WO2012062684A1 - Composite component comprising a polymer phase and a foamed phase, and method for producing same - Google Patents

Composite component comprising a polymer phase and a foamed phase, and method for producing same Download PDF

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foamed
foam
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foamed phase
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Philippe Desbois
Olaf Kriha
Bangaru Dharmapuri Sriramulu Sampath
Holger RUCKDÄSCHEL
Dietrich Scherzer
Freddy Gruber
Klaus Hahn
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Basf Se
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Definitions

  • a composite member comprising a polymer phase and a foamed phase, and methods for producing the same
  • the present invention relates to composite members comprising a non-foamed polymer phase and a foamed phase, and a method for producing the same.
  • composite components of at least two different components are known in the art.
  • the term "composite component” refers to a component made of two or more bonded materials Examples of conventional composite materials are carbon fiber reinforced plastic or glass fiber reinforced plastic flexible walls are separated.
  • foams examples include:
  • Pumice a porous glassy volcanic rock whose specific gravity is smaller than that of water
  • Metal foams e.g. Aluminum foam for high strength but lightweight metal structures
  • a polyamide combined with a foam results in a sandwich foam
  • JP 59169833 A describes a method for producing a composite product, wherein a high-viscosity plastic composition is poured into a mold.
  • JP 7195602 A and JP 2826059 B2 describe molded parts consisting of a foamed core based on PU and an outer layer comprising nylon and carbon fibers, wherein the core and the outer layer are joined together by heating.
  • the composites of the prior art, or the processes for producing the same have certain disadvantages.
  • the previously known materials usually have a relatively high weight.
  • the materials are usually glued according to the prior art; As a result, the adhesion between different components is often insufficient.
  • the processes already described sometimes involve the risk of damaging or destroying the foam component during processing due to the high pressure required.
  • the stated object could be achieved by preparing a non-foamed polymer phase by anionic polymerization in the presence of a foamed phase.
  • the subject of the present invention is thus a process for producing a composite component comprising at least one non-foamed polymer phase (P) comprising polyamide, and at least one foamed phase (G), wherein the non-foamed phase by anionic polymerization at least a monomer (M) selected from the group of lactams is prepared in situ in the presence of the foamed phase (G).
  • Further objects of the present invention are also a composite component, which can be produced by the process according to the invention, and the use of a composite component, which can be prepared by the process according to the invention, as a structural element in the automotive industry.
  • the foamed phase (G) is closed-cell.
  • closed-cell foam refers to foams in which the cells have no pores or disrupted surfaces.
  • open-celled refers to a foam structure defined by each cell being at least
  • the majority of cell fins must belong to at least three cells, and closed-cell foams are generally based on polyurethane (PU), polyvinyl chloride (PVC), polymethacrylimide (PMI) and polystyrene (PS). (see Arnim Kraatz, Dissertation 2007, University of Halle).
  • the non-foamed polymer phase (P) according to the invention is preferably prepared by anionic polymerization of at least one lactam monomer via reaction injection molding (RIM).
  • RIM reaction injection molding
  • the at least one monomer (M) is selected in the process according to the invention from the group of lactams.
  • monomers may be used from the group comprising caprolactam, piperidone, pyrrolidone, laurolactam or mixtures thereof.
  • Preference is given to using a monomer (M) selected from the group comprising caprolactam, laurolactam and mixtures thereof.
  • lactones preferably caprolactone
  • M monomer from the group of lactams.
  • the anionic polymerization of the at least one monomer (M) is carried out in the presence of a catalyst (K) and / or an activator (A).
  • Suitable optional catalysts (K) are sodium caprolactamate, potassium caprolactamate, bromide magnesium caprolactamate, chloride magnesium caprolactamate, magnesium bis-caprolactamate, sodium hydrides, sodium metal, sodium hydroxide, sodium methoxide, sodium ethoxide, sodium propoxide, sodium butoxide, potassium hydride, potassium metal, potassium hydroxide, potassium methoxide, Potassium ethoxide, potassium propoxide, potassium butoxide, preferably sodium hydrides, sodium metal, sodium caprolactamate, more preferably sodium caprolactamate (eg Bruggolene® C 10, a solution of 18% by weight of sodium caprolactamate in caprolactam).
  • Suitable optional activators (A) include aliphatic diisocyanates such as butylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, octamethylene diisocyanate, decamethylene diisocyanate, undecodecamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, or aromatic diisocyanates such as tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 4,4'-methylenebis (phenyl isocyanate), 4,4'-methylenebis (cyclohexylisocyanate) or polyisocyanates such as isocyanurates of hexamethylene diisocyanate, Basonat® HI 100 from BASF SE, allophanates such as ethyl allophanate or mixtures thereof, preferably hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, particularly preferably hexamethylene diisocyanate.
  • aromatic diisocyanates such as tolylene diiso
  • the diisocyanates can be replaced by monoisocyanates.
  • Dodecamethylendiklarechlorid, Dodecamethylendiklarebromid and aromatic diacid halide such as Toluylendiklarechlorid, Toluylenmethylendiklarebromid, isophorone rondiklarechlorid, Isophorondiklarebromid, 4.4 are useful as activator aliphatic diacid halides such as Butylendiklarechlorid, Butylendiklarebromid, Hexamethylendiklarechlorid, Hexamethylendiklarebromid, Octamethy- lendiklarechlorid, Octamethylendiklarebromid, Decamethylendiklarechlorid, Decamethylendi- acid bromide, ' Methylenebis (phenyl) acid chloride, 4,4'-methylenebis (phenyl) acid bromide, 4,4'-methylene
  • the molar ratio of lactam to catalyst can be varied within wide limits, is usually 1: 1 to 10,000: 1, preferably 10: 1 to 1000: 1, particularly preferably 50: 1 to 300: 1.
  • the molar ratio of activator to catalyst can be varied within wide limits, is generally 100: 1 to 1: 10,000, preferably 10: 1 to 1: 100, particularly preferably 1: 1 to 1:10.
  • the foamed phase (G) can be present according to the invention, for example in the form of a cuboid, a sphere, a cylinder or a pyramid.
  • the foamed phase (G) is preferably made of polyamide (PA).
  • PA polyamide
  • the foamed phase can also consist of another material, for example of another plastic, of metal or wood.
  • the foamed phase (G) forms a cuboid, wherein at least 90%, preferably at least 95% of the surface of a side surface of the foamed phase (G) is covered with the non-foamed phase (P).
  • At least 90%, preferably at least 95% of the total surface of the foamed phase (G) is covered with the non-foamed phase (P).
  • the foamed phase (G) is introduced into a mold, and then the non-foamed polymer phase (P) is poured into this mold.
  • the polymerization can also be carried out in the presence of crosslinkers.
  • diisocyanate or a diacid halide it is possible to react a diisocyanate or a diacid halide with a lactam A at a temperature of (-30) to 150 ° C and then react with a lactam B, a catalyst and an activator at a temperature of 40 to 240 ° C.
  • diisocyanate may be replaced by polyisocyanate and diacid halide by polyacid halide.
  • the polymerization can be carried out in the presence of additives such as fibers or fillers;
  • the fibers are preferably selected from the group comprising glass fibers and carbon fibers. These fibers can serve as fillers and / or reinforcing agents.
  • fillers or reinforcing agents which can be used are, for example, also minerals in customary grain size for thermoplastic applications, for example kaolin, chalk, wollastonite or talc or glass fibers, e.g. As milled glass fibers and textile structures (fabric and scrim) of unidirectional fibers, preferably glass and carbon fibers.
  • the foamed phase (G) can also be structured, for. B. holes, grooves or notches.
  • the composite component which can be produced according to the invention can also comprise more than one foamed phase (G) and one non-foamed polymer phase (P).
  • the composite component produced according to the invention may comprise two layers of a foamed phase (G) and three layers of a non-foamed phase (P).
  • the end product of the process according to the invention ie the composite component which can be produced according to the invention, preferably has at least 20% by volume of the foamed phase (G) with respect to the entire end product, more preferably at least 50% by volume.
  • the composite component which can be produced by the process according to the invention can advantageously be used inter alia as a structural element in the automotive industry.
  • Example 1 Production of a Foam Block with Polyamide Cover All components and tools were dry.
  • a closed polyamide (PA) foam with the dimensions 55 * 20 * 95 mm 3 was placed in a tray of aluminum foil with the dimensions 65 * 30 * 105 mm 3 .
  • the foam was placed in the foam by means of screws through the aluminum foils so that the foam - shell distance to the bottom and sides was 5 mm.
  • the upper side of the foam was 5 mm lower than the upper edge of the shell.
  • the dish was placed in an oven at 150 ° C under nitrogen.
  • Example 1 was repeated, but this time the foam was placed on a glass ball and not held with screws to adjust the distance from the aluminum tray. By means of a weight on the foam, it was ensured that the foam remained on the glass ball and did not float upwards.
  • a piece of polyamide (PA) foam measuring 3 * 100 * 100 mm 3 was placed in a mold measuring 4 * 100 * 100 mm 3 (injection molding apparatus).
  • the mold was closed and equal volumes of solution 1 and 2 were added, after mixing in a flow mixer, at 120 ° C.
  • the mold had a temperature of 150 ° C. After 10 minutes, the molded part was removed from the mold. It consisted of the foam enveloped with the polylactam.
  • Rohacell® IG foam is a polymethacrylimide based foam with a density of 75 g / i.
  • the resulting part was a laminate of foamed Rohacell® and polylactam.
  • VZ of the shell 195; Residual amount of caprolactam in the shell: 1, 5 wt.%
  • Example 6 A Lantor Soric® XF6 foam sheet from Lantor was placed in an oven at 100 ° C under nitrogen and a mixture of solutions 1 and 2 (mixing time 30 seconds) was poured onto the plate at 140 ° C.
  • Lantor Soric® XF6 foam is a foam based on nonwoven polyester with a density of 600 g / l.
  • the resulting part was a laminate of foamed Lantor Soric® foam and polylactam.
  • a balsa plate is placed in an oven at 100 ° C under nitrogen, and a mixture of solutions 1 and 2 (mixing time 30 seconds) is poured onto the plate at 110 ° C. After 10 minutes the plate is removed from the oven. The resulting part is a laminate of balsa wood and polylactam.
  • a sheet of aluminum foam (Alulight® sandwich panels from Alulight International GmbH, 0.6 mm cover layers, 20 mm total thickness with a density of about 400 g / l) is placed in an oven at 100 ° C under nitrogen , and a mixture of solutions 1 and 2 (mixing time 30 seconds) is poured at 1 10 ° C on the plate. After 10 minutes the plate is removed from the oven. The resulting part is a laminate of aluminum foam and polylactam.
  • the examples show, among other things, that the materials produced at a lower density (d ⁇ 0.8) have a very high stiffness, close to pure PA.
  • the stiffness can be determined manually by bending tests; if the samples are not bendable, the stiffness is high.

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Abstract

The invention relates to a composite component comprising a non-foamed polymer phase and a foamed phase, and to a method for producing same.

Description

Verbundbauteil umfassend eine Polymer-Phase und eine geschäumte Phase, und Verfahren zur Herstellung desselben  A composite member comprising a polymer phase and a foamed phase, and methods for producing the same
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbundbauteile umfassend eine nicht-geschäumte Polymer-Phase und eine geschäumte Phase, und ein Verfahren zur Herstellung derselben. The present invention relates to composite members comprising a non-foamed polymer phase and a foamed phase, and a method for producing the same.
Verbundbauteile aus mindestens zwei verschiedenen Komponenten sind im Stand der Technik bekannt. Dabei bezieht sich der Ausdruck„Verbundbauteil" im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auf ein Bauteil aus zwei oder mehr verbundenen Materialien. Beispiele für konventionelle Verbundwerkstoffe sind kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff oder glasfaserverstärkter Kunststoff. Schaum besteht im Sinne der vorliegenden Offenbarung aus kleinen Gasbläschen, die durch feste Wände oder flexible Wände getrennt sind. Composite components of at least two different components are known in the art. In the context of the present disclosure, the term "composite component" refers to a component made of two or more bonded materials Examples of conventional composite materials are carbon fiber reinforced plastic or glass fiber reinforced plastic flexible walls are separated.
Beispiele für Schäume sind unter anderem: Examples of foams include:
• Bimsstein, ein poröses glasiges Vulkangestein, dessen spezifisches Gewicht kleiner als das von Wasser ist  • Pumice, a porous glassy volcanic rock whose specific gravity is smaller than that of water
· Schaumstoffe, Schaumgummi, Polystyrol als Isolations- und VerpackungsmaterialFoams, foam rubber, polystyrene as insulation and packaging material
• Schaumglas • foam glass
• Aerogele  • Aerogels
• Metallschäume, wie z.B. Aluminiumschaum für hochfeste, aber leichte Metallkonstruktionen  Metal foams, e.g. Aluminum foam for high strength but lightweight metal structures
· Schaumbeton. · Foam concrete.
Ein Polyamid kombiniert mit einem Schaum ergibt einen Sandwichschaum bei  A polyamide combined with a foam results in a sandwich foam
Faserverbundwerkstoffen. Fiber composites.
JP 59169833 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Composite-Produkts, wobei eine hochviskose Kunststoff-Zusammensetzung in eine Form gegossen wird. JP 59169833 A describes a method for producing a composite product, wherein a high-viscosity plastic composition is poured into a mold.
M. T. Penny, Cellular Polymers (1988), 7 (2), S. 119-133 beschreibt die Herstellung von Nylon- Schäumen durch„Reaction Injection Molding" (RIM). JP 63069614 A beschreibt die Herstellung eines synthetischen Harzes aus mehreren Schichten, wobei die innere Schicht aus Polyurethan (PU) besteht und die äußere Schicht auf Capro- lactam basiert. MT Penny, Cellular Polymers (1988), 7 (2), pp. 119-133 describes the preparation of nylon foams by "Reaction Injection Molding" (RIM) JP 63069614 A describes the preparation of a synthetic resin from several layers, wherein the inner layer consists of polyurethane (PU) and the outer layer is based on caprolactam.
JP 7195602 A bzw. JP 2826059 B2 beschreiben Formteile bestehend aus einem geschäumten Kern basierend auf PU und einer Außenschicht umfassend Nylon und Kohlenstofffasern, wobei der Kern und die Außenschicht durch Erhitzen miteinander verbunden werden. Jedoch weisen die Verbundwerkstoffe aus dem Stand der Technik, bzw. die Verfahren zur Herstellung derselben, gewisse Nachteile auf. Zum Beispiel weisen die bisher bekannten Werkstoffe meist ein relativ hohes Gewicht auf. Zudem werden die Werkstoffe nach dem Stand der Technik meist verklebt; dadurch ist die Haftung zwischen verschiedenen Komponenten oftmals unzureichend. Außerdem besteht bei den bereits beschriebenen Verfahren in manchen Fällen die Gefahr, die Schaumkomponente im Laufe der Verarbeitung aufgrund des notwendigen hohen Drucks zu beschädigen oder zu zerstören. JP 7195602 A and JP 2826059 B2 describe molded parts consisting of a foamed core based on PU and an outer layer comprising nylon and carbon fibers, wherein the core and the outer layer are joined together by heating. However, the composites of the prior art, or the processes for producing the same, have certain disadvantages. For example, the previously known materials usually have a relatively high weight. In addition, the materials are usually glued according to the prior art; As a result, the adhesion between different components is often insufficient. In addition, the processes already described sometimes involve the risk of damaging or destroying the foam component during processing due to the high pressure required.
Es stellte sich daher die Aufgabe, das Gewicht eines Verbundbauteils weiter zu reduzieren, um echte Leichtbauwerkstoffe bereitstellen zu können, und dabei dennoch eine gute Haftung zwischen verschiedenen Komponenten sicher zu stellen und zudem möglichst die Steifigkeit des Produkts aufrechtzuerhalten. Dabei sollte der Schaum als Bestandteil eines Verbundbauteils während der Herstellung des Verbundbauteils nicht beschädigt werden. Die genannte Aufgabe konnte nun überraschenderweise gelöst werden durch die Herstellung einer nicht-geschäumten Polymer-Phase durch anionische Polymerisation in Gegenwart einer geschäumten Phase. It was therefore an object to further reduce the weight of a composite component in order to provide real lightweight materials, while still ensuring good adhesion between different components and also to maintain as possible the rigidity of the product. In this case, the foam should not be damaged as part of a composite component during the manufacture of the composite component. Surprisingly, the stated object could be achieved by preparing a non-foamed polymer phase by anionic polymerization in the presence of a foamed phase.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines Ver- bundbauteils, umfassend wenigstens eine nicht-geschäumte Polymer-Phase (P) umfassend Polyamid, und wenigstens eine geschäumte Phase (G), wobei die nicht-geschäumte Phase durch anionische Polymerisation mindestens eines Monomeren (M) ausgewählt aus der Gruppe der Lactame in situ in Gegenwart der geschäumten Phase (G) hergestellt wird. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind auch ein Verbundbauteil, herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, sowie die Verwendung eines Verbundbauteils, herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, als Strukturelement im Automobilbau. The subject of the present invention is thus a process for producing a composite component comprising at least one non-foamed polymer phase (P) comprising polyamide, and at least one foamed phase (G), wherein the non-foamed phase by anionic polymerization at least a monomer (M) selected from the group of lactams is prepared in situ in the presence of the foamed phase (G). Further objects of the present invention are also a composite component, which can be produced by the process according to the invention, and the use of a composite component, which can be prepared by the process according to the invention, as a structural element in the automotive industry.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die geschäumte Phase (G) geschlossenzellig. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the foamed phase (G) is closed-cell.
Der Ausdruck„geschlossenzelliger Schaum" bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auf Schäume, bei welchen die Zellen keine Poren oder zerstörte Flächen aufweisen. Im Gegensatz dazu bezeichnet der Begriff "offenzellig" eine Schaum-Struktur, die dadurch definiert ist, dass jede Zelle mindestens zwei Poren oder zerstörte Flächen aufweist. Außerdem muss die Mehrheit der Zellrippen zu mindestens drei Zellen gehören. Geschlossenzellige Schäume werden in der Regel auf der Basis von Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC), Polymethacryl- imid (PMI) und Polystyrol (PS) hergestellt (siehe Arnim Kraatz, Dissertation 2007, Universität Halle). The term "closed-cell foam" as used in the present disclosure refers to foams in which the cells have no pores or disrupted surfaces. In contrast, the term "open-celled" refers to a foam structure defined by each cell being at least In addition, the majority of cell fins must belong to at least three cells, and closed-cell foams are generally based on polyurethane (PU), polyvinyl chloride (PVC), polymethacrylimide (PMI) and polystyrene (PS). (see Arnim Kraatz, Dissertation 2007, University of Halle).
Die nicht-geschäumte Polymer-Phase (P) wird erfindungsgemäß bevorzugt durch anionische Polymerisation mindestens eines Lactam-Monomeren über Reaction Injection Molding (RIM) hergestellt. Eine Beschreibung des RIM-Verfahrens zur Herstellung von Polyamid-Formteilen und der nötigen Apparaturen findet sich z. B. in P. Wagner, Kunststoffe 73 (1983), 10, 588-590 sowie in P. Schneider et al., Plastics Engineering, 1984, S. 39-41. Das mindestens eine Monomer (M) ist beim erfindungsgemäßen Verfahren ausgewählt aus der Gruppe der Lactame. Zum Beispiel können Monomere aus der Gruppe umfassend Caprolac- tam, Piperidon, Pyrrolidon, Lauryllactam oder deren Mischungen verwendet werden. Bevorzugt wird ein Monomer (M) ausgewählt aus der Gruppe umfassend Caprolactam, Lauryllactam und deren Mischungen eingesetzt. The non-foamed polymer phase (P) according to the invention is preferably prepared by anionic polymerization of at least one lactam monomer via reaction injection molding (RIM). A description of the RIM process for the production of polyamide molded parts and the necessary equipment is found, for. In P. Wagner, Kunststoffe 73 (1983), 10, 588-590 and in P. Schneider et al., Plastics Engineering, 1984, p. 39-41. The at least one monomer (M) is selected in the process according to the invention from the group of lactams. For example, monomers may be used from the group comprising caprolactam, piperidone, pyrrolidone, laurolactam or mixtures thereof. Preference is given to using a monomer (M) selected from the group comprising caprolactam, laurolactam and mixtures thereof.
Zusätzlich können auch bis zu 50 % Lactone, bevorzugt Caprolacton, mit dem Monomer (M) aus der Gruppe der Lactame copolymerisiert werden. In addition, up to 50% of lactones, preferably caprolactone, can also be copolymerized with the monomer (M) from the group of lactams.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die anionische Polymerisa- tion des mindestens einen Monomeren (M) in Gegenwart eines Katalysators (K) und/oder eines Aktivators (A) durchgeführt. In one embodiment of the process according to the invention, the anionic polymerization of the at least one monomer (M) is carried out in the presence of a catalyst (K) and / or an activator (A).
Als optionaler Katalysator (K) eignen sich zum Beispiel Natriumcaprolactamat, Kaliumcaprolac- tamat, Bromidmagnesiumcaprolactamat, Chloridmagnesiumcaprolactamat, Magnesiumbis- caprolactamat, Natriumhydride, Natriummetall, Natriumhydroxid, Natriummethoxid, Natrium- ethoxid, Natriumpropoxid, Natriumbutoxid, Kaliumhydrid, Kaliummetall, Kaliumhydroxid, Kali- ummethoxid, Kaliumethoxid, Kaliumpropoxid, Kaliumbutoxid, bevorzugt Natriumhydride, Natriummetall, Natriumcaprolactamat, besonders bevorzugt Natriumcaprolactamat (z. B. Bruggo- len® C 10, eine Lösung aus 18 Gew.-% Natriumcaprolactamat in Caprolactam). Examples of suitable optional catalysts (K) are sodium caprolactamate, potassium caprolactamate, bromide magnesium caprolactamate, chloride magnesium caprolactamate, magnesium bis-caprolactamate, sodium hydrides, sodium metal, sodium hydroxide, sodium methoxide, sodium ethoxide, sodium propoxide, sodium butoxide, potassium hydride, potassium metal, potassium hydroxide, potassium methoxide, Potassium ethoxide, potassium propoxide, potassium butoxide, preferably sodium hydrides, sodium metal, sodium caprolactamate, more preferably sodium caprolactamate (eg Bruggolene® C 10, a solution of 18% by weight of sodium caprolactamate in caprolactam).
Als optionaler Aktivator (A) eignen sich unter anderem aliphatische Diisocyanate wie Butylendii- socyanat, Hexamethylendiisocyanat, Octamethylendiisocynat, Decamethylendiisocyanat, Un- dodecamethylendiisocyanat, Dodecamethylendiisocyanat, oder auch aromatische Diisocyanate wie Toluylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, 4,4'-Methylenbis(phenyl-isocyanat), 4,4'- Methylenbis(cyclohexylisocyanat) oder Polyisocyanate wie Isocyanurate von Hexamethylendiisocyanat, Basonat® Hl 100 der BASF SE, Allophanate wie Ethylallophanat oder deren Mischungen, bevorzugt Hexamethylendiisiocyanat, Isophorondiisocyanat, besonders bevorzugt Hexamethylendiisocyanat. Die Diisocyanate können durch Monoisocyanate ersetzt werden. Alternativ eignen sich als Aktivator aliphatische Disäurehalogenide wie Butylendisäurechlorid, Butylendisäurebromid, Hexamethylendisäurechlorid, Hexamethylendisäurebromid, Octamethy- lendisäurechlorid, Octamethylendisäurebromid, Decamethylendisäurechlorid, Decamethylendi- säurebromid, Dodecamethylendisäurechlorid, Dodecamethylendisäurebromid als auch aromatische Disäurehalogenid wie Toluylendisäurechlorid, Toluylenmethylendisäurebromid, Isopho- rondisäurechlorid, Isophorondisäurebromid, 4,4'-Methylenbis(phenyl)säurechlorid, 4,4'- Methylenbis(phenyl)säurebromid, 4,4'-Methylenbis(cyclohexylsäurechlorid, 4,4'- Methylenbis(cyclohexyl)säurebromid oder deren Mischungen, bevorzugt Hexamethylendisäurechlorid, Hexamethylendisäurebromid oder deren Mischungen, besonders bevorzugt Hexa- methylendisäurechlorid. Die Disäurehalogenide können durch Monosäurehalogenide ersetzt werden. Suitable optional activators (A) include aliphatic diisocyanates such as butylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, octamethylene diisocyanate, decamethylene diisocyanate, undecodecamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, or aromatic diisocyanates such as tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 4,4'-methylenebis (phenyl isocyanate), 4,4'-methylenebis (cyclohexylisocyanate) or polyisocyanates such as isocyanurates of hexamethylene diisocyanate, Basonat® HI 100 from BASF SE, allophanates such as ethyl allophanate or mixtures thereof, preferably hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, particularly preferably hexamethylene diisocyanate. The diisocyanates can be replaced by monoisocyanates. Alternatively Dodecamethylendisäurechlorid, Dodecamethylendisäurebromid and aromatic diacid halide such as Toluylendisäurechlorid, Toluylenmethylendisäurebromid, isophorone rondisäurechlorid, Isophorondisäurebromid, 4.4 are useful as activator aliphatic diacid halides such as Butylendisäurechlorid, Butylendisäurebromid, Hexamethylendisäurechlorid, Hexamethylendisäurebromid, Octamethy- lendisäurechlorid, Octamethylendisäurebromid, Decamethylendisäurechlorid, Decamethylendi- acid bromide, ' Methylenebis (phenyl) acid chloride, 4,4'-methylenebis (phenyl) acid bromide, 4,4'-methylenebis (cyclohexylic chloride, 4,4'-methylenebis (cyclohexyl) acid bromide or mixtures thereof, preferably hexamethylenedioic acid chloride, hexamethylenedioic acid bromide or mixtures thereof, especially preferably hexa methylendisäurechlorid. The diacid halides can be replaced by monoacid halides.
Das Molverhältnis von Lactam zum Katalysator kann in weiten Grenzen variiert werden, beträgt in der Regel 1 :1 bis 10.000:1 , bevorzugt 10:1 bis 1.000:1 , besonders bevorzugt 50:1 bis 300:1. The molar ratio of lactam to catalyst can be varied within wide limits, is usually 1: 1 to 10,000: 1, preferably 10: 1 to 1000: 1, particularly preferably 50: 1 to 300: 1.
Das Molverhältnis von Aktivator zum Katalysator kann in weiten Grenzen variiert werden, beträgt in der Regel 100:1 bis 1 :10.000, bevorzugt 10:1 bis 1 :100, besonders bevorzugt 1 :1 bis 1 :10. The molar ratio of activator to catalyst can be varied within wide limits, is generally 100: 1 to 1: 10,000, preferably 10: 1 to 1: 100, particularly preferably 1: 1 to 1:10.
Die geschäumte Phase (G) kann erfindungsgemäß zum Beispiel in Form eines Quaders, einer Kugel, eines Zylinders oder einer Pyramide vorliegen. The foamed phase (G) can be present according to the invention, for example in the form of a cuboid, a sphere, a cylinder or a pyramid.
Die geschäumte Phase (G) besteht bevorzugt aus Polyamid (PA). Allerdings kann die ge- schäumte Phase auch aus einem anderen Material bestehen, zum Beispiel aus einem anderen Kunststoff, aus Metall oder Holz. The foamed phase (G) is preferably made of polyamide (PA). However, the foamed phase can also consist of another material, for example of another plastic, of metal or wood.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet die geschäumte Phase (G) einen Quader, wobei mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 95 % der Oberfläche einer Sei- tenfläche der geschäumten Phase (G) mit der nicht-geschäumten Phase (P) bedeckt ist. In one embodiment of the process according to the invention, the foamed phase (G) forms a cuboid, wherein at least 90%, preferably at least 95% of the surface of a side surface of the foamed phase (G) is covered with the non-foamed phase (P).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 95 % der gesamten Oberfläche der geschäumten Phase (G) mit der nicht-geschäumten Phase (P) bedeckt. In a further embodiment of the process according to the invention, at least 90%, preferably at least 95% of the total surface of the foamed phase (G) is covered with the non-foamed phase (P).
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst die geschäumte Phase (G) in eine Form eingebracht, und dann die nicht-geschäumte Polymer-Phase (P) in diese Form gegossen. Die Polymerisation kann auch in Gegenwart von Vernetzern durchgeführt werden. In one embodiment of the method according to the invention, first the foamed phase (G) is introduced into a mold, and then the non-foamed polymer phase (P) is poured into this mold. The polymerization can also be carried out in the presence of crosslinkers.
Dabei kann man ein Diisocyanat oder ein Disäurehalogenid mit einem Lactam A bei einer Temperatur von (-30) bis 150°C umsetzen und anschließend mit einem Lactam B, einem Katalysator und einem Aktivator bei einer Temperatur von 40 bis 240°C umsetzen. Als Alternative kön- nen hierbei Diisocyanat durch Polyisocyanat und Disäurehalogenid durch Polysäurehalogenid ersetzt werden. In this case, it is possible to react a diisocyanate or a diacid halide with a lactam A at a temperature of (-30) to 150 ° C and then react with a lactam B, a catalyst and an activator at a temperature of 40 to 240 ° C. Alternatively, diisocyanate may be replaced by polyisocyanate and diacid halide by polyacid halide.
Die Polymerisation kann in Gegenwart von Additiven wie Fasern oder Füllstoffen erfolgen; dabei sind die Fasern bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Glasfasern und Kohlen- stofffasern. Diese Fasern können als Füllstoffe und/oder Verstärkungsstoffe dienen. The polymerization can be carried out in the presence of additives such as fibers or fillers; The fibers are preferably selected from the group comprising glass fibers and carbon fibers. These fibers can serve as fillers and / or reinforcing agents.
Weitere verwendbare Füll- oder Verstärkungsstoffe sind zum Beispiel auch Mineralien in für Thermoplastanwendungen üblicher Korngröße wie beispielsweise Kaolin, Kreide, Wollastonit oder Talkum oder Glasfasern, z. B. gemahlene Glasfasern und auch textile Strukturen (Gewebe und Gelege) aus unidirektionalen Fasern, bevorzugt Glas- und Kohlenstofffasern. Other fillers or reinforcing agents which can be used are, for example, also minerals in customary grain size for thermoplastic applications, for example kaolin, chalk, wollastonite or talc or glass fibers, e.g. As milled glass fibers and textile structures (fabric and scrim) of unidirectional fibers, preferably glass and carbon fibers.
Die geschäumte Phase (G) kann auch strukturiert sein, z. B. Löcher, Rillen oder Einkerbungen aufweisen. The foamed phase (G) can also be structured, for. B. holes, grooves or notches.
Das erfindungsgemäß herstellbare Verbundbauteil kann auch mehr als eine geschäumte Phase (G) und eine nicht-geschäumte Polymer-Phase (P) umfassen. Zum Beispiel kann das erfindungsgemäß herstellbare Verbundbauteil zwei Schichten einer geschäumten Phase (G) und drei Schichten einer nicht-geschäumten Phase (P) umfassen. The composite component which can be produced according to the invention can also comprise more than one foamed phase (G) and one non-foamed polymer phase (P). For example, the composite component produced according to the invention may comprise two layers of a foamed phase (G) and three layers of a non-foamed phase (P).
Das Endprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens, also das erfindungsgemäß herstellbare Verbundbauteil, weist bezüglich des gesamten Endprodukts bevorzugt mindestens 20 Vol.% der geschäumten Phase (G) auf, besonders bevorzugt mindestens 50 Vol.%. The end product of the process according to the invention, ie the composite component which can be produced according to the invention, preferably has at least 20% by volume of the foamed phase (G) with respect to the entire end product, more preferably at least 50% by volume.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare Verbundbauteil kann unter anderem vorteilhaft als Strukturelement im Automobilbau eingesetzt werden. The composite component which can be produced by the process according to the invention can advantageously be used inter alia as a structural element in the automotive industry.
Beispiele Examples
Die nachfolgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung. Sie sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränken. The following examples serve to illustrate some aspects of the present invention. They are not intended to limit the scope of the present invention.
Bsp. 1 : Herstellung eines Schaumblocks mit Polyamidhülle Alle Komponenten und Arbeitsgeräte waren trocken. Example 1: Production of a Foam Block with Polyamide Cover All components and tools were dry.
Ein geschlossener Schaum aus Polyamid (PA) mit den Dimensionen 55 * 20 * 95 mm3 wurde in eine Schale aus Alufolie mit den Dimensionen 65 * 30 * 105 mm3 gelegt. Der Schaum wurde mittels Schrauben durch die Alufolien in den Schaum so platziert, dass der Abstand Schaum - Schale zum Boden und zu den Seiten 5 mm betrug. Die obere Seite des Schaums lag 5 mm tiefer als die obere Kante der Schale. Die Schale wurde in einen Trockenschrank bei 150°C unter Stickstoff gestellt. A closed polyamide (PA) foam with the dimensions 55 * 20 * 95 mm 3 was placed in a tray of aluminum foil with the dimensions 65 * 30 * 105 mm 3 . The foam was placed in the foam by means of screws through the aluminum foils so that the foam - shell distance to the bottom and sides was 5 mm. The upper side of the foam was 5 mm lower than the upper edge of the shell. The dish was placed in an oven at 150 ° C under nitrogen.
Folgende Lösungen wurden getrennt in zwei Glaskolben unter Stickstoff hergestellt: The following solutions were prepared separately in two glass flasks under nitrogen:
1 : 69,2 g Caprolactam + 8,00 g Brüggolen® C10 (ein Katalysator zur Herstellung von Polyamid der Firma Brüggemann; 17% Na-Caprolactam in Caprolactam) 1: 69.2 g of caprolactam + 8.00 g of Brüggolen® C10 (a catalyst for the production of polyamide from Brüggemann, 17% of Na-caprolactam in caprolactam)
2: 69,2 g Caprolactam + 3,53 g Brüggolen® C20 (ein Aktivator zur Herstellung von Polyamid der Firma Brüggemann; 80% blockierte Diisocyanate in Caprolactam), und mit Hilfe einer Magnetrührers vermischt. Bei 1 10°C wurden die Lösungen 1 und 2 vereinigt, 15 Sekunden durchgemischt und dann in die Aluminium-Schale im Trockenschrank unter N2 gegeben, bis die Schale voll war. Nach 10 Minuten war die Polymerisation zu Ende. Die Aluminium-Schale wurde aus dem Trockenschrank genommen und gekühlt. Das Formteil wurde aus der Aluschale entfernt. Es bestand aus einem Kern aus Schaum und einer Hülle aus Polycaprolactam. VZ (Viskositätszahl) der Hülle = 215; Rest Caprolactam in der Hülle:1 ,2 Gew.% 2: 69.2 g of caprolactam + 3.53 g of Brüggolen® C20 (an activator for the production of polyamide from Brüggemann, 80% blocked diisocyanates in caprolactam) and mixed by means of a magnetic stirrer. At 1 10 ° C, solutions 1 and 2 were combined, mixed for 15 seconds and then placed in the aluminum tray in the oven Add N2 until the bowl is full. After 10 minutes, the polymerization was over. The aluminum tray was removed from the oven and cooled. The molding was removed from the aluminum tray. It consisted of a foam core and a polycaprolactam shell. VZ (viscosity number) of the shell = 215; Rest caprolactam in the shell: 1, 2 wt.%
Beispiel 2 Example 2
Beispiel 1 wurde wiederholt, aber der Schaum wurde diesmal auf eine Glaskugel gestellt und nicht mit Schrauben festgehalten, um den Abstand von der Aluschale einzustellen. Mittels eines Gewichts auf dem Schaum wurde sichergestellt, dass der Schaum auf der Glaskugel blieb und nicht nach oben schwamm.  Example 1 was repeated, but this time the foam was placed on a glass ball and not held with screws to adjust the distance from the aluminum tray. By means of a weight on the foam, it was ensured that the foam remained on the glass ball and did not float upwards.
Beispiel 3 Example 3
Ein Stück Polyamid (PA)-Schaum mit den Maßen 3 * 100 * 100 mm3 wurde in eine Form mit den Maßen 4 * 100 * 100 mm3 (Injection-Moulding-Apparat) platziert. Die Form wurde geschlossen und gleiche Volumen-Mengen von Lösung 1 und 2 wurden, nach Vermischen in einem Durchflussmischer, bei 120 °C zugegeben. Die Form wies eine Temperatur von 150 °C auf. Nach 10 Minuten wurde das geformte Teil aus der Form entfernt. Es bestand aus dem Schaum, umhüllt mit dem Polylactam. A piece of polyamide (PA) foam measuring 3 * 100 * 100 mm 3 was placed in a mold measuring 4 * 100 * 100 mm 3 (injection molding apparatus). The mold was closed and equal volumes of solution 1 and 2 were added, after mixing in a flow mixer, at 120 ° C. The mold had a temperature of 150 ° C. After 10 minutes, the molded part was removed from the mold. It consisted of the foam enveloped with the polylactam.
PA-Hülle: VZ = 180; Restanteil Caprolactam in der Hülle: 1 ,1 Gew.% Beispiel 4 PA shell: VZ = 180; Residual proportion of caprolactam in the shell: 1.1% by weight Example 4
Eine Platte aus expandiertem Polypropylen (Neopolen® P, ein PP-Schaum der BASF SE mit einer Dichte von 80 g/ 1) wurde bei 120 °C unter Stickstoff in einen Ofen platziert, und eine Mischung aus Lösungen 1 und 2 (Mischzeit 30 Sekunden) wurde bei 100 °C auf die PP-Platte gegossen. Nach 10 Minuten wurde die Platte aus dem Ofen genommen. Das erhaltene Teil war ein Laminat aus geschäumtem Polyproplyen und Polylactam. VZ der Hülle = 205; Restanteil Caprolactam in der Hülle: 2,9 Gew.%  A sheet of expanded polypropylene (Neopolen® P, a BASF SE PP foam having a density of 80 g / l) was placed in an oven at 120 ° C under nitrogen, and a mixture of solutions 1 and 2 (mixing time 30 seconds ) was poured onto the PP plate at 100 ° C. After 10 minutes, the plate was removed from the oven. The resulting part was a laminate of foamed polypropylene and polylactam. VZ of the shell = 205; Residual content of caprolactam in the shell: 2.9% by weight
Beispiel 5 Example 5
Eine Platte aus Rohacell® IG-Schaum von Evonik wurde bei 120 °C unter Stickstoff in einen Ofen platziert, und eine Mischung aus Lösungen 1 und 2 (Mischzeit 30 Sekunden) wurde bei 140 °C auf die Platte gegossen. Nach 10 Minuten wurde die Platte aus dem Ofen genommen. Rohacell® IG-Schaum ist ein Schaum auf Basis von Polymethacrylimid mit einer Dichte von 75 g/i.  A plate of Evonik's Rohacell® IG foam was placed in an oven at 120 ° C under nitrogen, and a mixture of solutions 1 and 2 (mixing time 30 seconds) was poured onto the plate at 140 ° C. After 10 minutes, the plate was removed from the oven. Rohacell® IG foam is a polymethacrylimide based foam with a density of 75 g / i.
Das erhaltene Teil war ein Laminat aus geschäumtem Rohacell® und Polylactam. The resulting part was a laminate of foamed Rohacell® and polylactam.
VZ der Hülle = 195; Restanteil Caprolactam in der Hülle: 1 ,5 Gew.% VZ of the shell = 195; Residual amount of caprolactam in the shell: 1, 5 wt.%
Beispiel 6 Eine Platte aus Lantor Soric® XF6-Schaum von Lantor wurde bei 100 °C unter Stickstoff in einen Ofen platziert, und eine Mischung aus Lösungen 1 und 2 (Mischzeit 30 Sekunden) wurde bei 140 °C auf die Platte gegossen. Lantor Soric® XF6-Schaum ist ein Schaum auf Basis von Nonwoven-Polyester mit einer Dichte von 600 g/l. Example 6 A Lantor Soric® XF6 foam sheet from Lantor was placed in an oven at 100 ° C under nitrogen and a mixture of solutions 1 and 2 (mixing time 30 seconds) was poured onto the plate at 140 ° C. Lantor Soric® XF6 foam is a foam based on nonwoven polyester with a density of 600 g / l.
Nach 10 Minuten wurde die Platte aus dem Ofen genommen. Das erhaltene Teil war ein Laminat aus geschäumtem Lantor Soric®-Schaum und Polylactam. After 10 minutes, the plate was removed from the oven. The resulting part was a laminate of foamed Lantor Soric® foam and polylactam.
VZ der Hülle = 223; Restanteil Caprolactam in der Hülle: 2,2 Gew.% Beispiel 7 VZ of the shell = 223; Residual content of caprolactam in the casing: 2.2% by weight Example 7
Eine Platte aus Balsaholz wird bei 100 °C unter Stickstoff in einen Ofen platziert, und eine Mischung aus Lösungen 1 und 2 (Mischzeit 30 Sekunden) wird bei 110 °C auf die Platte gegossen. Nach 10 Minuten wird die Platte aus dem Ofen genommen. Das erhaltene Teil ist ein Laminat aus Balsaholz und Polylactam.  A balsa plate is placed in an oven at 100 ° C under nitrogen, and a mixture of solutions 1 and 2 (mixing time 30 seconds) is poured onto the plate at 110 ° C. After 10 minutes the plate is removed from the oven. The resulting part is a laminate of balsa wood and polylactam.
Beispiel 8 Example 8
Eine Platte aus Alu-Schaum (Alulight® Sandwichpaneele von der Firma Alulight Int. GmbH, 0,6 mm Decklagen, 20 mm Dicke gesamt mit einer Dichte von ca. 400 g/l) wird bei 100 °C unter Stickstoff in einen Ofen platziert, und eine Mischung aus Lösungen 1 und 2 (Mischzeit 30 Se- künden) wird bei 1 10 °C auf die Platte gegossen. Nach 10 Minuten wird die Platte aus dem O- fen genommen. Das erhaltene Teil ist ein Laminat aus Alu-Schaum und Polylactam.  A sheet of aluminum foam (Alulight® sandwich panels from Alulight International GmbH, 0.6 mm cover layers, 20 mm total thickness with a density of about 400 g / l) is placed in an oven at 100 ° C under nitrogen , and a mixture of solutions 1 and 2 (mixing time 30 seconds) is poured at 1 10 ° C on the plate. After 10 minutes the plate is removed from the oven. The resulting part is a laminate of aluminum foam and polylactam.
Die Beispiele zeigen unter anderem, dass die hergestellte Werkstoffe bei einer geringeren Dichte (d < 0,8) eine sehr hohe Steifigkeit besitzen, nahe an reinem PA. Die Steifigkeit kann manuell durch Biegeversuche festgestellt werden; wenn die Proben nicht biegbar sind, ist die Steifigkeit hoch. The examples show, among other things, that the materials produced at a lower density (d <0.8) have a very high stiffness, close to pure PA. The stiffness can be determined manually by bending tests; if the samples are not bendable, the stiffness is high.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, umfassend wenigstens eine nicht- geschäumte Polymer-Phase (P) umfassend Polyamid, und wenigstens eine geschäumte Phase (G), wobei die nicht-geschäumte Phase durch anionische Polymerisation mindestens eines Monomeren (M) ausgewählt aus der Gruppe der Lactame in situ in Gegenwart der geschäumten Phase (G) hergestellt wird. A process for producing a composite component comprising at least one non-foamed polymer phase (P) comprising polyamide, and at least one foamed phase (G), wherein the non-foamed phase is obtained by anionic polymerization of at least one monomer (M) selected from the group of Lactame is prepared in situ in the presence of the foamed phase (G).
Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei die geschäumte Phase (G) einen Quader bildet, und wobei mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 95 % der Oberfläche einer Seitenfläche der geschäumten Phase (G) mit der nicht-geschäumten Phase (P) bedeckt ist. The method according to claim 1, wherein the foamed phase (G) forms a parallelepiped, and wherein at least 90%, preferably at least 95% of the surface area of a foamed phase (G) side surface is covered with the non-foamed phase (P).
Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 95 % der gesamten Oberfläche der geschäumten Phase (G) mit der nicht-geschäumten Phase (P) bedeckt ist. A process according to claim 1, wherein at least 90%, preferably at least 95% of the total surface area of the foamed phase (G) is covered with the non-foamed phase (P).
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die nicht-geschäumte Phase (P) durch Reaction Injection Molding (RIM) hergestellt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the non-foamed phase (P) by reaction injection molding (RIM) is prepared.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die geschäumte Phase (G) 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the foamed phase (G)
geschlossenzellig ist.  closed cell is.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zunächst die geschäumte Phase (G) in eine Form eingebracht wird, und dann die nicht-geschäumte Polymer-Phase (P) in diese Form gegossen wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein first the foamed phase (G) is introduced into a mold, and then the non-foamed polymer phase (P) is poured into this mold.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens eines der Monomeren (M) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Caprolactam, Lauryllactam und deren Mischungen. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of the monomers (M) is selected from the group comprising caprolactam, lauryl lactam and mixtures thereof.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die anionische Polymerisation des mindestens einen Monomeren (M) in Gegenwart eines Katalysators (K) und/ oder eines Aktivators (A) durchgeführt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the anionic polymerization of the at least one monomer (M) in the presence of a catalyst (K) and / or an activator (A) is carried out.
9. Verbundbauteil, herstellbar nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 8. 9. Composite component, producible by the method of one of claims 1 to 8.
Verwendung eines Verbundbauteils, herstellbar nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 8, als Strukturelement im Automobilbau. Use of a composite component, which can be produced by the method of one of claims 1 to 8, as a structural element in the automotive industry.
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