WO2008019515A1 - Faserverstärktes thermoplastisches halbzeug - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a fiber-reinforced, thermoplastically deformable, flat semi-finished product which contains a mixture of polypropylene (hereinafter: PP) with a polyamide (hereinafter PA).
  • PP polypropylene
  • PA polyamide
  • GMPP semi-finished products are increasingly used for the production of components, in particular for motor vehicle parts. They are produced on a large-scale technical scale by combining glass mats and PP melt paths and pressing in a double belt press at pressures above 1 bar. Such "generally” 0.5 to 3 mm thick "plastic sheets” are characterized by high toughness and strength, however, for some applications, the properties of GMPP are not sufficiently good., For example, molded parts made from GMPP by hot pressing, a low service temperature resistance, they can not be bonded to metals without additional primer and painted with conventional emulsion paints and their surface is in many cases unsatisfactory.
  • the invention accordingly provides a fiber-reinforced, thermoplastically deformable, flat semi-finished product comprising:
  • thermoplastic material 80 to 40 wt.% Of a thermoplastic material, wherein the thermoplastic material is a mixture of:
  • DE-A 2 145 408 describes a glass-fiber-reinforced plastic preparation of from 1 to 99% by weight of a polyolefin grafted with maleic anhydride,
  • the reinforcing materials may include glass fibers, glass rovings, chopped fiberglass strands, milled glass fibers, glass powders, glass beads and textile products made of glass, such as tapes or cloths. In the examples, chopped glass fibers and glass powder are used. Needled glass fiber mats are not mentioned, there is also no information about the melt indices of the polymers.
  • GB-A 2 225 584 describes mixtures of a polyamide, polypropylene and a polypropylene grafted with maleic anhydride.
  • the glass fibers are Thomasfasem a length of 1.5 to 100 mm, but not needled glass fiber mats.
  • the mixtures are processed by injection molding.
  • the mixture according to the invention contains:
  • 10 to 80 preferably 50 to 20 wt.% Of a polyamide having an MFI according to DIN 53735 (26O 0 C, 2.16 kp) from 50 to 200, preferably from 100 to 150 g / 10 min, and 2 to 10, preferably 3 to 8% by weight of a polypropylene grafted with maleic anhydride as compatibilizer.
  • Preferred polyamide is polyamide 6, but other polyamides such as polyamide 6,6, polyamide 12 and polyamide 6,10 can be used.
  • polyamide 6,6 polyamide 6,6, polyamide 12 and polyamide 6,10 can be used.
  • polyamide 6,10 polyamide 6,10
  • the compatibilizer is known per se and described in detail in the cited references. It preferably contains 0.1 to 10, in particular 0.5 to 5 wt.% Grafted maleic anhydride.
  • the viscosity of the two polymers at the processing temperature is of the same order of magnitude.
  • the melt indices at the processing temperature should not differ from one another by more than 15, in particular by more than 10%. Since in practice the standardized melt indices, eg MFI according to DIN 53735, are specified for PP at a temperature of 23O 0 C, but for PA at a higher temperature of 260 0 C, it is for the effective alignment of the melt indices for a given common processing temperature entendzes- sig, a PP component having a MFI according to DIN 53735 (230 ° C, 16.2 kp) to select, which is about 10 to 20% lower than the MFI according to DIN 53735 (260 0 C, 2.16 kp) of the PA Component.
  • the alignment of the melt indices is usually carried out by using from the outset polymers of virtually the same viscosity.
  • the mixture is added to a peroxide, which causes a viscosity reduction at the melting temperature of the polypropylene
  • the type and amount of peroxide can be easily determined by preliminary experiments.
  • the semifinished product according to the invention contains from 20 to 60, preferably from 25 to 50,% by weight of glass fibers. These are in the form of needled mats.
  • the fibers are undirected and are on the weight average preferably 10 to 100, in particular 20 to 50 mm long. It is also possible to use combinations of glass fiber fabric or layers with layers of mats of non-directional fibers in the manufacture of the semifinished product. In any case, the fibers are in front of the Needling impregnated with the polymer melt, wherein the fiber mats solidified for better handling and the fibers are shortened something.
  • the polymers are melted together in an extruder, or in a main extruder, the polyamide is melted and by a side extruder, the polypropylene is added together with the compatibilizer and optionally the peroxide.
  • the melt temperature in the mixing extruder is in the case of polyamide 6 preferably 225 to 275 ° C, with polyamide 6.6 240 to 280 0 C.
  • a melt web preferably with a basis weight of 400 to 2000 g / m 2 is squeezed out.
  • One or more such melt webs are hot pressed together in a double belt press with one or more glass fiber mats with a weight per unit area of preferably 300 to 1300 g / m 2 and then cooled.
  • a web of glass fiber mats is pressed between two melt paths to semi-finished product. To make thicker semi-finished products, three melt paths and two glass fiber mats are pressed together.
  • the semi-finished product can be pressed by thermoplastic forming into finished parts which are used as automotive parts, e.g. can be used as Automaticradmulden and shock-loaded underbody structures near the exhaust line and painted side sills.
  • the semifinished product according to the invention has the advantage over GMPP that it can be compressed to thinner components with the same or better mechanical properties.
  • example 1
  • the pressed melt web with a basis weight of 1200 g / m 2 is introduced between two glass fiber mats with a basis weight of 800 g / m 2 (weight ratio polymer to glass 70:30) in a double belt press and only in a heating zone at 27O 0 C and then in a cooling zone at 15 0 C pressed.
  • the resulting semi-finished product with a width of 105 cm and a thickness of 0.5 cm is cut into sheets.
  • Example 1 was repeated, using a polypropylene granules having an MFI according to DIN 53735 (23O 0 C, 2.16 kp) of 100 g / 10 min as the polypropylene component. Compared to the first example, a more homogeneous mixing of the components took place in the extruder, which favors a more uniform heating of the GMT blanks, thus a more consistent processing to good components.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mit genadelten Glasfasermatten verstärktes flächiges Halbzeug, das als Matrix ein Gemisch aus Polypropylen, einem Polyamid und einem mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polypropylen enthält.

Description

_ _
Faserverstärktes thermoplastisches Halbzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes, thermoplastisch verformbares, flächiges Halbzeug, welches ein Gemisch von Polypropylen (nachfolgend: PP) mit einem Polyamid (nachfolgend: PA) enthält.
Thermoplastisch verformbare Halbzeuge aus glasfaserverstärktem Polypropylen, sogenannte GMPP- Halbzeuge, werden in zunehmendem Masse zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere für Kraftfahrzeugteile eingesetzt. Sie werden in gross-technischem Massstab hergestellt durch Zusammenführen von Glasmatten und PP-Schmelzebahnen und Verpressen in einer Doppelbandpresse bei Drücken oberhalb von 1 bar. Derartige, im allgemeinen 0.5 bis 3 mm dicke „Kunststoffbleche" zeichnen sich durch hohe Zähigkeit und Festigkeit aus. Für manche Anwendungszwecke sind jedoch die Eigenschaften von GMPP nicht ausreichend gut. So haben Formteile, die aus GMPP durch Heissverpressen hergestellt wurden, eine geringe Gebrauchstemperaturbeständigkeit, sie können nicht ohne zusätzlichen Primer mit Metallen verklebt und mit üblichen Dispersi- onslacken lackiert werden und ihre Oberfläche ist in vielen Fällen nicht befriedigend.
Da Polyamide eine höhere Erweichungstemperatur haben als PP, werden in der Praxis auch auf dieser Basis Halbzeugplatten hergestellt. Formteile aus GMPA zeichnen sich durch eine bessere Temperaturbeständigkeit aus; GMPA ist aber wegen der infolge der höheren Verarbeitungstemperatur schlechteren Fliessfähigkeit und der starken Klebeneigung an den Bändern der Presse des PA schwieriger herzustellen als GMPP, und die Glasfaserbenetzung ist ungenügend, so dass die mechanischen und die optischen Bauteil-Eigenschaften nicht gleichmässig gut sind. Ausserdem ist die Formteilherstellung wegen der relativ hohen Verarbeitungstemperatur kritisch. Nachteilig in kommerzieller Hinsicht ist auch der gegenüber PP ca. doppelte Rohstoffpreis von PA.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein faserverstärktes thermoplas- tisch verarbeitbares, flächiges Halbzeug bereitzustellen, das die genannten Nachteile nicht oder nur in geringerem Masse aufweist.
Es wurde gefunden, dass diese Aufgabe durch ein Halbzeug gelöst wird, das als Kunststoffkomponente eine Mischung aus PP und einem PA enthält.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein faserverstärktes, thermoplastisch verformbares, flächiges Halbzeug, enthaltend:
20 bis 60 Gew.% Glasfasern in Form von genadelten Matten und
80 bis 40 Gew.% eines thermoplastischen Kunststoffes, wobei der thermoplastische Kunststoff ein Gemisch ist aus:
20 bis 90 Gew.% PP mit einem Schmelzindex MFI nach DIN 53735 (23O0C,
2.16 kp) von 50 bis 200 g/10 min,
10 bis 80 Gew.% PA mit einem Schmelzindex MFI nach DIN 53735 (26O0C,
2.16 kp) von 50 bis 200 g/10 min, und - 2 bis 10 Gew.% eines mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polypropylens als Kompatibilisierungsmittel.
Die DE-A 2 145 408 beschreibt eine glasfaserverstärkte Kunststoffzubereitung aus - 1 bis 99 Gew.% eines mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polyolefins,
99 bis 1 Gew.% eines Polyamids,
30 bis 95 Gew. % eines nicht gepfropften Polyolefins, und
5 bis 50 Gew.% eines Verstärkungsstoffes aus Glas.
Die Verstärkungsstoffe können Glasfasern, Glasrovings, zerhackte Glasfaserstränge, gemahlene Glasfasern, Glaspulver, Glasperlen sowie Textilprodukte aus Glas, wie Bänder oder Tücher sein. In den Beispielen werden Schnittglasfasern und Glaspulver verwendet. Genadelte Glasfasermatten werden nicht erwähnt, es finden sich auch keine Angaben über die Schmelzindices der Polymeren.
In GB-A 2 225 584 sind Mischungen aus einem Polyamid, Polypropylen und einem mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polypropylen beschrieben. Bei den Glasfasern handelt es sich um Schnittfasem einer Länge von 1.5 bis 100 mm, nicht aber um genadelte Glasfasermatten. Die Mischungen werden durch Spritz- giessen verarbeitet.
In der US-A 5,409,763 sind ebenfalls kompatibilisierte Mischungen aus einem Polyolefin, einem Polyamid und Glasfasern beschreiben. Die Glasfasern werden in Form von parallelen Faserbündeln eingesetzt. Vorzugsweise werden polymer- imprägnierte Stränge hergestellt, die zu Pellets granuliert werden.
Das erfindungsgemässe Gemisch enthält:
20 bis 90, vorzugsweise 50 bis 80 Gew.% Polypropylen mit einem MFI nach DIN 53735 (2300C, 2.16 kp) von 50 bis 200, vorzugsweise von 100 bis 150 g/10 min,
10 bis 80, vorzugsweise 50 bis 20 Gew.% eines Polyamids mit einem MFI nach DIN 53735 (26O0C, 2.16 kp) von 50 bis 200, vorzugsweise von 100 bis 150 g/10 min, sowie 2 bis 10, vorzugsweise 3 bis 8 Gew.% eines mit Maleinsäureanhydrid ge- pfropften Polypropylens als Kompatibilisierungsmittel.
Bevorzugtes Polyamid ist Polyamid 6, es können aber auch andere Polyamide, wie Polyamid 6,6, Polyamid 12 und Polyamid 6,10 eingesetzt werden. - A -
Das Kompatibilisierungsmittel ist an sich bekannt und in den genannten Druckschriften ausführlich beschrieben. Es enthält vorzugsweise 0.1 bis 10, insbesondere 0.5 bis 5 Gew.% gepfropftes Maleinsäureanhydrid.
Wesentlich für eine homogene Mischung ist, dass die Viskosität der beiden Polymeren bei der Verarbeitungstemperatur in der gleichen Grössenordnung liegt. Vorzugsweise sollten die Schmelzindices bei der Verarbeitungstemperatur um nicht mehr als 15, insbesondere um nicht mehr als 10% voneinander abweichen. Da in der Praxis die genormten Schmelzindices, z.B. MFI nach DIN 53735, für PP bei einer Temperatur von 23O0C, für PA jedoch bei einer höheren Temperatur von 2600C spezifiziert sind, ist es zur effektiven Angleichung der Schmelzindices für eine vorgegebene gemeinsame Verarbeitungstemperatur zweckmäs- sig, eine PP-Komponente mit einem MFI nach DIN 53735 (230°C, 2.16 kp) zu wählen, der ungefähr 10 bis 20% niedriger ist als der MFI nach DIN 53735 (2600C, 2.16 kp) der PA-Komponente.
Die Angleichung der Schmelzindices erfolgt gewöhnlich so, dass man von vornherein Polymere mit praktisch gleicher Viskosität einsetzt. Man kann aber auch von einem niederviskosen, handelsüblichen Polyamid ausgehen und zum Ver- mischen ein Polypropylen mit einem höheren Schmelzindex zugeben. Um diesen in den „richtigen" Bereich zu bringen, setzt man der Mischung ein Peroxid zu, welches bei der Schmelztemperatur bei dem Polypropylen einen Viskositätsabbau bewirkt. Die Art und Menge des Peroxids kann einfach durch Vorversuche ermittelt werden.
Das erfindungsgemässe Halbzeug enthält 20 bis 60, vorzugsweise 25 bis 50 Gew.% Glasfasern. Diese liegen in Form von genadelten Matten vor. Die Fasern sind ungerichtet und sind im Gewichtsmittel vorzugsweise 10 bis 100, insbesondere 20 bis 50 mm lang. Es ist auch möglich, bei Herstellung des Halbzeugs Kombinationen aus Glasfaser-Gewebe oder -Gelege mit Lagen von Matten aus ungerichteten Fasern einzusetzen. Auf jeden Fall werden die Fasern vor der Tränkung mit der Polymerschmelze genadelt, wobei die Fasermatten zwecks besserer Handhabbarkeit verfestigt und die Fasern etwas eingekürzt werden.
Zur Herstellung des Halbzeugs werden entweder die Polymeren gemeinsam in einem Extruder aufgeschmolzen, oder in einem Hauptextruder wird das Polyamid aufgeschmolzen und durch einen Seitenextruder wird das Polypropylen zusammen mit dem Kompatibilisierungsmittel und gegebenenfalls dem Peroxid zudosiert.
Gegebenenfalls können auch Wärmestabilisatoren und Antioxidanzien zugesetzt werden. Die Massetemperatur im Mischextruder beträgt im Fall von Polyamid 6 vorzugsweise 225 bis 275°C, bei Polyamid 6,6 240 bis 2800C. Aus dem Extruder wird eine Schmelzebahn, vorzugsweise mit einem Flächengewicht von 400 bis 2000 g/m2 ausgepresst. Eine oder mehrere solcher Schmelzebahnen werden in einer Doppelbandpresse mit einer oder mehreren Glasfasermatten mit einem Flächengewicht von vorzugsweise 300 bis 1300 g/m2 zusammen heiss verpresst und dann abgekühlt. Vorzugsweise wird eine Bahn aus Glasfasermatten zwischen zwei Schmelzebahnen zum Halbzeug verpresst. Um dickere Halbzeuge herzustellen, verpresst man drei Schmelzebahnen und zwei Glasfasermatten.
Das Halbzeug kann durch thermoplastisches Umformen zu Fertigteilen verpresst werden, die als Automobilteile, z.B. als Ersatzradmulden und stossbelastete Unterbodenstrukturen nahe des Abgasstranges sowie lackierte Seitenschwellen verwendet werden können.
Das erfindungsgemässe Halbzeug hat gegenüber GMPP den Vorteil, dass es zu dünneren Bauteilen bei gleichen oder besseren mechanischen Eigenschaften verpresst werden kann. Beispiel 1
70 Gew.teile Polypropylengranulat mit einem MFI nach DIN 53735 (2300C, 2.16 kp) von 120 g/10 min, 30 Gew.teile Polyamid 6-Granulat mit einem MFI nach DIN 53735 (2600C, 2.16 kp) von 120 g/10 min und 5 Gew.teile mit 2.4 Gew.% Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen werden in einem Extruder bei einer Massetemperatur von 2600C aufgeschmolzen. Die ausgepresste Schmelzebahn mit einem Flächengewicht von 1200 g/m2 wird zwischen zwei Glasfasermatten mit einem Flächengewicht von 800 g/m2 (Gewichtsverhältnis Polymer zu Glas 70 : 30) in eine Doppelbandpresse eingeführt und erst in einer Heizzone bei 27O0C und dann in einer Kühlzone bei 150C verpresst. Das entstandene Halbzeug mit einer Breite von 105 cm und einer Dicke von 0.5 cm wird zu Platten zerschnitten.
Beispiel 2
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei als Polypropylenkomponente ein Polypropylengranulat mit einem MFI nach DIN 53735 (23O0C, 2.16 kp) von 100 g/10 min verwendet wurde. Im Vergleich zum ersten Beispiel erfolgte eine ho- mogenere Vermischung der Komponenten im Extruder, was ein gleichmässige- res Aufheizen der GMT-Zuschnitte, somit ein konsistenteres Verarbeiten zu guten Bauteilen begünstigt.

Claims

Patentansprüche
1. Faserverstärktes, thermoplastisch verformbares, flächiges Halbzeug, enthaltend: - 20 bis 60 Gew.% Glasfasern in Form von genadelten Matten und
80 bis 40 Gew.% eines thermoplastischen Kunststoffes, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff ein Gemisch ist aus:
20 bis 90 Gew.% Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI (23O0C, 2.16 kp) nach DIN 53 735 von 50 bis 200 g/10 min,
10 bis 80 Gew.% eines Polyamids mit einem Schmelzindex MFI (2600C, 2.16 kp) nach DIN 53 735 von 50 bis 200 g/10 min und
2 bis 10 Gew.% eines mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polypropylens als Kompatibilisierungsmittel, wobei die Prozentzahlen sich auf 100 addieren.
2. Halbzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgemisch enthält:
- 50 bis 80 Gew.% Polypropylen mit einem MFI von (230°C, 2.16 kp) nach DIN 53 735 100 bis 150 g/10 min,
- 50 bis 20 Gew.% eines Polyamids mit einem MFI (26O0C, 2.16 kp) nach DIN 53 735 von 100 bis 150 g/10 min, und
3 bis 8 Gew.% des mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polypropylens.
3. Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamid Polyamid 6 ist.
4. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzindex MFI (230°C, 2.16 kp) nach DIN 53 735 des Po- lypropylens ungefähr 10% bis ungefähr 20% geringer als der Schmelzindex
MFI (260°C, 2.16 kp) nach DIN 53 735 des Polyamids ist.
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