ПОЛИПРОПИЛЕНОВАЯ ФОРМОВОЧНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФАСОННЫХ ДЕТАЛЕЙ С ДЕКОРАТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ Российский патент 2000 года по МПК C08L23/12 C08K7/06 

Изобретение относится к полипропиленовой формовочной смеси для изготовления фасонных деталей, поверхность которых обладает особым, декоративным эффектом и которые в особенности находят применение в салоне автомобиля.

Детали для внутренней обшивки, как покрытия A-, B-, C-стоек и т.п., в настоящее время чаще всего получают из термопластов путем литья под давлением. Предпочтительным материалом в настоящее время является усиленный (армированный), окрашенный в массе полипропилен. Для улучшения внешнего вида эти детали снабжают поверхностной структурой. Эти структуры создают путем соответствующих гравюр в штампах для литья под давлением. Результатом являются фасонные детали со структурированным, цветным, но однородным качеством поверхности.

Для того чтобы удовлетворить повышенным требованиям в отношении внешнего вида и комфорта, детали для обшивки лакируют или кашируют (оклеивают) с помощью пленок или текстильных материалов. Каширование осуществляют, смотря по обстоятельствам, с помощью адгезивов (клеев). В зависимости от рода материала-носителя для достижения хорошей прочности сцепления необходима еще предобработка фасонных деталей путем прокаливания, воздействия коронарного разряда и т.п. Эти отдельные стадии способа влекут относительно высокие финансовые расходы. Следующий, связанный с этим недостаток заключается в неблагоприятном свойстве затуманивания.

Под затуманиванием понимают конденсацию (испарившихся) летучих составных частей внутреннего оснащения автомобиля на стеклах, в особенности на защитном от ветра стекле. Интенсивность затуманивания естественно зависит от многих факторов и от преобладающих температурных условий. Так как адгезивы зачастую содержат относительно высокие доли летучих веществ, то кашированные клеем детали практически всегда представляют собой четко источник, способствующий затуманиванию.

Другой недостаток может выявляться в случае кашированных клеем деталей в отношении свободы (произвольности) оформления. На основании только частично ограниченной деформируемости текстильных материалов, соответственно, пленок, во время процесса каширования, в случае необходимости, нужно учитывать ограничения в отношении геометрического исполнения несущих деталей.

Поэтому задача изобретения состояла в нахождении материала, который путем литья под давлением приводит к фасонным деталям, обладающим подобным текстилю видом.

В принципе, окрашенный полипропилен (ПП), в случае необходимости дополнительно модифицированный усилителями, как стекловолокна или тальк и/или эластомеры, можно снабжать окрашенными в другой цвет волокнами. Было обнаружено, что можно примешивать термически и механически хорошо устойчивые волокна, например, из термопластичных сложных полиэфиров, полиамидов или полиакрилонитрила, в количестве примерно 0,5 - 3% по отношению к полипропилену и гомогенно смешивать с полимером в экструдерах. Изготовленные из таких смесей и снабженные рубчатой поверхностью контрольные пластины имеют подобный текстилю внешний вид. Эксперименты по изготовлению фасонных деталей с большой поверхностью, для чего требовались поточные линии большой длины, однако, оказались неудовлетворительными. Причиной были недостаточные термические и механические силы сопротивления полиэфирных, полиамидных или полиакрилонитрильных волокон. Требующаяся при литье под давлением полипропилена температура переработки примерно 230 - 270^oC и происходящее в шнековых машинах для литья под давлением во время гомогенизации и при прохождении горячих каналов и тонких питательных отверстий смещение материала приводит к сильному термическому повреждению волокон. Далее, из-за этих срезывающих усилий, в сочетании с высокой температурой, частично может происходить даже распад геометрии волокон.

Органические волокна, как шерсть или хлопок, в отношении сдвига показывают себя как более сопротивляющиеся. При обычной температуре переработки, однако, уже после короткого времени пребывания в агрегате для литья под давлением вследствие термической нагрузки наступают изменения цвета, которые приводят в случае прерывания производства к окраске вплоть до коричневой и частичному разрушению.

В настоящее время найдено, что задачу можно решить благодаря применению углеродных волокон.

Применение углеродных волокон для усиления полимеров само по себе известно. Обычно к полимерам добавляют количества 10 - 20% в виде разрезанных углеродных волокон, чтобы достичь заметного улучшения механических свойств (предел прочности на растяжение при изгибе и т.д.).

Таким образом, изобретение относится к полипропиленовой формовочной смеси для изготовления фасонных деталей с декоративным эффектом, содержащей полипропилен и 0,3 - 3 вес.%, в расчете на формовочную смесь, углеродных волокон с длиной волокна 0,5 - 18 мм.

Базисный материал формовочной смеси, предлагаемой согласно изобретению, состоит из:
a) 95 - 50, предпочтительно 90 - 70 вес.% изотактического полипропилена или сополимеров пропилена с вплоть до 15 вес.% этилена;
б) 5 - 50, предпочтительно 10 - 30 вес.% каучукообразных, совместимых с полипропиленом сополимеров, и
в) 10 - 50, предпочтительно 10 - 40 вес.% усиливающих наполнителей.

Предпочтительно применяют гомо- или сополимеры пропилена с индексом расплава MFI 230/5, согласно ДИН 53 735 = 1-95 г/10 мин.

В качестве каучукообразных сополимеров прежде всего пригодны аморфные сополимеры из 30 - 70 вес.% этилена и 70 - 30 вес.% пропилена; тройные сополимеры из этилена, пропилена и вплоть до 5 вес.% диенов, предпочтительно этиленнорборнена или 1,4-гексадиена; сополимеры из этилена и 10 - 45 вес.% винилацетата или блоксополимеры из стирола и бутадиена или стирола и изопрена, которые на обоих концах молекул содержат полистирольные блоки.

В качестве усиливающих наполнителей предпочтительно используют тальк, мел, стекловолокна или стеклянные шарики.

В качестве декоративного материала применяют углеродные волокна длиной 0,5 - 18 мм, предпочтительно 1 - 6 мм. Добавляемое количество составляет 0,5 - 3%, предпочтительно 1 - 2%, в расчете на всю формовочную смесь.

Предлагаемая согласно изобретению формовочная смесь, далее, может содержать обычные, облегчающие переработку и улучшающие физические свойства добавки. В качестве таковых нужно назвать свето- и термостабилизаторы, антиоксиданты, антистатики, смазки, а также красящие пигменты и огнезащитные средства. Первая группа содержится в формовочной смеси в общем в количестве 0,01 - 5 вес. %, в расчете на количество полимера (плюс наполнитель). Наполнители, красящие пигменты и огнезащитные средства используются в количестве соответственно потребности.

Условия переработки предлагаемой в изобретении формовочной смеси соответствуют условиям, которые обычно применяются при переработке полипропилена. Температуры переработки, измеренные непосредственно после выхода из сопла (фильеры), в зависимости от размера и сложности фасонной детали, находятся в области 240 - 280^oC. Температура инструментов составляет в общем 40 - 70^oC.

Для изготовления крупных и затруднительных для технической обработки фасонных деталей также можно выбирать особенно высокие для таких изделий температуры переработки, не затрагивая окраски или свойств.

Получают оптимальный эффект при применении полимеров светлой окраски, предпочтительно белой, серой, голубой или коричневой. На этот эффект еще можно влиять за счет обработки поверхности фасонных деталей.

В качестве способа переработки пригодны, например, литье под давлением, экструзия и способ экструзии с продувкой.

Нижеследующие примеры должны пояснить изобретение:
Пример 1
Изготовляют обшивку A - стойки европейской легковой автомашины среднего класса длиной 1220 мм, шириной 76 мм и с толщиной стенок 2,3 мм путем литья под давлением. Нанесение покрытия распылением осуществляют центрально через 3, расположенные на расстоянии, смотря по обстоятельствам, 12 мм друг от друга точечных литейных отверстия диаметром 1,5 мм. Для того, чтобы, несмотря на длинные проточные пути, достигать безупречного наполнения 2-кратного инструмента, нужно работать с температурой расплава 270 - 275^oC. Используют машину для литья под давлением с удерживающей силой 1300 кН. Диаметр шнеков составляет 90 мм. Установленные в цилиндре машины для литья под давлением (начиная с воронки для наполнения) температуры составляют: 240, 260, 280, 280, 294^oC. Весь цикл: 60 секунд.

В качестве материала используют содержащий 20% талька полипропиленовый сополимер с MFI 230/5 = 55 г/10 мин светло-серой основной окраски, к которому примешиваются 2% углеродных волокон длиной 6 мм, диаметром 22 мкм. В полном объеме достигается желательное визуальное совпадение снабженной мелким рубчиком обшивки стойки с соседним, кашированным текстилем верхом. Имеется требующаяся безопасность производства несмотря на требуемую относительно высокую температуру расплава, также при остановках производства не наступает никакого, вызываемого добавкой волокон изменения цвета или изменения свойств.

Пример 2
Для изготовления дверной секции легковой автомашины с интегрированной решеткой для громкоговорителя используют усиленный 15% коротких стекловолокон полипропиленовый сополимер светло-голубой основной окраски и с добавкой 1 вес.% углеродных волокон, причем длина волокна составляет 3 мм, диаметр = 6 мкм. Из-за филигранного выполнения решетки и вызывающих затруднение при литье под давлением для этих целей условий (тонкие перегородки, длинные проточные пути, многочисленные связывающие стыки) требуются температуры смеси выше 265^oC. Нанесения ущерба требуемой высокой ударной вязкости не наступает в готовых деталях. Также при вариации температуры переработки и времени переработки не было установлено никакого изменения окраски, вызываемого добавкой волокон.

Пример 3
Для изготовления корпуса машины для варки кофе используют гомополимер полипропилена с 10% талька и 1% углеродных волокон с длиной волокна 1 мм и диаметром 8 мкм, светло-коричневой основной окраски. Корпус изготовляют целиком, дно и крышка связаны через пленочные шарниры с центральной частью. Эти пленочные шарниры представляют собой четкие напыленные промышленным изготовлением барьеры, преодоление которых затруднительно. Поэтому выбирают полипропилен с MFI 230/5 = 85 г/10 мин и температуру смеси 265^oC. При этом инструмент можно заполнять безупречно. Несмотря на относительно высокую температуру смеси и наступающее на узких местах пленочных шарниров смещение материала не происходит никоим образом никаких изменений окрасок или повреждений материала.

Пример 4
На установке для экструзии с дутьем (диаметр шнеков 45 мм) получают ручки-держатели для использования внутри грузовых автомобилей. В качестве материала используют высокомолекулярный полипропиленовый сополимер, NFI 230/5 = 0,5 г/10 мин, основной белой окраски, к которому примешано 0,5 вес.% углеродных волокон, причем длина волокон составляет 18 мм, диаметр = 12 мкм. Температура смеси 220^oC. Согласно способу, волокна предпочтительно ориентированы в продольном направлении (т.е. в направлении выпуска расплава). Это ориентирование в сочетании с тонкой структурой поверхности придает отчетливый декоративный эффект.

Описывается новая полипропиленовая формовочная смесь для изготовления фасонных деталей с декоративным эффектом, отличающаяся тем, что содержит а) 85 - 50 вес.% изотактического полипропилена или сополимеров пропилена с почти до 10 вес.% этилена; б) 5 - 30 вес.% каучукообразных, совместимых с полипропиленом сополимеров; в) 10 - 40 вес.% усиливающих наполнителей и г) 0,3 - 3 вес.% в расчете на а) + б) + в) углеродных волокон с длиной волокна 0,5 - 18 мм. Технический результат - создание материала, который путем литья под давлением приводит к фасонным деталям, обладающим подобным текстилю видом. Эти фасонные детали находят применение, в особенности, в салоне автомобиля. 2 з.п.ф-лы.

1. Полипропиленовая формовочная смесь для изготовления фасонных деталей с декоративным эффектом, отличающаяся тем, что содержит
а) 85-50 вес.% изотактического полипропилена или сополимеров пропилена с почти до 10 вес.% этилена;
б) 5-30 вес.% каучукообразных, совместимых с полипропиленом сополимеров;
в) 10-40 вес.% усиливающих наполнителей и
г) 0,3-3 вес. % в расчете на а) + б) + в) углеродных волокон с длиной волокна 0,5-18 мм. 2. Формовочная смесь по п.1, отличающаяся тем, что она в качестве усиливающих наполнителей включает тальк, мел, стекловолокна или стеклянные шарики. 3. Формовочная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что она окрашена в светлый основной тон.