Durch die Forderung nach immer geringeren Schadstoffemissionen und niedrigeren Flottenverbräuchen gewinnt die Thematik Leichtbau für alle Komponenten des Automobils mehr und mehr an Bedeutung. Der Großteil an thermoplastischen Kunststoffen wird heute für Anbauteile eingesetzt, die getrennt von der Stahlkarosserie in Wagenfarbe lackiert werden. Die Probleme hinsichtlich Farbtonübereinstimmung zwischen Kunststoff-Anbauteilen und Stahlkarosserie können äußerst kostengünstig durch eine gemeinsame Lackierung an der Gesamtkarosserie umgangen werden. Bei dieser sogenannten online Lackierung durchlaufen die Kunststoffteile den gesamten Karosserie-Lackierungsprozess einschließlich der kathodischen Tauchlackierung (KTL), bei der kurzzeitig Maximaltemperaturen oberhalb 200 Grad C erreicht werden können, was den Einsatz der meisten Thermoplaste prinzipiell für eine online Lackierung ausschließt. Die Blends aus Polyphenylenether und Polyamid (PPE/PA) bieten bereits gute Voraussetzungen für die online Lackierung von Kunststoff-Anbauteilen. Die heutige Generation kommerzieller PPE/PA-Produkte erfüllt bereits Anforderungen an Karosserie-Anbauteile, sie stellen aber eine Kompromisslösung in verschiedener Hinsicht dar. Eine weitere Optimierung zur Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit, Reduzierung der thermischen Längenausdehnung und Einstellung elektrischer Eigenschaften bei gleichzeitiger Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wird daher angestrebt. Durch den Einsatz nanoskaliger Füllstoffe soll das Eigenschaftsprofil von Thermoplasten signifikant verbessert werden. Teilweise noch bessere Materialeigenschaften wären durch den Einsatz von Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes, CNTs) zu erwarten. CNTs gehören zur Familie der Fullerene und sind Makromoleküle, die sich aus Kohlenstoffen zusammensetzen, welche sich in einem Gerüst von Sechsecken zu winzigen langgestreckten Hohlzylindern anordnen. Im Beitrag werden die drei Ansätze erläutert, nach denen Nano-PPE/PA Blends weiter entwickelt wurden, wobei der Serienwerkstoff Noryl* GTX 979, ein PPE/PABlend der Fa. Sabic Innovative Plastics, als Referenzwerkstoff herangezogen wurde. Durch die Zugabe von Nanopartikeln und weiteren alternativen Verstärkungsstoffen sollten online-fähige Kunststoffe in ihrem Eigenschaftsprofil verbessert werden. Im Vergleich zu den bisher verfügbaren Materialien werden verbesserte mechanische Eigenschaften, eine geringere Wärmeausdehnung sowie eine geringere Wasseraufnahme bei gleich bleibender Zähigkeit erwartet. Anhand von Demonstrator-Bauteilen und seriennahen Kotflügeln, die in einem umfangreichen Prüfprogramm untersucht wurden, kann nun eine Reifegradaussage zu diesen neuartigen Werkstoffen getroffen werden. Nanoclay-Verstärkungen (Noryl* Nano 1 bzw. Noryl* EXNX 0137) zeigen die erwarteten Verbesserungen, reduzieren aber entgegen den Erwartungen die Zähigkeit deutlich. Möglichen Ursachen, wie zum Beispiel einer Agglomeratbildung, muss in weiteren Untersuchungen nachgegangen werden. Mit einem alternativen Füllstoff (Noryl* Nano 3) konnte auch die Zähigkeit im Vergleich zum Referenzmaterial gesteigert werden, sofern der Füllstoffanteil in der Größenordnung von zehn Prozent liegt. Höhere Füllstoffgehalte allerdings reduzieren die Duktilität stark (Noryl* GTX 977). Die Kombination aus alternativem Füllstoff und Nanoclays (Noryl* Nano 2) führt zu keinen entscheidenden Eigenschaftsverbesserungen und wird nicht weiter verfolgt.
Due to the demand for lower and lower pollutant emissions and for reductions in vehicle fleet fuel consumption, the theme of lightweight construction for all components of the automobile is becoming more and more important. Today the majority of thermoplastic polymers are used for add-on components, which are painted in the body color separately from the metal bodywork. Problems associated with color matching between plastic add-on components and the metal bodywork can avoided extremely inexpensively by painting the entire body at one and the same time. In this so-called on-line painting, the plastic components pass through the entire body painting process, including cathodic dip painting, in which maximum temperatures above 200 deg C are briefly reached - something which basically rules out the use of most thermoplastics for on-line painting. Blends made up of polyphenylene ether and polyamide (PPE/PA) already are well qualified for use in the on-line painting of plastic add-on components. The current generation of commercial PPE/PA products already satisfies the requirements applicable to body add-on parts but in a number of respects they do nevertheless represent a compromise solution. Efforts are therefore being made in further optimization so as to increase heat resistance, reduce thermal linear expansion and set electrical properties while simultaneously improving mechanical properties. The use of nanoscale fillers should significantly improve the range of properties of thermoplastics. In some cases even better material properties would be expected from using carbon nanotubes (CNTs). CNTs belong to the fullerene family and are macromolecules made up of carbon atoms arranged in a lattice of hexagons to form tiny, long, hollow cylinders. We will now go on to deal with the three approaches used in the further development of nano-PPE/PA blends. Here the standard material Noryl* GTX 979, a PPE/PA blend from Sabic Innovative Plastics, was used as reference material. The properties profiles of on-line-paintable plastics were to be improved by the addition of nanoparticles and other alternative reinforcing materials. In comparison with the materials previously available, improved mechanical properties, lower thermal expansion and less water absorption is expected while retaining with same material toughness. With the aid of demonstrator parts and production-intent fenders, which were investigated in a comprehensive testing program, it is now possible to make a capability maturity statement about these new kinds of material. Nanoclay reinforcements (Noryl* Nano 1 or Noryl* EXNX 0137) have the expected improvements but, contrary to expectations, do markedly reduce toughness. Further investigations will be needed to identify possible causes, such as, for example, agglomerate formation. With an alternative filler (Noryl* Nano 3) it was even possible to increase the toughness in comparison with the reference material provided the proportion of filler is of the order of 10%. Higher filler contents will, however, markedly reduce ductility (Noryl* GTX 977). The combination of alternative filler and nanoclays (Noryl* Nano 2) does not result in any decisive improvements in properties and will not be pursued further.
Potenzial von nanoskaligen Füllstoffen bei online-fähigen PPE/PA-Blends
Potential of nanoscale fillers in on-line-paintable PPE/PA blends
2009
14 Seiten, 10 Bilder, 2 Tabellen, 4 Quellen
(engl. Version S. 135-148)
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch , Englisch
Potential von nanoskaligen Fuellstoffen bei online faehigen PPE/PA Blends
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