混合设计的轻质部件的制作方法

专利名称：混合设计的轻质部件的制作方法
混合没计的轻质部件
本发明涉及混合设计的轻质部件，也被称为混合部件或空心室轻质 部件，这些部件是由一种壳型母体构成的，该母体是借助热塑性塑料加 强的并且适合用于传递高机械负荷，其中该热塑性塑料是无支链的直链 的、半晶质聚酰胺与至少一种弹性体改性剂以及至少一种填充剂相结合。 在一个优选实施方案中，该混合部件是在才喿作中可以经受才几械以及还有
热负荷的一种部件。使为了本发明的目的的部件经受经得住至少150°C 的温度的热负荷。在150°C及以上的温度下，材料对蠕变的抵抗性是足 够的因此它同时还可以经受机械负荷。为了保证该材料不仅在经受热负 荷时而且经受机械负荷时有足够的抗蠕变性，总体上不应超过190°C的温度。
因此，为了本发明的目的，总体上不将经受枳4成负荷的部件暴露至 190°C之上的温度。
这些适当时经设计的轻质部件被用于车辆部件、用于办公机械、家 用机械、或其他机械的承重元件中、或用于装饰目的的结构元件中，或 诸如此类。所生产的车辆构造的部件优选可以是前端、前照灯框、4亍人 保护梁、用于发动机罩或行李箱盖的专门的撞击板、前车顶拱架、后车 顶拱架、车顶框架、车顶;漠块(整个车顶)、滑动顶棚支撑部分、仪表板 支撑部分(横杆梁)、转向柱定位器、防火墙、踏板、踏板挡块、换档块、 A、 B或C柱、B-柱才莫块、纵向构件、用于纵向构件与B柱之间连4妄的 连接元件、用于A柱与横向构件之间连接的连接元件、用于A柱、横向 构件、以及纵向构件之间的、以及横向构件之间连4妄的连4妻元件，以及 用于轮周、轮周模块、冲撞盒、后端、备用轮凹座、发动机罩、发动机 盖、发动机油底壳、变速器油底壳、油模块、水箱组件、发动机刚度系 统(前端刚度系统)、底盘部件、车辆地板、门才监、门檻加固系统、地才反加固系统、座位加固系统、冲黄向座位构件、后车门、4匡架、座位结构、 靠背、座位壳、具有或不具有整合的安全带的座位靠背、由轻质部件构 成的包裹架。
混合设计的轻质部件(下文也被称为混合部件)的特征是大多数由 金属构成的壳型母体至引入其中或者^隻盖其上的塑料部件的互锁连4妄。
DE-A27 50 982 4皮露了包含两个或多个部件(优选由金属构成)的 不可释放的连接，其中，该连接是由塑料构成的并且是通过例如注塑模 制工艺在接受待连接部件的模具中制造的。EP-A 0 370 342 4皮露了由壳 型母体构成的混合i殳计的轻质部件，该母体的内部空间具有牢固;也连4秦 至该母体上的多个加强肋，其中，这些加强肋是由才莫制的塑津牛构成的， 并且它们到母体的连接是借助在母体上的多个穿孔而在离散的连接位点 处发生的，塑料通过这些穿孔延伸并延伸穿过这些穿孔的区域，这样就 实现了牢固的互锁连接。EP-A 0 995 668对这一原理估文了补充，其中， 该空室轻质部件另外还配备了由塑料构成的盖玲反或盖壳。然而，还有可 能设想到由其他材料(例如金属)构成的盖板。
WO 2002/068257 4皮露了已知的由金属和塑料构成的整合的结构， 并描述了很多紧固手段以便提供两个部件彼此之间的牢固连接。WO 2004/071741披露了可替代的程序，即利用两个操作，起初通过用塑料来 包4隻才莫制金属部件，其方式为使得该塑料穿过该金属部件中的开口并且 溢泮牛留在另一侧，其中，在该材料导致牢固的互锁连4妄之前需要一个额 外的转化净喿作。EP 1 294 552B1纟皮露，为了生产混合部件，有可能的是 金属芯件已经并非全部而是仅部分地被塑料包覆模制，以提供牢固的互 锁连4妄。WO 2004/011315 4皮露了另一个变体，其中，金属部件之上和之 下皆设有用于同包覆沖莫制的塑料牢固地互锁连冲姿的开口 。 WO 2001/38063描述了一种复合塑碑牛部件，该部4牛由至少两个由不同才才冲牛(例 如塑料和金属)或不同金属或塑料制成的薄板状工件构成，其中，这些
工件已在其外围区域彼此连接，并且该连接是由模制的热塑性塑料构成 的。EP 1 223 032 A2纟皮露了混合设计的一种薄板型轻质部件。US 6,761,187 Bl 4皮露了一种混合部件，其形式为具备由热塑性塑料构成的一体化的闭合体的一种通道或管道。DE 195 43 324 Al 4皮露了如何制备 用作混合部件的金属部件来实现与热塑性塑冲+的牢固互锁连4秦。EP 1 340 668 A2或EP 1 300 325 A2提供了加强肋不仅在金属部件的内部用于 加强并且还在其外部的可能性。
人们很快认识到，混合设计的轻质部件在高稳定性、在碰撞情况下 的高能量吸收、以及减轻重量4艮重要时(即，例如在才几动车辆的构造中) 均具有非常好的适用性。EP0 679 565 Bl 4皮露了具有至少一个刚性横杆 的才几动车辆的前端，该刚性冲黄杆延伸过该前端的大部分长度，其中至少 一个由塑津牛构成的支撑部^牛浇注至该刚性一黄斥干的末端区jt或。EP 1 032 526 B1披露了用于机动车辆的前模块的承重结构，该结构由 一个钢板母体、 一种未加强的无定形热塑性才才冲牛、 一种JE皮璃纤维加强的热塑性塑一牛、以 及还有例如由聚酰胺构成的一个肋结构所构成。DE 100 53 840 Al 4皮露 了 一种緩冲系统或能量吸收器元件，该元件是由多个相对安排的金属薄 板以及多个由热塑性塑料或热固性塑料形成的连接肋构成的。WO 2001/40009 4皮露了混合4支术在机动车辆的刹车，备板、离合器3#斧反或油门 踏沐反中的用途。EP 1 211 164 Bl进而描述了 4吏用混合结构的用于才几动车 辆散热器安排的支撑结构。DE 101 50 061 Al -坡露了在混合设计的车辆 前模块中的锁定横向构件。US 6,688,680 Bl描述了车辆中混合设计的横 向构件。EP 1 380 493 A2 #会出了才几动车辆前端才反的另 一个实例， <旦是此 处，该材料并不是围绕金属部件的全部进行注塑，而是采用网的形式支 撑该金属部4牛。混合"i殳计的轻质部^f牛不^又可用于前端或3奮^反，而且还可 用于车辆车身的任意部位。为此目的，DE 100 18 186 B4才是供了用于带 门框的车辆车门的例子，EP 1 232 935 Al提供了用于车辆实际车身的例 子，以及DE 102 21 709 Al提供了用于才几动车辆的7 义重元件的例子。
与现有才支术中描述的部件相对比，汽车的发电才几(为了本发明的目 的)具有经受机械以及热负荷的多个部件。发电机是由运转的发动机驱 动的并且因此经受了积4成负荷。汽车中常用的驱动方法是^f吏用 一个传动 皮带(例如多肋三角带或扁平三角带)。最近汽车4亍业也开始^f吏用一些i殳 计，其中，像在发动机内的许多轮一样，该发电机是直接用曲轴驱动的。在发电机中转子的转速常常是至少20,000 rpm。在此产生的机械应 力相应地4交高。在发电才几内，存在除其他之外由摩4察引起的高温。
此处的发电才几壳体定期地经受从150°C至190°C的温度以及机械负 荷。由于成本的原因，该壳体优选是用金属制造的，因为金属经得住机 械以及热负荷。该壳体总体上是由两个壳构成的，这两个壳配备有一个 轴承以用于转子的轴。在许多情况下，这些壳还具有通风缝隙。总体上 至少 一个壳还具有紧固元件以允许将发电机紧固在汽车的发动机抢内。 一个壳体总体上还具有设计相对复杂的其他功能元件。
出于可比性的原因， 一个电动才几的部件在所具有常失见的4秦触枳4成以 及热负荷的方面与一个发电才几是可比的。
在汽车中的阀门盖是为了本发明的目的的部件的另一个实例。阀门 盖(还被称为"气缸盖罩")形成一个(垂直的)内燃机的最上面的边界。
它隐藏了阀门操作机构的上部致动元件并且防止了润滑油逃逸到 环境中，并且还防止了空气进入发动机中；现代发动机具有一个稍微低 于大气压的内压，以^f更防止燃烧气体和蒸气/人发动才几中流出而进入环境 中。阀门盖还4艮经常地包括用于发动才几油的填充剂孔，连同密封帽。
若阀门才喿作才几构具有一个顶置凸4仑轴并且它是通过一个链(所有 Daimler-Benz发动才几、多种BMW发动才几、 一些Audi发动才几等等)驱动 时，该阀门盖还包括凸轮轴链轮。
就汽缸盖而言，经常存在一个U形的塑料衬垫来密封阀门盖。几十 年来，阀门盖是使用软木的或模制的热固性树脂的外周衬垫来密封的， 并且对于VW Beetle发动才几的两个阀门盖也是如此。为了将阀门盖连4妄 至汽缸盖，总体来说存在着大量的螺栓，这些螺栓穿过阀门盖的周边并 且穿过衬垫而拧进汽缸盖中。这一设计不利的是需要大量螺栓以在阀门 盖和汽缸盖之间产生一个防漏连4妄。为了减少螺栓的tt量，在一个现代 的实施方案中，使这些螺栓穿过该阀门盖的中心。这一实施方案没有任何穿过衬垫的外侧螺栓。这种方法可以显著地减少所需要的螺栓的数目。 然而，在这一实施方案中，该阀门盖的材冲牛经受了明显更大的机械负荷。 为了长期地维持密封，它必须是特别耐蠕变的。该阀门盖还必须经得住 总体上是150°C的普遍工作温度。在工作过程中至少经受为了本发明的
这种类型的组件固定件被用于将发电才几固定在汽车内部。通过皮带驱动 该发电才几经受才几+成负荷，并且由此该才几才成负荷净皮4专递至该iiH牛固定件。 若该安排在这些热的部件附近具有这种类型的组件固定件，则它也经受 热负荷。
当为本发明的目的部件经受机械以及热负荷时，为生产这些部件而 选择的材料普遍是金属。这种金属经得住机械以及热负荷。
虽然存在以可比较的方式同样经得住机械以及热负荷的塑料，但它 们是昂贵的特种塑料并且由于成本的原因而不被使用。
如现有^支术所揭露的，混合部件可以用于多种应用。旨在用于包括「 用于发电机或电动机的端板，或者另外作为阀门盖的用途的混合部件是 由借助热塑性塑料加强的壳型母体构成的。这些热塑性材料总体上包括 填充剂，优选加强热塑性塑料的纤维。然而，这些加强填充剂的一个缺 点在于它们不利地影响热塑性塑料的流动性，结果是热塑性塑料不能按 所希望的进行处理来才是供混合部件；或在于由此生产的部件不能经受在 引言中所提及的意义上的机械或热负荷。
由此，本发明的目的是生产空室轻质部件，这些部件首先具有现有 技术中已知的优点，例如高的抗弯性、高的扭转稳定性、以及相对高的 强度，但是此外其特征是相对低的重量和在其生产过程中相对低的才莫制 温度，其中聚酰胺缩聚物组合物的粘度通过在该聚合物熔体中使用添加 剂而降低，此时无需承受特性上的某些损失，例如当使用了从文献已知 的低粘度直链聚合物树脂或添加剂时发生的抗沖击性和抗水解性的损 失，但同时允许使用按重量计高达60%的填充剂，而无需承受在由此生 产的模制品的机械和/或热特性上的损失。在刚度和极限抗拉强度方面，目的是理想地使这种类型的聚酰胺组合物与未4吏用添加剂的聚酰胺缩聚物组合物之间没有明显的区别，由此允许毫无问题地用基于聚酰胺的塑料结构替代这些材料，并且由此提供对混合部件的最佳应用。
这一目的的实现在于本发明^是供了由壳型母体构成的轻质部件，该壳型母体的外部和/或内部空间具有牢固地连接至该母体上并由模制的热塑性塑津牛构成的多个加强结构，并且具有在多个离散的连4^f立点的至该母体的连接，其特征在于，^吏用了聚合物组合物，该聚合物组合物包括
A) 按重量计从55份至10份、优选按重量计从50份至30份、特别优选按重量计/人45 ^分至32〗分的一种直链的、无支链的、半晶质热塑性聚酰胺，
B) 4姿重量计/人48 4分至8(H分、优选按重量计^人5(H分至75 4分、特别优选按重量计从55份至70份的至少一种填充剂，以及
C) 」換重量计入人0.01份至10份、4尤选4安重量计乂人0.25 4分至6 4分、特别优选4要重量计乂人1.0 4分至4 4分的至少一种弹性体改性剂。
然而，本发明还才是供了用于生产在混合形式中的 一种轻质部件的方法，该部件的外部和/或内部空间具有牢固地连4妻至母体上并由才莫制的热塑性塑料构成的多个加强结构，并且具有在多个离散的连接位点的至该母体的连接，其特征在于，通过成型工艺在一个成型才莫具中对以下聚合物模制组合物进行处理，该组合物包括
A) 按重量计从55份至10份的一种直4连的、无支链的、半晶质聚酰胺，
B) 4安重量计乂人48 ^f分至80 4分的至少 一种》真充剂，以及
C) :換重量计,人0.01 4分至10 ^f分的至少一种弹性体改性剂。通过用于热塑性塑4牛的成型工艺，优选通过注塑才莫制、熔体才齐出、 压缩模制、冲压、或吹气模制，对聚合物模制组合物进行处理以得到本 发明的混合设计的轻质部件。根据本发明，就用作混合部件而言，直链 的、无支4连的、半晶质、热塑性聚酰胺具有最好的适用性。然而，4吏用 可替代的塑料制品例如聚酯类、聚乙烯、聚丙烯等等也是可以设想到的。
本领域的普通^支术人员清楚用于生产聚酰胺的不同方法。有4寺实现 的效果对于从使用混合技术的上述先有技术中已知的任何变体是同样明 显的，而不管该塑津牛部件是否完全包^隻该金属部件，或者如在EP1380
493A2的情况下，^义在其周围形成一个网，也不管该塑津牛部件随后是否 通过粘接或是作为举例通过激光连接至该金属部件而引入，或者是否如 WO 2004/071741中，该塑料部件和金属部件在额外的才喿作中获得牢固的 互锁连4妄。在经受或者枳4成应力或者另外经受热应力或者另外经受枳4成 和热应力的混合设计的部件中(实例是发电机或电动机的端板)将要获 得的效果同样是明显的。
用于生产混合i殳计的部件的才支术也可以;波称为用于减轻重量的方 法。因此，本发明还才是供了用于减轻部件重量，优选4壬4可类型的车辆部 件的重量的一种方法，其特征在于，生产了多个轻质部件，这些轻质部 件是由壳型母体构成的，该母体的外部和/或内部空间具有牢固连4妄至该 母体上且由模制的热塑性塑料构成的多个加强结构，并且具有在多个离 散的连接位点的至母体的连接，其中有待使用的聚合物模制组合物包括
A) 按重量计从55〗分至IO份的一种直链的、无支链的、半晶质聚 酰胺，
B) 按重量计从48份至80份的至少一种填充剂，以及
C) 4姿重量计从0.01 <分至10〗分的至少一种弹性体改性剂。
根据本发明，特别优选有待作为组分A)使用的聚酰胺A)是直链的、 无支链的、半晶质聚酰胺，这些聚酰胺可以从二胺类和二羧酸类和/或具
11有至少五元环的内酰胺类开始进4亍制备，或从相应的氨基酸开始进4亍制 备。
可以用于该目的的起始材料是脂肪族的和/或芳香族的二羧酸类，例
如己二酸、2，2,4-及2,4,4-三曱基己二酸、壬二酸、癸二酸、间苯二曱酸、 对苯二甲酸，以及脂肪族的和/或芳香族的二胺类，例如，四亚曱基二胺、 六亚曱基二胺、1,9-壬二胺、2,2,4-和2,4,4-三甲基六亚曱基二胺，同分 异构的二氨基二环己基曱烷类、二氨基二环己基丙烷类、双氨基曱基环 己烷、苯二胺类、苯二曱二胺类、氨基羧酸类，例如氨基己酸，以及相 应的内酰胺类。还包括由所提及的多种单体构成的共聚酰胺类。
才艮据本发明优选的聚酰胺类是由己内酰胺类、非常特别优选由￡-己 内酰胺、以及还有基于PA6、 PA66、以及其他脂肪族的和/或芳香族的聚 酰胺类以及对应地共聚酰胺类的大多数配合料制备的，其中在聚合物链 中对每个聚酰胺基团而言存在从3个至11个亚曱基基团。
根据本发明有待作为组分B)使用的填充剂优选是纤维加强的材料， 特别是剁碎的玻璃纤维。
特别地，当4吏用玻璃纤维时，不^又有可能^f吏用石圭烷，而且也有可能 使用聚合物分散体、成膜剂、支化剂、和/或玻璃纤维加工助剂。
根据本发明特别优选的有待使用的玻璃纤维(其直径通常是从7 jxm 到18 (im、优选从9 pm到15 )iim )是以长丝纤维的形式或以剁石卒的或磨 碎的^皮璃纤维的形式加入的。这些纤维可以配有一个合适的力交冲+体系和/ 或一种偶联剂或偶联剂体系，例如基于硅烷的体系。
借助处理以提供模制组合物或模制品，在模制组合物中或在模制品 中的玻璃纤维的长度可以显著地短于在生产才莫制组合物中通常^f吏用的玻 璃纤维的长度。才艮据本发明有待作为组分C)使用的弹性体改性剂包括一种或多种
由以下各项构成的接枝聚合物
Cl 按重量计从5%至95%、优选按重量计从30%至90%的至少一 种乙烯基单体
C2 按重量计从95%至5%、优选按重量计从70%至10%的一种或 多种接枝基体，该基体具有〈10。C、优选〈0。C、特别优选〈-0。C的玻璃 化转变温度。
该接枝基体C2的中值粒径(d50值)总体上是从0.05|um至10|im、 优选从0.5pm至5|um、特另'H尤选从0.2|um至lpm。
单体C.l优选是由以下各项构成的混合物
C.l.l 按重量计从50%至99%的乙烯基芳香族化合物和/或环取代 的乙烯基香族化合物，优选苯乙烯、a-曱基苯乙烯、对曱基苯乙烯、对 氯苯乙烯，和/或曱基丙烯酸Cl-C8-烷基酯，优选甲基丙烯酸曱酯、或曱 基丙辟酸乙酯，以及
C.1.2 按重量计从1%至50%的乙烯基氰类，优选不饱和腈类，特 别是丙烯腈和曱基丙烯腈，和/或(甲基)丙烯酸Cl-C8-烷基酯类，优选曱 基丙烯酸曱酯、丙烯酸正丁基酯、丙烯酸^又丁酯，和/或衍生物类，优选 不饱和羧酸的酸酐类以及酰亚胺类，优选马来酸酐和N-苯基马来酰亚 胺。
特别优选的单体C.l.l是选自以下单体中的至少一种的单体苯乙 烯、a-曱基苯乙烯、以及曱基丙烯酸曱酯，并且优选的单体C.1.2是选 自以下单体中的至少一种的单体丙烯腈、马来酸肝、以及曱基丙烯酸曱酯。
非常特别优选的单体是C.l.l苯乙烯以及C丄2丙烯腈。对于有待在弹性体改性剂C)中使用的接枝聚合物而言适合的接枝
基体C.2是二烯基橡胶类、EP(D)M橡胶类(即基于乙烯/丙烯的橡胶类)， 其他适合的接枝基体是(若适当的话)二烯烃、丙烯酸酯橡胶类、聚氨 酯榜J交类、石圭橡胶类、氯丁二烯和乙烯/乙酸乙烯酯橡月交类。
优选的接枝基体C.2是二烯基橡胶类(例如基于丁二烯、异戊二烯 等等的那些)、或二烯基橡胶混合物、或二烯基橡胶类或这些物质与其他 可共聚单体(例如根据C.l.l以及C丄2)的混合物的共聚物，其条件是 组分C.2的玻璃化转变温度是< 10°C、优选<0°C、特别优选<-10°C。
其他优选的接枝基体C.2是ABS聚合物类(乳液ABS、本体ABS、 和悬浮ABS ),通过举例描述于DE-A 2 035 390 ( = US-A 3 644 574 )或 DE-A 2 248 242 ( = GB-A 1 409 275 )或Ullmann, Enzyklopadie der Technischen Chemie [Encyclopedia of Industrial Chemistry] Volume 19 (1980), pages 280 ff.中。(ABS =丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)。4妻枝基体C.2 的凝月交含量优选是按重量计至少30%、特别优选4姿重量计至少40% (在 曱苯中测量)。
弹性体改性剂C)是通过自由基聚合而生产的，例如通过乳液聚合、 悬浮聚合、溶液聚合、或本体聚合，优选通过乳液聚合或本体聚合。
适合的丙烯酸酯橡胶类是基于接枝基体C2的，该接枝基体C2优选 包括由丙烯酸烷基酯类构成的聚合物，若适当的话，基于C.2含有按重 量计高达40%的其他可聚合的烯4定式不饱和单体。在优选的可聚合的丙 烯酸酯类之中是Cl-C8-烷基酯类，例如甲基、乙基、丁基、正辛基和2-乙基己基酯类；卣烷基酯类，优选囟-Cl-C8-烷基酯类，例如丙烯酸氯乙 酯，以及还有所述单体的混合物。
为了交联，有可能对具有多于一个可聚合的双键的单体进行共聚。 优选的交耳关单体的例子是具有,人3个至8个-灰原子的不々包和一元羧酸与 具有/人3个至12个^友原子的不々包和一元醇、或具有/人2个至4个OH基 团以及具有乂人2个至20个石友原子的々包和多元醇的酯类，例如二曱基丙烯酸乙二醇酯、曱基丙烯酸烯丙酯；多不々包和杂环化合物，例如氰尿酸三
乙烯酯以及氰尿酸三烯丙酯；多官能的乙烯基化合物，例如二-和三-乙 烯基苯类；以及还有磷酸三烯丙酯和邻苯二曱酸二烯丙酯。
优选的交联单体是曱基丙烯酸烯丙酯、二曱基丙烯酸乙二醇酯、邻 苯二曱酸二烯丙酯、以及具有至少3个烯键式不饱和基团的杂环化合物。
特别优选的交耳关单体是环状单体氰尿酸三烯丙酯、异氰尿酸三烯丙 酯、三丙烯酰基六氢化-s-三n秦、以及三烯丙苯类。交联单体的量优选是 基于该接枝基体C.2按重量计从0.02%至5%、特别是按重量计从0.05% 至2%。
在具有至少3个烯4定式不^fe和基团的环状交耳关单体的情况下，有利 的是将该量限定为按接枝基体C.2的重量计小于1%。
优选的"其他"可聚合的、烯4定式不饱和单体(如果适当的话，可以 与丙烯酸酯类一起用于4妻4支基体C.2的生产)的例子是丙烯腈、苯乙烯、 a-曱基苯乙烯、丙烯酰胺类、乙烯基Cl-C6-烷基醚类、曱基丙烯酸曱酯、 以及丁二烯。作为接枝基体C.2优选的丙烯酸酯橡胶类是乳液聚合物， 它的凝"交含量是4姿重量计至少60%。
根据C.2其他适合的接枝基体是在DE-A 3 704 657 (= US 4 859 740 )、 DE-A 3 704 655 ( = US 4 861 831 )、 DE漏A 3 631 540 O US 4 806 593 )、以及DE-A3 631 539 ( = US 4 812 515 )中4苗述的石圭才象月交类，它们 具有在接枝中有活性的位点。
与基于接枝聚合物的弹性体改性剂一并地，作为组分C)同样有可能 使用不是基于接枝聚合物并且具有< 10°C、优选〈0。C、特别优选〈-20。C 的玻璃化转变温度的弹性体改性剂。这类的例子可以是具有嵌l爻共聚物 结构的弹性体。这些的其他例子可以是热塑性可熔的弹性体。在此可以 才是及的优选的例子是EPM橡月交类、EPDM橡月交类、和/或SEBS榑』交类。在一个可替代的优选实施方案中，基于混合设计用于生产本发明的
部件的聚酰胺模制组合物，如果适当的话，除组分A)、 B)和C)之外，还
可以包括r
D)按重量计从0.001份至30份、优选按重量计从5份至25份、特 别优选4安重量计^人9 ^f分至19 4分的至少 一种阻燃添加剂。
组分D)的阻燃剂可以单独地或以混合物的形式包括可商购的含协 同剂的有才几卣素4匕合物，或可以包4舌可商购的有才几氮4匕合物，或可以包 :括有才几/无枳^Hb合物。还有可能4吏用阻燃性矿物添加剂，例如氢氧4b4美 或7jc合碳酸CaMg(DE-A4 236 122 ( = CA 210 9024 Al ))。还有可能使 用脂肪族的或芳香族的石黄酸的盐。可以提及的含卣素的例子、特别是溴 化的以及氯化的化合物是亚乙基-1,2-双四溴邻苯二甲酰亚胺、环氧化 的四溴双酚A树脂、四溴双酚A i氐聚石友酸酯、四氯双酚A低聚碳酸酯、 五溴聚丙烯酸酯、渙化的聚苯乙烯、以及十溴二苯醚。适合的有机磷化 合物的例子是才艮据WO-A 98/17720 ( = US 6 538 024 )的磷化合物，例如 磷酸三苯酯(TPP)、间苯二酚双(磷酸二苯酯)(RDP)以及由此衍生的 低聚物类，以及还有双酚A双(石粦酸二苯酯)(BDP)以及由此书f生的低 聚物类，以及此外有才几和无才几膦酸4汙生物类及其盐类，有才几和无才几次膦 酸衍生物及其盐类，特别是金属二烷基次膦酸盐类，例如三[二烷基次膦 酸]铝或双[二烷基次膦酸]锌，以及此外红磷、亚磷酸盐类、次磷酸盐类、 氧化膦、磷腈、三聚氰胺焦磷酸盐、以及这些的混合物。可以使用的氮 化合物是选自下组的那些，该组是尿嚢素衍生物、氰尿酸衍生物、双 氰胺衍生物、甘脲衍生物、胍衍生物、铵衍生物、以及三聚氰胺衍生物， 优选尿嚢素、苯基胍胺、甘脲、三聚氰胺、三聚氰胺的缩合物，例如， 蜜勒胺、蜜白胺或氰尿酰胺(melom)，或具有更高缩合程度的这种类型 的化合物以及三聚氰胺与酸，例如与氰尿酸(氰脲酸三聚氰胺)、与^l酸 (磷酸三聚氰胺)或与缩合磷酸(例如，聚磷酸三聚氰胺)的加合物。 适合的协同剂的例子是锑化合物，特别是三氧化二锑、锑酸钠和五氧化 二锑，锌化合物，例如硼酸锌、氧化锌、磷酸锌和硫化锌，锡化合物， 例如锡酸锡和硼酸锡，以及还有4美化合物，例如，氧化4美、碳酸4美和硼
16酸镁。作为碳化剂已知的材料也可以添加至阻燃剂中，例子是苯酚-曱醛 树脂类、聚碳酸酯类、聚苯醚类、聚酰亚胺类、聚^风类、聚醚;风类、聚 苯碌u醚类、和聚醚酮类，以及还有防滴剂，例如四氟乙婦聚合物类。
在另 一种可^齐代的优选实施方案中，用于生产本发明的混合i殳计的 部件的聚合物模制组合物，如果适当的话，除组分A)和B)和C)以及如
果适当的话D)之外，或^替D)，还可以包括
E) 4姿重量计从0.001 ^f分至10 ^f分、优选按重量计乂人0.05 4分至3 ^f分、 特别优选按重量计从0.1 <分至0.9份的其他常规的添加剂。
为本发明的目的，常M^添加剂的例子是稳定剂(例如紫外线稳定剂、 热稳定剂、y射线稳定剂)、抗,争电剂、助流剂、脱才莫剂、另外的防火添 加剂、乳化剂、成核剂、增塑剂、润滑剂、染^)"、颜冲牛、以及用于4是高 导电性的添加剂、以及增容剂。所提及的添加剂和另外的适合的添加剂
版，Hanser-Verlag, Munich, Vienna, 1989 以及在 Plastics Additives Handbook,第五版，Hanser-Verlag, Munich, 2001中进4亍了描述。这些添 加剂可以单独地或以混合物、或以母料的形式4吏用。
可以使用的稳定剂的例子是位阻酚类、氬醌类、芳香族仲胺类，例 如二苯胺类、取代的间苯二酚类、水杨酸酯类、苯并三唑类、以及二苯 曱酮类，以及还有这些基团的不同的取^代的代表物以及其混合物。
可以使用的颜料和染料的例子是二氧化钛，硫化锌、群青蓝、氧化 铁、碳黑、酞菁、全吖咬酮、二萘嵌苯、苯胺黑、以及蒽醌。
可以4吏用的成核剂的例子是苯基次膦酸钠或苯基次膦酸钙、氧4匕
铝、二氧4b石圭，以及还有特别〗尤选:l也滑石。
可以使用的润滑剂和脱模剂的例子是酯蜡类、四硬脂酸季戊四醇酯
(PETS)、长链脂肪酸类(例如硬脂酸或山酸)和酯类、它们的盐类(例如硬脂酸4丐或硬脂酸锌)，以及还有酰胺衍生物(例如亚乙基二硬脂 酰胺)或褐煤酯蜡，以及还有低分子量聚乙烯蜡类和聚丙烯蜡类。
可以 -使用的增塑剂的例子是邻苯二曱酸二辛酯、邻苯二曱酸二千 酯、邻苯二曱酸丁千酯、烃油、N-(正丁基)苯石黄酰胺。
为了4是高导电性而可以添加的添加剂是碳黑、导电炭黑、石友纤丝、 纳米级石墨纤维和石友纤维、石墨、导电聚合物、金属纤维，以及还有其 他常规添加剂。优选可以使用的纳米级纤维是已知为"单壁纳米碳管"或
"多壁纳米石友管"的那些(例如来自Hyperion Catalysis )。
所-使用的增容剂优选是具有才及性基团的热塑性聚合物类，例如苯乙 烯和丙婦腈以按重量计2.1:1的比例的、且包括1 mol%的马来酸酐的三聚物。
当模制组合物包括如以上在组分C)的情况下描述的接枝聚合物时， 特别地是4吏用增容剂。
根据本发明，用于混合设计的部件的聚合物模制组合物中的组分优 选的组合是
A、 B、 C; A、 B、 C、 D; A、 B、 C、 E; A、 B、 C、 D、 E;
根据本发明从所使用的聚酰胺才莫制组合物生产的混合设计的轻质 部件的一个特征是与由具有可比较的熔体粘度的而不是从直链的、无支 链的半晶质聚酰胺生产的模制组合物构成的模制品相比，当经受机械和/ 或热负荷时具有改进的性能的同时具有相对高的抗冲击性。当在组合中 将直链的、无支链的、半晶质聚酰胺用作组分A)与例如具有核-壳丙烯 酸酯橡胶作为组分C)相结合时，由于在室温下大约19,000 MPa的非常 高的弹性沖莫量，3皮璃纤维的含量可以是双倍，A人通常地j姿重量计30%至 显著地大于4姿重量计60%，导致由其生产的混合i殳计的部件的双倍的刚 度，而在材料的韧性上没有任何不允许的降低。此时在聚合物模制组合
18物的密度方面的增加仅是大约15-20%。这就使部件在壁厚上显著减小， 具有相同的机械性能而制造成本却显著减少。出人意剩-地，该方法可以
用于生产，例如用于片几动车辆4亍业的，壁厚^f氐于3mm、优选低于2.5mm、 特别伊匸选^氐于2mm的轻质部件，而没有4壬4可#4居本发明对于经受积4成和 /或热负荷的能力而言所要求的性能上的损失。
为本发明的目的，术语"牢固连接"是指热塑性材料(即由纤维处于 其中的聚酰胺才莫制组合物)是通过例如穿过在母体中的孔而迫4吏它在开 口的对侧在其边缘上流出，以此在凝固时提供一个牢固的互锁连接。然 而，这也可以在一个另外的操:作中发生，即， -使经由多个开口而突出的 溢料再次经受机械加工，该机械加工使用一个工具进行，其方式为使得 产生一个牢固的互锁连接。术语"牢固连接"还包括通过使用粘合剂或使 用;敫光通过粘合而随后进4亍结合。然而，牢固互锁连4妻还可以通过围绕 母体流动而获得。
为了在由纤维加强的塑料材料构成的母体和其中带动剁碎的纤维 的热塑性材料之间获得一个特别好的互锁连4妄，在本发明的一个实施方 案中，热塑性塑料在某种程度上纟皮迫进入母体的纤维加强的塑料材料。 这纟会出了在热塑性塑4牛和纤维加强的塑剩-材冲牛的纤维之间的 一个互锁连 接。这种类型的连接是特别牢固的。没有压进该材料的那部分热塑性塑 料然后形成(作为举例) 一个功能元件或一个增强件，因此以一种改进 的方式附接至纤维加强的塑料材料上。
当其中带有剁碎的纤维的热塑性材料在某种程度上^皮迫使进入纤 维加强的塑料材料的聚酰胺时，后者被软化或液化。热塑性塑料被模制 在纤维加强的塑冲牛材并牛的 一侧上，其方式为使得一部分其他塑料材冲牛从 对侧被排挤出。才莫制的热塑性塑料因此在纤维加强的塑料材料的这些纤 维之间通过。结果，在模制的塑性材料和母体的纤维加强的塑料材料之 间不仅有 一种粘合的或焊4妄的连4妄而且还有 一种互锁连4妄。在本发明的一个实施方案中，在模制的热塑性材料和纤维加强的塑 料材冲牛之间仅在一些点上产生了一种互锁连接。仅在一些点上实现连才妻 在技术上是简单的，确切地说是通过常^L的注塑才莫制。
图la以及lb示出了充当用于发电^L的壳体的一部分的一个壳。除 其他之外，还可以看到用于转子的轴的轴承(端板)1。示出了一个元件
2,用于将发电机固定至车辆。该壳还包括多个相对复杂的结构。复杂结 构的这些另外的元件7lOa不同的功能。
图2示出了另一个发电机，该发电才几具有由两个壳构成的一个相对 大的壳体。除其他之外，还可以看到固定元件2,它们被用来将发电机 固定在车辆之内或之上。图2中示出的发电才几还具有多个缝隙3,用于 冷却发电才几。
图3示出了旨在用于发电机壳体的一个母体的例子。该母体是由厚 度lmm的钢—反构成的。带有突出部分的环形区i或1形成用于转子的轴的 一个轴3义。元件2已经以多个固定连片的形式加以配备，这些连片的作 用是将发电机固定至车辆。示出了带有外周法兰的四个臂4并且它们从 轴承1延伸至发电机壳体的壳的相对的圆周。该母体因此^皮限制到在发 电机中经受特别高的机械负荷的这些元件上。
这些图解说明了本发明的聚合物模制组合物可用于多种不同的应 用，优选用在才几动车辆中、在4九道车辆中、在4元空器中、在船舶中、在 滑板中、或在其他运输工具中，其中的结构必须是轻便的^f旦是稳定的， 或者另外在非汽车4亍业的电力的或电子的i殳备中、在家用i殳备中、在家 具中、在加热器中、在小型摩托车中、在购物推车中、在才各架中、在楼 梯中、在自动4夫梯台阶中、在人孔盖中、在发电才几中、或在电动才几中。
用于才几动车辆中的这些部件优选是整个前端、前照灯框、4亍人{呆护 梁、用于发动机罩或行李箱盖的专门的撞击板、前车顶拱架、后车顶拱 架、车顶框架、车顶模块、滑动顶棚支撑部分、仪表板支撑部分、横杆梁、转向柱定位器、防火墙、踏板、踏板挡块、换档块、A、 B或C柱、
B-柱模块、纵向构件、用于纵向构件与B柱之间连接的连接元件、用于 A ^主与4黄向构4牛之间连"l矣的连4妄元4牛、用于A 4主、4黄向构4牛、以及纟从向 构件之间的、以及4黄向构件之间的连冲秦的连4妄元件，以及用于4仑周、4仑 周模块、沖撞盒、后端、备用轮凹座、发动机罩、发动机盖、发动机油 底壳、变速器油底壳、油模块、水箱组件、发动机刚度系统、前端刚度 系统、底盘部件、车辆地^反、门4监、门才监力。固系统、地^反加固系统、座 位加固系统、才黄向座位构件、后车门、框架、座位结构、靠背、座位壳、 具有或不具有整合的安全带的座位靠背、包裹架、阀门盖、用于发电机 或电动才几的末端护罩、或完整的车门结构。
实例
特别优选实施方案的实例
将母体用包含直链的、无支链的、半晶质聚酰胺的热塑性材料来包 覆模制，该热塑性材料包括按重量计62%的玻璃纤维(组分B)= CS 7928, 来自LANXESS N.V., Antwerp的剁碎的JE皮璃纤维)。在沖莫制组合物中的这 些玻璃纤维的长度是从500 ^im至20 nm，其直径是大约11 pm。所使用 的聚酰胺是直链的、无支链的、半晶质尼龙-6,它具有2.4的相对溶液粘 度(在25°C时，5%浓度的间曱苯酚溶液)。该热塑性材津牛还包括以下添 力口物
誦4姿重量计2%的Paraloid EXL 3300 (来自Rohm & Haas的核画壳 丙烯酸酯棉J交)，作为组分C)
-100 ppm的Mikrotalk作为成核剂，纟且分E)
陽0.09%的碳黑作为着色剂，组分E)
-0.09%的Licowax E Fl(来自Clariant的褐煤酯蜡)，作为脱模剂。使用 一种注塑模制工艺用于热塑性材料至母体的互锁连接。该热塑 性材料形成了多种功能元件，例如在

图1以及2中示出的那些元件。该 热塑性材冲牛还特别地稳定了该母体的边纟彖。由此，避免了在母体边纟彖所 不希望的弯曲，特别是在动态负载的情况下。与具有由金属构成的壳体 的发电机相比，该热塑性材料还特别有助于改进发电才几的声学特性。该 壳体比由金属构成的壳体要轻。与由金属或由特种塑料(它是特別能够 经得住热以及机械负荷的)构成的壳体相比，该混合部件可以特别地是 以更低的成本进行制造。
图4示出了带有一个圆周5以及带有多个穿过该盖的中间的孔6的 一个盖的平面图。该盖是借助通过孔6的多个螺栓来固定的。与螺栓穿 过在遍布圆周5的安排中的孔的情况相比，这种类型的紧固节省了大量 的螺^r。然而，在图4中示出的紧固实施方案中，该盖的材剩-净皮暴露于 更苛刻的机械要求中。为了确^呆长期密封，它必须是耐蠕变的。用本发 明的基于直《连的、无支链的、半晶质聚酰胺的聚合物才莫制组合物生产的 部件满足了该要求，甚至当暴露于热负荷中时。因此，有可能(作为举 例)由本发明的材料生产用于汽缸盖的盖，即使这些孔不是处于遍布该 圆周分布的安排而是穿过该盖的中心，由此节省了螺才全以及因此节省了 重量。
权利要求
1.由一种壳型母体构成的一种轻质部件，该母体的外部和/或内部空间具有牢固地连接至该母体上并由模制的热塑性塑料构成的多个加强结构，并具有在多个离散的连接位点的至该母体的连接，其特征在于，使用了聚合物模制组合物，该聚合物模制组合物包括A)按重量计从55份至10份的一种直链的、无支链的、半晶质聚酰胺，B)按重量计从48份至80份的至少一种填充剂，以及C)按重量计从0.01份至10份的至少一种弹性体改性剂。
2. 如4又利要求1所述的轻质部件，其特征在于，所4吏用的聚酰胺包4舌 尼龙-6或尼龙-6,6，该尼龙-6或尼龙-6,6具有在间曱苯酚中测量的、 从2.3至2.7的相对溶液粘度。
3. 如权利要求1或2所述的轻质部件，其特征在于，该聚合物才莫制组 合物除了组分A)、 B)、以及C)之外还包括D) 4姿重量计/人0.001 4分到3(H分的至少一种阻燃添加剂，和/或E) 4安重量i十乂人0.001 4分到10 <分的其4也常头见添力口剂。
4. 如4又利要求1至3中的4壬一项所述的轻质部件，其特4正在于，所4吏 用的组分B)包括剁碎的玻璃纤维。
5. 用于生产在混合形式中的一种轻质部件的方法，该部4牛的外部和/ 或内部空间具有牢固地连接至母体上并由 一种才莫制的热塑性塑料 构成的多个加强结构，并具有在离散的连"l矣位点处至该母体的连接，其特征在于通过成型工艺在一个成型模具中对以下聚合物才莫制 纟且合物进4亍处J里，该纟且合物包4舌A) 按重量计从55份至IO份的一种直链的、无支链的、半晶 质聚酰胺，B) 按重量计从48份至80份的至少 一种填充剂，以及C) 按重量计从0.01份至IO份的至少一种弹性体 文性剂。
6. 如权利要求1至4所述的轻质部件在机动车辆中、在專九道车辆中、 在4元空器中、在船舶中、在滑才反中、或在其他运##工具中的用途， 其中的结构必须是轻便但是稳定的，或者另外在非汽车行业的电力 的或电子设备中、在家用设备中、在家具中、在加热器中、在小型 摩托车中、在购物推车中、在格架中、在楼梯中、在自动扶梯台阶 中、在人《L盖中、在发电才几中、或在电动才几中的用途。
7. 如外又利要求6所述的轻质部件的用途，其特;f正在于，它们是用在车 辆部4牛中，用在办7>用枳4成、家用积4成、或其他4M戒的7 c重it/f牛中， 或在用于装4奮目的的结构元件中。
8. 如4又利要求6所述的轻质部件的用途，其特4正在于，它们是在才几动 车辆中用于整个前端、前照灯框、行人保护梁、用于发动机罩或行 李箱盖的专门的撞击板、前车顶拱架、后车顶拱架、车顶框架、车 顶模块、滑动顶棚支撑部分、仪表板支撑部分、横杆梁、转向柱定 位器、防火墙、踏板、踏板挡块、换档块、A、 B或C柱、B-柱模 块、纵向构件、用于纵向构件与B柱之间连4妄的连4矣元件、用于A 柱与横向构件之间连接的连接元件、用于A柱、横向构件、以及 纵向构件之间的、以及横向构件之间的连接的连4矣元件，以及用于 轮周、轮周模块、冲撞盒、后端、备用轮凹座、发动机罩、发动机 盖、发动机油底壳、变速器油底壳、油模块、水箱組件、发动机刚 度系统、前端刚度系统、底盘部件、车辆地板、门槛、门榲加固系 统、地寺反加固系统、座位加固系统、横向座位构件、后车门、框架、 座位结构、靠背、座位壳、具有或不具有整合的安全带的座位靠背、包裹架、阀门盖、用于发电机或电动机的末端护罩、或完整的车门 结构。
9. 一种用于减轻4壬何类型的车辆的部件重量的方法，其特征在于，它 -使用由一种壳型母体构成的轻质部件，该母体的外部和/或内部空 间具有牢固连接至该母体上并由模制的热塑性塑料构成的加强结构，并具有在多个离散的连4妄位点处至该母体的连4妻，以及聚合物 模制组合物，该聚合物模制组合物包括A) 按重量计从55份至IO份的一种直链的、无支链的、半晶 质聚酰胺，B) "t安重量计/人48 ^f分至80 4分的至少一种i真充剂，以及C) 按重量计从0.01份至IO份的至少一种弹性体改性剂。
10. 如4又利要求5所述的方法，其特征在于，所4吏用的成型工艺包括注 塑模制、熔体挤出、压缩模制、冲压、或吹气模制。
全文摘要
本发明涉及混合构造中的轻质部件，也被称为混合部件或空心室轻质部件，这些部件包括一种壳状基体，该基体是借助热塑性塑料加强的并且适合用于传递高机械负荷，该热塑性塑料是直链的、部分结晶的聚酰胺与至少一种填充剂以及至少一种弹性体改性剂相结合。
文档编号C08L77/00GK101605646SQ200880004480
公开日2009年12月16日 申请日期2008年1月30日 优先权日2007年2月9日
发明者乌尔里希·达耶克, 亚历山大·拉德克 申请人:朗盛德国有限责任公司