeben des aus den vorhergehenden Schritten erhaltenen Faserverbund- Werkstoffs; und (iv) optionally shaping the fiber composite material obtained from the previous steps; and
(v) optional Aushärten lassen des aus den vorhergehenden Schritten erhaltenen Faserverbund-Werkstoffs. Die Herstellung von Faserverbundwerkstoffen nach diesem allgemeinen Verfahrensprinzip ist z. B. in WO 2016/170145, WO 2016/170148, WO 2016/170131 , WO 2016/170098, WO 2016/170104 und DE 20 2017004083 U1 beschrieben. (v) optionally allowing the fiber composite material obtained from the previous steps to harden. The production of fiber composite materials according to this general process principle is z. in WO 2016/170145, WO 2016/170148, WO 2016/170131, WO 2016/170098, WO 2016/170104 and DE 20 2017004083 U1.
Daneben sind auch Herstellungsverfahren bekannt, in denen kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe beispielsweise durch Mischungs- und Compoundierverfahren erhalten werden und z.B. in Spritzgussverfahren weiterverarbeitet werden können. Beispiele sind in EP 3394171 , EP 0945253 und WO 2018/114979 beschrieben. In addition, production processes are also known in which short fiber-reinforced composite materials are obtained, for example, by mixing and compounding processes and can be further processed, e.g. in injection molding processes. Examples are described in EP 3394171, EP 0945253 and WO 2018/114979.
DE 10 2017125438 beschreibt ein faserverstärktes Verbundmaterial, umfassend ein Fasermaterial, das mehrere jeweils aus Filamenten gebildete Endlosfasern aufweist, ein Matrixmaterial aus Kunststoff, das einen inneren Raumbereich zwischen den Filamenten einer jeweiligen Endlosfaser ausfüllt und die Endlosfasern in einem äußeren Raumbereich umgibt, und eine Menge von Partikeln. Die Partikel umfassen vorzugsweise Glaspartikel, insbesondere Glashohlkörper, und/oder Karbonpartikel und/oder mineralische Partikel und/oder keramische Partikel und/oder temperatur- und/oder druckexpandierte Partikel. DE 10 2017125438 describes a fiber-reinforced composite material comprising a fiber material which has a plurality of continuous fibers each formed from filaments, a plastic matrix material which fills an inner space between the filaments of a respective continuous fiber and surrounds the continuous fibers in an outer space, and a quantity of particles. The particles preferably include glass particles, in particular hollow glass bodies, and/or carbon particles and/or mineral particles and/or ceramic particles and/or temperature- and/or pressure-expanded particles.
Das Verbundmaterial wird erhalten mittels eines Verfahrens mit den Schritten: The composite material is obtained by a process comprising the steps of:
Bereitstellen eines Fasermaterials, das mehrere jeweils aus Filamenten gebildete Endlosfasern aufweist; providing a fibrous material having a plurality of continuous fibers each formed of filaments;
Bereitstellen eines Matrixmaterials aus Kunststoff und einer Menge von Partikeln; Zugeben des Matrixmaterials und der Partikel zum Fasermaterial; und anschließendes Beaufschlagen des Fasermaterials, des Matrixmaterial und der Partikel mit einem äußeren Druck; wobei sich das Matrixmaterial und die Partikel während des Zugebens und/oder der Druckbeaufschlagung derart trennen, dass eine erste Volumenkonzentration der Partikel bezogen auf das Matrixmaterial in einem inneren Raumbereich zwischen den Filamenten einer Endlosfaser geringer als eine zweite Volumenkonzentration der Partikel bezogen auf das Matrixmaterial in einem äußeren Raumbereich außerhalb der Filamente wird. providing a plastic matrix material and a quantity of particles; adding the matrix material and the particles to the fiber material; and subsequently subjecting the fiber material, the matrix material and the particles to an external pressure; wherein the matrix material and the particles separate during the addition and/or the pressurization in such a way that a first volume concentration of the particles based on the matrix material in an inner spatial region between the filaments of a continuous fiber is less than a second volume concentration of the particles based on the matrix material in a outer space outside the filaments becomes.
In WO 2019/086431 wird ein faserverstärktes Verbundmaterial offenbart, umfassend ein Fasermaterial, das mehrere jeweils aus Filamenten gebildete Endlosfasern aufweist, ein Matrixmaterial aus Kunststoff, das einen inneren Raumbereich zwischen den Filamenten einer jeweiligen Endlosfaser ausfüllt und die Endlosfasern in einem äußeren Raumbereich umgibt, und eine Menge von Partikeln. WO 2019/086431 discloses a fiber-reinforced composite material comprising a fiber material which has a plurality of continuous fibers each formed from filaments, a plastic matrix material which has an inner space between the filaments of a respective continuous filament and surrounds the continuous filaments in an outer space region, and a quantity of particles.
Die Partikel sind ausgewählt aus Glaspartikeln, insbesondere Glashohlkörper, und/oder Karbonpartikeln und/oder mineralische Partikeln und/oder keramische Partikeln oder bestehen daraus. Eine erste Volumenkonzentration der Partikel bezogen auf das Matrix- material im inneren Raumbereich ist geringer als eine zweite Volumenkonzentration der Partikel bezogen auf das Matrixmaterial im äußeren Raumbereich, wobei die zweite Volumenkonzentration homogen ist, und die zweite Volumenkonzentration im äußeren Raumbereich derart an eine auf das Matrixmaterial bezogene Volumenkonzentration der Filamente im inneren Raumbereich angepasst ist, dass sich temperaturabhängige Materialeigenschaften des Verbundmaterials im äußeren Raumbereich und im inneren Raumbereich angleichen. Vorzugsweise ist die erste Volumenkonzentration und die zweite Volumenkonzentration derart gewählt, dass ein temperaturspezifischer Ausdehnungskoeffizient des Verbundmaterials im inneren Raumbereich um höchstens 15% von einem temperaturspezifischen Ausdehnungskoeffizienten des Verbundmaterials im äußeren Raumbereich abweicht. The particles are selected from or consist of glass particles, in particular hollow glass bodies, and/or carbon particles and/or mineral particles and/or ceramic particles. A first volume concentration of the particles in relation to the matrix material in the inner spatial area is lower than a second volume concentration of the particles in relation to the matrix material in the outer spatial area, the second volume concentration being homogeneous and the second volume concentration in the outer spatial area being similar to one on the matrix material related volume concentration of the filaments in the inner space is adapted that temperature-dependent material properties of the composite material in the outer space and in the inner space adjust. The first volume concentration and the second volume concentration are preferably chosen such that a temperature-specific expansion coefficient of the composite material in the inner spatial area deviates by at most 15% from a temperature-specific expansion coefficient of the composite material in the outer spatial area.
Das in WO 2019/086431 beschriebenen faserverstärkte Verbundmaterial wird erhalten nach einem Verfahren mit den folgenden Schritten: The fiber-reinforced composite material described in WO 2019/086431 is obtained by a process with the following steps:
Bereitstellen eines Fasermaterials, das mehrere jeweils aus Filamenten gebildete Endlosfasern aufweist; providing a fibrous material having a plurality of continuous fibers each formed of filaments;
Bereitstellen eines Matrixmaterials aus Kunststoff und einer Menge von Partikeln; Zugeben des Matrixmaterials und der Partikel zum Fasermaterial; und anschließendes Beaufschlagen des Fasermaterials, des Matrixmaterial und der Partikel mit einem äußeren Druck; wobei sich das Matrixmaterial und die Partikel während des Zugebens und/oder der Druckbeaufschlagung derart trennen, dass eine erste Volumenkonzentration der Partikel bezogen auf das Matrixmaterial in einem inneren Raumbereich zwischen den Filamenten einer Endlosfaser geringer als eine zweite Volumenkonzentration der Partikel bezogen auf das Matrixmaterial in einem äußeren Raumbereich außerhalb der Filamente wird, wobei die zweite Volumenkonzentration homogen wird, wobei die zweite Volumenkonzentration im äußeren Raumbereich derart an eine auf das Matrixmaterial bezogene Volumenkonzentration der Filamente im inneren Raumbereich angepasst wird, dass sich temperaturabhängige Materialeigenschaften des Verbundmaterials im äußeren Raumbereich und im inneren Raumbereich angleichen. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs auf der Basis eines thermoplastischen Polymers bereitzustellen, welcher eine gute Festigkeit und eine hohe Oberflächenqualität (d.h. niedrige Oberflächenwelligkeit) aufweist, sowie spannungsriss- und lösungsmittel-beständig ist. Zudem soll der Verbundwerkstoff zur Herstellung von Formkörpern, Folien und Beschichtungen geeignet sein. Das Herstellungsverfahren soll eine kostengünstige Herstellung des Verbundwerkstoffs erlauben und in gängige Verfahren mit möglichst kurzen Zykluszeiten integrierbar sein. providing a plastic matrix material and a quantity of particles; adding the matrix material and the particles to the fiber material; and subsequently subjecting the fiber material, the matrix material and the particles to an external pressure; wherein the matrix material and the particles separate during the addition and/or the pressurization in such a way that a first volume concentration of the particles based on the matrix material in an inner spatial region between the filaments of a continuous fiber is less than a second volume concentration of the particles based on the matrix material in a outer spatial area outside of the filaments, with the second volume concentration becoming homogeneous, with the second volume concentration in the outer spatial area being adapted to a volume concentration of the filaments in the inner spatial area based on the matrix material in such a way that temperature-dependent material properties of the composite material in the outer spatial area and in the inner spatial area adjust. An object of the invention is to provide a method for producing a fiber-reinforced composite material based on a thermoplastic polymer which has good strength and high surface quality (ie low surface waviness), as well as resistance to stress cracking and solvents. In addition, the composite material should be suitable for the production of moldings, films and coatings. The manufacturing process should allow the composite material to be manufactured cost-effectively and be able to be integrated into common processes with the shortest possible cycle times.
Ein faserverstärkter Verbundwerkstoff mit den gewünschten Eigenschaften kann dadurch erhalten werden, dass durch Einbringen eines Füllstoffs in ein thermoplastisches Matrixpolymer und Imprägnierung der textilen Fasern ein Schwindungsausgleich erreicht werden kann und die gemessene Oberflächenwelligkeit des so erhaltenen faserverstärkten Verbundwerkstoffs signifikant reduziert werden kann. Überraschend wurde ein verbessertes Herstellungsverfahren für einen solchen thermoplastischen, faserverstärkten Verbundwerkstoff gefunden. Werden bei der Herstellung sowohl die thermoplastische Formmasse, als auch der Füllstoff in Form von Pulver zugeführt so bilden sich bei herkömmlichen Herstellungsverfahren Anhaftungen am Presswerkzeug, die die Lebenszeit des Presswerkzeugs beeinträchtigen können. Durch das Einbringen der thermoplastischen Formmasse und des Füllstoffs in Form eines thermoplastischen Films, können Anhaftungen am Presswerkzeug komplett vermieden werden. A fiber-reinforced composite material with the desired properties can be obtained by introducing a filler into a thermoplastic matrix polymer and impregnating the textile fibers to compensate for shrinkage and significantly reduce the measured surface waviness of the resulting fiber-reinforced composite material. Surprisingly, an improved manufacturing process for such a thermoplastic, fiber-reinforced composite material was found. If both the thermoplastic molding compound and the filler are added in the form of powder during production, buildup on the pressing tool forms in conventional manufacturing processes, which can affect the service life of the pressing tool. By introducing the thermoplastic molding compound and the filler in the form of a thermoplastic film, adhesions on the pressing tool can be completely avoided.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V, umfassend: a) mindestens eine thermoplastische Matrixzusammensetzung M, umfassend mindestens eine thermoplastische Formmasse A mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff und optional mindestens ein Additiv D; und b) mindestens eine kontinuierliche Verstärkungsfaser B; wobei das Verfahren mindestens die folgenden Verfahrensschritte umfasst: i) Bereitstellen der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B; ii) Bereitstellen mindestens einer thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, erhalten durch Vermischen der mindestens einen thermoplastischen Formmasse A, des mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C und optional des mindestens einen Additivs D; iii) Zusammenführen der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M mit der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B; iv) Imprägnierung der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B mit der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, um einen Verbundwerkstoff V zu erhalten; v) Konsolidierung des erhaltenen Verbundwerkstoffs V; vi) optional Solidifikation und/oder optional weitere Verfahrensschritte; wobei in Verfahrensschritt iii) die Füllstoff C enthaltende, thermoplastische Matrixzusammensetzung M in Form eines thermoplastischen Films mit der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B zusammengeführt wird, wobei die thermoplastische Matrixzusammensetzung M zu 20 bis 80 Vol.-%, vorzugsweise 20 bis 70 Vol.-%, insbesondere 30 bis 60 Vol.-%, aus dem mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C besteht. The present invention relates to a process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V, comprising: a) at least one thermoplastic matrix composition M, comprising at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler and optionally at least one additive D; and b) at least one continuous reinforcement fiber B; the method comprising at least the following method steps: i) providing the at least one continuous reinforcing fiber B; ii) providing at least one thermoplastic matrix composition M obtained by mixing the at least one thermoplastic molding composition A, the at least one particulate, inorganic filler C and optionally the at least one additive D; iii) combining the thermoplastic matrix composition M with the at least one continuous reinforcing fiber B; iv) impregnation of the at least one continuous reinforcing fiber B with the thermoplastic matrix composition M to obtain a composite material V; v) consolidation of the composite V obtained; vi) optional solidification and/or optional further process steps; wherein in process step iii) the thermoplastic matrix composition M containing filler C is combined in the form of a thermoplastic film with the at least one continuous reinforcing fiber B, the thermoplastic matrix composition M being 20 to 80% by volume, preferably 20 to 70% by volume , in particular 30 to 60% by volume, of which at least one particulate, inorganic filler C consists.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich der in Verfahrensschritt iii) eingesetzte thermoplastische Film dadurch aus, dass dieser eine mittlere Stärke von 25 bis 500 pm aufweist. In a preferred embodiment of the invention, the thermoplastic film used in process step iii) is characterized in that it has an average thickness of 25 to 500 μm.
Vorzugsweise weist der partikelförmige, anorganische Füllstoff C einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 2*1 O'6 K'1 bis 20*1 O'6 K'1 auf. The particulate, inorganic filler C preferably has a thermal expansion coefficient in the range from 2*1 0' 6 K' 1 to 20*1 0' 6 K' 1 .
Vorzugsweise zeichnet sich das Verfahren zur Herstellung des faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V dadurch aus, dass der Verfahrensschritt iii) bei einer Temperatur von mindestens 160°C durchgeführt wird, bevorzugt bei einer Temperatur von 160 bis 280°C. The process for producing the fiber-reinforced, thermoplastic composite material V is preferably characterized in that process step iii) is carried out at a temperature of at least 160.degree. C., preferably at a temperature of from 160 to 280.degree.
Der Verfahrensschritt iv) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise bei einer T emperatur von mindestens 180°C, stärker bevorzugt bei einer T emperatur von 200- 290°C, und/oder bei einem erhöhten Druck in einem Bereich von 1 bis 3 MPa durchgeführt wird. Process step iv) of the process according to the invention is preferably carried out at a temperature of at least 180°C, more preferably at a temperature of 200-290°C, and/or at an elevated pressure in the range from 1 to 3 MPa.
Die thermoplastische Matrixzusammensetzung M umfasst mindestens eine thermoplastische Formmasse A, welche mindestens ein thermoplastisches Polymer A1 enthält, besonders bevorzugt ein Polyolefin A1. Vorzugsweise umfasst die thermoplastische Matrixzusammensetzung M > 5 bis < 20 Gew.-Teile, vorzugsweise > 10 bis < 20 Gew.-Teile, der thermoplastischen Formmasse A, > 1 bis < 60 Gew.-Teile, vorzugsweise > 5 bis < 40 Gew.-Teile, des mindestens einen anorganischen Füllstoffs C, und > 0 bis < 10 Gew.- Teile des mindestens einen Additivs D. The thermoplastic matrix composition M comprises at least one thermoplastic molding material A, which contains at least one thermoplastic polymer A1, particularly preferably a polyolefin A1. The thermoplastic matrix composition preferably comprises M > 5 to < 20 parts by weight, preferably > 10 to < 20 parts by weight, of the thermoplastic molding composition A, >1 to <60 parts by weight, preferably >5 to <40 parts by weight, of the at least one inorganic filler C, and >0 to <10 parts by weight of the at least one additive D.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V verwendet werden, wobei der faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V die folgenden Bestandteile umfasst, oder daraus besteht: a) > 5 bis < 20 Gew.-% einer thermoplastischen Formmasse A; b) > 20 bis <80 Gew.-% der mindestens einen Verstärkungsfaser B; c) > 1 bis < 60 Gew.-% des mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C, und c) > 0 bis < 10 Gew.-% des mindestens einen weiteren Additivs D, wobei die Angaben in Gew.-% jeweils auf den gesamten faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff V bezogen sind und die Summe der Komponenten A, B, C, und D 100 Gew.-% ergeben. The method according to the invention can advantageously be used to produce a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V, the fiber-reinforced, thermoplastic composite material V comprising or consisting of the following components: a) >5 to <20% by weight of a thermoplastic molding composition A; b) >20 to <80% by weight of the at least one reinforcing fiber B; c)> 1 to <60 wt .-% of at least one particulate, inorganic filler C, and c)> 0 to <10 wt .-% of at least one other additive D, the details in wt .-% in each case on the are based on the entire fiber-reinforced, thermoplastic composite material V and the sum of components A, B, C and D is 100% by weight.
Das polar funktionalisierte Polymer A2 ist vorzugsweise ein Pfropfcopolymer von Polyp- ropen und Maleinsäureanhydrid, insbesondere mit einem Gehalt an Maleinsäureanhydrid von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des polar funktionalisierten Polymers A2. The polar functionalized polymer A2 is preferably a graft copolymer of polypropene and maleic anhydride, in particular with a maleic anhydride content of 0.1 to 5% by weight, based on the total weight of the polar functionalized polymer A2.
Die in dem Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V eingesetzte thermoplastische Formmasse A umfasst vorzugsweise mindestens ein thermoplastisches Polymer A1 und optional mindestens ein polar funkti- onalisiertes Polymer A2, umfassend mindestens Wiederholungseinheiten mindestens eines funktionellen Monomers A2-I. The thermoplastic molding composition A used in the process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V preferably comprises at least one thermoplastic polymer A1 and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising at least repeating units of at least one functional monomer A2-I.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die thermoplastische Formmasse A folgende Bestandteile (oder besteht daraus): a-1) 50 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt 70 bis 99,9 Gew.-%, besonders bevorzugt 79 bis 98 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 90 bis 97 Gew.-%, eines thermoplastischen Polymers A1 ; a-2) 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 8 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 3 bis 7 Gew.-%, des mindestens einen polar funktionalisierten Polymers A2; a-3) 0 bis 49,9 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 29,9 Gew.-%, stärker bevorzugt 1 bis 20 Gew.- %, mindestens eines weiteren Polymers A3; wobei die Polymere A1 , A2 und A3 voneinander verschieden sind, und wobei sich die Angaben in Gew.-% jeweils auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A beziehen und die Summe der Komponenten A1 , A2 und A3 100 Gew.-% ergeben. Bevorzugt besteht die thermoplastische Formmasse aus den Komponenten A1 , A2 und A3. In a preferred embodiment, the thermoplastic molding compound A comprises (or consists of) the following components: a-1) 50 to 99.9% by weight, preferably 70 to 99.9% by weight, particularly preferably 79 to 98% by weight %, particularly preferably 90 to 97% by weight, of a thermoplastic polymer A1; a-2) 0.1 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 8% by weight, particularly preferably 3 to 7% by weight, of the at least one polar functionalized polymer A2; a-3) 0 to 49.9% by weight, preferably 0 to 29.9% by weight, more preferably 1 to 20% by weight, of at least one further polymer A3; where the polymers A1, A2 and A3 are different from one another, and where the percentages by weight are in each case based on the total weight of the thermoplastic molding composition A and the sum of the components A1, A2 and A3 is 100% by weight. The thermoplastic molding composition preferably consists of components A1, A2 and A3.
Der partikelförmige, anorganische Füllstoff C weist vorzugsweise eine Dichte von 0.2- 2.8 g/ml und einer mittleren Partikelgröße von weniger als 70 pm auf. The particulate, inorganic filler C preferably has a density of 0.2-2.8 g/ml and an average particle size of less than 70 μm.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der mindestens eine partikelförmige, anorganische Füllstoff e Glashohlkugeln und/oder Calciumcarbonat. In a particularly preferred embodiment of the invention, the at least one particulate, inorganic filler comprises hollow glass spheres and/or calcium carbonate.
Vorzugsweise umfasst die thermoplastische Matrixzusammensetzung M als Additiv D mindestens ein Entformungsmittel. The thermoplastic matrix composition M preferably comprises at least one mold release agent as additive D.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein faserverstärkter, thermoplastischer Verbundwerkstoff V, erhalten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. The invention also relates to a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V obtained by the process according to the invention.
Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des Verbundwerkstoffs V, sowie die eingesetzten Komponenten, A, B, C, D, und M werden nachfolgend näher erläutert. The individual process steps for producing the composite material V and the components A, B, C, D and M used are explained in more detail below.
Verfahren zur Herstellung des faserverstärkten Verbundwerkstoffs V Process for the production of the fiber-reinforced composite material V
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V, umfassend: a) mindestens eine thermoplastische Matrixzusammensetzung M, umfassend mindestens eine thermoplastische Formmasse A, mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C und optional mindestens ein Additiv D; und b) mindestens eine kontinuierliche Verstärkungsfaser B. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus: i) Bereitstellen der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B; ii) Bereitstellen mindestens einer thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, erhalten durch Vermischen der mindestens einen thermoplastischen Formmasse A, des mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C und optional des mindestens einen Additivs D; iii) Zusammenführen der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M mit der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B; iv) Imprägnierung der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B mit der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, um einen Verbundwerkstoff V zu erhalten; v) Konsolidierung des erhaltenen Verbundwerkstoffs V; vi) optional Solidifikation und/oder optional weitere Verfahrensschritte; The invention relates to a method for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V, comprising: a) at least one thermoplastic matrix composition M, comprising at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler C and optionally at least one additive D; and b) at least one continuous reinforcement fiber B. The method according to the invention is characterized by the following method steps: i) providing the at least one continuous reinforcing fiber B; ii) providing at least one thermoplastic matrix composition M obtained by mixing the at least one thermoplastic molding composition A, the at least one particulate, inorganic filler C and optionally the at least one additive D; iii) combining the thermoplastic matrix composition M with the at least one continuous reinforcing fiber B; iv) impregnation of the at least one continuous reinforcing fiber B with the thermoplastic matrix composition M to obtain a composite material V; v) consolidation of the composite V obtained; vi) optional solidification and/or optional further process steps;
Das Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt iii) die Füllstoff C enthaltende, thermoplastische Matrixzusammensetzung M in Form eines thermoplastischen Films mit der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B zusammengeführt wird, wobei die thermoplastische Matrixzusammensetzung M zu 20 bis 80 Vol.-%, vorzugsweise 20 bis 70 Vol.-%, insbesondere 30 bis 60 Vol.-%, aus dem mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C besteht. The method is further characterized in that in method step iii) the thermoplastic matrix composition M containing filler C is combined in the form of a thermoplastic film with the at least one continuous reinforcing fiber B, the thermoplastic matrix composition M being 20 to 80% by volume, preferably 20 to 70% by volume, in particular 30 to 60% by volume, of which at least one particulate, inorganic filler C consists.
Die kontinuierliche Verstärkungsfaser B wird gemäß Verfahrensschritt (i) vorzugsweise in Form eines flächigen Gebildes, insbesondere eines Flächengebildes G, bereitgestellt. Dieses wird vorzugsweise flächig, in seiner vollen Flächenausdehnung bereitgestellt. Vorzugsweise werden die hierin beschriebenen Flächengilde F, wie Gewebe, Matte, Vliese, Gelege oder Gewirke, umfassend die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B, eingesetzt. Stärker bevorzugt werden Gewebe oder Gelege, insbesondere Gewebe eingesetzt, welche die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B umfassen oder aus diesen bestehen. Das Flächengebilde G weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. According to process step (i), the continuous reinforcing fiber B is preferably provided in the form of a flat structure, in particular a flat structure G. This is preferably provided flat, in its full surface area. Preferably, the surface filaments F described herein, such as woven fabrics, mats, fleeces, scrims or knitted fabrics, comprising the continuous reinforcing fibers B are used. More preferably, woven fabrics or scrims, in particular woven fabrics, which comprise the continuous reinforcing fibers B or consist of them, are used. The sheet G has a first and a second surface.
In Verfahrensschritt ii) wird eine thermoplastische Matrixzusammensetzung M bereitgestellt, welche mindestens eine thermoplastische Formmasse A, mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C und optional mindestens ein Additiv D umfasst. Die thermoplastische Formmasse A, der partikelförmige, anorganische Füllstoff C und das Additiv D werden nachfolgend hierin näher erläutert. Die thermoplastische Matrixzusammensetzung M wird erhalten, indem die Komponenten A, C, und optional D intensiv miteinander vermischt werden. Dies kann mit jedem dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, welche zur Herstellung einer homogenen, thermoplastischen Zusammensetzung geeignet ist. Die Komponenten A, C und optional D werden üblicherweise als Pulver oder Granulate bereitgestellt. Zur Herstellung der Matrixzusammensetzung M werden die Komponente A, umfassend die Polymere A1 und ggf. A2 und/oder A3, die Komponente C und optional die Komponente D insbesondere durch gemeinsames Extrudieren, Kneten und/oder Walzen der Komponenten, insbesondere einer Schmelze der Polymere A1 und ggf. A2 und/oder A3, der Komponente C und optional der Komponente D, miteinander vermischt. Anschließend die so erhaltene Matrixzusammensetzung M in Form eines thermoplastischen Films ausgebildet. Der thermoplastische Film weist vorzugsweise eine Dicke von 25 pm bis 500 pm auf, bevorzugt 50 bis 400 pm. Der thermoplastische Film umfasst somit die Komponenten A, C, und optional D. In process step ii), a thermoplastic matrix composition M is provided, which comprises at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler C and optionally at least one additive D. The thermoplastic molding composition A, the particulate, inorganic filler C and the additive D are explained in more detail hereinbelow. The thermoplastic matrix composition M is obtained by intensively mixing components A, C and optionally D with one another. This can be done using any method known to those skilled in the art which is suitable for producing a homogeneous, thermoplastic composition. Components A, C and optionally D are usually provided as powders or granules. To produce the matrix composition M, the component A, comprising the polymers A1 and optionally A2 and/or A3, the component C and optionally the component D, in particular by joint extrusion, kneading and/or rolling of the components, in particular a melt of the polymers A1 and optionally A2 and/or A3, component C and optionally component D, mixed together. Subsequently, the matrix composition M thus obtained was formed in the form of a thermoplastic film. The thermoplastic film preferably has a thickness of 25 μm to 500 μm, preferably 50 to 400 μm. The thermoplastic film thus comprises components A, C, and optionally D.
Das Zusammenführen der mindestens einen thermoplastischen Formmasse A, des mindestens einen anorganischen Füllstoffs C, und optional des mindestens einen weiteren Additivs D, mit der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B, gemäß Verfahrensschritt (iii) erfolgt vorzugsweise bei erhöhter Temperatur. Besonders bevorzugt werden die Komponenten, A, B, C, und optional D auf eine Temperatur von mehr als 130°C, insbesondere von mindestens 160°C erwärmt. The combination of the at least one thermoplastic molding composition A, the at least one inorganic filler C, and optionally the at least one further additive D with the at least one continuous reinforcing fiber B, according to process step (iii) preferably takes place at elevated temperature. The components A, B, C and optionally D are particularly preferably heated to a temperature of more than 130°C, in particular of at least 160°C.
Verfahrensschritt (iii) wird vorzugsweise derart durchgeführt werden, dass ein mindestens Lagenaufbau L aus mindestens zwei Lagen erhalten wird, wobei der Lagenaufbau L mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B, insbesondere eine Lage eines Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B, und mindestens eine Lage, welche mindestens die Matrixzusammensetzung M umfasst, aufweist. Process step (iii) is preferably carried out in such a way that at least one layer structure L is obtained from at least two layers, the layer structure L being at least one layer made of reinforcing fibers B, in particular one layer of a fabric G made of reinforcing fibers B, and at least one layer which is at least the matrix composition M comprises.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Lagenaufbau L aus mindestens einer Lage aus Verstärkungsfasern B, insbesondere einer Lage eines Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B, und mindestens zwei Lagen, welche mindestens die Matrixzusammensetzung M umfassen, bereitgestellt, wobei die mindestens zwei Lagen, welche mindestens die Matrixzusammensetzung M umfassen, auf jeweils der ersten und zweiten Oberfläche der mindestens einen Lage aus Verstärkungsfasern B, insbesondere einer Lage eines Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B, angeordnet sind, sodass die mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B, insbesondere einer Lage eines Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B, zwischen jeweils mindestens zwei Lagen, welche mindestens die Matrixzusammensetzung M umfassen, angeordnet ist. In a preferred embodiment of the invention, a layer structure L is provided from at least one layer of reinforcement fibers B, in particular one layer of a fabric G from reinforcement fibers B, and at least two layers, which comprise at least the matrix composition M, wherein the at least two layers, which at least the matrix composition M, arranged on the respective first and second surface of the at least one layer of reinforcing fibers B, in particular a layer of a fabric G of reinforcing fibers B are, so that the at least one layer of reinforcing fibers B, in particular a layer of a fabric G made of reinforcing fibers B, is arranged between at least two layers, which comprise at least the matrix composition M.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Lagenaufbau L aus einer Vielzahl (d.h. mindestens 4) Lagen bereitgestellt, wobei der Lagenaufbau L mindestens n Lagen aus Verstärkungsfasern B, insbesondere einer Lage eines Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B, und mindestens m Lagen, welche mindestens die Matrixzusammensetzung M umfassen, umfasst, wobei n > 1 , insbesondere > 2 ist und m > 1 , vorzugsweise > 2. Aneinander angrenzende Lagen können gleich oder verschieden voneinander sein. Optional kann der Lagenaufbau L zudem weitere Lagen umfassen, welche die mindestens eine thermoplastische Formmasse A umfassen, aber im Wesentlichen keine Füllstoff C enthalten. Um den erfindungsgemäßen Effekt der verbesserten Oberflächengüte zu erzielen ist es erforderlich, dass mindestens die Lagen, welche die Oberfläche des Lagenaufbaus L (und somit auch des späteren Verbundwerkstoffs V bilden) und eine besonders hohe Oberflächengüte aufweisen sollen, mindestens die thermoplastische Formmasse A und den Füllstoff C, d.h. die Matrixzusammensetzung M, umfassen. Eine solche Lage wird hierin auch als Oberflächenlage O bezeichnet. In a further embodiment of the invention, a layer structure L is provided from a large number (i.e. at least 4) layers, the layer structure L having at least n layers of reinforcing fibers B, in particular one layer of a fabric G made of reinforcing fibers B, and at least m layers, which at least Matrix composition M comprises, where n>1, in particular>2 and m>1, preferably>2. Adjacent layers can be the same as or different from one another. Optionally, the layered structure L can also include further layers, which include the at least one thermoplastic molding compound A, but essentially contain no filler C. In order to achieve the inventive effect of improved surface quality, it is necessary for at least the layers that form the surface of the layered structure L (and thus also of the later composite material V) and a particularly high surface quality to have, at least the thermoplastic molding compound A and the filler C, i.e. the matrix composition M. Such a layer is also referred to herein as a surface layer O.
Lagen aus Verstärkungsfasern B werden insbesondere in Form von Lagen eines Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B bereitgestellt. Layers of reinforcing fibers B are provided in particular in the form of layers of a fabric G made of reinforcing fibers B.
Lagen aus thermoplastischer Formmasse A (d.h. ohne Füllstoff C) werden insbesondere in Form von Pulvern, Granulaten, Schmelzen oder Filmen, welche die Formmasse A und optional Additive D umfasse, bereitgestellt. Diese werden vorzugsweise unmittelbar auf mindestens einer Oberfläche einer benachbarten Lage, insbesondere einer Lage aus Verstärkungsfasern B, z.B. einer Lage eines Flächengebildes G, aufgebracht. Dies kann durch aufstreuen (bei Pulvern oder Granulaten), gießen und/oder räkeln (bei Schmelzen) oder auflegen (bei Filmen) erfolgen. Vorzugsweise werden Lagen aus thermoplastischer Formmasse A in Form von Pulvern oder Filmen aufgebracht. Layers of thermoplastic molding composition A (i.e. without filler C) are provided, in particular in the form of powders, granules, melts or films, which comprise the molding composition A and optional additives D. These are preferably applied directly to at least one surface of an adjacent layer, in particular a layer of reinforcing fibers B, e.g. This can be done by sprinkling (in the case of powders or granules), pouring and/or raking (in the case of melts) or laying on (in the case of films). Layers of thermoplastic molding composition A are preferably applied in the form of powders or films.
Lagen aus der Matrixzusammensetzung M werden erfindungsgemäß bereitgestellt, indem der Füllstoff C in Form von Pulver mit der thermoplastischen Formmasse A und gegebenenfalls mit den optionalen Additiven D in Form eines Films bereitgestellt wird und auf mindestens einen Teil einer Oberfläche einer Lage aus Verstärkungsfasern B, z.B. einer Lages eines Flächengebildes G, aufgebracht wird. Layers of the matrix composition M are provided according to the invention by providing the filler C in the form of powder with the thermoplastic molding composition A and optionally with the optional additives D in the form of a film and is applied to at least part of a surface of a layer of reinforcing fibers B, eg a layer of a fabric G.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Lagenaufbau L mindestens eine Oberflächenlage O, welche aus einem Film gebildet wird, welcher mindestens eine thermoplastische Frommasse A und optional Additive D umfasst. In a preferred embodiment of the invention, the layer structure L comprises at least one surface layer O, which is formed from a film which comprises at least one thermoplastic molding compound A and optional additives D.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst mindestens eine Oberflächenlage O, welche mindestens die erfindungsgemäße Matrixzusammenset- zung M umfasst. Ein solcher Lagenaufbau L ist insbesondere geeignet, das Auftreten von Anhaftungen des Füllstoffs C am Presswerkzeug bei der Herstellung deutlich zu verringern und zudem Verbundwerkstoffe V mit Oberflächen mit besonders hoher Oberflächengüte (geringe Welligkeit, hoher Glanz) zu erhalten. In a further preferred embodiment of the invention, at least one surface layer O comprises at least the matrix composition M according to the invention. Such a layer structure L is particularly suitable for significantly reducing the occurrence of adhesions of the filler C on the pressing tool during production and also for obtaining composite materials V with surfaces with a particularly high surface quality (low waviness, high gloss).
Gemäß Verfahrensschritt iii) wird die thermoplastische Matrixzusammensetzung M mit der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B zusammengeführt, vorzugsweise mindestens einem Flächengebilde G. Hierzu wird der thermoplastische Film aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M flächig auf mindestens einem T eil der ersten Oberfläche des Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B angeordnet. Optional kann der thermoplastische Film aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M flächig auf mindestens einem Teil der ersten und mindestens einem Teil der zweiten Oberfläche des Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B angeordnet werden. Vorzugsweise wird das Flächengebilde G und der thermoplastische Film jeweils auf einer Abrollvorrichtung montiert, um beide semikontinuierlich aneinander zu fügen. According to process step iii), the thermoplastic matrix composition M is brought together with the at least one continuous reinforcing fiber B, preferably at least one fabric G. For this purpose, the thermoplastic film made of the thermoplastic matrix composition M is arranged flat on at least part of the first surface of the fabric G made of reinforcing fibers B . Optionally, the thermoplastic film of thermoplastic matrix composition M may be sheeted onto at least a portion of the first and at least a portion of the second surface of the sheet G of reinforcing fibers B . Preferably, the sheet G and the thermoplastic film are each mounted on a dispenser for semi-continuous joining.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Flächengebilde G mit der ersten Oberfläche auf mindestens einen ersten thermoplastischen Film aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M aufgelegt. Auf die zweite Oberfläche des Flächengebildes G wird anschließend oder zeitgleich optional mindestens ein zweiter thermoplastischer Film aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung aufgelegt. Der so erhaltene Lagenaufbau L wird anschließend vorzugsweise in Verfahrensschritt (iii) vorfixiert indem der Lagenaufbau L auf eine Temperatur von mehr als 130°C, insbesondere von mindestens 160°C, erwärmt wird. Vorzugsweise wird der Verfahrensschritt (iii) wenigstens zeitweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 160°C bis 350°C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur in einem Bereich von 190°C bis 290°C, durchgeführt. Geeignete Verfahren und Geräte sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise können Intervall-Heißpressen vorteilhaft eingesetzt werden. In alternativen Ausführungsformen können eine Vielzahl von thermoplastischen Filmen aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung und/oder Flächengebilde G zu einem Lagenaufbau L zusammengefügt werden, um so Verbundwerkstoffe V mit gewünschter Dicke zu erhalten, wobei der Lagenaufbau L mindestens einen thermoplastischen Film aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M und mindestens ein Flächengebilde G aus Verstärkungsfasern B umfasst. In one embodiment of the invention, the sheet-like structure G is placed with the first surface on at least one first thermoplastic film made from the thermoplastic matrix composition M. At least one second thermoplastic film made from the thermoplastic matrix composition is then or simultaneously optionally placed on the second surface of the fabric G. The layer structure L thus obtained is then preferably prefixed in method step (iii) by heating the layer structure L to a temperature of more than 130°C, in particular of at least 160°C. Process step (iii) is preferably carried out at least temporarily at a temperature in a range from 160°C to 350°C, particularly preferably at a temperature in a range from 190°C to 290°C. Suitable methods and devices are known to those skilled in the art. For example, interval hot presses can be used to advantage. In alternative embodiments, a multiplicity of thermoplastic films from the thermoplastic matrix composition and/or fabrics G can be assembled into a layer structure L in order to obtain composite materials V with the desired thickness, the layer structure L having at least one thermoplastic film from the thermoplastic matrix composition M and at least a fabric G made of reinforcing fibers B comprises.
In einer Ausführungsform der Erfindung können zusätzlich zu dem mindestens einen thermoplastischen Film aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M weitere Lagen aus thermoplastischer Formmasse A und optional Additiven D zur Herstellung des Verbundwerkstoffs in den Lagenaufbau L eingebaut werden. Diese werden vorzugsweise ebenfalls in Form von thermoplastischen Filmen eingesetzt werden, welche die Formmasse A und optional die Additive D umfassen, aber im Wesentlichen frei von Füllstoffen C sind. Das bedeutet, dass die füllstofffreien, thermoplastischen Filme im Gegensatz zu den thermoplastischen Filmen aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Films, an partikelförmigem, anorganischem Füllstoff e umfassen, vorzugsweise weniger als 2 Gew.-%. Vorzugsweise ist bei einer Abfolge von mindestens zwei Flächengebilde G aus Verstärkungsfasern B zwischen den Flächengebilden F jeweils mindestens ein füllstofffreier thermoplastischer Film angeordnet, während die Füllstoff C enthaltenden thermoplastischen Filme vorzugsweise nur als Oberflächenlagen O eines Lagenaufbaus L eingesetzt werden. So wird ein Verbundmaterial V mit geringerem Füllstoffgehalt erhalten, welcher dennoch eine gute Oberflächenqualität aufweist. In one embodiment of the invention, in addition to the at least one thermoplastic film made from the thermoplastic matrix composition M, further layers made from thermoplastic molding composition A and optional additives D can be incorporated into the layered structure L to produce the composite material. These are preferably also used in the form of thermoplastic films which comprise the molding composition A and optionally the additives D, but are essentially free from fillers C. This means that the filler-free, thermoplastic films, in contrast to the thermoplastic films from the thermoplastic matrix composition M, comprise less than 5% by weight, based on the total weight of the thermoplastic film, of particulate, inorganic filler e, preferably less than 2% by weight. -%. In a sequence of at least two fabrics G made of reinforcing fibers B, at least one filler-free thermoplastic film is preferably arranged between the fabrics F, while the thermoplastic films containing filler C are preferably used only as surface layers O of a layer structure L. A composite material V with a lower filler content is thus obtained, which nevertheless has a good surface quality.
Gemäß dem Verfahrensschritt (iv) wird die kontinuierliche Verstärkungsfaser B mit der Matrixzusammensetzung M imprägniert. Hierzu wird der in Verfahrensschritt (iii) erhaltene, vorfixierte Lagenaufbau L auf eine Temperatur von mindestens 180°C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur in einem Bereich von 200 bis 290°C erwärmt, um die thermoplastische Formmasse A aufzuschmelzen und so die Imprägnierung zu ermöglichen. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Viskosität der thermoplastischen Formmasse A ist eine vorzugsweise vollständige Imprägnierung der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B mit der Formmasse A mit ausreichender Schnelligkeit möglich. In der Regel ist ein Zeitintervall von 0,1 bis 30 Minuten, stärker bevorzugt von 0,2 bis 10 Minuten ausreichend, um eine vollständige Imprägnierung der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B mit der thermoplastischen Formmasse A zu erreichen. Dabei dringt die thermoplastische Formmasse A in die Zwischenräume einzelner kontinuierlicher Verstärkungsfasern B sowie auch teilweise in Zwischenräume zwischen den Einzelfilamenten (d.h. in den Filament-Bündeln), aus denen die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B gebildet sind, ein. Die optionalen Additive D dringen in der Regel zusammen mit der thermoplastischen Formmasse A in die genannten Zwischenräume der Filamentbündel ein. According to process step (iv), the continuous reinforcing fiber B is impregnated with the matrix composition M. For this purpose, the prefixed layer structure L obtained in process step (iii) is heated to a temperature of at least 180° C., particularly preferably at a temperature in the range from 200 to 290° C., in order to melt the thermoplastic molding composition A and thus enable impregnation . Due to the comparatively low viscosity of the thermoplastic molding composition A, preferably complete impregnation of the continuous reinforcing fibers B with the molding composition A is possible with sufficient speed. As a rule, a time interval of 0.1 to 30 minutes, more preferably 0.2 to 10 minutes, is sufficient to achieve complete impregnation of the continuous reinforcing fibers B with the thermoplastic molding composition A. The thermoplastic molding composition A penetrates into the interstices of individual continuous reinforcing fibers B and also partially into interstices between the individual filaments (ie in the filament bundles) from which the continuous reinforcing fibers B are formed. The optional additives D generally penetrate together with the thermoplastic molding composition A into the interstices mentioned in the filament bundles.
Die anorganischen Füllstoffe C dringen erfindungsgemäß nur zu maximal 10 % in die Filamentbündel der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B, bezogen auf Flächenanteile eines Querschnitts der Filamentbündel, ein. Dadurch wird die lokale Konzentration an partikelförmigem, anorganischem Füllstoff C außerhalb der Filamentbündel erhöht. Dies hat einen positiven Effekt auf die Oberflächengüte der Verbundwerkstoffe V, welche eine besonders geringe Oberflächenwelligkeit aufweisen. Die durch die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B vorliegende Welligkeit wird so durch den partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C ausgeglichen. Dieser Effekt ist durch die hierin beschriebenen Eigenschaften des anorganischen Füllstoffs C, der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B und der thermoplastischen Formmasse A erreichbar, insbesondere durch deren Beziehungen hinsichtlich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten und des Volumenschrumpfes. According to the invention, the inorganic fillers C only penetrate to a maximum of 10% into the filament bundles of the continuous reinforcing fibers B, based on surface areas of a cross section of the filament bundles. This increases the local concentration of particulate, inorganic filler C outside the filament bundles. This has a positive effect on the surface quality of the composite materials V, which have particularly low surface waviness. The waviness present due to the continuous reinforcing fibers B is thus compensated for by the particulate, inorganic filler C. This effect can be achieved through the properties of the inorganic filler C, the continuous reinforcing fibers B and the thermoplastic molding composition A described herein, in particular through their relationships with regard to the thermal expansion coefficients and the volume shrinkage.
In Schritt (v), bei der Konsolidierung, werden Lufteinschlüsse in dem Verbundwerkstoff V vermindert und eine gute Verbindung zwischen thermoplastischer Formmasse A und kontinuierlicher Verstärkungsfaser B (insbesondere, wenn es sich um schichtenweise eingebettete kontinuierliche Verstärkungsfasern B handelt) hergestellt. Bevorzugt ist es, nach Imprägnierung und Konsolidierung einen (möglichst weitgehend) porenfreien Materialverbund zu erhalten. In step (v), during the consolidation, air inclusions in the composite material V are reduced and a good bond is produced between the thermoplastic molding composition A and the continuous reinforcing fibers B (in particular when the continuous reinforcing fibers B are embedded in layers). After impregnation and consolidation, it is preferable to obtain a (as far as possible) pore-free composite material.
Die Verstärkungsfasern B können als Flächengebilde G in einem einzigen Verarbeitungsschritt mit dem mindestens einen thermoplastischen Film aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, sowie den ggf. eingesetzten weiteren, füllstofffreien thermoplastischen Film(en), imprägniert und konsolidiert werden. Die Herstellung des Verbundwerkstoffs V kann so besonders effizient erfolgen. Alternativ können die genannten Schritte in getrennter Abfolge ausgeführt werden. Beispielsweise können zunächst Lagen aus Verstärkungsfasern B mit unterschiedlich vorbereiteten Verstärkungsfasern B hergestellt werden, wobei eine teilweise Imprägnierung der Verstärkungsfasern B mit der Matrixzusammensetzung M aus thermoplastischer Formmasse A und Füllstoff e stattfindet. Danach können teilweise imprägnierte Lagen mit Verstärkungsfasern B mit unterschiedlicher Faser-Matrix-Haftung vorliegen, die in einem weiteren Arbeitsschritt zu einem Materialverbund als Verbundwerkstoff V vollständig imprägniert und konsolidiert werden können. Bevor die Lagen aus Verstärkungsfasern B mit der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M laminiert werden, kann wenigstens ein Teil der Verstärkungsfasern B einer Vorbehandlung unterzogen werden, in deren Verlauf die spätere Faser-Matrix-Haftung beeinflusst wird. The reinforcing fibers B can be impregnated and consolidated as a sheet-like structure G in a single processing step with the at least one thermoplastic film made from the thermoplastic matrix composition M and the additional, filler-free thermoplastic film(s) that may be used. The composite material V can thus be produced particularly efficiently. Alternatively, the steps mentioned can be carried out in a separate sequence. For example, layers of reinforcing fibers B with differently prepared reinforcing fibers B can first be produced, the reinforcing fibers B being partially impregnated with the matrix composition M of thermoplastic molding composition A and filler e. After that, partially impregnated layers with reinforcement fibers B with different fiber-matrix adhesion can be present, which can be completely impregnated and consolidated as a composite material V in a further work step to form a material composite. Before the layers of reinforcing fibers B are laminated with the thermoplastic matrix composition M, at least some of the reinforcing fibers B can be subjected to a pretreatment, during which the subsequent fiber-matrix adhesion is influenced.
Die Vorbehandlung kann beispielsweise einen Beschichtungsschritt, einen Ätzschritt, einen Wärmebehandlungsschritt oder einen mechanischen Oberflächenbehandlungsschritt enthalten. Insbesondere kann beispielsweise durch Erhitzen eines Teils der Verstärkungsfasern B ein bereits aufgebrachter Haftvermittler teilweise entfernt werden. The pre-treatment can include, for example, a coating step, an etching step, a heat treatment step or a mechanical surface treatment step. In particular, an adhesion promoter that has already been applied can be partially removed, for example by heating part of the reinforcing fibers B.
Die Verstärkungslagen können beim Herstellungsprozess (Laminieren) vollständig miteinander verbunden werden. Derartige Verbundwerkstoffe bieten optimierte Festigkeit und Steifigkeit in Faser-Richtung und können besonders vorteilhaft weiterverarbeitet werden. The reinforcement layers can be completely connected to each other during the manufacturing process (lamination). Such composite materials offer optimized strength and rigidity in the fiber direction and can be further processed in a particularly advantageous manner.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe V umfasst vorzugsweise mindestens die folgenden Verfahrensschritte: i) Bereitstellen mindestens eines Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B; ii) Bereitstellen mindestens einer thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, umfassend mindestens eine thermoplastische Formmasse A, mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff e, sowie optional mindestens ein Additiv D, wobei die thermoplastische Matrixzusammensetzung M durch Vermischen der Komponenten A, C und optional D erhalten wird, und wobei die thermoplastische Matrixzusammensetzung M in Form eines thermoplastischen Films bereitgestellt wird; iii) Zusammenführen mindestens eines thermoplastischen Films aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M mit mindestens einem Flächengebilde G aus Verstärkungsfasern B, wobei der thermoplastische Film aus der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M flächig auf mindestens einem Teil einer Oberfläche des Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B angeordnet wird; iv) Imprägnierung der Verstärkungsfaser B mit der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M; v) Konsolidierung des Verbundwerkstoffs V; vi) optional Solidifikation und/oder optional weitere Verfahrensschritte. The method according to the invention for producing the composite materials V according to the invention preferably comprises at least the following method steps: i) providing at least one sheet G made of reinforcing fibers B; ii) providing at least one thermoplastic matrix composition M, comprising at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler e, and optionally at least one additive D, wherein the thermoplastic matrix composition M is obtained by mixing components A, C and optionally D, and wherein the thermoplastic matrix composition M is provided in the form of a thermoplastic film; iii) merging at least one thermoplastic film from the thermoplastic matrix composition M with at least one fabric G from reinforcing fibers B, wherein the thermoplastic film from the thermoplastic matrix composition M is laid flat on at least part of a surface of the sheet G of reinforcing fibers B; iv) impregnation of the reinforcing fiber B with the thermoplastic matrix composition M; v) consolidation of the composite V; vi) optional solidification and/or optional further process steps.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs V die Schritte: i) Bereitstellen mindestens eines Flächengebildes G aus Verstärkungsfasern B, wobei die Oberfläche der Verstärkungsfasern B eine oder mehrere funktionelle Gruppen ausgewählt aus Hydroxy-, Ester-, Amino- und Silanol-Gruppen umfasst; ii-a) Bereitstellen mindestens eines thermoplastischen Films aus einer thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, umfassend mindestens eine thermoplastische Formmasse A, mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C mit einer Partikelgröße D50 im Bereich von bis zu 300 pm, sowie optional mindestens ein Additiv D mit einer mittleren Filmdicke von Dicke von 25 pm bis 500 pm; ii-b) optional Bereitstellen mindestens eines weiteren thermoplastischen Films, umfassend mindestens eine thermoplastische Formmasse A, sowie optional mindestens ein Additiv D, wobei der thermoplastische Film im Wesentlichen keinen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff e enthält; iii-a) Zusammenführen mindestens des in Verfahrensschritt ii-a) erhaltenen, Füllstoff enthaltenden thermoplastischen Films mit dem Flächengebilde G aus Verstärkungsfasern B bei einer Temperatur von 160 bis 290 °C, wobei der mindestens eine, Füllstoff enthaltende, thermoplastische Film und das mindestens eine Flächengebilde G flächig aufeinander angeordnet werden, um einen mindestens zweilagigen, vorfixierten Lagenaufbau L zu erhalten; iii-b) optional Zusammenführen des in Verfahrensschritts iii-a) erhaltenen Lagenaufbaus L mit mindestens einem nach Verfahrensschritt ii-b) erhaltenen, füllstofffreien thermoplastischen Film bei einer Temperatur von 160°C bis 350°C, vorzugsweise in einem Temperaturberiech von 190°C bis 290°C, wobei der Verfahrensschritt iii- a) und der Verfahrensschritt iii-b) zeitgleich oder zeitlich versetzt durchgeführt werden können, um einen mehrlagigen, vorfixierten Lagenaufbau L zu erhalten, welcher mindestens eine Oberflächenlage O des Lagenaufbaus L aufweist, die aus einem thermoplastischen Film aus der Matrixzusammensetzung M gemäß Verfahrensschritt ii-a) gebildet ist; iv) Imprägnierung der Verstärkungsfaser B mit der Matrixzusammensetzung M bei einer Temperatur von mindestens 180°C, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 290°C und einem Druck von 1 bis 3 MPa; v) Konsolidierung des so erhaltenen Verbundwerkstoffs V; vi) optional Solidifikation und/oder optional weitere Verfahrensschritte. In a further preferred embodiment, the method for producing the composite material V according to the invention comprises the steps: i) providing at least one fabric G made of reinforcing fibers B, the surface of the reinforcing fibers B having one or more functional groups selected from hydroxy, ester, amino, and silanol groups; ii-a) providing at least one thermoplastic film from a thermoplastic matrix composition M, comprising at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler C with a particle size D50 in the range of up to 300 μm, and optionally at least one additive D with a mean film thickness from 25 µm to 500 µm thick; ii-b) optionally providing at least one further thermoplastic film, comprising at least one thermoplastic molding composition A, and optionally at least one additive D, wherein the thermoplastic film essentially contains no particulate, inorganic filler e; iii-a) combining at least the filler-containing thermoplastic film obtained in process step ii-a) with the fabric G made of reinforcing fibers B at a temperature of 160 to 290 ° C, wherein the at least one filler-containing thermoplastic film and the at least one Flat structures G are arranged flat on top of one another in order to obtain an at least two-layer, prefixed layer structure L; iii-b) optionally combining the layer structure L obtained in process step iii-a) with at least one filler-free thermoplastic film obtained according to process step ii-b) at a temperature of 160° C. to 350° C., preferably in a temperature range of 190° C to 290 ° C, wherein the method step iii- a) and the method step iii-b) can be carried out at the same time or at different times in order to obtain a multi-layer, prefixed layer structure L, which has at least one surface layer O of the layer structure L, which consists of a thermoplastic film formed from the matrix composition M according to process step ii-a); iv) impregnation of the reinforcing fiber B with the matrix composition M at a temperature of at least 180°C, preferably at a temperature ranging from 200 to 290°C and a pressure of 1 to 3 MPa; v) consolidation of the composite material V thus obtained; vi) optional solidification and/or optional further process steps.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs V kann kontinuierlich, semikontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. The process according to the invention for producing the composite material V can be carried out continuously, semi-continuously or discontinuously.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren als kontinuierliches Verfahren durchgeführt, insbesondere als kontinuierliches Verfahren, z.B. zur Herstellung von glatten oder dreidimensional geprägten Verbundwerkstoffen V. According to a preferred embodiment, the process is carried out as a continuous process, in particular as a continuous process, e.g. for the production of smooth or three-dimensionally embossed composite materials V.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs V semi- oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Alternatively, the method according to the invention for producing the composite material V can be carried out semi-continuously or discontinuously.
Bevorzugt kann das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs V mittels einer Intervall-Heißpresse durchgeführt werden. The process for producing the composite material V according to the invention can preferably be carried out using an interval hot press.
In Schritt (v), bei der Konsolidierung, werden Lufteinschlüsse in dem Verbundwerkstoff V 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 Konsolidierung einen (möglichst weitgehend) porenfreien Materialverbund zu erhalten. In step (v), during the consolidation, air inclusions in the composite material V are reduced and a good bond is produced between the thermoplastic molding composition A and the reinforcing fibers B (in particular when the reinforcing fibers B are embedded in layers). After impregnation and consolidation, it is preferable to obtain a (as far as possible) pore-free composite material.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren als weiteren Schritt (vi) eine dreidimensionale Formgebung zu einem Formteil T. According to a preferred embodiment, the method comprises a three-dimensional shaping to form a molded part T as a further step (vi).
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 Verbundwerkstoff V, bei dem die thermoplastische Formmasse A noch (teilweise) geschmolzen vorliegt geformt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein ausgehärteter Verbundwerkstoff V kaltgeformt werden. Bevorzugt wird am Ende des Verfahrens ein (weitgehend) festes Formteil bzw. Verbundwerkstoff V erhalten. Bevorzugt umfasst daher das Verfahren als weiteren Schritt (vi) das Aushärten des Formteils oder des aus Schritt (v) erhaltenen Produkts. Dieser Schritt wird oftmals auch als Solidifikation bezeichnet. Die in der Regel unter Wärmeentzug stattfindende Solidifikation führt üblicherweise zu einem gebrauchsfertigen Formteil. Optional kann das Formteil bzw. der Verbundwerkstoff V noch nachbearbeitet werden, beispielsweise durch die Schritte Fräsen, Schneiden, Graten, Polieren und/oder Färben. This can be done in any way, such as mechanical shaping by a shaping body, which can also be a roller with embossing. The still formable composite material V, in which the thermoplastic molding composition A is still (partially) molten, is preferably formed. Alternatively or additionally, a hardened composite material V can also be cold-formed. A (largely) solid molded part or composite material V is preferably obtained at the end of the process. The method therefore preferably comprises curing the molded part or the product obtained from step (v) as a further step (vi). This step is often referred to as solidification. The solidification, which usually takes place with the withdrawal of heat, usually leads to a ready-to-use molded part. Optionally, the molded part or the composite material V can also be post-processed, for example by the steps of milling, cutting, burring, polishing and/or coloring.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt der Verrippung. 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 Verfahrensschritte zur Verrippung sind dem Fachmann bekannt. In a preferred embodiment, the method comprises a ribbing step. The improvement in component rigidity through ribbing (creation of a ribbed structure) is based on the increase in area moment of inertia. In general, the optimal dimensioning of the ribs includes aspects of production technology, aesthetics and design. The method steps for ribbing are known to those skilled in the art.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs V zur Herstellung von Formteilen T, beispielsweise durch übliche Verformungsverfahren, wie Pressformung, Walzen, Warmpressen, Stanzen. A further aspect of the invention relates to the use of the composite material V according to the invention for the production of molded parts T, for example by conventional deformation processes such as compression molding, rolling, hot pressing, stamping.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die hierin beschriebene erfindungsgemäße thermoplastische Matrixzusammensetzung M, enthaltend die thermoplastische Formmasse A, den mindestens einen anorganischen partikelförmiger, anorganischer Füllstoff C und optional ein oder mehrere weitere Additive D. Die erfindungsgemäße thermoplastische Matrixzusammensetzung M kann bevorzugt in Form eines Films zusammen mit der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B, bevorzugt in Form eines Flächengebildes G, bevorzugt ausgewählt aus Geweben, Matten, Vliesen, Gelegen und Gewirken, bereitgestellt werden und zu Verbandmaterialien mit hoher Oberflächengüte verarbeitet werden. A further aspect of the invention relates to the thermoplastic matrix composition M according to the invention described herein, containing the thermoplastic molding composition A, the at least one inorganic particulate, inorganic filler C and optionally one or more further additives D. The thermoplastic matrix composition M according to the invention can preferably be in the form of a film together are provided with the at least one continuous reinforcing fiber B, preferably in the form of a fabric G, preferably selected from woven fabrics, mats, nonwoven fabrics, scrims and knitted fabrics, and are processed into bandage materials with a high surface quality.
Die bevorzugten Ausführungsformen hinsichtlich der Zusammensetzung des herzustellenden Verbundwerkstoffs V und der zu verwendenden Komponenten A, B, C und D werden nachfolgend beschrieben. The preferred embodiments with regard to the composition of the composite material V to be produced and the components A, B, C and D to be used are described below.
Verbundwerkstoff V Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V, umfassend (oder bestehend aus): a) > 5 bis < 20 Gew.-%, bevorzugt > 7 bis < 18 Gew.-%, einer thermoplastischen Formmasse A, wobei die thermoplastische Formmasse A mindestens ein thermoplastisches Polymer A1 , vorzugsweise mindestens ein Polyolefin, und optional mindestens ein polar funktionalisiertes Polymer A2, umfassend Wiederholungseinheiten mindestens eins funktionellen Monomers A2-I, umfasst; b) > 20 bis < 80 Gew.-%, bevorzugt > 50 bis < 80 Gew.-%, mindestens einer kontinuierlichen Verstärkungsfaser B in Form von Filamentbündeln, umfassend eine Vielzahl von Filamenten, vorzugsweise ausgewählt aus anorganischen oder organischen Verstärkungsfasern, insbesondere vorzugsweise ausgewählt aus Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern, besonders bevorzugt aus Glasfasern; c) > 1 bis < 60 Gew.-%, bevorzugt > 3 bis < 45 Gew.-%, mindestens eines partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C, vorzugsweise ausgewählt aus Glasfüllstoffen, mineralischen Füllstoffen, keramischen Füllstoffen und Gemischen davon, und d) > 0 bis < 10 Gew.-%, bevorzugt > 0,01 bis < 10 Gew.-%, weiterhin bevorzugt > 0,1 bis < 5 Gew.-%, mindestens eines weiteren Additivs D, vorzugsweise ausgewählt aus Verarbeitungshilfsmittel, Stabilisatoren, Gleit- und Entformungsmitteln, Flammschutzmitteln, Farbstoffen, Pigmenten und Weichmachern; wobei der mindestens eine partikelförmige, anorganische Füllstoff C einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Oc (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, gemessen gemäß ISO 11359-1 und ISO 11359-2) aufweist, der geringer ist als der lineare, thermische Ausdehnungskoeffizienten OA der thermoplastischen Formmasse A (ebenfalls gemessen gemäß ISO 11359-1 und ISO 11359-2), d.h. es gilt die Beziehung (I): Composite V The inventive method is used to produce a fiber-reinforced, thermoplastic composite V, comprising (or consisting of): a)> 5 to <20 wt .-%, preferably> 7 to <18 wt .-%, a thermoplastic molding composition A, wherein the thermoplastic molding composition A comprises at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising repeating units of at least one functional monomer A2-I; b) >20 to <80% by weight, preferably >50 to <80% by weight, of at least one continuous reinforcing fiber B in the form of filament bundles, comprising a large number of filaments, preferably selected from inorganic or organic reinforcing fibers, particularly preferably selected made of glass fibers and/or carbon fibers, particularly preferably made of glass fibers; c) > 1 to <60% by weight, preferably > 3 to <45% by weight, of at least one particulate, inorganic filler C, preferably selected from glass fillers, mineral fillers, ceramic fillers and mixtures thereof, and d) > 0 to <10% by weight, preferably >0.01 to <10% by weight, more preferably >0.1 to <5% by weight, of at least one further additive D, preferably selected from processing aids, stabilizers, lubricants and mold release agents, flame retardants, dyes, pigments and plasticizers; wherein the at least one particulate, inorganic filler C has a linear thermal expansion coefficient Oc (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, measured according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2) which is lower than the linear, thermal expansion coefficient OA of the thermoplastic molding composition A (also measured according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2), ie the relationship (I) applies:
Oc < OA (I); wobei der mindestens eine partikelförmige, anorganische Füllstoff C einen Volumenschrumpf aufweist, der 0,1- bis 2-mal so groß ist wie der Volumenschrumpf der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B, wobei sich der Volumenschrumpf ergibt aus dem Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung ay in 1/K der jeweiligen Komponente multipliziert mit dem Gewichtsanteil der jeweiligen Komponente im Verbundwerkstoff V in Gew.-%/100 und mit der reziproken Dichte der jeweiligen Komponente in g/cm3, wobei die nachfolgenden Beziehung (II) gilt: av rXAnteil CxDichte B in q/ml „ . , . > ,,,. Oc < OA (I); wherein the at least one particulate, inorganic filler C has a volume shrinkage that is 0.1 to 2 times the volume shrinkage of the continuous reinforcing fiber B, the volume shrinkage resulting from the coefficient of thermal volume expansion ay in 1/K der respective component multiplied by the proportion by weight of the respective component in the composite material V in % by weight/100 and with the reciprocal density of the respective component in g/cm 3 , where the following relationship (II) applies: a v rX component Cx density B in q/ml. , . > ,,,.
- — — = 0,1 bis 2 (II) av BxAnteil BxDichte C in g/ml mit av,c = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente C in 1/K, - — — = 0.1 to 2 (II) a v B x proportion B x density C in g/ml with av,c = coefficient of thermal volume expansion of component C in 1/K,
Anteil C = Gewichtsanteil der Komponente C im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% Z100, Proportion C = proportion by weight of component C in the entire composite material V in % by weight Z100,
OV,B = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente B in 1/K, OV,B = coefficient of thermal volume expansion of component B in 1/K,
Anteil B = Gewichtsanteil der Komponente B im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% /100; und wobei die folgenden Beziehungen gelten: av,c = 3 * 0c; und civ.B = 3 * OB mit Proportion B=proportion by weight of component B in the entire composite material V in % by weight/100; and where the following relationships hold: av,c = 3 * 0c; and civ.B = 3 * OB with
□A = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente A;□A = average linear thermal expansion coefficient of component A;
OB = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente B; und OB = average linear thermal expansion coefficient of component B; and
Oc = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente C; und wobei die Angaben in Gew.-% jeweils auf den gesamten faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff V bezogen sind und die Summe der Komponenten A, B, C, und D 100 Gew.-% ergeben. Oc = average linear thermal expansion coefficient of component C; and where the percentages by weight are in each case based on the entire fiber-reinforced, thermoplastic composite material V and the sum of components A, B, C and D is 100% by weight.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient a (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion) gemäß der ISO 11359-2 (insbesondere ISO 11359-2:1999) bestimmt, wobei die ISO 11359-1 (insbesondere ISO 11359-2:2015) die allgemeinen Grundlagen zu den thermomechanischen Testmethoden beschreibt. Typischerweise ergibt sich der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient a (insbesondere der mittlere lineare thermische Ausdehnungskoeffizient a) in 1/K gemäß der nachfolgenden Beziehung (III): mit For the purposes of the present invention, the linear thermal expansion coefficient a (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion) is determined according to ISO 11359-2 (in particular ISO 11359-2:1999), with ISO 11359-1 (in particular ISO 11359-2: 2015) describes the general principles of thermomechanical test methods. Typically, the linear thermal expansion coefficient a (in particular the average linear thermal expansion coefficient a) in 1/K results from the following relationship (III): With
AL = Längenänderung der Testprobe zwischen zwei Temperaturen Ti und T2;AL = change in length of the test sample between two temperatures Ti and T2;
AT = Temperaturänderung (= T2-T1); AT = temperature change (= T2-T1);
Lo = Referenzlänge der Probe bei Raumtemperatur in Richtung der Messung. Lo = reference length of the sample at room temperature in the direction of measurement.
Größe und Lage des Temperaturbereich AT wird typischerweise gemäß der Normen ISO 11359-1 ,2 gewählt. Typischerweise wird der thermische Ausdehnungskoeffizient in einem Temperaturbereich AT im Bereich von -30 bis 200 °C, insbesondere 40 bis 150 °C, insbesondere 70 bis 120 °C bestimmt. The size and location of the temperature range AT is typically selected in accordance with the ISO 11359-1, 2 standards. Typically, the coefficient of thermal expansion is determined in a temperature range ΔT in the range from -30 to 200°C, in particular 40 to 150°C, in particular 70 to 120°C.
Typischerweise erhält man den Koeffizienten der thermischen Volumenausdehnung Ov, indem man in der Gleichung (III) die Ausdrücke „Länge“ mit „Volumen“ ersetzt. Näherungsweise kann angenommen werden, dass der Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung Ov dem dreifachen des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a entspricht (av= 3 * a). Oftmals wird als linearer thermischer Ausdehnungskoeffizienten a ein Wert gemittelt über zwei oder drei der Dimensionen der Testprobe verwendet. Typically, the coefficient of thermal volumetric expansion Ov is obtained by replacing the terms “length” with “volume” in equation (III). As an approximation, it can be assumed that the coefficient of thermal volume expansion Ov corresponds to three times the linear thermal expansion coefficient a (av= 3 * a). A value averaged over two or three of the dimensions of the test sample is often used as the coefficient of linear thermal expansion, a.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ergibt sich der Volumenschwund des mindestens einen Füllstoffs C gemäß: For the purposes of the present invention, the volume shrinkage of the at least one filler C is as follows:
AVc = Ov,c * Gewichtsanteil der Komponente C im gesamten VerbundwerkstoffAVc = Ov,c * weight fraction of component C in the total composite
V in Gew.-% / 100 / Dichte der Komponente C in g/cm3; wobei näherungsweise gilt Ov,c = 3 * Oc V in % by weight / 100 / density of component C in g/cm 3 ; where approximately Ov,c = 3 * Oc
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ergibt sich der Volumenschwund der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B gemäß: According to the present invention, the volume shrinkage of the at least one continuous reinforcing fiber B is as follows:
AVB = OV,B * Gewichtsanteil der Komponente B im gesamten VerbundwerkstoffAVB = OV,B * weight fraction of component B in the total composite
V in Gew.-% / 100 / Dichte der Komponente B in g/cm3; wobei näherungsweise gilt OV,B = 3 * OB. V in % by weight / 100 / density of component B in g/cm 3 ; where approximately OV,B = 3 * OB.
In Ausführungsformen, in denen die optionale Komponente D enthalten ist, kann insbesondere der Anteil der thermoplastischen Formmasse A entsprechend angepasst werden, so dass die Summe der Komponenten A, B, C und D 100 Gew.-% ergibt und nicht überschritten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ergeben die Anteile der Komponenten A, B, C und optional D 100 Gew.-%. In embodiments in which the optional component D is present, in particular the proportion of the thermoplastic molding composition A can be adjusted accordingly, so that the sum of components A, B, C and D is 100% by weight and is not exceeded. In a preferred embodiment, the proportions of components A, B, C and optionally D add up to 100% by weight.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft einen faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff V, umfassend (bevorzugt bestehend aus): a) > 5 bis < 20 Gew.-%, bevorzugt > 7 bis < 18 Gew.-%, einer thermoplastischen Formmasse A, wobei die thermoplastischen Formmasse A mindestens ein thermoplastisches Polymer A1 , bevorzugt mindestens ein Polyolefin, und optional mindestens ein polar funktionalisiertes Polymer A2, umfassend Wiederholungseinheiten mindestens eines funktionellen Monomers A2-I, enthält; und wobei das mindestens eine Polyolefin ausgewählt ist aus Homo- oder Copolymeren aus Ethen, Propen, Buten und/oder Isobuten, und wobei es sich bei dem polar funktionalisier- ten Polymer A2 um ein Copolymer aus mindestens einer Wiederholungseinheit A2-I und mindestens einer Wiederholungseinheit A2-II handelt, wobei die mindestens eine Wiederholungseinheit A2-I aus Maleinsäureanhydrid, N-Phenylmaleimid, tert-Butyl(meth)acrylat, Glycidyl(meth)acrylat und Gemischen davon ausgewählt ist, und die mindestens eine Wiederholungseinheit A2-II aus Ethen, Propen, Buten, Isobuten und Gemischen davon ausgewählt ist; b) > 20 bis < 80 Gew.-%, bevorzugt > 50 bis < 80 Gew.-%, mindestens einer kontinuierlichen Verstärkungsfaser B in Form von Filamentbündeln, umfassend eine Vielzahl von Filamenten, vorzugsweise ausgewählt aus anorganischen oder organischen Verstärkungsfasern, insbesondere ausgewählt aus Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern, besonders bevorzugt aus Glasfasern; c) > 1 bis < 60 Gew.-%, bevorzugt > 3 bis < 45 Gew.-%, mindestens eines partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C, vorzugsweise ausgewählt aus Glasfüllstoffen, mineralischen Füllstoffen, keramischen Füllstoffen und Gemischen davon, und d) > 0 bis < 10 Gew.-%, bevorzugt > 0,1 bis < 5 Gew.-%, mindestens eines weiteren Additivs D, wobei die nachfolgenden Beziehungen (I) und (II) gelten: □c < C(A (I) und av rXAnteil CxDichte B in q/ml „ . , . > - — — = 0,1 bis 2 (II) av BxAnteil BxDichte C in g/ml mit: av,c = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente C in 1/K, A preferred embodiment of the invention relates to a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V, comprising (preferably consisting of): a)> 5 to <20 wt .-%, preferably> 7 to <18 wt .-%, a thermoplastic molding composition A, wherein the thermoplastic molding composition A contains at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising repeating units of at least one functional monomer A2-I; and wherein the at least one polyolefin is selected from homo- or copolymers of ethene, propene, butene and/or isobutene, and wherein the polar functionalized polymer A2 is a copolymer of at least one repeating unit A2-I and at least one repeating unit A2-II is, wherein the at least one repeating unit A2-I is selected from maleic anhydride, N-phenylmaleimide, tert-butyl (meth)acrylate, glycidyl (meth)acrylate and mixtures thereof, and the at least one repeating unit A2-II is selected from ethene, propene, butene, isobutene and mixtures thereof; b) >20 to <80% by weight, preferably >50 to <80% by weight, of at least one continuous reinforcing fiber B in the form of filament bundles, comprising a large number of filaments, preferably selected from inorganic or organic reinforcing fibers, in particular selected from Glass fibers and/or carbon fibers, particularly preferably glass fibers; c) > 1 to <60% by weight, preferably > 3 to <45% by weight, of at least one particulate, inorganic filler C, preferably selected from glass fillers, mineral fillers, ceramic fillers and mixtures thereof, and d) > 0 to <10% by weight, preferably >0.1 to <5% by weight, of at least one further additive D, where the following relationships (I) and (II) apply: □c < C(A (I) and a v rX proportion Cx density B in q/ml " . . . > - — — = 0.1 to 2 (II) a v B x proportion Bx density C in g/ml with: av, c = coefficient of thermal volume expansion of component C in 1/K,
Anteil C = Gewichtsanteil der Komponente C im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% Z100, Proportion C = proportion by weight of component C in the entire composite material V in % by weight Z100,
OV,B = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente B in 1/K, OV,B = coefficient of thermal volume expansion of component B in 1/K,
Anteil B = Gewichtsanteil der Komponente B im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% /100; und wobei die folgenden Beziehungen gelten: av,c = 3 * 0c; und civ.B = 3 * OB mit: Proportion B=proportion by weight of component B in the entire composite material V in % by weight/100; and where the following relationships hold: av,c = 3 * 0c; and civ.B = 3 * OB with:
□A = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente A; OB = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente B; und □A = average linear thermal expansion coefficient of component A; OB = average linear thermal expansion coefficient of component B; and
Oc = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente C; und wobei die Angaben in Gew.-% jeweils auf den gesamten faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff V bezogen sind und die Summe der Komponenten A, B, C, und D 100 Gew.-% ergeben. Oc = average linear thermal expansion coefficient of component C; and where the percentages by weight are in each case based on the entire fiber-reinforced, thermoplastic composite material V and the sum of components A, B, C and D is 100% by weight.
Eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft einen faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff V umfassend (bevorzugt bestehend aus): a) > 5 bis < 20 Gew.-%, bevorzugt > 10 bis < 18 Gew.-%, einer thermoplastischen Formmasse A, wobei die thermoplastischen Formmasse A mindestens ein thermoplastisches Polymer A1 , bevorzugt mindestens ein Polyolefin, und optional mindestens ein polar funktionalisiertes Polymer A2, umfassend mindestens ein funktionelles Monomer A2-I, enthält; b) > 50 bis < 80 Gew.-%, bevorzugt > 50 bis < 60 Gew.-%, mindestens einer kontinuierliche Verstärkungsfaser B in Form von Filamentbündeln, umfassend eine Vielzahl von Filamenten; c) > 20 bis < 45 Gew.-%, bevorzugt > 30 bis < 40 Gew.-%, mindestens eines anorganischen, mineralischen Füllstoffs C, vorzugsweise ausgewählt aus anorganischen Carbonaten, besonders bevorzugt Calciumcarbonat, und d) > 0 bis < 10 Gew.-%, bevorzugt > 0,1 bis < 5 Gew.-%, mindestens eines weiteren Additivs D wobei gilt: ac < aA und av c x Anteil C x Dichte B in q/ml An alternative preferred embodiment of the invention relates to a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V comprising (preferably consisting of): a)> 5 to <20 wt .-%, preferably> 10 to <18 wt .-%, a thermoplastic molding composition A, wherein the thermoplastic molding composition A contains at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising at least one functional monomer A2-I; b) >50 to <80% by weight, preferably >50 to <60% by weight, of at least one continuous reinforcing fiber B in the form of filament bundles, comprising a multiplicity of filaments; c) > 20 to < 45% by weight, preferably > 30 to < 40% by weight, of at least one inorganic, mineral filler C, preferably selected from inorganic carbonates, particularly preferably calcium carbonate, and d) > 0 to < 10% by weight %, preferably >0.1 to <5% by weight, of at least one further additive D where the following applies: a c <a A and a vc x proportion C x density B in q/ml
— - — — = 0,1 bis 2 aV B x Anteil B x Dichte C in g/ml mit av,c = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente C in 1/K, — - — — = 0.1 to 2 a VB x proportion B x density C in g/ml with av,c = coefficient of thermal volume expansion of component C in 1/K,
Anteil C = Gewichtsanteil der Komponente C im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% Z100, Proportion C = proportion by weight of component C in the entire composite material V in % by weight Z100,
OV,B = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente B in 1/K, OV,B = coefficient of thermal volume expansion of component B in 1/K,
Anteil B = Gewichtsanteil der Komponente B im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% /100; und wobei die folgenden Beziehungen gelten: av,c und civ.B mit Proportion B=proportion by weight of component B in the entire composite material V in % by weight/100; and where the following relationships hold: av,c and civ.B With
□A = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente A; □A = average linear thermal expansion coefficient of component A;
OB = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente B; und ac = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente C; und wobei die Angaben in Gew.-% jeweils auf den gesamten faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff V bezogen sind und die Summe der Komponenten A, B, C, und D 100 Gew.-% ergeben. OB = average linear thermal expansion coefficient of component B; and ac = average linear thermal expansion coefficient of component C; and where the percentages by weight are in each case based on the entire fiber-reinforced, thermoplastic composite material V and the sum of components A, B, C and D is 100% by weight.
Eine weitere alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft einen faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff V umfassend (bevorzugt bestehend aus): a) > 5 bis < 20 Gew.-%, bevorzugt > 10 bis < 20 Gew.-%, einer thermoplastischen Formmasse A, wobei die thermoplastischen Formmasse A mindestens ein thermoplastisches Polymer A1 , bevorzugt mindestens ein Polyolefin, und optional mindestens ein polar funktionalisiertes Polymer A2, umfassend mindestens ein funktionelles Monomer A2-I, enthält; b) > 50 bis < 80 Gew.-%, bevorzugt > 70 bis < 80 Gew.-%, mindestens einer kontinuierlichen Verstärkungsfaser B in Form von Filamentbündeln, umfassend eine Vielzahl von Filamenten; c) > 1 bis < 20 Gew.-%, bevorzugt > 3 bis < 10 Gew.-%, mindestens eines anorganischen Glasfüllstoffs C, insbesondere Glashohlkörpern, und d) > 0 bis < 10 Gew.-%, bevorzugt > 0,1 bis < 5 Gew.-%, mindestens eines weiteren Additivs D, wobei die nachfolgenden Beziehungen (I) und (II) gelten: Another alternative preferred embodiment of the invention relates to a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V comprising (preferably consisting of): a)> 5 to <20 wt .-%, preferably> 10 to <20 wt .-%, a thermoplastic molding composition A, wherein the thermoplastic molding composition A contains at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising at least one functional monomer A2-I; b) >50 to <80% by weight, preferably >70 to <80% by weight, of at least one continuous reinforcing fiber B in the form of filament bundles, comprising a multiplicity of filaments; c) >1 to <20% by weight, preferably >3 to <10% by weight, of at least one inorganic glass filler C, in particular hollow glass bodies, and d) >0 to <10% by weight, preferably >0.1 to <5% by weight of at least one further additive D, where the following relationships (I) and (II) apply:
Oc < aA (I) und mit: Oc < a A (I) and With:
Ov,c = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente C in 1/K, Ov,c = coefficient of thermal volume expansion of component C in 1/K,
Anteil C = Gewichtsanteil der Komponente C im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% /100, QV,B = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente B in 1/K, Proportion C = proportion by weight of component C in the entire composite material V in % by weight /100, QV,B = coefficient of thermal volume expansion of component B in 1/K,
Anteil B = Gewichtsanteil der Komponente B im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% /100; und wobei die folgenden Beziehungen gelten: av,c = 3 * 0c; und civ.B = 3 * OB mit Proportion B=proportion by weight of component B in the entire composite material V in % by weight/100; and where the following relationships hold: av,c = 3 * 0c; and civ.B = 3 * OB with
□A = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente A; OB = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente B; und □A = average linear thermal expansion coefficient of component A; OB = average linear thermal expansion coefficient of component B; and
Oc = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente C; und wobei die Angaben in Gew.-% jeweils auf den gesamten faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff V bezogen sind und die Summe der Komponenten A, B, C, und D 100 Gew.-% ergeben. Oc = average linear thermal expansion coefficient of component C; and where the percentages by weight are in each case based on the entire fiber-reinforced, thermoplastic composite material V and the sum of components A, B, C and D is 100% by weight.
Der Verbundwerkstoff V zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass die thermoplastische Formmasse A in die Filamentbündel der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B eindringt, die Füllstoffe C jedoch nur zu maximal 10 % in die Filamentbündel der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B, bezogen auf Flächenanteile eines Querschnitts der Filamentbündel, eindringen. Dies wird durch eine geeignete Auswahl der Füllstoffe gewährleistet und führt zu einer Anreicherung der Füllstoffe C in den Bereichen der Formmasse A, die zwischen den kontinuierlichen Verstärkungsfasern B liegen. Im Gegenzug werden innerhalb der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B, d.h. zwischen den einzelnen Filamenten eines Filamentbündels, nur geringere Mengen an Füllstoff C gefunden. Der Füllstoff e befindet sich zudem nahezu ausschließlich im äußeren Bereich der Filamentbündel, d.h. in einem Bereich bis zu 10 % des Durchmessers eines einzelnen Filamentbündels. Geeignete Analysemethoden hierzu sind insbesondere Elektronen- oder Auflichtmikroskopie der Querschnittsflächen der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B in dem Verbundwerkstoff V. The composite material V is preferably characterized in that the thermoplastic molding compound A penetrates into the filament bundles of the continuous reinforcing fibers B, but the fillers C only penetrate up to a maximum of 10% into the filament bundles of the continuous reinforcing fibers B, based on surface areas of a cross section of the filament bundles. This is ensured by a suitable selection of the fillers and leads to an accumulation of the fillers C in the areas of the molding compound A that lie between the continuous reinforcing fibers B. On the other hand, only smaller amounts of filler C are found within the continuous reinforcing fibers B, i.e. between the individual filaments of a filament bundle. The filler e is also found almost exclusively in the outer area of the filament bundles, i.e. in an area up to 10% of the diameter of a single filament bundle. Suitable analysis methods for this are, in particular, electron microscopy or reflected light microscopy of the cross-sectional areas of the continuous reinforcing fibers B in the composite material V.
Thermoplastische Matrixzusammensetzung M Zur Herstellung des erfindungsgemäßen, faserverstärkten Verbundwerkstoffs V wird erfindungsgemäß zunächst eine thermoplastische Matrixzusammensetzung M bereitgestellt. Thermoplastic matrix composition M To produce the fiber-reinforced composite material V according to the invention, a thermoplastic matrix composition M is first provided according to the invention.
Erfindungsgemäß enthält die thermoplastische Matrixzusammensetzung M mindestens die hierin beschriebene thermoplastische Formmasse A, welche mindestens ein thermoplastisches Polymer A1 , und optional mindestens ein polar funktionalisiertes Polymer A2, umfassend mindestens eine Wiederholungseinheit eines funktionellen Monomers A2-I, sowie optional weitere Polymere A3, enthält. Die thermoplastische Matrixzusammensetzung M umfasst zudem den mindestens einen, hierin beschriebenen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C, insbesondere Glashohlkörper und/oder Carbonate, und optional das mindestens eine Additiv D. According to the invention, the thermoplastic matrix composition M contains at least the thermoplastic molding composition A described herein, which contains at least one thermoplastic polymer A1 and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising at least one repeating unit of a functional monomer A2-I, and optionally further polymers A3. The thermoplastic matrix composition M also comprises the at least one particulate inorganic filler C described herein, in particular hollow glass bodies and/or carbonates, and optionally the at least one additive D.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die thermoplastische Matrixzusammensetzung M die mindestens eine thermoplastische Formmasse A und den partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C und optional die Additive D oder besteht aus diesen Komponenten A, C und D. In einer Ausführungsform wird die thermoplastische Matrixzusammensetzung M durch Mischen der Formmasse A mit dem partikelförmigen, anorganischen Füllstoff e und optional den Additiven D bereitgestellt. In a preferred embodiment, the thermoplastic matrix composition M comprises the at least one thermoplastic molding compound A and the particulate, inorganic filler C and optionally the additives D or consists of these components A, C and D. In one embodiment, the thermoplastic matrix composition M is formed by mixing the molding compound A provided with the particulate, inorganic filler e and optionally the additives D.
Die thermoplastische Matrixzusammensetzung M kann mittels bekannter Verfahren bereitgestellt werden, insbesondere durch gemeinsames Extrudieren, Kneten und/oder Walzen der Polymere A1 und ggf. A2 und/oder A3 mit dem Füllstoff C und den optionalen Additiven D. Die thermoplastische Matrixzusammensetzung M kann somit erfindungsgemäße die Komponenten A1 und C, die Komponenten A1 , A2 und C, die Komponenten A1 , A2, A3 und C, die Komponenten A1 , A3 und C, sowie die Komponenten A1 , C und D, die Komponenten A1 , A2, C, und D die Komponenten A1 , A2, A3, C und D, oder die Komponenten A1 , A3, C und D umfassen. The thermoplastic matrix composition M can be provided by known methods, in particular by co-extruding, kneading and / or rolling the polymers A1 and optionally A2 and / or A3 with the filler C and the optional additives D. The thermoplastic matrix composition M can thus the invention Components A1 and C, components A1, A2 and C, components A1, A2, A3 and C, components A1, A3 and C, and components A1, C and D, components A1, A2, C and D the components A1, A2, A3, C and D, or the components A1, A3, C and D include.
Die thermoplastische Matrixzusammensetzung M wird erfindungsgemäß als thermoplastischer Film bereitgestellt. Vorzugsweise wird die thermoplastische Matrixzusammensetzung M als thermoplastischer Film mit einer Stärke von 25 pm bis 500 pm auf, bevorzugt 50 bis 400 pm, stärker bevorzugt 65 bis 200 pm, bereitgestellt. Die thermoplastische Matrixzusammensetzung M umfasst 20 bis 80 Vol.-%, vorzugsweise 20 bis 70 Vol.-%, insbesondere 30 bis 60 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Matrixzusammensetzung M, des mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C, bevorzugt ausgewählt aus teilchenförmigen mineralischen oder amorphen (glasartigen) sphärischen Füllstoffen, bevorzugt ausgewählt aus Glashohlkugeln oder Carbonaten. Der Rest der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M besteht aus der hierin beschriebenen thermoplastischen Formmasse A, welche bevorzugt aus den Polymeren A1 und A2 besteht, sowie optional den Additiven D. The thermoplastic matrix composition M is provided according to the invention as a thermoplastic film. Preferably, the thermoplastic matrix composition M is provided as a thermoplastic film having a thickness of 25 μm to 500 μm, preferably 50 to 400 μm, more preferably 65 to 200 μm. The thermoplastic matrix composition M comprises 20 to 80% by volume, preferably 20 to 70% by volume, in particular 30 to 60% by volume, based on the total volume of the matrix composition M, of the at least one particulate inorganic filler C, preferably selected from particulate mineral or amorphous (glass-like) spherical fillers, preferably selected from hollow glass spheres or carbonates. The rest of the thermoplastic matrix composition M consists of the thermoplastic molding composition A described herein, which preferably consists of the polymers A1 and A2, and optionally the additives D.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden zusätzlich zu den Filmen aus der Matrixzusammensetzung zudem thermoplastische Filme bereitgestellt, welche im Wesentlichen keine Füllstoffe C umfassen. Hierfür werden die Komponenten A und optional D in Verfahrensschritt (ii) als Pulver, als Granulat, als Schmelze oder als thermoplastischer Film mit dem Flächengebilde G aus kontinuierlicher Verstärkungsfasern B zusammengeführt. In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Komponenten A und optional D bevorzugt als thermoplastischer Film mit der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B zusammengebracht. In one embodiment of the invention, in addition to the films from the matrix composition, thermoplastic films which essentially do not comprise fillers C are also provided. For this purpose, the components A and optionally D are brought together in process step (ii) as a powder, as a granulate, as a melt or as a thermoplastic film with the fabric G made of continuous reinforcing fibers B. In one embodiment of the invention, components A and optionally D are combined with continuous reinforcing fiber B, preferably as a thermoplastic film.
Thermoplastische Formmasse A Thermoplastic molding compound A
Der erfindungsgemäß hergestellte Verbundwerkstoff V enthält mindestens 5 Gew.-%, in der Regel mindestens 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs V, der thermoplastischen Formmasse A. Der Verbundwerkstoff V enthält < 20 Gew.-%, in der Regel höchstens 18 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs V, der thermoplastischen Formmasse A. The composite material V produced according to the invention contains at least 5% by weight, generally at least 7% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the thermoplastic molding composition A. The composite material V generally contains <20% by weight at most 18% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the thermoplastic molding composition A.
Die thermoplastische Formmasse A ist in dem Verbundwerkstoff V von 5 bis < 20 Gew.- %, vorzugsweise von 7 bis 18 Gew.-%, insbesondere 10 bis 18 Gew.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff V, enthalten. The thermoplastic molding composition A is contained in the composite material V from 5 to <20% by weight, preferably from 7 to 18% by weight, in particular 10 to 18% by weight, based on the composite material V.
Bevorzugt ist die thermoplastische Formmasse A in dem Verbundwerkstoff V von 5 bis 50 Vol.-%, bevorzugt von 10 bis 40 Vol.-% und insbesondere bevorzugt von 15 bis 35 Vol.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff V, enthalten. Die thermoplastische Formmasse A enthält mindestens ein thermoplastisches Polymer A1. Vorzugsweise handelt es sich bei dem thermoplastischen Polymer A1 um ein amorphes oder teilkristallines Polymer. Vorzugsweise ist das thermoplastische Polymer A1 ein amorphes oder teilkristallines Polymer, ausgewählt aus Polystyrolen (PS), Styrol/Ac- rylnitril-Copolymeren (PSAN), Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymeren (ABS), Ac- rylat/Styrol/Acrylnitril-Copolymeren (ASA), Polycarbonaten, wie Polycarbonaten auf Basis von Bisphenol A, Polyestern, Polyamiden, wie Polyamid 6 und Polyamid 6,6, Polyole- finen, sowie Gemischen der vorgenannten Polymeren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das thermoplastische Polymer A1 mindestens ein Polyolefin oder besteht aus mindestens einem Polyolefin, wobei das Polyolefin ein Polyolefin-Homopolymer und/oder ein Polyolefin-Copolymer sein kann. The thermoplastic molding composition A is preferably contained in the composite material V from 5 to 50% by volume, preferably from 10 to 40% by volume and particularly preferably from 15 to 35% by volume, based on the composite material V. The thermoplastic molding composition A contains at least one thermoplastic polymer A1. The thermoplastic polymer A1 is preferably an amorphous or partially crystalline polymer. The thermoplastic polymer A1 is preferably an amorphous or partially crystalline polymer selected from polystyrenes (PS), styrene/acrylonitrile copolymers (PSAN), acrylonitrile/butadiene/styrene copolymers (ABS), acrylate/styrene/acrylonitrile copolymers (ASA), polycarbonates, such as polycarbonates based on bisphenol A, polyesters, polyamides, such as polyamide 6 and polyamide 6,6, polyolefins, and mixtures of the aforementioned polymers. In a particularly preferred embodiment of the invention, the thermoplastic polymer A1 comprises at least one polyolefin or consists of at least one polyolefin, it being possible for the polyolefin to be a polyolefin homopolymer and/or a polyolefin copolymer.
Neben dem thermoplastischen Polymer A1 kann die thermoplastische Formmasse A optional mindestens ein polar funktionalisiertes Polymer A2 umfassen, welches Wiederholungseinheiten mindestens eines funktionellen Monomers A2-I umfasst. Darüber hinaus kann die thermoplastische Formmasse A weitere Polymere A3 umfassen, welche von den Polymeren A1 und A2 verschieden sind. In addition to the thermoplastic polymer A1, the thermoplastic molding composition A can optionally comprise at least one polar functionalized polymer A2, which comprises repeating units of at least one functional monomer A2-I. In addition, the thermoplastic molding composition A can comprise further polymers A3 which are different from the polymers A1 and A2.
In einer Ausführungsform enthält die thermoplastische Formmasse A1 bis zu 100 Gew.- % des mindestens einen thermoplastischen Polymers A1 , ausgewählt aus Homo- oder Copolymeren von Polyamid, Polypropen und Polyethen. In one embodiment, the thermoplastic molding composition A1 contains up to 100% by weight of the at least one thermoplastic polymer A1 selected from homo- or copolymers of polyamide, polypropylene and polyethene.
Die thermoplastische Formmasse A kann zudem 0 bis 99 Gew.-% des mindestens einen Polymers A2 und/oder der Polymere A3, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A, enthalten. The thermoplastic molding composition A can also contain from 0 to 99% by weight of the at least one polymer A2 and/or the polymers A3, based in each case on the total weight of the thermoplastic molding composition A.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die thermoplastische Formmasse A 60 bis 99,9 Gew.-%, stärker bevorzugt 70 bis 99,9 Gew.-%, besonders bevorzugt 75 bis 99,9 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 90 bis 99 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 94 bis 97 Gew.- %, des mindestens einen thermoplastischen Polymers A1 , insbesondere eines thermoplastischen Polyolefin-Homopolymers oder Polyolefin-Copolymers A1 , sowie In a preferred embodiment, the thermoplastic molding composition A contains 60 to 99.9% by weight, more preferably 70 to 99.9% by weight, particularly preferably 75 to 99.9% by weight, particularly preferably 90 to 99% by weight. -%, more preferably 94 to 97% by weight, of the at least one thermoplastic polymer A1, in particular a thermoplastic polyolefin homopolymer or polyolefin copolymer A1, and
0,1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 20 Gew.- %, insbesondere bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 3 bis 6 Gew.-% des mindestens einen polar funktionalisierten Polymers A2, wobei sich die Angaben in Gew.-% jeweils auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A beziehen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, umfasst die thermoplastische Formmasse A die Polymere A1 und A2 und umfasst keine weiteren Polymere A3. 0.1 to 40% by weight, preferably 0.1 to 30% by weight, particularly preferably 0.1 to 20% by weight, particularly preferably 1 to 10% by weight, more preferably 3 to 6% by weight. % of the at least one polar functionalized polymer A2, the percentages by weight in each case being based on the total weight of the thermoplastic molding composition A. In a preferred embodiment of the invention, the thermoplastic molding composition A comprises the polymers A1 and A2 and comprises no further polymers A3.
In einer alternativen Ausführungsform enthält die thermoplastische Formmasse A die Polymere A1 und A2 und optional mindestens ein weiteres Polymer A3. Typischerweise kann das mindestens eine, optionale Polymer A3 ausgewählt werden aus einem beliebigen thermoplastischen Polymer, welches verschieden zu A1 und A2 ist. Beispielsweise kann das mindestens eine optionale Polymer A3 ausgewählt werden aus Polystyrolen (PS), Styrol/Acrylnitril-Copolymeren (PSAN), Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymeren (ABS), Acrylat/Styrol/Acrylnitril-Copolymeren (ASA), Polycarbonaten, Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen und Gemischen davon. Besonders bevorzugt ist das mindestens eine optionale Polymer A3 ausgewählt aus Polyethen, Ethen/Propen-Copolymeren, Styrol-Polymeren und Styrol/Acrylnitril-Copolymeren, mit der Maßgabe, dass das mindestens eine Polymer A3 verschieden von den Polymeren A1 und A2 ist. Bevorzugt kann es sich bei dem Polymer A3 um mindestens ein amorphes Polymer handeln. Insbesondere weist die thermoplastische Formmasse A einen Gewichtsanteil von kleiner als 50 Gew.-% Polymere A3, stärker bevorzugt von kleiner als 30 Gew.-%, auf. In an alternative embodiment, the thermoplastic molding composition A contains the polymers A1 and A2 and optionally at least one further polymer A3. Typically, the at least one optional polymer A3 can be selected from any thermoplastic polymer other than A1 and A2. For example, the at least one optional polymer A3 can be selected from polystyrenes (PS), styrene/acrylonitrile copolymers (PSAN), acrylonitrile/butadiene/styrene copolymers (ABS), acrylate/styrene/acrylonitrile copolymers (ASA), polycarbonates, polyesters , polyamides, polyolefins and mixtures thereof. The at least one optional polymer A3 is particularly preferably selected from polyethene, ethene/propene copolymers, styrene polymers and styrene/acrylonitrile copolymers, with the proviso that the at least one polymer A3 is different from the polymers A1 and A2. The polymer A3 can preferably be at least one amorphous polymer. In particular, the thermoplastic molding composition A has a proportion by weight of less than 50% by weight of polymers A3, more preferably less than 30% by weight.
Bevorzugt enthält die thermoplastische Formmasse A (oder besteht aus): a-1) 50 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt 70 bis 99,9 Gew.-%, besonders bevorzugt 79 bis 98 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 90 bis 97 Gew.-%, eines thermoplastischen Polymers A1 ; a-2) 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 8 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 3 bis 7 Gew.-%, des mindestens einen polar funktionalisierten Polymers A2; a-3) 0 bis 49,9 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 29,9 Gew.-%, stärker bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, mindestens eines weiteren Polymers A3; wobei die Polymere A1 , A2 und A3 voneinander verschieden sind, und wobei sich die Angaben in Gew.-% jeweils auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A beziehen und die Summe der Komponenten A1 , A2 und A3 100 Gew.-% ergeben. Bevorzugt umfasst die thermoplastische Formmasse A die Komponenten A1 , A2 und A3 oder besteht aus diesen. The thermoplastic molding composition A preferably contains (or consists of): a-1) 50 to 99.9% by weight, preferably 70 to 99.9% by weight, particularly preferably 79 to 98% by weight, particularly preferably 90 up to 97% by weight of a thermoplastic polymer A1; a-2) 0.1 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 8% by weight, particularly preferably 3 to 7% by weight, of the at least one polar functionalized polymer A2; a-3) 0 to 49.9% by weight, preferably 0 to 29.9% by weight, more preferably 1 to 20% by weight, of at least one further polymer A3; where the polymers A1, A2 and A3 are different from one another, and where the percentages by weight are in each case based on the total weight of the thermoplastic molding composition A and the sum of the components A1, A2 and A3 is 100% by weight. The thermoplastic molding composition A preferably comprises the components A1, A2 and A3 or consists of these.
Stärker bevorzugt enthält die thermoplastische Formmasse A (oder besteht aus): a-1) 60 bis 99 Gew.-% mindestens eines Polymers A1 , ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Propenhomopolymere, Propencopolymeren, Styrolcopolymeren, Polyamiden und Polycarbonaten; a-2) 1 bis 40 Gew.-% eines polar funktionalisierten Polymers A2; und a-3) 0 bis 10 Gew.-% mindestens eines weiteren Polymers A3, wobei das Polymer A3 verschieden von den Polymeren A1 und A2 ist. wobei die Polymere A1 , A2 und A3 voneinander verschieden sind, und wobei sich die Angaben in Gew.-% jeweils auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A beziehen und die Summe der Komponenten A1 , A2 und A3 100 Gew.-% ergeben. Bevorzugt besteht die thermoplastische Formmasse aus den Komponenten A1 , A2 und A3. More preferably, the thermoplastic molding composition A contains (or consists of): a-1) 60 to 99% by weight of at least one polymer A1 selected from the group consisting of propene homopolymers, propene copolymers, styrene copolymers, polyamides and polycarbonates; a-2) 1 to 40% by weight of a polar functionalized polymer A2; and a-3) 0 to 10% by weight of at least one further polymer A3, the polymer A3 being different from the polymers A1 and A2. where the polymers A1, A2 and A3 are different from one another, and where the percentages by weight are in each case based on the total weight of the thermoplastic molding composition A and the sum of the components A1, A2 and A3 is 100% by weight. The thermoplastic molding composition preferably consists of components A1, A2 and A3.
Thermoplastisches Polymer A1 Thermoplastic Polymer A1
Bevorzugt enthält die thermoplastische Formmasse A mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, insbesondere mindestens 80 Gew.-% mindestens eines thermoplastischen Polymers A1 , bevorzugt mindestens eines Polyolefins, bezogen auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A. Bevorzugt enthält die thermoplastische Formmasse A das mindestens eine Polymer A1 in einem Bereich von 70 bis 99,9 Gew.-%, stärker bevorzugt 90 bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt 92 bis 97 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A. The thermoplastic molding composition A preferably contains at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight, in particular at least 80% by weight, of at least one thermoplastic polymer A1, preferably at least one polyolefin, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A. Preferably contains the thermoplastic molding composition A contains the at least one polymer A1 in a range from 70 to 99.9% by weight, more preferably 90 to 99% by weight, particularly preferably 92 to 97% by weight, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A
Bevorzugt handelt es bei dem thermoplastischen Polymer A1 um ein amorphes oder teilkristallines Homo- oder Copolymer aus Ethen, Propen, Buten und/oder Isobuten. Insbesondere bevorzugt umfasst das Polymer A1 mindestens ein Propen-Homopolymer und/oder Propen-Ethen-Copolymer (auch bezeichnet als Polypropen-Impact-Copoly- mer). Besonders bevorzugt umfasst (oder ist) das Polymer A1 ein Propen-Ethen-Copo- lymer. The thermoplastic polymer A1 is preferably an amorphous or partially crystalline homopolymer or copolymer of ethene, propene, butene and/or isobutene. The polymer A1 particularly preferably comprises at least one propene homopolymer and/or propene-ethene copolymer (also referred to as polypropene impact copolymer). The polymer A1 particularly preferably comprises (or is) a propene-ethene copolymer.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Polymer A1 um mindestens ein Propen-Ethen-Copo- lymer, wobei das Propen-Ethen-Copolymer vorzugsweise eine Schmelze-Massefließ- rate MFR (bestimmt gemäß DIN EN ISO 1133 bei 230 °C / 2,16 kg) im Bereich von 40 g/10 min bis 120 g/10 min, vorzugsweise 80 g/10 min bis 120 g/10 min, insbesondere 90 g/10 min bis 110 g/10 min, und oftmals etwa 100 g/10 min, aufweist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Polymer A1 n um mindestens ein Propen-Ethen-Copolymer mit einer Dichte (gemäß DIN EN ISO 1183-1 :2019-09) < 0,95 g/cm3, insbesondere in Bereich von 0,89 g/cm3 bis 0,93 g/cm3, bevorzugt 0,895 g/cm3 bis 0,915 g/cm3. The polymer A1 is preferably at least one propene-ethene copolymer, the propene-ethene copolymer preferably having a melt mass flow rate MFR (determined according to DIN EN ISO 1133 at 230° C./2.16 kg ) in the range 40g/10min to 120g/10min, preferably 80g/10min to 120g/10min, more preferably 90g/10min to 110g/10min, and often about 100g/10min , having. The polymer A1 n is preferably at least one propene-ethene copolymer with a Density (according to DIN EN ISO 1183-1:2019-09) <0.95 g/cm 3 , in particular in the range from 0.89 g/cm 3 to 0.93 g/cm 3 , preferably from 0.895 g/cm 3 to 0.915 g/ cm3 .
Bevorzugt handelt es sich bei dem thermoplastischen Polymer A1 um mindestens ein Propen-Ethen-Copolymer mit einem Elastizitätsmodul (gemessen gemäß DIN EN ISO 178) im Bereich von 1400 MPa bis 2100 MPa, oftmals etwa 1550 MPa. The thermoplastic polymer A1 is preferably at least one propene-ethene copolymer with a modulus of elasticity (measured according to DIN EN ISO 178) in the range from 1400 MPa to 2100 MPa, often around 1550 MPa.
Bevorzugt weist das thermoplastische Polymer A1 einen thermischen Ausdehnungskoeffizient OAI gemäß ISO 11359-1 und ISO 11359-2 in einem Bereich von 50*10 '6 K'1 bis 100*10-6 K'1 auf, insbesondere in einem Bereich von 60*1 O'6 K'1 bis 90*1 O'6 K’1. The thermoplastic polymer A1 preferably has a thermal expansion coefficient OAI according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2 in a range from 50* 10'6 K'1 to 100* 10 -6 K'1 , in particular in a range of 60* 1 O' 6 K' 1 to 90*1 O' 6 K' 1 .
Bevorzugt weist das thermoplastische Polymer A1 einen Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung OV,AI , ermittelt gemäß der zuvor beschriebenen Formel, in einem Bereich von 150*10-6 K'1 bis 300*10'6 K-1 auf, insbesondere in einem Bereich von 180*10-6 K'1 bis 270*1 O’6 K’1. The thermoplastic polymer A1 preferably has a coefficient of thermal volume expansion OV,AI, determined according to the formula described above, in a range from 150*10 -6 K' 1 to 300*10' 6 K -1 , in particular in a range of 180*10 -6 K' 1 to 270*1 O' 6 K' 1 .
Bevorzugt weist das thermoplastische A1 einen Schmelzpunkt (DSC, gemessen gemäß DIN EN ISO 11357-3) in einem Bereich von 100 bis 200 °C auf, insbesondere in einem Bereich von 135 bis 160 °C. The thermoplastic A1 preferably has a melting point (DSC, measured according to DIN EN ISO 11357-3) in a range from 100 to 200.degree. C., in particular in a range from 135 to 160.degree.
Geeignete Polyolefine sind beispielsweise unter dem Handelsnamen Rigidex 380-H100 der Firma INEOS Olefins & Polymers Europe erhältlich. Suitable polyolefins are available, for example, under the trade name Rigidex 380-H100 from INEOS Olefins & Polymers Europe.
Polar funktionalisiertes Polymer A2 Polar Functionalized Polymer A2
Das optionale polar funktionalisierte Polymer A2 ist von Polymer A1 verschieden und umfasst Wiederholungseinheiten mindestens eines funktionellen Monomers A2-I. The optional polar functionalized polymer A2 is different from polymer A1 and comprises repeating units of at least one functional monomer A2-I.
Bevorzugt enthält die thermoplastische Formmasse A mindestens 0,1 Gew.-%, stärker bevorzugt mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 3 Gew.-%, und insbesondere mindestens 3 Gew.-%, des mindestens einen polare funktionalisierten Polymers A2, bezogen auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A. Bevorzugt enthält die thermoplastische Formmasse A höchstens 30 Gew.-%, stärker bevorzugt höchstens 20 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 15 Gew.-%, und insbesondere höchstens 10 Gew.-%, des mindestens einen polare funktionalisierten Polymers A2, bezogen auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A. Bevorzugt enthält die thermoplastische Formmasse A das mindestens eine polar funkti- onalisiertes Polymer A2 im Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 20 Gew. %, besonders bevorzugt 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 3 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A. The thermoplastic molding composition A preferably contains at least 0.1% by weight, more preferably at least 1% by weight, particularly preferably at least 3% by weight, and in particular at least 3% by weight, of the at least one polar functionalized polymer A2, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A. The thermoplastic molding composition A preferably contains at most 30% by weight, more preferably at most 20% by weight, particularly preferably at most 15% by weight, and in particular at most 10% by weight, of at least one polar functionalized polymer A2, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A. The thermoplastic molding composition A preferably contains the at least one polar functionalized polymer A2 in the range from 0.1 to 30% by weight, preferably 0.1 to 20% by weight, particularly preferably 1 to 15% by weight, particularly preferably 3 to 10% by weight, based on the total weight of the thermoplastic molding composition A.
Das polar funktionalisierte Polymer A2 dient als Verträglichkeitsvermittler zwischen der thermoplastischen Formmasse A und der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B. Das polar funktionalisierte Polymer A2 weist mindestens eine polare, vorzugsweise chemisch reaktive Funktionalität (typischerweise bereitgestellt durch die Wiederholungseinheiten des mindestens einen funktionellen Monomers A2-I) auf, welche während des Herstellungsprozesses des Verbundwerkstoffs V mit chemischen Gruppen der Oberfläche der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B reagieren kann und Bindungen (kovalente Bindungen, ionisches Bindungen, Van-der-Waals-Bindungen) ausbilden kann, wodurch ein Verbundwerkstoff V mit einer guten Festigkeit, insbesondere einer guten Faser-Matrix- Haftung, erhalten wird. Oftmals erhöht das polar funktionalisierte Polymer A2 die Polarität der thermoplastischen Formmasse A, wodurch die Kompatibilität mit polaren Oberflächen der Verstärkungsfasern, insbesondere den polaren Oberflächen von Glasfasern oder durch Schlichtemittel polar funktionalisierte Oberflächen von Verstärkungsfasern, erhöht wird. The polar functionalized polymer A2 serves as a compatibilizer between the thermoplastic molding composition A and the continuous reinforcing fiber B. The polar functionalized polymer A2 has at least one polar, preferably chemically reactive, functionality (typically provided by the repeating units of the at least one functional monomer A2-I), which can react with chemical groups on the surface of the continuous reinforcing fiber B during the manufacturing process of the composite material V and bonds (covalent bonds, ionic bonds, van der Waals bonds) can form, resulting in a composite material V with good strength, in particular a good fiber-matrix adhesion is obtained. The polar-functionalized polymer A2 often increases the polarity of the thermoplastic molding composition A, which increases the compatibility with polar surfaces of the reinforcing fibers, in particular the polar surfaces of glass fibers or surfaces of reinforcing fibers that are polar-functionalized by sizing agents.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das polar funktionalisierte Polymer A2 mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 3 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,1 bis 1 ,5 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers A2, an Wiederholungseinheiten des mindestens einen funktionellen Monomers A2-I. In a preferred embodiment, the polar functionalized polymer A2 comprises at least 0.1% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, particularly preferably 0.1 to 3% by weight, particularly preferably 0.1 to 1 5% by weight, more preferably 0.1 to 0.5% by weight, based on the total weight of the polymer A2, of repeating units of the at least one functional monomer A2-I.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine funktionellen Monomer A2-I ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid (MA), N-Phenylmaleimid (PM), tert-Butyl(meth)acrylat und Glycidyl(meth)acrylat (GM), insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid (MA), N-Phe- nylmaleimid (PM) und Glycidyl(meth)acrylat (GM). According to a preferred embodiment, the at least one functional monomer A2-I is selected from the group consisting of maleic anhydride (MA), N-phenylmaleimide (PM), tert-butyl (meth)acrylate and glycidyl (meth)acrylate (GM), in particular selected from the group consisting of maleic anhydride (MA), N-phenylmaleimide (PM) and glycidyl (meth)acrylate (GM).
Vorzugsweise umfasst das polar funktionalisierte Polymer A2 neben den Wiederholungseinheiten A2-I mindestens Wiederholungseinheiten eines weiteren Monomers A2-II, welches von dem Monomer A2-I verschieden ist. Der Anteil an Wiederholungseinheiten des Monomers A2-II liegt bei bis zu 99,9 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 95 bis 99,9 Gew.-%, besonders bevorzugt 97 bis 99,9 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 98,5 bis 99,9 Gew.-%, stärker bevorzugt 99,5 bis 99,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers A2, Wiederholungseinheiten des mindestens einen Monomers A2-II. In addition to the repeating units A2-I, the polar-functionalized polymer A2 preferably comprises at least repeating units of a further monomer A2-II, which is different from the monomer A2-I. The proportion of repeating units of the monomer A2-II is up to 99.9% by weight, preferably in a range from 95 to 99.9% by weight, particularly preferably 97 to 99.9% by weight, particularly preferably 98.5 to 99.9% by weight, more preferably 99.5 to 99.9% by weight, based on the total weight of the polymer A2, of repeating units of the at least one monomer A2-II.
Das Monomer A2-II ist vorzugsweise ausgewählt aus Ethen, Propen, Buten und/oder Isobuten. The monomer A2-II is preferably selected from ethene, propene, butene and/or isobutene.
Bevorzugt handelt es sich bei dem polar funktionalisierten Polymer A2 um ein Copolymer aus Wiederholungseinheiten mindestens eines Monomers A2-II ausgewählt aus Ethen, Propen, Buten und/oder Isobuten, und Wiederholungseinheiten mindestens eines funktionellen Monomers A2-I, ausgewählt aus Maleinsäureanhydrid, N-Phenylmaleimid, tert- Butyl(meth)acrylat und Glycidyl(meth)acrylat. Stärker bevorzugt handelt es sich bei dem polar funktionalisierten Polymer A2 um ein Copolymer aus Propen-Wiederholungsein- heiten und Wiederholungseinheiten mindestens eines funktionellen Monomers A2-I, ausgewählt aus Maleinsäureanhydrid, N-Phenylmaleimid, tert-Butyl(meth)acrylat und Glycidyl(meth)acrylat. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem polar funktionali- siertes Polymer A2 um ein Propen-Pfropfcopolymer, wobei Wiederholungseinheiten der oben genannten funktionellen Monomere A2-I auf ein Polypropen aufgepfropft sind. Bevorzugt ist das polar funktionalisierte Polymer A2 ein Propen-Maleinsäureanhydrid- Pfropfcopolymer, wobei der Pfropfkern vorwiegend aus Propen-Wiederholungseinheiten besteht und die Pfropfhülle vorwiegend aus Maleinsäureanhydrid-Wiederholungseinheiten besteht. Solche polar funktionalisierten Polymere A2 und deren Herstellung sind beispielweise in dem Patent US 10/189933 B2 beschrieben. Sie sind beispielsweise unter den Produktnamen PRIEX® 20093 (BYK), Orevac® CA100 (Arkema) und Scona® TPPP 9021 (BYK) bekannt und kommerziell erhältlich. The polar functionalized polymer A2 is preferably a copolymer of repeating units of at least one monomer A2-II selected from ethene, propene, butene and/or isobutene, and repeating units of at least one functional monomer A2-I selected from maleic anhydride, N-phenylmaleimide , tert-butyl (meth)acrylate and glycidyl (meth)acrylate. More preferably, the polar functionalized polymer A2 is a copolymer of propene repeating units and repeating units of at least one functional monomer A2-I selected from maleic anhydride, N-phenylmaleimide, tert-butyl (meth)acrylate and glycidyl (meth) acrylate. The polar functionalized polymer A2 is particularly preferably a propene graft copolymer, repeating units of the abovementioned functional monomers A2-I being grafted onto a polypropene. The polar functionalized polymer A2 is preferably a propene-maleic anhydride graft copolymer, the graft core consisting predominantly of propene repeating units and the graft shell consisting predominantly of maleic anhydride repeating units. Such polar functionalized polymers A2 and their preparation are described, for example, in US Pat. No. 10/189933 B2. They are known, for example, under the product names PRIEX® 20093 (BYK), Orevac® CA100 (Arkema) and Scona® TPPP 9021 (BYK) and are commercially available.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem polar funktionalisierten Polymer A2 um ein oder mehrere Propen-Maleinsäureanhydrid-Pfropfcopolymere, welche einen Anteil an Maleinsäureanhydrid als Monomer A2-I im Bereich von 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,4 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,15 bis 0,25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des polar funktionalisierten Polymers A2, aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei dem polar funktionalisierten Polymer A2 um ein Polymer, welches eine Dichte (gemäß DIN EN ISO 1183-1 :2019-09) in einem Bereich von 0,8 bis 1 ,0 g/cm3, vorzugsweise in einem Bereich von 0,85 g/cm3 bis 0,95 g/cm3, insbesondere von 0,895 g/cm3 bis 0,915 g/cm3, häufig von etwa 0,9 g/cm3, aufweist. The polar functionalized polymer A2 is particularly preferably one or more propene-maleic anhydride graft copolymers which have a proportion of maleic anhydride as monomer A2-I in the range from 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 0 4% by weight, particularly preferably from 0.15 to 0.25% by weight, based on the total weight of the polar functionalized polymer A2. In particular, the polar functionalized polymer A2 is a polymer which has a density (according to DIN EN ISO 1183-1:2019-09) in a range from 0.8 to 1.0 g/cm 3 , preferably in a range from 0.85 g/cm 3 to 0.95 g/cm 3 , in particular from 0.895 g/cm 3 to 0.915 g/cm 3 , often from about 0.9 g/cm 3 .
Vorzugsweise weist das polar funktionalisierte Polymer A2 eine Schmelze-Massefließ- rate (MFR) (bestimmt gemäß DIN EN ISO 1133, bei 190 °C / 0,325 kg) im Bereich von 8 g/10 min bis 15 g/10 min, insbesondere 9 g/10 min bis 13 g/10 min, auf. The polar functionalized polymer A2 preferably has a melt mass flow rate (MFR) (determined according to DIN EN ISO 1133, at 190° C./0.325 kg) in the range from 8 g/10 min to 15 g/10 min, in particular 9 g /10 min to 13 g/10 min.
Bevorzugt handelt es sich bei dem polar funktionalisierte Polymer A2 um ein Polymer, welches einen Schmelzpunkt (gemessen gemäß DIN EN ISO 11357-3) im Bereich von 160 bis 165 °C und/oder eine Viskosität (gemessen gemäß DIN EN ISO 1628-1) im Bereich von 0,07 bis 0,08 l/g aufweist. The polar functionalized polymer A2 is preferably a polymer which has a melting point (measured according to DIN EN ISO 11357-3) in the range from 160 to 165° C. and/or a viscosity (measured according to DIN EN ISO 1628-1) in the range of 0.07 to 0.08 l/g.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist Polymer A1 ein Propen-Ethen- Copolymer, vorzugsweise mit einer Dichte von 0,898 g/cm3 bis 0,900 g/cm3; und das funktionalisierte Polymer A2 ein Propen-Pfropfcopolymer (wie z.B. PRI EX® 20093 von BYK-Chemie). In a preferred embodiment of the invention, polymer A1 is a propene-ethene copolymer, preferably with a density of 0.898 g/cm 3 to 0.900 g/cm 3 ; and the functionalized polymer A2 is a propene graft copolymer (such as PRI EX® 20093 from BYK-Chemie).
Kontinuierliche Verstärkungsfaser B Continuous reinforcement fiber B
Der erfindungsgemäß hergestellte Verbundwerkstoff V enthält mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 45 Gew.-%, insbesondere bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs V, der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Verbundwerkstoff V > 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs V, der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B. The composite material V produced according to the invention contains at least 20% by weight, preferably at least 40% by weight, particularly preferably at least 45% by weight, particularly preferably at least 50% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the continuous reinforcing fibers B. In a preferred embodiment, the composite material V contains >50% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the continuous reinforcing fiber B.
Der Verbundwerkstoff V enthält in der Regel höchstens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs V, der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B. The composite material V generally contains at most 80% by weight, based on the total weight of the composite material V, of the continuous reinforcing fibers B.
Die mindestens eine kontinuierliche Verstärkungsfaser B ist in dem Verbundwerkstoff V von 20 bis 80 Gew.-%, bevorzugt von 40 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt von 50 bis 80 Gew.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff V, enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine kontinuierliche Verstärkungsfaser B in dem Verbundwerkstoff V 51 bis 80 Gew.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff V, enthalten. Bevorzugt ist die kontinuierliche Verstärkungsfaser B in dem Verbundwerkstoff V von 20 bis 80 Vol.-%, bevorzugt von 30 bis 70 Vol.-% und insbesondere bevorzugt von 40 bis 55 Vol.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff V, enthalten. The at least one continuous reinforcing fiber B is contained in the composite material V from 20 to 80% by weight, preferably from 40 to 80% by weight, particularly preferably from 50 to 80% by weight, based on the composite material V. In a preferred embodiment, the at least one continuous reinforcing fiber B is contained in the composite material V in an amount of 51 to 80% by weight, based on the composite material V. The continuous reinforcing fiber B is preferably contained in the composite material V from 20 to 80% by volume, preferably from 30 to 70% by volume and particularly preferably from 40 to 55% by volume, based on the composite material V.
Die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B sind vorzugsweise ausgewählt aus Glasfasern, Carbonfasern, Aramidfasern und Naturfasern und/oder Mischformen der genannten kontinuierlichen Verstärkungsfasern B. Stärker bevorzugt sind die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B ausgewählt aus Glasfasern und/oder Carbonfasern, insbesondere Glasfasern. The continuous reinforcement fibers B are preferably selected from glass fibers, carbon fibers, aramid fibers and natural fibers and/or mixed forms of the continuous reinforcement fibers B mentioned. The continuous reinforcement fibers B are more preferably selected from glass fibers and/or carbon fibers, in particular glass fibers.
Typischerweise liegt die Dichte der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B im Bereich von 1 ,4 g/cm3 bis 2,8 g/cm3. Vorzugsweise liegt die Dichte der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B, ausgewählt aus Glasfasern, im Bereich von 1 ,8 g/cm3 bis 2,8 g/cm3. Vorzugsweise liegt die Dichte der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B, ausgewählt aus Carbonfasern, im Bereich von 1 ,4 g/cm3 bis 1 ,9 g/cm3. Geeignete Verfahren zur Dichtebestimmung sind dem Fachmann bekannt. Die Dichte der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B wird typischerweise gemäß der Prüfnorm ASTM C693 bestimmt. Typically, the density of the continuous reinforcing fiber B ranges from 1.4 g/cm 3 to 2.8 g/cm 3 . Preferably, the density of the continuous reinforcing fiber B selected from glass fibers is in the range from 1.8 g/cm 3 to 2.8 g/cm 3 . Preferably, the density of the continuous reinforcing fiber B selected from carbon fibers is in the range of 1.4 g/cm 3 to 1.9 g/cm 3 . Suitable methods for density determination are known to those skilled in the art. The density of the continuous reinforcing fiber B is typically determined according to test standard ASTM C693.
Die kontinuierliche Verstärkungsfaser B ist typischerweise ein Bündel aus einer Vielzahl von Filamenten. Solche Filamentbündel (auch als Multifilamente bezeichnet) werden bei der Herstellung von Fasern gebildet. Die erfindungsgemäße kontinuierliche Verstärkungsfaser B entspricht daher einem Filamentbündel aus einer Vielzahl von Einzelfilamenten. The continuous reinforcement fiber B is typically a bundle of a multiplicity of filaments. Such bundles of filaments (also referred to as multifilaments) are formed during the manufacture of fibers. The continuous reinforcing fiber B according to the invention therefore corresponds to a filament bundle made up of a large number of individual filaments.
Typischerweise umfasst die kontinuierliche Verstärkungsfaser B eine Vielzahl von Einzelfilamenten, wobei der mittlere Filament-Durchmesser in einem Bereich von 2 bis 35 pm, bevorzugt 5 bis 25 pm, liegt. Oftmals sind die Filamente der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B zu Rovings, Geweben und/oder Garnen gebündelt. Typically, the continuous reinforcing fiber B comprises a large number of individual filaments, the mean filament diameter being in a range from 2 to 35 μm, preferably from 5 to 25 μm. The filaments of the continuous reinforcing fiber B are often bundled into rovings, fabrics and/or yarns.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform weisen die kontinuierlichen Verstärkungsfasen B mindestens auf einem Teil ihrer Oberfläche eine oder mehrere funktionelle Gruppen, bevorzugt polare funktionelle Gruppen, insbesondere bevorzugt funktionelle Gruppen ausgewählt aus Hydroxy-, Ester-, Amino- und Silanol-Gruppen, auf. Die auf der Oberfläche der kontinuierliche Verstärkungsfasern B angeordneten polaren funktionel- len Gruppen können unmittelbar durch das Fasermaterial selbst ausgebildet sein (insbesondere bei Glasfasern) oder durch das Aufbringen mindestens eine Schlichtemittels auf der Oberfläche der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B aufgebracht werden. In a further preferred embodiment, the continuous reinforcing fibers B have one or more functional groups, preferably polar functional groups, particularly preferably functional groups selected from hydroxyl, ester, amino and silanol groups, on at least part of their surface. The polar functional fibers arranged on the surface of the continuous reinforcing fibers B Len groups can be formed directly by the fiber material itself (especially in the case of glass fibers) or by applying at least one sizing agent to the surface of the continuous reinforcing fibers B.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die kontinuierliche Verstärkungsfaser B somit ein Schlichtemittel umfassen, das auf mindestens einen Teil der Oberfläche der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B aufgebracht ist. Fasern für faserige Verstärkungsmaterialien werden häufig mit einem Schlichtemittel behandelt, insbesondere um die Verstärkungsfasern zu schützen. Eine gegenseitige Schädigung durch Abrieb kann so verhindert werden. Wenn eine mechanische Einwirkung auftritt, darf keine Kreuzfragmentierung (Bruch) der Verstärkungsfasern auftreten. Zusätzlich kann durch das Schlichtemittel eine Agglomeration der Verstärkungsfasern vermieden werden. Ein Schlichtemittel kann ferner zu einer verbesserten Kohäsion zwischen den Verstärkungsfasern und der Polymermatrix in dem Verbundwerkstoff V beitragen. Thus, in one embodiment of the invention, the continuous reinforcing fiber B may comprise a sizing agent applied to at least a portion of the surface of the continuous reinforcing fiber B . Fibers for fibrous reinforcing materials are often treated with a sizing agent, particularly to protect the reinforcing fibers. Mutual damage caused by abrasion can thus be prevented. If a mechanical impact occurs, there must be no cross-fragmentation (breakage) of the reinforcing fibers. In addition, the sizing agent can prevent agglomeration of the reinforcing fibers. A sizing agent can also contribute to improved cohesion between the reinforcing fibers and the polymer matrix in the composite material V.
Geeignete Schlichtemittel umfassen im Allgemeinen eine große Anzahl verschiedener Bestandteile wie Filmbildner, Gleitmittel, Benetzungsmittel und Klebstoffe. Suitable sizing agents generally include a large number of different ingredients such as film formers, lubricants, wetting agents and adhesives.
Filmbildner schützen die Fasern vor gegenseitiger Reibung und können auch die Affinität zu Polymeren erhöhen, um dadurch die Festigkeit und Haftung des Verbundwerkstoffs zu fördern. Stärkederivate, Polymere und Copolymere von Vinylacetat und Acrylester, Epoxidharzemulsionen, Polyurethanharze und Polyamide mit einem Anteil von 0,5 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schlichtemittels, sind zu nennen. Film formers protect the fibers from rubbing against each other and can also increase affinity for polymers, thereby promoting composite strength and adhesion. Mention may be made of 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% by weight, based on the total weight of the sizing agent.
Gleitmittel verleihen den Fasern und ihren Produkten Geschmeidigkeit und verringern die gegenseitige Reibung der Verstärkungsfasern. Oft wird jedoch die Haftung zwischen Verstärkungsfaser und Polymer durch die Verwendung von Gleitmitteln beeinträchtigt. Zu nennen sind Fette, Öle und Polyalkylenamine in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schlichtemittels. Lubricants give the fibers and their products flexibility and reduce the friction between the reinforcing fibers. However, the adhesion between the reinforcing fiber and the polymer is often impaired by the use of lubricants. Mention should be made of fats, oils and polyalkyleneamines in an amount of 0.01 to 1% by weight, based on the total weight of the sizing agent.
Benetzungsmittel bewirken eine Verringerung der Oberflächenspannung und eine verbesserte Benetzung der Filamente mit dem Schlichtemittel. Für die wässrige Ausrüstung sind beispielsweise Polyfettsäureamide mit einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schlichtemittels, zu nennen. Oft gibt es keine geeignete Affinität zwischen der Polymermatrix und den Verstärkungsfasern. Dies kann durch Klebstoffe überwunden werden, die die Haftung von Polymeren auf der Faseroberfläche erhöhen. Typischerweise werden organofunktionalisierte Silane wie Aminopropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxyslian, Glycidyloxypropyltri- methoxysilan und dergleichen verwendet. Wetting agents cause a reduction in surface tension and improved wetting of the filaments with the sizing agent. For example, polyfatty acid amides in an amount of 0.1 to 5% by weight, based on the total weight of the sizing agent, should be mentioned for aqueous finishing. Often there is no suitable affinity between the polymer matrix and the reinforcing fibers. This can be overcome by using adhesives that increase the adhesion of polymers to the fiber surface. Typically, organofunctionalized silanes such as aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltrimethoxysilane, and the like are used.
In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B der vorliegenden Erfindung (im Wesentlichen) frei von einem Schlichtemittel, d.h. sie umfassen weniger als 3 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, und insbesondere weniger als 0,1 Gew.-%, an Schlichtemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B. Wenn die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B (z.B. herstellungsbedingt) ein Schlichtemittel umfassen, das auf mindestens einen Teil der Oberfläche der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B aufgebracht ist, kann das Schlichtemittel vor der Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung entfernt werden. Dies kann zum Beispiel durch thermische Entschlichtungsprozesse (z. B. Verbrennung des Schlichtemittels) erreicht werden. In an alternative, preferred embodiment of the invention, the continuous reinforcing fibers B of the present invention are (essentially) free of a sizing agent, i.e. they comprise less than 3% by weight, preferably less than 1% by weight, and in particular less than 0 1% by weight of sizing agent, based on the total weight of the continuous reinforcing fibers B. If the continuous reinforcing fibers B (e.g. due to production) comprise a sizing agent which is applied to at least part of the surface of the continuous reinforcing fibers B, the sizing agent can be present of use according to the present invention. This can be achieved, for example, by thermal desizing processes (e.g. incineration of the sizing agent).
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B um eine oder mehrere Glasfasern. Insbesondere bevorzugt handelt es sich bei der mindestens einer kontinuierlichen Verstärkungsfaser B um eine oder mehrere Glasfasern, deren Oberfläche funktionelle Gruppen, ausgewählt aus Hydroxy-, Ester-, Amino- und Silanol-Gruppen, bevorzugt Silanolgruppen, umfasst. In one embodiment, the continuous reinforcing fiber B is one or more glass fibers. The at least one continuous reinforcing fiber B is particularly preferably one or more glass fibers whose surface comprises functional groups selected from hydroxyl, ester, amino and silanol groups, preferably silanol groups.
Typischerweise werden die bekannten Qualitäten von Glasfasern, je nach Anforderungen und Einsatzgebiet, verwendet, z.B. Glasfasern vom Typ E-Glas (E=Electric; Alumi- niumborsilikat-Glas mit weniger als 2 % Alkali-oxiden), S-Glas (S=Strength; Aluminium- silikat-Glas mit Zusätzen von Magnesiumoxid), R-Glas (R=Resistance, Aluminiumsilikat- Glas mit Zusätzen von Calcium- und Magnesiumoxid), M-Glas (M=Modulus, berrylium- haltiges Glas), C-Glas (C=Chemical, Faser mit erhöhter Chemikalienbeständigkeit), ECR-Glas (E-Glass Corrosion Resistant), D-Glas (D = Dielectric, Faser mit niedrigem dielektrischen Verlustfaktor), AR-Glas (AR=Alkaline Resistant, für die Anwendung in Beton entwickelte Faser, mit Zirconium(IV)-oxid angereichert), Q-Glas (Q=Quarz, Faser aus Quarzglas SiÜ2) und Hohlglasfasern. Oftmals werden Glasfasern vom Typ E-Glas als Standardfaser für allgemeine Kunststoffverstärkung und für elektrische Anwendungen eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Glasfasern mit einem Filamentdurchmesser von 5 bis 25 pm eingesetzt, welche üblicherweise Multifilamentgarn (Roving) zusammengefasst werden. Vorzugsweise weist ein solches Multifilamentgarn (Roving) eine Feinheit von 1200 tex auf. Diese werden vorzugsweise sowohl als Kett- als auch als Schussfäden in einem Flächengebilde G eingesetzt. Typically, the well-known qualities of glass fibers are used, depending on the requirements and area of application, e ; aluminum silicate glass with additions of magnesium oxide), R glass (R=Resistance, aluminum silicate glass with additions of calcium and magnesium oxide), M glass (M=modulus, glass containing berrylium), C glass ( C=Chemical, fiber with increased chemical resistance), ECR glass (E-Glass Corrosion Resistant), D glass (D = Dielectric, fiber with low dielectric loss factor), AR glass (AR=Alkaline Resistant, for use in concrete developed fiber enriched with zirconium (IV) oxide), Q-glass (Q=quartz, fiber made of quartz glass SiÜ2) and hollow glass fibers. E-glass fiber is often used as the standard fiber for general plastic reinforcement and electrical applications. In a preferred embodiment of the invention, glass fibers with a filament diameter of 5 to 25 μm are used, which are usually combined with multifilament yarn (roving). Such a multifilament yarn (roving) preferably has a fineness of 1200 tex. These are preferably used both as warp threads and as weft threads in a fabric G.
Darüber hinaus ist es auch möglich Kohlenstoff-Fasern (auch Kohlefasern oder Carbonfasern genannt) als kontinuierliche Verstärkungsfaser B einzusetzen. Typischerweise sind Kohlenstoff-Fasern industriell gefertigte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch an den Rohstoff angepasste chemische Reaktionen in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden. Es können gängige isotrope und anisotrope Typen eingesetzt werden, wobei anisotrope Fasern typischerweise hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung in axialer Richtung aufweisen. Oftmals werden Kohlenstofffasern als Versteifungskomponente für den Leichtbau eingesetzt. Typischerweise weisen Kohlenstoff-Fasern einen Durchmesser von etwa 5 bis 9 Mikrometer auf, wobei üblicherweise 1.000 bis 24.000 Filamente zu einem Multifilamentgarn (Roving) zusammengefasst werden. In addition, it is also possible to use carbon fibers (also called carbon fibers or carbon fibers) as the continuous reinforcing fiber B. Typically, carbon fibers are industrially manufactured fibers made from carbon-containing starting materials, which are converted into graphite-like carbon by chemical reactions adapted to the raw material. Common isotropic and anisotropic types can be used, with anisotropic fibers typically having high strength and rigidity combined with low elongation at break in the axial direction. Carbon fibers are often used as a stiffening component for lightweight construction. Typically, carbon fibers have a diameter of about 5 to 9 microns, with 1,000 to 24,000 filaments usually being combined to form a multifilament yarn (roving).
Die kontinuierliche Verstärkungsfaser B wird bevorzugt als Flächengebilde G eingesetzt. Das Flächengebilde G ist bevorzugt ein Gelege, ein Gewebe, eine Matte, ein Vlies, ein Gewirk, ein Geflecht oder ein Multiaxialgelege, welches mindestens teilweise aus Filamentbündeln der kontinuierliche Verstärkungsfasern B gebildet ist. Bevorzugt ist die kontinuierliche Verstärkungsfaser B als Flächengebilde G, bevorzugt ausgewählt aus Geweben, Matten, Vliesen, Gelegen und Gewirken, insbesondere Geweben und Gelegen, in dem Verbundwerkstoff V eingebettet. The continuous reinforcing fiber B is preferably used as the fabric G. The flat structure G is preferably a scrim, a woven fabric, a mat, a fleece, a knitted fabric, a mesh or a multiaxial scrim, which is formed at least partially from filament bundles of the continuous reinforcing fibers B. The continuous reinforcing fiber B is preferably embedded in the composite material V as a flat structure G, preferably selected from woven fabrics, mats, nonwoven fabrics, scrims and knitted fabrics, in particular woven fabrics and scrims.
Die Weiterverarbeitung kontinuierliche Verstärkungsfaser B zu Flächengebilden G in Form von textilen Halbzeugen wie z. B. Gelegen, Geweben, Matten, Vliesen, Gewirken, Geflechten oder Multiaxialgelegen, erfolgt üblicherweise auf Webmaschinen, Flechtmaschinen oder Multiaxial-Wirkmaschinen bzw. im Bereich der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen direkt auf Prepreganlagen, Strangziehanlagen (Pultrusionsanla- gen) oder Wickelmaschinen. Die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B können als Flächengebilde G in beliebiger Orientierung und Anordnung in den Verbundwerkstoff V eingebettet sein. Oftmals liegen die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B in dem Verbundwerkstoff V nicht statistisch gleichverteilt vor, sondern als Flächengebilde G, d.h. 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 Verbundwerkstoffs V ausgegangen, wobei der Verbundwerkstoff V eine Vielzahl von Flächengebilde G, umfassend die kontinuierliche Verstärkungsfasern B, umfasst. The further processing of continuous reinforcing fiber B to fabrics G in the form of semi-finished textile products such. g. scrims, woven fabrics, mats, nonwovens, knitted fabrics, braids or multiaxial fabrics, is usually carried out on weaving machines, braiding machines or multiaxial knitting machines or, in the area of the production of fiber-reinforced plastics, directly on prepreg systems, pultrusion systems (pultrusion systems) or winding machines. The continuous reinforcing fibers B can be embedded in the composite material V as a flat structure G in any orientation and arrangement. The continuous reinforcing fibers B are often not statistically evenly distributed in the composite material V, but rather as a flat structure G, ie in levels with a higher and in levels with a lower proportion (therefore as more or less separate layers). A laminate-like or laminar structure of the composite material V is preferably assumed, the composite material V comprising a multiplicity of flat structures G, comprising the continuous reinforcing fibers B.
Derartig gebildete flächige Laminate enthalten typischerweise schichtweise aufgebaute Verbünde aus flächigen Verstärkungslagen (Flächengebilde G umfassend kontinuierliche Verstärkungsfasern B) und Lagen einer benetzenden und zusammenhaltenden Mat- rixzusammensetzung (hierin auch als Matrixzusammensetzung M bezeichnet), welche mindestens die thermoplastische Formmasse A umfasst. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B schichtweise in den Verbundwerkstoff V eingebettet. Bevorzugt liegen die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B als Flächengebilde G vor. Flat laminates formed in this way typically contain composites built up in layers from flat reinforcement layers (surface structure G comprising continuous reinforcement fibers B) and layers of a wetting and cohesive matrix composition (also referred to herein as matrix composition M), which comprises at least the thermoplastic molding composition A. According to a preferred embodiment, the continuous reinforcing fibers B are embedded in the composite material V in layers. The continuous reinforcing fibers B are preferably present as a flat structure G.
In einem Gelege liegen die Fasern typischerweise ideal parallel und gestreckt vor. Es werden zumeist Endlosfasern eingesetzt. Gewebe entstehen typischerweise durch das Verweben von Endlosfasern, beispielsweise von Rovings. Das Verweben von Fasern geht zwangsläufig mit einer Umlenkung (Ondulation) der Fasern einher. Die Ondulation bewirkt insbesondere eine Absenkung der faserparallelen Druckfestigkeit. Matten bestehen meist aus Langfasern, die locker über ein Bindemittel miteinander verbunden werden. Durch den Einsatz von Langfasern sind die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen aus Matten denen von Geweben unterlegen. Vliese sind typischerweise Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) und/oder geschnittenen Garnen, die auf eine beliebige bekannte Weise zu einem Vlies zusammengefügt und meist über ein Bindemittel verbunden worden sind. Gewirke bezeichnen typischerweise Fadensysteme, welche durch Maschenbildung entstanden und verbunden sind. In a fabric, the fibers are typically ideally parallel and stretched. Endless fibers are mostly used. Fabrics are typically created by weaving endless fibers, such as rovings. The weaving of fibers is inevitably accompanied by a deflection (undulation) of the fibers. In particular, the undulation causes a reduction in the compressive strength parallel to the fibers. Mats usually consist of long fibers that are loosely connected to each other with a binding agent. Due to the use of long fibers, the mechanical properties of components made of mats are inferior to those of fabrics. Nonwovens are typically structures made of fibers of limited length, continuous fibers (filaments) and/or chopped yarns which have been joined together in any known manner to form a nonwoven and usually connected via a binder. Knitted fabrics typically refer to thread systems that are created and connected by stitch formation.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Verbundwerkstoff V, der eine Verrippung oder einen Sandwichaufbau aufweist und schichtartig aufgebaut ist. Die Verfahrensschritte zur Verrippung sind dem Fachmann bekannt. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung einen hierin beschriebenen Verbundwerkstoff V, wobei der Verbundwerkstoff V schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei, oftmals mehr als drei Schichten enthält. Beispielhaft können alle Schichten gleichartig sein oder manche der Schichten können andersartig aufgebaut sein. Eine Schicht umfasst dabei mindestens ein Flächengebilde G aus kontinuierliche Verstärkungsfasern B, welche in mindestens eine Matrixzusammensetzung (hierin auch als Matrixzusam- mensetzung M bezeichnet), welche mindestens die thermoplastische Formmasse A umfasst, eingebettet ist. In a further embodiment, the invention relates to a composite material V which has a ribbing or a sandwich structure and is built up in layers. The method steps for ribbing are known to those skilled in the art. In a further embodiment, the invention relates to a composite material V described herein, the composite material V having a layered structure and containing more than two, often more than three, layers. For example, all of the layers can be of the same type or some of the layers can have a different structure. A layer comprises at least one sheet G made of continuous reinforcing fibers B, which is embedded in at least one matrix composition (herein also referred to as matrix composition M), which comprises at least the thermoplastic molding composition A.
Partikelförmiger, anorganischer Füllstoff e Particulate, inorganic filler e
Der erfindungsgemäß hergestellte Verbundwerkstoff V enthält mindestens 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 3 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs V, an mindestens einem partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C. Der Verbundwerkstoff V enthält höchstens 60 Gew.-%, bevorzugt höchstens 45 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs V, an mindestens einem partikelförmigen, anorganischen Füllstoff e. The composite material V produced according to the invention contains at least 1% by weight, preferably at least 3% by weight, particularly preferably at least 4% by weight, based on the total weight of the composite material V, of at least one particulate, inorganic filler C. The composite material V contains at most 60% by weight, preferably at most 45% by weight, particularly preferably at most 40% by weight, based on the total weight of the composite material V, of at least one particulate, inorganic filler e.
Der mindestens eine partikelförmige, anorganische Füllstoff e ist in dem Verbundwerkstoff V von 1 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 45 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 5 bis 40 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Verbundwerkstoff V, enthalten. The at least one particulate, inorganic filler e is contained in the composite material V from 1 to 60% by weight, preferably 3 to 45% by weight, particularly preferably 5 to 40% by weight, based on the composite material V as a whole.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff V mindestens 5 bis 60 Vol.-%, bevorzugt 15 bis 50 Vol.-% und insbesondere bevorzugt 25 bis 40 Vol.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff V, mindestens eines partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C. In a preferred embodiment, the composite material V according to the invention contains at least 5 to 60% by volume, preferably 15 to 50% by volume and particularly preferably 25 to 40% by volume, based on the composite material V, of at least one particulate inorganic filler C .
Der partikelförmige, anorganische Füllstoff C ist vorzugsweise ausgewählt aus Glasfüllstoffen, mineralischen Füllstoffen, keramischen Füllstoffen und Gemischen davon. The particulate, inorganic filler C is preferably selected from glass fillers, mineral fillers, ceramic fillers and mixtures thereof.
Geeignete Glasfüllstoffe umfassen insbesondere Glaspulver und Glashohlköper, besonders bevorzugt Glashohlkörper. Glashohlkörper zeichnen sich durch eine besonders geringe Dichte auf und ermöglichen so die Herstellung faserverstärkter Verbundwerkstoffe V mit einer geringen Dichte. Diese sind als leichte, aber mechanisch stabile Werkstoffe von Vorteil. Suitable glass fillers include, in particular, glass powder and hollow glass bodies, particularly preferably hollow glass bodies. Glass hollow bodies are characterized by a particularly low density and thus enable the production of fiber-reinforced composites V with a low density. These are advantageous as light but mechanically stable materials.
Geeignete mineralische Füllstoffe umfassen insbesondere Silikate, Phosphate, Sulfate, Carbonate, Hydroxide und Borate, besonders bevorzugt Carbonate. Carbonate, insbesondere Calciumcarbonat, zeichnen sich vorteilhaft durch eine weltweite Verfügbarkeit zu einem niedrigen Preis und sind zudem in vielen verschiedenen Größenverteilungen kommerziell erhältlich. Suitable mineral fillers include in particular silicates, phosphates, sulfates, carbonates, hydroxides and borates, particularly preferably carbonates. Carbonates, in particular calcium carbonate, are advantageously characterized by worldwide availability at a low price and are also commercially available in many different size distributions.
Geeignete keramische Füllstoffe umfassen insbesondere wie Bornitrit (BN - Borazon), Aluminiumoxid (AI2O3), Silikate, Siliziumdioxid, Zirconium(IV)-oxid, Titan (IV)-oxid, Alu- miniumtitanat, Bariumtitanat sowie Siliziumcarbid (SiC) und Borcarbid (B4C). Keramische Füllstoffe tragen dabei insbesondere zur Verbesserung der Härte und Kratzfestigkeit des Verbundwerkstoffs V bei. Suitable ceramic fillers include, in particular, boron nitrite (BN - borazon), aluminum oxide (AI2O3), silicates, silicon dioxide, zirconium(IV) oxide, titanium(IV) oxide, aluminum miniumtitanate, barium titanate and silicon carbide (SiC) and boron carbide (B4C ). Ceramic fillers contribute in particular to improving the hardness and scratch resistance of the composite material V.
Bevorzugt ist der mindestens eine partikelförmige, anorganische Füllstoff C ausgewählt aus mineralischen Füllstoffen, welche sowohl in kristalliner Form als auch in amorpher Form (insbesondere als Glasfüllstoffe) vorliegen können. Bevorzugt ist der mindestens eine partikelförmige, anorganische Füllstoff e ausgewählt aus Glaspulver, Glashohlkörpern, amorpher Kieselsäure; Carbonaten (z.B. Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat (Kreide)); gepulvertem Quarz; Glimmer; Silikaten, wie z.B. Tone, Muskovit, Biotit, Suzoit, Zinnmaletit, Talkum, Chlorit, Phlogopit, Feldspat; Kaolin und Calciumsilikaten (wie z.B. Wollastonit). Ganz besonders bevorzugt sind Glashohlkörper, und Carbonate, insbesondere Calciumcarbonat (Kreide). The at least one particulate, inorganic filler C is preferably selected from mineral fillers, which can be present both in crystalline form and in amorphous form (in particular as glass fillers). The at least one particulate, inorganic filler e is preferably selected from glass powder, hollow glass bodies, amorphous silica; carbonates (e.g. magnesium carbonate, calcium carbonate (chalk)); powdered quartz; Mica; silicates such as clays, muscovite, biotite, suzoite, tin maletite, talc, chlorite, phlogopite, feldspar; kaolin and calcium silicates (such as wollastonite). Hollow glass bodies and carbonates, in particular calcium carbonate (chalk), are very particularly preferred.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff V 3 bis 45 Gew.-%, mindestens eines partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C in kristalliner und/oder amorpher Form, ausgewählt aus Silikaten, Phosphaten, Sulfaten, Carbonaten und Boraten. In a preferred embodiment, the composite material V according to the invention contains 3 to 45% by weight of at least one particulate, inorganic filler C in crystalline and/or amorphous form, selected from silicates, phosphates, sulfates, carbonates and borates.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff V > 20 bis < 45 Gew.-%, stärker bevorzugt > 30 bis < 40 Gew.-%, mindestens eines partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C, ausgewählt aus anorganischen Carbonaten, vorzugsweise Calciumcarbonat. Es konnte gezeigt werden, dass es trotz dieser hohen diese Menge an Füllstoff C möglich ist einen Verbundwerkstoff V bereitzustellen, welcher gute mechanische Eigenschaften aufweist und zugleich Oberflächen mit einer besonders geringen Oberflächenwelligkeit, d.h. mit einer besonders glatten Oberfläche aufweist. In a further preferred embodiment, the composite material V according to the invention comprises >20 to <45% by weight, more preferably >30 to <40% by weight, of at least one particulate, inorganic filler C selected from inorganic carbonates, preferably calcium carbonate. It was shown that, despite this high amount of filler C, it is possible to provide a composite material V which has good mechanical properties and at the same time surfaces with a particularly low surface waviness, ie having a particularly smooth surface.
In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff V > 1 bis < 20 Gew.-%, bevorzugt e 3 bis < 10 Gew.-%, mindestens eines partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C, ausgewählt aus Glashohlkörpern. Es konnte gezeigt werden, dass diese Menge an Glashohlkörpern geeignet ist, einen Verbundwerkstoff V geringer Dichte bereitzustellen, welcher Oberflächen mit einer besonders geringen Oberflächenwelligkeit, d.h. mit einer besonders glatten Oberfläche aufweist. In a further alternative preferred embodiment, the composite material V according to the invention comprises >1 to <20% by weight, preferably 3 to <10% by weight, of at least one particulate, inorganic filler C selected from hollow glass bodies. It was possible to show that this quantity of hollow glass bodies is suitable for providing a low-density composite material V which has surfaces with particularly low surface waviness, i.e. with a particularly smooth surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Füllstoffe C mit einer durchschnittlichen Partikelgröße D50 im Bereich von bis zu 300 pm, stärker bevorzugt von bis zu 100 pm, besonders bevorzugt von bis zu 70 pm, insbesondere in einem Bereich von 1 pm bis 50 pm, als partikelförmiger, anorganischer Füllstoff C eingesetzt. In a preferred embodiment, fillers C with an average particle size D50 in the range of up to 300 μm, more preferably of up to 100 μm, particularly preferably of up to 70 μm, in particular in a range of 1 μm to 50 μm, as particulate, inorganic filler C used.
Erfindungsgemäß werden anorganische Füllstoffe C eingesetzt, welche einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Oc (ÖLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, gemessen gemäß ISO 11359-1 und ISO 11359-2) aufweisen, der geringer ist als der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient OA der thermoplastischen Formmasse A, d.h. es gilt Oc < QA Vorzugsweise gilt die Beziehung Oc < 0,3 OA. According to the invention, inorganic fillers C are used which have a linear thermal expansion coefficient Oc (ÖLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, measured according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2) which is lower than the linear thermal expansion coefficient OA of the thermoplastic molding composition A, i.e. Oc < QA Preferably the relation Oc < 0.3 OA applies.
Der mindestens eine partikelförmige, anorganische Füllstoff C weist weiterhin vorzugsweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizient Oc (ÖLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, gemessen gemäß ISO 11359-1 und ISO 11359-2) auf, der 0,2- bis 5-mal so groß ist wie der thermische Ausdehnungskoeffizient OB der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B, stärker bevorzugt 0,3- bis 1-mal so groß, d.h. es gilt 0,2 OBS OC S 5 OB, insbesondere 0,3 OBS OC S T OB. The at least one particulate, inorganic filler C also preferably has a coefficient of thermal expansion Oc (ÖLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, measured according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2) which is 0.2 to 5 times greater as the coefficient of thermal expansion OB of the continuous reinforcing fiber B, more preferably 0.3 to 1 times, i.e. 0.2 OBS OC S 5 OB, particularly 0.3 OBS OC S T OB.
Bevorzugt weist der partikelförmige, anorganische Füllstoff C einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Oc (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, gemessen gemäß ISO 11359-1 und ISO 11359-2) im Bereich von 2*10’6 K'1 bis 20*1 O’6 K’1, bevorzugt 5*1 O'6 K'1 bis 15*10-6 K’1, insbesondere bevorzugt 7*1 O'6 K'1 bis 12*10-6 K'1 auf. Erfindungsgemäß werden anorganische Füllstoffe C eingesetzt, für die die nachfolgende Beziehung (II) gilt: 0,1 bis 2 (II) mit: The particulate, inorganic filler C preferably has a coefficient of linear thermal expansion Oc (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion, measured according to ISO 11359-1 and ISO 11359-2) in the range from 2*10' 6 K' 1 to 20*1 O ' 6 K' 1 , preferably 5*1 O' 6 K' 1 to 15*10 -6 K' 1 , particularly preferably 7*1 O' 6 K' 1 to 12*10 -6 K' 1 . According to the invention, inorganic fillers C are used for which the following relationship (II) applies: 0.1 to 2 (II) With:
Ov,c = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente C in 1/K, Ov,c = coefficient of thermal volume expansion of component C in 1/K,
Anteil C = Gewichtsanteil der Komponente C im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% Z100, Proportion C = proportion by weight of component C in the entire composite material V in % by weight Z100,
OV,B = Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung der Komponente B in 1/K, OV,B = coefficient of thermal volume expansion of component B in 1/K,
Anteil B = Gewichtsanteil der Komponente B im gesamten Verbundwerkstoff V in Gew.-% /100; und wobei gilt: av,c = 3 * 0c; und civ.B = 3 * OB mit: Proportion B=proportion by weight of component B in the entire composite material V in % by weight/100; and where: av,c = 3 * 0c; and civ.B = 3 * OB with:
□A = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente A;□A = average linear thermal expansion coefficient of component A;
OB = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente B; und OB = average linear thermal expansion coefficient of component B; and
Oc = mittlerer linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient der Komponente C. Oc = mean linear thermal expansion coefficient of component C.
Einzelheiten zur Bestimmung des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a und des Koeffizienten der thermischen Volumenausdehnung Ov sind weiter oben beschrieben. Details for determining the linear thermal expansion coefficient a and the coefficient of thermal volume expansion Ov are described above.
Vorzugsweise gilt die Beziehung (IV): av rxAnteil CxDichte B in q/ml - — — = 0,44 bis 1,5 (IV) av BxAnteil BxDichte C in g/ml The relationship (IV) preferably applies: a vr x proportion C x density B in q/ml - - - = 0.44 to 1.5 (IV) a v B x proportion B x density C in g/ml
Es wurde beobachtete, dass bei einem Wert von > 0,44 in der Beziehung (IV) eine Reduzierung der Oberflächenwelligkeit des erhaltenen Verbundwerkstoffs V um 50 % erreicht werden konnte. It was observed that with a value of >0.44 in relation (IV), a 50% reduction in the surface waviness of the composite material V obtained could be achieved.
Stärker bevorzugt gilt die Beziehung (V): 0,50 bis 1,2 More preferably, the relationship (V) applies: 0.50 to 1.2
Die Dichte der anorganischen Füllstoffe C liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 5 g/ml, starker bevorzugt insbesondere 0,2 bis 4 g/ml, insbesondere 0,2 bis 2,8 g/ml. Geeignete Verfahren zur Bestimmung der Dichte sind dem Fachmann bekannt. Die Dichte anorganischer Füllstoffe C wird typischerweise gemäß der Prüfnorm DIN-ISO 787/10 bestimmt. Die Dichte von Glashohlkugeln, welche erfindungsgemäß bevorzugt als partikelförmiger, anorganischer Füllstoff e eingesetzt werden können, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 1 ,0 g/ml, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,2 bis 0,6 g/ml. Die Dichte von Carbonaten, welche erfindungsgemäß bevorzugt als partikelförmiger, anorganischer Füllstoff C eingesetzt werden können, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 ,0 bis 4,0 g/ml, stärker bevorzugt in einem Bereich von 2,0 bis 2,8 g/ml. The density of the inorganic fillers C is preferably in a range of 0.1 to 5 g/ml, more preferably in particular 0.2 to 4 g/ml, especially 0.2 to 2.8 g/ml. Suitable methods for determining the density are known to those skilled in the art. The density of inorganic fillers C is typically determined according to the test standard DIN-ISO 787/10. The density of hollow glass spheres, which can preferably be used according to the invention as particulate, inorganic filler e, is preferably in a range from 0.1 to 1.0 g/ml, more preferably in a range from 0.2 to 0.6 g/ml. ml. The density of carbonates, which can preferably be used according to the invention as particulate, inorganic filler C, is preferably in a range from 1.0 to 4.0 g/ml, more preferably in a range from 2.0 to 2.8 g/ml. ml.
In einer Ausführung der Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs V wird der partikelförmige, anorganische Füllstoff C typischerweise zu der thermoplastischen Formmasse A zugegeben bevor die Komponenten mit der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B kontaktiert werden. In einer anderen Ausführung werden alle drei Komponenten in einem Verfahrensschritt zusammengeführt. Weitere Einzelheiten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs V können dem hierin enthaltenen Abschnitt zum Herstellungsverfahren entnommen werden. In one embodiment of the production of the composite material V according to the invention, the particulate, inorganic filler C is typically added to the thermoplastic molding composition A before the components are contacted with the continuous reinforcing fiber B. In another embodiment, all three components are brought together in one process step. Further details on the production of the composite material V according to the invention can be found in the section on the production process contained herein.
Weitere Additive D Other additives D
Der erfindungsgemäß hergestellte Verbundwerkstoff V kann gegebenenfalls 0 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf den gesamten Verbundwerkstoff V, eines oder mehrerer Additive D enthalten. Typischerweise handelt es sich bei dem optionalen Additiv D um übliche Hilfs- und Zusatzstoffe, die von den Komponenten A bis C verschieden sind. Typische Kunststoffadditive sind beispielsweise in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6. Ausgabe, 2009, beschrieben. The composite material V produced according to the invention can optionally contain 0 to 10% by weight, preferably 0 to 5% by weight, particularly preferably 0.01 to 10% by weight, particularly preferably 0.1 to 5% by weight, based on the entire composite material V, one or more additives D included. Typically, the optional additive D is customary auxiliaries and additives that are different from components A to C. Typical plastic additives are described, for example, in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs V werden die Additive D typischerweise zu der thermoplastischen Formmasse A zugegeben. Beispielsweise kann das mindestens eine weitere Additiv D ausgewählt sein aus Verarbeitungshilfsmittel, Stabilisatoren, Gleit- und Entformungsmitteln, Flammschutzmitteln, Farbstoffen, Pigmenten und Weichmachern. Als Stabilisatoren werden beispielsweise Antioxidantien (Oxidationsverzögerer) sowie Mittel gegen Wärmezersetzung (Wärmestabilisatoren) und Zersetzung durch ultraviolettes Licht (UV-Stabilisatoren) eingesetzt. In the production of the composite material V according to the invention, the additives D are typically added to the thermoplastic molding composition A. For example, the at least one further additive D can be selected from processing aids, stabilizers, lubricants and mold release agents, flame retardants, dyes, pigments and plasticizers. As stabilizers, for example, antioxidants (oxidation retardants) and agents against heat decomposition (heat stabilizers) and decomposition by ultraviolet light (UV stabilizers) are used.
Geeignete UV-Stabilisatoren sind beispielsweise verschiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone. UV-Stabilisatoren werden typischerweise in Mengen bis zu 2 Gew.-%, bevorzugt von 0,01 bis 2 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Verbundwerkstoff V, eingesetzt. Gängige UV-Stabilisatoren sind beispielsweise in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6. Ausgabe, 2009, S. 246- 329 beschrieben. Suitable UV stabilizers include various substituted resorcinols, salicylates, benzotriazoles and benzophenones. UV stabilizers are typically used in amounts of up to 2% by weight, preferably from 0.01 to 2% by weight, based on the composite material V as a whole. Common UV stabilizers are described, for example, in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009, pp. 246-329.
Geeignete Antioxidantien und Wärmestabilisatoren sind beispielsweise sterisch gehinderte Phenole, Hydrochinone, substituierte Vertreter dieser Gruppe, sekundäre aromatische Amine, gegebenenfalls in Verbindung mit phosphorhaltigen Säuren bzw. deren Salze, und Mischungen dieser Verbindungen. Gängige Antioxidantien sind beispielsweise in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6. Ausgabe, 2009, S. 40 bis 64 beschrieben. Vorzugsweise werden Antioxidantien vom Typ Irganox® (BASF) eingesetzt. Antioxidantien und Wärmestabilisatoren werden typischerweise in Mengen bis zu 1 Gew.-%, bevorzugt von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Verbundwerkstoff V, eingesetzt. Examples of suitable antioxidants and heat stabilizers are sterically hindered phenols, hydroquinones, substituted representatives of this group, secondary aromatic amines, optionally in combination with phosphorus-containing acids or their salts, and mixtures of these compounds. Common antioxidants are described, for example, in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009, pages 40 to 64. Antioxidants of the Irganox® (BASF) type are preferably used. Antioxidants and heat stabilizers are typically used in amounts of up to 1% by weight, preferably from 0.01 to 1% by weight, based on the composite material V as a whole.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff V ein oder mehrere Gleit- und Entformungsmittel als Additive D. Gängige Gleit- und Entformungsmittel sind beispielsweise in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6. Ausgabe, 2009, S. 563-580 beschrieben. Geeignete Gleit- und Entformungsmittel sind beispielsweise Stearinsäure, Stearylalkohol, Stearinsäureester und -amide, sowie Ester des Pentaerythrits mit langkettigen Fettsäuren. Es können beispielsweise die Calcium-, Zink- oder Aluminiumsalze der Stearinsäure sowie Dialkylketone, zum Beispiel Distearylketon, eingesetzt werden. In a preferred embodiment, the composite material V according to the invention contains one or more lubricants and mold release agents as additives D. Common lubricants and mold release agents are described, for example, in H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009, p. 563-580. Examples of suitable lubricants and mold release agents are stearic acid, stearyl alcohol, stearic acid esters and amides, and esters of pentaerythritol with long-chain fatty acids. For example, the calcium, zinc or aluminum salts of stearic acid and dialkyl ketones, for example distearyl ketone, can be used.
Weiterhin können auch Ethenoxid-Propenoxid-Copolymere als Gleit- und Entformungsmittel verwendet werden. Ferner können natürliche und/oder synthetische Wachse verwendet werden. Zu nennen sind beispielsweise PP-Wachse, PE-Wachse, PA-Wachse, gepfropfte PO-Wachse, HDPE-Wachsen, PTFE-Wachse, EBS-Wachse, Montanwachs, Carnauba- und Bienenwachse. Gleit- und Entformungsmittel werden typischerweise in Mengen bis zu 1 Gew.-%, bevorzugt von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Verbundwerkstoff V, eingesetzt. Furthermore, ethene oxide-propene oxide copolymers can also be used as lubricants and mold release agents. Natural and/or synthetic waxes can also be used. Examples include PP wax, PE wax, PA wax, grafted PO wax, HDPE wax, PTFE wax, EBS wax, montan wax, carnauba and beeswax. Lubricants and mold release agents are typically used in amounts of up to 1% by weight, preferably from 0.01 to 1% by weight, based on the composite material V as a whole.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße VerbundwerkstoffIn a preferred embodiment, the composite material according to the invention contains
V 0,01 bis 1 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,9 Gew.-% Gleit- und Entformungsmittel als Additive D, wobei das Gleit- und Entformungsmittel bevorzugt ausgewählt ist aus Stearinsäureestern, insbesondere bevorzugt aus Glycerinmonostearat, besonders bevorzugt 1-Glycerinmonostearat. V 0.01 to 1 wt. %, preferably 0.1 to 0.9 wt 1-glycerol monostearate.
Geeignete Flammschutzmittel können halogenhaltige als auch halogenfreie Verbindungen sein. Geeignete Halogenverbindungen sind chlorierte und/oder bromierte Verbindungen, wobei bromierte Verbindungen den chlorierten vorzuziehen sind. 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 Phosphorverbindungen mit einem Molekulargewicht kleiner 2000 g/mol wie zum Beispiel in EP-A 0 363 608 beschrieben. Suitable flame retardants can be halogen-containing or halogen-free compounds. Suitable halogen compounds are chlorinated and/or brominated compounds, with brominated compounds being preferable to chlorinated ones. Halogen-free compounds such as, for example, phosphorus compounds, in particular phosphine oxides and derivatives of phosphorus acids and salts of acids and acid derivatives of phosphorus, are preferably used. Phosphorus compounds particularly preferably contain ester, alkyl, cycloalkyl and/or aryl groups. Also suitable are oligomeric phosphorus compounds with a molecular weight of less than 2000 g/mol, as described, for example, in EP-A 0 363 608.
Ferner können Pigmente und Farbstoffe in den erfindungsgemäßen VerbundwerkstoffenFurthermore, pigments and dyes in the composite materials according to the invention
V als Additive D enthalten sein. Diese sind typischerweise in Mengen von 0 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Verbundwerkstoff V, enthalten. Typische Pigmente zur Einfärbung von Thermoplasten sind allgemein bekannt, siehe z.B. H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6. Ausgabe, 2009, S. 855-868 und 883-889 sowie 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 PbCOs ■ Pb(OH)2), Lithopone, Antimonweiß und Titandioxid. Von den beiden gebräuchlichsten Kristallmodifikationen (Rutil- und Ana- tas-Typ) des Titandioxids wird insbesondere die Rutilform zur Weißfärbung der erfindungsgemäßen Formmassen verwendet. Als weitere bevorzugte Gruppe von Pigmenten sind schwarze Farbpigmente zu nennen, wie beispielsweise Eisenoxidschwarz (FesO^, Spinellschwarz (Cu(Cr,Fe)2O4), 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. Ben- zing, Pigmente für Anstrichmittel, Expert-Verlag (1988), S. 78ff). V be included as additives D. These are typically present in amounts of 0 to 10% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight and in particular 0.5 to 8% by weight, based on the composite V as a whole. Typical pigments for coloring thermoplastics are well known, see for example H. Zweifel et al., Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 6th edition, 2009, pp. 855-868 and 883-889 and R. Gachter and H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, pp. 494 to 510. The first preferred group of pigments are white pigments, such as zinc oxide, zinc sulfide, white lead (2 PbCOs·Pb(OH)2), lithopone, antimony white and titanium dioxide. Of the two most common crystal modifications (rutile and anatase type) of titanium dioxide, the rutile form in particular is used to whiten the molding compositions of the invention. Another preferred group of pigments are black color pigments, such as iron oxide black (FesO 4 , spinel black (Cu(Cr,Fe) 2 O 4 ), manganese black (mixture of manganese dioxide, silicon oxide and iron oxide), cobalt black and antimony black, as well as being particularly preferred Carbon black, which is mostly used in the form of furnace or gas black (see G. Benzing, Pigmente für Anstrichmittel, Expert-Verlag (1988), p. 78ff).
Weiterhin 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 Kupferphthalocyaninen. In addition, inorganic colored pigments, such as chrome oxide green, or organic colored pigments, such as azo pigments and phthalocyanines, can be used according to the invention to set specific shades. Such pigments are generally commercially available. Furthermore, it can be advantageous to use the pigments or dyes mentioned in a mixture, for example carbon black with copper phthalocyanines.
Neben den genannten Additiven, welche üblicherweise der thermoplastischen Formmasse A zugesetzt werden, können auch die kontinuierlichen Verstärkungsfasern B Additive insbesondere in Form einer Oberflächenbeschichtung, einer sogenannten Schlichte (Schlichtemittel), umfassen. Typischerweise enthalten Schlichtemittel im Allgemeinen eine große Anzahl verschiedener Bestandteile wie Filmbildner, Gleitmittel, Benetzungsmittel und Klebstoffe. Diese sind hierin im Abschnitt der Beschreibung der kontinuierlichen Verstärkungsfasern B näher beschrieben. In addition to the additives mentioned, which are usually added to the thermoplastic molding composition A, the continuous reinforcing fibers B can also comprise additives, in particular in the form of a surface coating, a so-called size (size). Typically, sizing agents generally contain a large number of different ingredients such as film formers, lubricants, wetting agents and adhesives. These are described in more detail in the description of continuous reinforcing fibers B section herein.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele und Ansprüche weiter erläutert. The present invention is further illustrated by the following examples and claims.
Beispiele examples
Es wurden verschiedene faserverstärkte Verbundwerkstoffe V aus den Komponenten A1 , A2, B, C1 bzw. C2 und D hergestellt. Die Komponenten und Methoden zu deren Charakterisierung sind nachfolgend beschrieben. Various fiber-reinforced composite materials V were produced from components A1, A2, B, C1 or C2 and D. The components and methods for their characterization are described below.
Charakterisierungsmethoden characterization methods
Die eingesetzten Komponenten wurden, sofern nicht anders angegeben, gemäß den nachfolgend beschriebenen Methoden charakterisiert. Unless otherwise stated, the components used were characterized according to the methods described below.
Die Dichte der Verbundwerkstoffe V wurde gemäß DIN EN ISO 1183-1 :2019-09 an Probekörpern im Eintauchverfahren ermittelt. The density of the composite materials V was determined according to DIN EN ISO 1183-1:2019-09 on test specimens using the immersion method.
Die Dichte der Formmassen A wurde gemäß DIN EN ISO 1183-1 :2019-09 ermittelt.The density of the molding compounds A was determined in accordance with DIN EN ISO 1183-1:2019-09.
Die Dichte der Verstärkungsfasern B wurde gemäß ASTM C693 ermittelt. The density of the reinforcing fibers B was determined according to ASTM C693.
Die Dichte des Füllstoffs C wird typischerweise gemäß DIN-ISO 787/10 ermittelt. Die Schmelze-Massefließraten MFR (Melt Flow Rate) wurde gemäß DIN EN ISO 1133 bei 230 °C / 2,16 kg für das Polymer A1 bzw. bei 190 °C / 0,325 kg für das polar funkti- onalisiertes Polymer A2 ermittelt. The density of the filler C is typically determined according to DIN-ISO 787/10. The melt mass flow rate MFR (melt flow rate) was determined according to DIN EN ISO 1133 at 230° C./2.16 kg for the polymer A1 and at 190° C./0.325 kg for the polar functionalized polymer A2.
Der Schmelzpunkt Tm wurde mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (Differential Scanning Calorimetry, DSC) gemäß DIN EN ISO 11357-3 ermittelt. The melting point Tm was determined by means of differential scanning calorimetry (DSC) in accordance with DIN EN ISO 11357-3.
Die mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion) wurden als arithmetisches Mittel aus den Werten in längs und quer Richtung gemäß ISO 11359-1 und ISO 11359-2 ermittelt. The mean linear thermal expansion coefficients a (CLTE, Coefficient of Linear Thermal Expansion) were determined as the arithmetic mean of the values in the longitudinal and transverse directions in accordance with ISO 11359-1 and ISO 11359-2.
Der mittlere Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung Ov wurde gemäß der Gleichung Ov = 3 * a ermittelt. The average coefficient of thermal volume expansion Ov was determined according to the equation Ov = 3 * a.
Eingesetzte Komponenten A, B, C und D Components A, B, C and D used
Polymer A1 Polyolefin Polymer A1 polyolefin
Propen-Ethen-Copolymer, mit einer Dichte von 0,898 g/cm3 bis 0,900 g/cm3; einer Schmelz-Massefließrate MFR (230 °C/2,16 kg) von 90 bis 110 ml/10 min, meist 100 ml/10 min; einem Schmelzpunkt (DSC) von 135 °C bis 159 °C, einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten OAI = 60*1 O'6 K'1 bis 90*1 O'6 K’1, Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung OV,AI = 3 * OAI = 180*10'6 K'1 bis 270*1 O'6 K'1 propene-ethene copolymer having a density of 0.898 g/cm 3 to 0.900 g/cm 3 ; a melt mass flow rate MFR (230°C/2.16 kg) of 90 to 110 ml/10 min, mostly 100 ml/10 min; a melting point (DSC) of 135 °C to 159 °C, a thermal expansion coefficient OAI = 60*1 O' 6 K' 1 to 90*1 O' 6 K' 1 , coefficient of thermal volume expansion OV,AI = 3 * OAI = 180*10' 6 K' 1 to 270*1 O' 6 K' 1
Polar funktionalisiertes Polymer A2 Propen-Pfropfcopolymer Polar Functionalized Polymer A2 Propene Graft Copolymer
(PRIEX® 20093 von BYK-Chemie)(PRIEX® 20093 from BYK-Chemie)
Chemisch modifiziertes Propen-Pfropfcopolymer (weißes Granulat) mit aufgepfropftem Maleinsäureanhydrid (0,15 bis 0,25 Gew.-%) mit einer Dichte von etwa 0,9 g/cm3. Schmelze-Massefließrate MFR (190 °C/0,325 kg) 9 g/10 min bis 13 g/10 min; Schmelzpunkt (DSC) 160 °C bis 165 °C. Chemically modified propene graft copolymer (white granules) with grafted maleic anhydride (0.15 to 0.25% by weight) having a density of about 0.9 g/cm 3 . melt mass flow rate MFR (190°C/0.325 kg) 9 g/10 min to 13 g/10 min; Melting point (DSC) 160°C to 165°C.
Kontinuierliche Verstärkungsfaser B Glasfaser Continuous reinforcement fiber B glass fiber
(E-Glasfasern von Lange + Ritter GmbH)(E-glass fibers from Lange + Ritter GmbH)
Als kontinuierliche Verstärkungsfaser B wurde ein Glasfaser-Köpergewebe 2/2 mit folgenden Eigenschaften eingesetzt: Schlichte PP-kompatibel, Flächengewicht 600 g/m2, 1200 tex Rovinggarn in Kette und Schuss, 25 Fd/10 cm in Kett- und Schussrichtung, thermische Ausdehnungskoeffizienten QB = 5*1 O'6 K'1 bis 6*1 O'6 K’1, Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung OV,B = 3 * OB = 15*10'6 K'1 bis 18*10'6 K'1 (16,5*1 O'6 K'1), Dichte B = 2,55 g/ml bis 2,58 g/ml (2,57 g/ml). A glass fiber twill fabric 2/2 with the following properties was used as continuous reinforcement fiber B: size PP-compatible, basis weight 600 g/m 2 , 1200 tex roving yarn in warp and weft, 25 threads/10 cm in warp and weft direction, coefficient of thermal expansion QB = 5*1 O' 6 K' 1 to 6*1 O' 6 K' 1 , coefficient of thermal volume expansion OV,B = 3 * OB = 15*10' 6 K' 1 to 18*10' 6 K' 1 (16.5*1 O' 6 K' 1 ), density B = 2.55 g/ml to 2.58 g/ml (2.57 g/ml).
Anorganischer Füllstoff C Inorganic filler C
Es wurden die folgenden Füllstoffe C eingesetzt: The following fillers C were used:
C1 CaCOs mit einer mittleren Teilchengröße von 35 pm C1 CaCOs with a mean particle size of 35 pm
(Omyacarb® 30-AV von OMYA) (Omyacarb® 30-AV from OMYA)
Thermische Ausdehnungskoeffizienten aci = 10*10-6 K’1, Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung av,ci = 3 * aci = 30*10'6 K’1, Dichte C1 = 2, 3-2, 8 g/ml (2,65 g/ml) Coefficient of thermal expansion aci = 10*10 -6 K' 1 , coefficient of thermal volume expansion av,ci = 3 * aci = 30*10' 6 K' 1 , density C1 = 2.3-2.8 g/ml (2, 65g/ml)
C2 Glashohlkugeln mit einer mittleren Teilchengröße von 20 pm C2 Hollow glass spheres with an average particle size of 20 μm
(Glass Bubbles iM16K von 3M™) (Glass Bubbles iM16K by 3M™)
Thermische Ausdehnungskoeffizienten Oc2 = 8*1 O'6 K'1 bis 9*1 O'6 K'1 , Koeffizient der thermischen Volumenausdehnung av,c2 = 3 * Oc2 = 24*10'6 K'1 27*10'6 K'1 (25,5*10-6 K'1), Dichte C2 = 0.46 g/ml Thermal expansion coefficients Oc2 = 8*1 O' 6 K' 1 to 9*1 O' 6 K' 1 , coefficient of thermal volume expansion av,c2 = 3 * Oc2 = 24*10' 6 K' 1 27*10' 6 K ' 1 (25.5*10 -6 K' 1 ), density C2 = 0.46 g/ml
Additiv D Destilliertes Monoglycerid (1-Glycerinmonostearat, weißes Pulver). Dimodan® HP von DuPont Danisco Additive D Distilled monoglyceride (1-glycerol monostearate, white powder). Dimodan® HP from DuPont Danisco
Matrixzusammensetzung M Matrix composition M
Als Matrixzusammensetzung M wurde eine Mischung aus der thermoplastischen Formmasse A (umfassend die Polymere A1 und A2) und dem Additiv D mit folgender Zusammensetzung verwendet: A mixture of the thermoplastic molding composition A (comprising the polymers A1 and A2) and the additive D with the following composition was used as the matrix composition M:
Tabelle 1. Zusammensetzung der Matrixzusammensetzung M und füllstofffreie thermo- plastische Zusammensetzung. Die Matrixzusammensetzung M wird durch intensives Mischen der Komponenten A1 , A2, D und C in einem Extruder erhalten. Die Matrixzusammensetzung M wurde als Pulver und als Film mit einer Stärke von 67 pm und 135 pm bereitgestellt. Eine Füllstoff enthaltende Materialzusammensetzung (M+C) wurde als Film F(M+C) bereitgestellt, indem die Komponenten A1 , A2, D und C vermischt und zu einem Film mit einer Stärke von 135 pm und 270 pm ausgebildet wurden. Table 1. Composition of matrix composition M and unfilled thermoplastic composition. The matrix composition M is obtained by intensively mixing components A1, A2, D and C in an extruder. The matrix composition M was provided as a powder and as a film with a thickness of 67 µm and 135 µm. A composition of matter containing filler (M+C) was prepared as film F(M+C) by mixing components A1, A2, D and C and forming into a film having a thickness of 135 µm and 270 µm.
Herstellungsverfahren production method
Aus den oben beschriebenen Komponenten wurden die in Tabelle 1 beschriebenen Verbundwerkstoffe V mit einem Anteil an 40 bis 48 Vol.-% Verstärkungsfaser B und zwei Lagen des Glasfaser-Köpergewebes mittels eines beschriebenen Heißpressen-Verfah- rens hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung der Verbundwerkstoffe V umfasst die folgenden Verfahrensschritte, die nachfolgend näher erläutert sind: i) Bereitstellen mindestens eines Flächengebildes G aus kontinuierlichen Verstärkungsfasern B: die kontinuierliche Verstärkungsfaser wird als Rollenware verwendet, und innerhalb des Prozesses abgerollt; ii) Bereitstellen mindestens eines thermoplastischen Films aus thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, enthaltend die thermoplastische Formmasse A und den mindestens einen anorganischen Füllstoff C; iii) Zusammenführen der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, enthaltend die thermoplastische Formmasse A und den mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff e, mit dem Flächengebilde G aus kontinuierlichen Verstärkungsfasern B: die Matrixzusammensetzung M und die kontinuierliche Verstärkungsfaser B werden in den unten beschriebenen Weisen bei 160-220°C zusammengeführt; iv) Imprägnierung der kontinuierlichen Verstärkungsfaser B mit der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M: der zusammengeführte Lagenaufbau wird in einer Intervallheißpresse verpresst, der Aufbau enthaltend die thermoplastische Matrix A, die kontinuierliche Verstärkungsfaser B und den Füllstoff C wird zwischen zwei Stahl-Trennblechen verarbeitet. Dabei wird das Presswerkzeug auf die Pressspezies gesenkt und wieder angehoben, im Hub-Zyklus wird die Spezies ein Stück weitergezogen. Das Presswerkzeug hat dabei eine Temperatur von 200-280 °C. Der Verbund wird jeweils pro Hub für 5-40 Sekunden bei 1-3 MPa gepresst; v) Konsolidierung des Verbundwerkstoffs V: nach der Heißpresszone wird der Verbund mit den Trennblechen in eine kältere Zone des Presswerkzeugs überführt. Hier beträgt die Temperatur 80-180 °C. Der Verbund wird pro Hub für 5-40 Sekunden bei 1-3 MPa verpresst. Hierbei wird das Matrixmaterial solidifiziert und ein fertiger Verbundwerkstoff V erhalten; vi) optional Abkühlen und optional weitere Verfahrensschritte. The composite materials V described in Table 1 with a proportion of 40 to 48% by volume of reinforcing fibers B and two layers of the glass fiber twill fabric were produced from the components described above by means of a described hot-pressing process. The process for producing the composite materials V comprises the following process steps, which are explained in more detail below: i) providing at least one sheet G made of continuous reinforcing fibers B: the continuous reinforcing fibers are used as rolled goods and unrolled within the process; ii) providing at least one thermoplastic film from thermoplastic matrix composition M containing the thermoplastic molding compound A and the at least one inorganic filler C; iii) bringing together the thermoplastic matrix composition M containing the thermoplastic molding composition A and the at least one particulate inorganic filler e, with the sheet G of continuous reinforcing fibers B: the matrix composition M and the continuous reinforcing fiber B are in the manners described below at 160-220 °C merged; iv) Impregnation of the continuous reinforcing fiber B with the thermoplastic matrix composition M: the assembled layer structure is pressed in an interval hot press, the structure containing the thermoplastic matrix A, the continuous reinforcing fiber B and the filler C is processed between two steel dividing sheets. The pressing tool is lowered onto the pressing species and raised again, and the species is pulled a little further in the lifting cycle. The pressing tool has a temperature of 200-280 °C. The composite is pressed at 1-3 MPa for 5-40 seconds per stroke; v) Consolidation of the composite V: after the hot-pressing zone, the composite with the separating plates is transferred to a colder zone of the pressing tool. Here the temperature is 80-180 °C. The composite is pressed at 1-3 MPa for 5-40 seconds per stroke. Here, the matrix material is solidified and a finished composite material V is obtained; vi) optional cooling and optional further process steps.
Verfahrensschritte i) und ii) Process steps i) and ii)
Verfahrensschritt i) umfasst die Bereitstellung des eingesetzten Glasfaser-Köpergewe- bes indem dieses flächig ausgelegt wird. Verfahrensschritt ii) umfasst die Bereitstellung eine Films aus thermoplastischer Matrixzusammensetzung M gemäß Tabelle 1. Process step i) includes the provision of the glass fiber twill fabric used by laying it out flat. Process step ii) comprises the provision of a film of thermoplastic matrix composition M according to Table 1.
Verfahrensschritt iii) wurde in zwei alternativen Ausführungsformen durchgeführt, welche nachfolgend als Verfahrensschritte iii-a) und iii-b) beschrieben sind. Process step iii) was carried out in two alternative embodiments, which are described below as process steps iii-a) and iii-b).
Verfahrensschritt iii-a) (Vergleichsversuche) Process step iii-a) (comparative tests)
Das Flächengebilde G aus kontinuierlichen Verstärkungsfasern B wurde in seiner vollen Flächenausdehnung flach bereitgestellt. Auf das Flächengebilde G wurde die Matrixzusammensetzung M und optional der Füllstoff C jeweils in Form von Pulver in einem Schritt aufgebracht. Der Verbund wurde über eine Heißpresse aufgeheizt, sodass eine Verbindung der Matrixzusammensetzung M mit dem Flächengebilde G und optional dem Füllstoff C hergestellt wurde. Der Verbundwerkstoff V wurde in diesem Schritt nicht vollständig konsolidiert. The sheet G of continuous reinforcing fibers B was provided flat in its full areal extent. The matrix composition M and optionally the filler C were each applied in the form of powder to the fabric G in one step. The composite was heated using a hot press so that the matrix composition M was bonded to the fabric G and optionally the filler C. Composite V was not fully consolidated at this step.
Verfahrensschritt iii-b) (erfindungsgemäß) Process step iii-b) (according to the invention)
Das Flächengebilde G wurde in seiner vollen Flächenausdehnung flach bereitgestellt. Filme, hergestellt aus der Matrixzusammensetzung M und dem Füllstoff C wurden verwendet. Lagenaufbauten aus dem Flächengebilde G und der Filme wurden produziert und in einer Heißpresse direkt zum fertig konsolidierten Verbundmaterial V verpresst. The fabric G was provided flat over its full area extent. Films made from Matrix Composition M and Filler C were used. Layer constructions from the fabric G and the films were produced and pressed directly into the fully consolidated composite material V in a hot press.
Verfahrensschritte iv) + v) Process steps iv) + v)
Die nachfolgenden Versuche wurden auf einer Intervall-Heißpresse (Hersteller: Teubert Maschinenbau GmbH, Typ HP007), welche in der Lage ist, einen Verbundwerkstoff aus Polymerfolie, Schmelze oder Pulver herzustellen, zur quasi-kontinuierlichen Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen, Laminaten und Sandwichplatten durchgeführt. The following tests were carried out on an interval hot press (manufacturer: Teubert Maschinenbau GmbH, type HP007), which is capable of producing a composite material from polymer film, melt or powder, for quasi-continuous production of fiber-reinforced thermoplastic semi-finished products, laminates and sandwich panels.
Charakterisierung des Verfahrensschrittes iii): Characterization of process step iii):
Der Verfahrensschritt iii) stellt die Zusammenführung der verschiedenen Komponenten dar. Hierbei wurde jeweils beurteilt inwiefern es beim Herstellungsverfahren Anhaftungen am Presswerkzeug auftraten: Process step iii) represents the merging of the various components. In each case, an assessment was made of the extent to which adhesions occurred on the pressing tool during the manufacturing process:
1 keine Anhaftungen am Presswerkzeug 1 no buildup on the pressing tool
2 geringe Anhaftungen am Presswerkzeug 2 small adhesions on the pressing tool
3 mittlere Anhaftungen am Presswerkzeug 3 medium adhesions on the pressing tool
4 starke Anhaftungen am Presswerkzeug 4 strong adhesions on the pressing tool
Mechanische Charakterisierung der Verbundwerkstoffe Mechanical characterization of the composites
An den hergestellten Verbundwerkstoffen wurden das Biegemodul Er und die maximale Biegespannung omax gemäß der 3-Punkt-Biegeprüfung nach DIN 14125 bestimmt. Die Werte wurden jeweils in der Richtung °0 ° (in Faserrichtung) und 90 ° (senkrecht zur Faserrichtung) gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. The flexural modulus E r and the maximum flexural stress o max according to the 3-point flexural test according to DIN 14125 were determined on the composite materials produced. The values were measured in the directions °0° (in the direction of the grain) and 90° (perpendicular to the direction of the grain), respectively. The results are shown in Table 1.
Charakterisierung der geometrischen Oberflächengestalt des Verbundmaterials Characterization of the geometric surface shape of the composite material
Die geometrische Oberflächengestalt der hergestellten Verbundwerkstoffe V wurde über die Ermittlung der maximalen Höhen Sz gemäß geometrischer Produktspezifikation nach DIN EN ISO 25178 bestimmt. Durch das ungleiche Schwindungsverhalten von thermoplastischer Formmasse A und kontinuierlicher Verstärkungsfaser B im Flächengebilde G kommt es ohne Füllstoff C zur Abzeichnung der textilen Faserarchitektur auf der Verbundoberfläche, der sogenannten Fasertopographie (oder englisch: fibre print through phenomena). Um die Oberflächengüte zu verbessern, also die Abzeichnung der textilen Faserarchitektur zu reduzieren und damit quantitativ die geometrische Produktspezifikation in Form der maximalen Höhe Sz zu minimieren, wurden die beschriebenen Füllstoffe C der thermoplastischen Formmasse A hinzugefügt. Zur Messung der sich einstellenden, flächenhaften Oberflächenbeschaffenheit wurden Muster der Größe 95 x 70 mm2 mittels optischer Weißlicht-Methode (Phase Stepped Deflectometry = PSD) mehrfach vermessen und ausgewertet. Die Ergebnisse sind in den Tabelle 1 bis 5 dargestellt. Ergebnisse The geometric surface shape of the composite materials V produced was determined by determining the maximum heights Sz in accordance with the geometric product specification according to DIN EN ISO 25178. Due to the unequal shrinkage behavior of thermoplastic molding compound A and continuous reinforcing fiber B in fabric G, without filler C the textile fiber architecture is visible on the composite surface, the so-called fiber topography. In order to improve the surface quality, ie to reduce the appearance of the textile fiber architecture and thus to minimize the geometric product specification in the form of the maximum height Sz, the fillers C described were added to the thermoplastic molding composition A. In order to measure the resulting surface quality, samples measuring 95×70 mm 2 were repeatedly measured and evaluated using the optical white light method (phase stepped deflectometry=PSD). The results are shown in Tables 1 to 5. Results
Verbundwerkstoffe V mit verschiedenen Zusammensetzungen wurden hergestellt und in beschriebener Weise charakterisiert. Die Füllstoffgehalte wurden so gewählt, dass der Volumengehalt des Füllstoffs C an der gesamten Matrixzusammensetzung M (bezogen auf das Gesamtvolumen der Komponenten M und C) einem Gehalt von etwa 50 Vol.-% entsprach. Composite materials V with different compositions were produced and characterized in the manner described. The filler contents were chosen such that the volume content of filler C in the entire matrix composition M (based on the total volume of components M and C) corresponded to a content of about 50% by volume.
Tabelle 2: Herstellung und Ausprüfungen von Verbundwerkstoffen mit verschiedenen Lagenaufbauten L und Verfahrensschritt iii-a), Vergleichsbeispiele V1 , V2 und V3. Table 2: Production and testing of composite materials with different layer structures L and process step iii-a), comparative examples C1, C2 and C3.
[1] Legende Lagenaufbau: P(P) = füllstofffreie Polymerzusammensetzung gern. Tab. 1 in Form von Pulver; G = Flächengebilde G; P(C1) = pulverförmiger Füllstoff C1 ; P(C2) = pulverförmiger Füllstoff C2. „ 7 . 0,1 bis 2 [3] Biegespannung Omax. [1] Layer structure legend: P(P) = filler-free polymer composition like. Tab. 1 in the form of powder; G = fabric G; P(C1)=powdered filler C1; P(C2) = powder filler C2. " 7 . 0.1 to 2 [3] Bending stress Omax.
Tabelle 3: Herstellung und Ausprüfungen von Verbundwerkstoffen mit verschiedenen Lagenaufbauten L und Verfahrensschritt iii-b), Bespiele 1 und 2. Table 3: Production and testing of composite materials with different layer structures L and process step iii-b), examples 1 and 2.
[1] Legende Lagenaufbau: G = Flächengebilde G; F(M+C2) = Film aus Matrixzusammensetzung M mit Füllstoff C2; hinter dem Film ist die jeweilige Dicke des Films in pm aufgeführt (135 pm bzw. 270 pm für die Filme F(M+C2) „ 7 . 0,1 bis 2 [1] Layer structure legend: G = fabric G; F(M+C2) = film of matrix composition M with filler C2; behind the film is the respective thickness of the film in μm (135 μm or 270 μm for the films F(M+C2) „ 7 . 0.1 to 2
[3] Biegespannung Omax. [3] Bending stress Omax.
Die Beispiele 1 und 2 sind erfindungsgemäß, V1 bis V3 stellen Vergleichsbeispiele dar. Die Beispiele 1 und 2 zeigen, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von Filmen aus der Matrixzusammensetzung M Verbundwerkstoffe V mit hoher Oberflächengüte erhalten werden, wobei das Auftreten von Anhaftungen des Füllstoffs am Presswerkzeug bei der Herstellung deutlich verringert wird. Auch die Oberflächenwelligkeit kann im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 um das vier- bis fünffache reduziert werden kann. Die Oberflächenanmutung der Verbundwerkstoffe V wird so deutlich verbessert. Examples 1 and 2 are according to the invention, C1 to C3 represent comparative examples. Examples 1 and 2 show that the method according to the invention using films from the matrix composition M gives composite materials V with high surface quality, with the occurrence of adhesions of the filler at the pressing tool during production is significantly reduced. Also, the surface waviness can be reduced four to five times compared to Comparative Example 1. The surface appearance of the composite materials V is thus significantly improved.
Tabellen 4 und 5 zeigen weitere Beispiele 3 bis 8, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, sowie das Vergleichsbeispiel V4. Tables 4 and 5 show further examples 3 to 8, which were produced by the process according to the invention, and comparative example C4.
Tabelle 4: Herstellung von thermoplastischen Faserverbundkunststoffen mit verschiedenen Füllstoffgehalten, Beispiele 3 und 4, Vergleichsbeispiel V4. Table 4: Production of thermoplastic fiber-reinforced plastics with different filler contents, examples 3 and 4, comparative example C4.
[1] Legende Lagenaufbau: F(M) = Matrixzusammensetzung M in Form eines Films; G = Flächengebilde G; F(M+C2) = Film umfassend Matrixzusammensetzung M und Füllstoff C2; hinter dem Film ist die jeweilige Dicke des Films in pm aufgeführt (67 pm bzw. 135 pm für die Filme F(M); 135 pm bzw. 270 pm für die Filme F(M+C2) „ 7 . 0,1 bis 2 [1] Layer structure legend: F(M) = matrix composition M in the form of a film; G = fabric G; F(M+C2) = film comprising matrix composition M and filler C2; behind the film the respective thickness of the film is listed in μm (67 μm or 135 μm for the films F(M); 135 μm or 270 μm for the films F(M+C2) „ 7 . 0.1 to 2
[3] Biegespannung Omax. [3] Bending stress Omax.
Tabelle 5: Herstellung von thermoplastischen Faserverbundkunststoffen mit verschiedenen Füllstoffgehalten, Beispiele 5 bis 8. Table 5: Production of thermoplastic fiber-reinforced plastics with different filler contents, examples 5 to 8.
[1] Legende Lagenaufbau: F(M) = Matrixzusammensetzung M in Form eines Films; G = Flächengebilde G; F(M+C2) = Film umfassend Matrixzusammensetzung M und Füllstoff C2; hinter dem Film ist die jeweilige Dicke des Films in pm aufgeführt (67 pm bzw. 135 pm für die Filme F(M); 135 pm bzw. 270 pm für die Filme F(M+C2) „ 7 . 0,1 bis 2 [1] Layer structure legend: F(M) = matrix composition M in the form of a film; G = fabric G; F(M+C2) = film comprising matrix composition M and filler C2; behind the film the respective thickness of the film is listed in μm (67 μm or 135 μm for the films F(M); 135 μm or 270 μm for the films F(M+C2) „ 7 . 0.1 to 2
[3] Biegespannung Omax. [3] Bending stress Omax.
Die erfindungsgemäßen Beispiele zeichnen sich durch eine hohe Oberflächengüte aus, während die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen VerbundwerkstoffeThe examples according to the invention are characterized by a high surface quality, while the mechanical properties of the composite materials according to the invention
V auch bei vergleichsweise niedrigen Anteilen an thermoplastischer Formmasse A ausreichend gut bleiben. Während der Verfahrensdurchführung ist das Auftreten von Anhaftungen am Presswerkezug deutlich reduziert. V remain sufficiently good even with comparatively low proportions of thermoplastic molding composition A. The occurrence of adhesions on the pressing tool is significantly reduced during the process implementation.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V, umfassend: a) eine thermoplastische Matrixzusammensetzung M, umfassend mindestens eine thermoplastische Formmasse A, mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C und optional mindestens ein Additiv D; und b) mindestens eine kontinuierliche Verstärkungsfaser B; wobei das Verfahren mindestens die folgenden Verfahrensschritte umfasst: i) Bereitstellen der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B; ii) Bereitstellen mindestens einer thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, erhalten durch Vermischen der mindestens einen thermoplastischen Formmasse A, des mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C und optional des mindestens einen Additivs D; iii) Zusammenführen der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M mit der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B; iv) Imprägnierung der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B mit der thermoplastischen Matrixzusammensetzung M, um einen Verbundwerkstoff V zu erhalten; v) Konsolidierung des erhaltenen Verbundwerkstoffs V; vi) optional Solidifikation und/oder optional weitere Verfahrensschritte; dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt iii) die den partikelförmigen, anorganischen Füllstoff C enthaltende, thermoplastische Matrixzusammensetzung M in Form eines thermoplastischen Films mit der mindestens einen kontinuierlichen Verstärkungsfaser B zusammengeführt wird, wobei die thermoplastische Matrixzusammensetzung M zu 20 bis 80 Vol.-%, vorzugsweise 20 bis 70 Vol.-%, insbesondere 30 bis 60 Vol.-%, aus dem mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoff e besteht. 1. A process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V, comprising: a) a thermoplastic matrix composition M, comprising at least one thermoplastic molding composition A, at least one particulate, inorganic filler C and optionally at least one additive D; and b) at least one continuous reinforcement fiber B; the method comprising at least the following method steps: i) providing the at least one continuous reinforcing fiber B; ii) providing at least one thermoplastic matrix composition M obtained by mixing the at least one thermoplastic molding composition A, the at least one particulate, inorganic filler C and optionally the at least one additive D; iii) combining the thermoplastic matrix composition M with the at least one continuous reinforcing fiber B; iv) impregnation of the at least one continuous reinforcing fiber B with the thermoplastic matrix composition M to obtain a composite material V; v) consolidation of the composite V obtained; vi) optional solidification and/or optional further process steps; characterized in that in process step iii) the thermoplastic matrix composition M containing the particulate, inorganic filler C is brought together in the form of a thermoplastic film with the at least one continuous reinforcing fiber B, the thermoplastic matrix composition M being 20 to 80% by volume, preferably 20 to 70% by volume, in particular 30 to 60% by volume, of which at least one particulate, inorganic filler e consists.
2. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach Anspruch 1 , wobei in Verfahrensschritt iii) der thermoplastische Film eine mittlere Stärke von 25 bis 500 pm aufweist. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach Anspruch 1 oder 2, wobei der partikelförmige, anorganische Füllstoff C einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 2*io-6 K'1 bis 20*1 O'6 K'1 aufweist. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Verfahrensschritt iii) bei einer Temperatur von mindestens 160°C durchgeführt wird, bevorzugt bei einer Temperatur von 160 bis 280°C. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Verfahrensschritt iv) bei einer Temperatur von mindestens 180°C durchgeführt wird, bevorzugt bei einer Temperatur von 200 bis 290°C. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Verfahrensschritt iv) bei einem erhöhten Druck in einem Bereich von 1 bis 3 MPa durchgeführt wird. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die thermoplastische Matrixzusammensetzung M > 5 bis < 20 Gew.-Teile, vorzugsweise > 10 bis < 20 Gew.-Teile, der thermoplastischen Formmasse A, > 1 bis < 60 Gew.-Teile, vorzugsweise > 5 bis < 40 Gew.-Teile, des mindestens einen partikelförmigen, anorganischen Füllstoffs C, und > 0 bis < 10 Gew.-Teile des mindestens einen Additivs D umfasst. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V die folgenden Bestandteile umfasst, oder daraus besteht: a) > 5 bis < 20 Gew.-% einer thermoplastischen Formmasse A; b) > 20 bis <80 Gew.-% der mindestens einen Verstärkungsfaser B; c) > 1 bis < 60 Gew.-% des mindestens einen anorganischen Füllstoffs C, und d) > 0 bis < 10 Gew.-% des mindestens einen weiteren Additivs D wobei die Angaben in Gew.-% jeweils auf den gesamten faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff V bezogen sind und die Summe der Komponenten A, B, C, und D 100 Gew.-% ergeben. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die thermoplastische Formmasse A mindestens ein thermoplastisches Polymer A1 und optional mindestens ein polar funktionalisiertes Polymer A2, umfassend mindestens Wiederholungseinheiten mindestens eines funktionellen Monomers A2-I, umfasst. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die thermoplastische Formmasse A folgende Bestandteile umfasst (und vorzugsweise daraus besteht): a-1) 50 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt 70 bis 99,9 Gew.-%, besonders bevorzugt 79 bis 98 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 90 bis 97 Gew.-%, eines thermoplastischen Polymers A1 ; a-2) 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 8 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 3 bis 7 Gew.-%, des mindestens einen polar funktionalisierten Polymers A2; a-3) 0 bis 49,9 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 29,9 Gew.-%, stärker bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, mindestens eines weiteren Polymers A3; wobei die Polymere A1 , A2 und A3 voneinander verschieden sind, und wobei sich die Angaben in Gew.-% jeweils auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Formmasse A beziehen und die Summe der Komponenten A1 , A2 und A3 100 Gew.-% ergeben. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der partikelförmige, anorganische Füllstoff C eine Dichte von 0,2 bis 2,8 g/ml und einer mittleren Partikelgröße von weniger als 70 pm aufweist. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei der partikelförmige, anorganische Füllstoff e Glashohlkugeln und/oder Calciumcarbonat umfasst. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die thermoplastische Matrixzusammensetzung M als Additiv D mindestens ein Entformungsmittel umfasst. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs V nach mindestens einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das polar funktionalisierte Polymer A2 ein Pfropfcopolymer von Polypropylen und Maleinsäureanhydrid mit einem Gehalt an Maleinsäureanhydrid von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des polar funktionalisierten Polymers A2, ist. Faserverstärkter, thermoplastischer Verbundwerkstoff V, erhalten nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14. 2. A process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to claim 1, wherein in process step iii) the thermoplastic film has an average thickness of 25 to 500 μm. Process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to claim 1 or 2, wherein the particulate, inorganic filler C has a thermal expansion coefficient in the range from 2*io- 6 K' 1 to 20*1 O' 6 K' 1 . Process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of Claims 1 to 3, process step iii) being carried out at a temperature of at least 160°C, preferably at a temperature of 160 to 280°C. Process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of Claims 1 to 4, process step iv) being carried out at a temperature of at least 180°C, preferably at a temperature of 200 to 290°C. Process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of Claims 1 to 5, process step iv) being carried out at an elevated pressure in a range from 1 to 3 MPa. Process for the production of a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of Claims 1 to 6, in which the thermoplastic matrix composition M contains >5 to <20 parts by weight, preferably >10 to <20 parts by weight, of the thermoplastic molding composition A, > 1 to <60 parts by weight, preferably >5 to <40 parts by weight, of the at least one particulate, inorganic filler C, and >0 to <10 parts by weight of the at least one additive D. A method for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of claims 1 to 7, wherein the fiber-reinforced, thermoplastic composite material V comprises the following components, or consists of: a)> 5 to <20 wt .-% of a thermoplastic molding compound A; b) >20 to <80% by weight of the at least one reinforcing fiber B; c) > 1 to < 60% by weight of the at least one inorganic filler C, and d) > 0 to < 10% by weight of the at least one further additive D, where the information in % by weight is based on the total fiber-reinforced, thermoplastic composite V are based and the sum of components A, B, C, and D 100 wt .-% result. A process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of claims 1 to 8, wherein the thermoplastic molding composition A comprises at least one thermoplastic polymer A1 and optionally at least one polar functionalized polymer A2, comprising at least repeating units of at least one functional monomer A2-I. Process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of claims 1 to 9, wherein the thermoplastic molding composition A comprises (and preferably consists of) the following components: a-1) 50 to 99.9% by weight, preferably 70 to 99.9% by weight, particularly preferably 79 to 98% by weight, particularly preferably 90 to 97% by weight, of a thermoplastic polymer A1; a-2) 0.1 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 8% by weight, particularly preferably 3 to 7% by weight, of the at least one polar functionalized polymer A2; a-3) 0 to 49.9% by weight, preferably 0 to 29.9% by weight, more preferably 1 to 20% by weight, of at least one further polymer A3; where the polymers A1, A2 and A3 are different from one another, and where the percentages by weight are in each case based on the total weight of the thermoplastic molding composition A and the sum of the components A1, A2 and A3 is 100% by weight. Process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of claims 1 to 10, wherein the particulate, inorganic filler C has a density of 0.2 to 2.8 g/ml and an average particle size of less than 70 μm. Process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of claims 1 to 11, wherein the particulate, inorganic filler e comprises hollow glass spheres and/or calcium carbonate. A process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of claims 1 to 12, wherein the thermoplastic matrix composition M comprises at least one mold release agent as additive D. Process for producing a fiber-reinforced, thermoplastic composite material V according to at least one of claims 9 or 10, wherein the polar functionalized polymer A2 is a graft copolymer of polypropylene and maleic anhydride with a maleic anhydride content of 0.1 to 5% by weight, based on the total weight of the polar functionalized polymer A2. Fibre-reinforced, thermoplastic composite material V obtained according to at least one of Claims 1 to 14.
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