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DE202015004944U1 - Nanoblasenstruktur - Google Patents

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Abstract

Transparenter thermoplastischer Werkstoff zur Herstellung transparenter Halbzeuge und Formteile, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume mit Durchmesser unter 200 nm und Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder aus Calziumcarbonat vorhanden sind.

Description

  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, transparente thermoplastische Werkstoffe zur Herstellung von Formteilen und Halbzeugen sowie die Formteile und Halbzeuge selbst zur Verfügung zu stellen, die bei reduziertem Gewicht verbesserte mechanische Eigenschaften bei hoher Deformationsgeschwindigkeit aufweisen.
  • Gelöst wurde die Aufgabe dadurch, dass Gasblasen eingebracht werden, die aufgrund Ihrer Größe unter 100 nm die Transparenz nicht beeinflussen, bei hoher Deformationsgeschwindigkeit durch die Ausbildung von Spannungskonzentrationen aber plastische Deformation einleiten und hierdurch sprödes Bauteilversagen verhindern. Zur Ausbildung dieser Nanoblasen sind heterogen verteilte Keime vorteilhaft, wofür sich Partikel aus schichtförmigen Hydroxyden und aus Calziumcarbonat bewährt haben.
  • Stand der Technik ist die Ausrüstung transparenter Werkstoffe mit Elastomerpartikeln, um die mechanischen Eigenschaften bei hoher Deformationsgeschwindigkeit zu verbessern. Allerdings weisen diese Partikel im Vergleich zur erfindungsgemäßen Ausrüstung mit Gasblasen sowohl einen größeren Gemengepreis als auch eine höhere Dichte auf, sodass sich höhere Bauteil- bzw. Flächengewichte ergeben.
  • Stand der Technik ist ebenfalls der Eintrag von nanoskaligen dispersen Phasen, bevorzugt aus anorganischen Partikeln ( DE 20 2013 008 661 U1 ), wobei der Anteil an disperser Phase höher sein muss als der Anteil an heterogenen Keimen in den erfindungsgemäßen Werkstoffen. Der erfindungsgemäße Werkstoff erlaubt dagegen, im Vergleich zu Werkstoffen mit solchen dispersen Phasen geringere Bauteilgewichte bzw. Flächengewichte umzusetzen. Insbesondere für Anwendungen im Bereich der Luftfahrt bedeutet diese Eigenschaft der erfindungsgemäßen Werkstoffe einen Mehrwert.
  • Zum Erhalt der Transparenz ist es erforderlich, dass die Durchmesser der eingetragenen Blasen kleiner als 200 nm betragen, da ansonsten Lichtbrechung die Transparenz der Werkstoffe beeinflusst. Für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ist es besonders vorteilhaft, diese Durchmesser kleiner als 100 nm und besonders vorteilhaft, diese Durchmesser kleiner als 60 nm einzustellen. Beste Eigenschaften ergeben sich mit Blasen kleiner 40 nm Durchmesser, da hierbei eine maximale Zahl an Blasen generiert wird.
  • Auch die heterogenen Keime müssen Korngrößen kleiner als 200 nm aufweisen, sodass die Transparenz nicht durch deren Zugabe beeinträchtigt wird. Um die gewünschten Blasengröße zu generieren, sind Partikelgrößen unterhalb von 100 nm vorteilhaft. Besonders vorteilhaft sind solche Partikel mit Durchmesser unterhalb von 50 nm. Alternativ besteht die Möglichkeit, zur Sicherstellung der Transparenz solche Hydroxide auszuwählen, deren Berechungsindex zum dem der Polymermatrix eine maximale Abweichung von 0,02 beträgt.
  • Wichtig zur Ausbildung von plastischen Deformationsanteilen bei hoher Deformationsgeschwindigkeit ist der Eintrag einer Mindestkonzentration an keimbildenden Partikeln. Vorteilhaft sind Konzentrationen von 1010 Keimen/cm3, besonders vorteilhaft Konzentrationen von 1011 Keimen/cm3 und ganz besonders vorteilhaft Konzentrationen von 1012 Keimen/cm3.
  • Die Konzentration der Blasen steuert ebenfalls die Fähigkeit der plastischen Deformation bei hoher Deformationsgeschwindigkeit und zudem die Dichte der Werkstoffe. Vorteilhaft sind Konzentrationen von 1010 Keimen/cm3, besonders vorteilhaft Konzentrationen von 1011 Keimen/cm3 und ganz besonders vorteilhaft Konzentrationen von 1012 Keimen/cm3.
  • Besonders effektiv kann die Fähigkeit zur plastischen Deformation gesteigert werden, indem die Hohlräume und Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder aus Calziumcarbonat netzwerkartig im Werkstoff verteilt werden und somit 0,5–2,0 μm große Bereiche ohne Hohlräume und ohne Hydroxide bzw. Calziumcarbonat umschlossen werden. Hierfür muss die Plastifizierung derart ausgeführt werden, dass unaufgeschlossene Polymercluster erhalten bleiben. Dies kann erreicht werden durch eine bimodale Molmassenverteilung sowie durch eine Begrenzung der Plastifiziertemperatur.
  • Die Erfindung betrifft auch transparente Formteile und Halbzeuge, die aus erfindungsgemäßen Werkstoffen hergestellt wurden. Als Beispiele für erfindungsgemäße PVC-Rezepturen werden folgende Rezepturen aufgeführt: Beispiel 1
    PVC: 99,7% K = 70
    Magnesiumhydroxid: 0,2% (120 nm Korndurchmesser)
    Blasenkonzentration: 1011 Keimen/cm3 (Treibmittel: 0,1% OBSH)
    Plastifiziertemperatur 185°C
    Anteil Polymercluster: 30% (unaufgeschlossene Primärteilchen ca. 1 μm Durchmesser)
    Beispiel 2
    SAN (MFI = 5 g/10 min): 33,2%
    SAN (MFI =15 g/10 min): 66,3%
    Calziumcarbonat: 0,4% (30 nm Korndurchmesser)
    Blasenkonzentration: 1010 Keimen/cm3 (Treibmittel: 0,1% Toluolsulfonsäurehydrazid)
    Plastifiziertemperatur: 180°C
    Beispiel 3
    PMMA: 99,5%
    Calziumcarbonat: 0,5% (30 nm Korndurchmesser)
    Blasenkonzentration: 1010 Keimen/cm3 (Treibmittel: 0,1% Kohlendioxid)
    Plastifiziertemperatur: 190°C
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202013008661 U1 [0004]

Claims (15)

  1. Transparenter thermoplastischer Werkstoff zur Herstellung transparenter Halbzeuge und Formteile, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume mit Durchmesser unter 200 nm und Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder aus Calziumcarbonat vorhanden sind.
  2. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume mit Durchmesser unter 100 nm vorhanden sind.
  3. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume mit Durchmesser unter 60 nm vorhanden sind.
  4. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume mit Durchmesser unter 40 nm vorhanden sind.
  5. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder Calziumcarbonat mit Durchmesser unter 100 nm vorhanden sind.
  6. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder Calziumcarbonat mit Durchmesser unter 50 nm vorhanden sind.
  7. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder Calziumcarbonat eine Differenz von < 0,02 zum Brechungsindex des Matrixwerkstoffs aufweist.
  8. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder Calziumcarbonat eine Konzentration von mindestens 1010 Teilchen/cm3 aufweisen.
  9. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder Calziumcarbonat eine Konzentration von mindestens 1011 Teilchen/cm3 aufweisen.
  10. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder Calziumcarbonat eine Konzentration von mindestens 1012 Teilchen/cm3 aufweisen.
  11. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume eine Konzentration von mindestens 1010 Blasen/cm3 aufweisen.
  12. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume eine Konzentration von mindestens 1011 Blasen/cm3 aufweisen.
  13. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume eine Konzentration von mindestens 1012 Blasen/cm3 aufweisen.
  14. Transparenter thermoplastischer Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume und Partikel aus schichtförmigen Hydroxiden oder aus Calziumcarbonat netzwerkartig im Werkstoff verteilt sind und 0,5–2,0 μm große Bereiche ohne Hohlräume und ohne Hydroxide und ohne Calziumcarbonat umschließen.
  15. Transparente Halbzeuge und Formteile, die aus einem thermoplastischen Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüchen hergestellt ist.
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