Polypropylen (PP) ist ein Kunststoff, der durch geringe Dichte bei guten mechanischen Eigenschaften im Volumen, hohe chemische Beständigkeit und ein gutes Preis-Leistungsverhältnis überzeugt. Jedoch wird sein Einsatz im Automobilbereich oder […]
Polypropylen (PP) ist ein Kunststoff, der durch geringe Dichte bei guten mechanischen Eigenschaften im Volumen, hohe chemische Beständigkeit und ein gutes Preis-Leistungsverhältnis überzeugt. Jedoch wird sein Einsatz im Automobilbereich oder in der Telekommunikationstechnik oft durch eine unzureichende mechanische Beständigkeit der Oberflächen begrenzt. Existierende Methoden zur Oberflächenbehandlung liefern nur ansatzweise Lösungen für diese Problematik. Eine neue Perspektive bildet der Einsatz spezieller, kugelförmiger Silica-Füllstoffe, die als Nebenprodukt bei der Reinsilicium-Herstellung anfallen und so einer sinnvollen Verwertung zugeführt werden können.
Verschiedene Silica-Füllstoffe im Test
Im Rahmen eines vom BMWi geförderten Projektes wurden im Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) Untersuchungen an PP-Silica-Compounds mit verschiedenen Füllgraden durchgeführt. Ziel war die Erschließung des Potentials dieser Füllstoffe für die Erzeugung von PP mit hochwertigen Oberflächen, die keine zusätzliche Beschichtung erfordern, bei gleichbleibend hohem Eigenschaftsniveau der Compounds im Volumen.
Zur Charakterisierung der Compound-Eigenschaften wurden die in der Tabelle dargestellten Methoden angewendet:
Abb. 1: UST-Kratztest an PP-Compounds mit bzw. ohne Oberflächenmodifizierung des Füllstoffs. (Abb.: KuZ)
Die untersuchten Compounds enthalten auf identischem Weg hergestellte Füllstoffe (Silica). Einer der Silica-Füllstoffe wurde nachträglich einem hydrophobierenden Oberflächen-Coating (Silica modif.) unterzogen. Die in der Abb. 1 dargestellten Daten zeigen die Ergebnisse der Prüfung UST-Kratzfestigkeit. Bei dieser Untersuchung der Oberflächeneigenschaften werden der elastische (elast.) und der permanente (perm.) Anteil der Verformung der Oberfläche durch Aufbringen einer definierten Last gemessen.
Testsieger: Oberflächenmodifizierte Silica-Füllstoffe
Abb. 2: Schlagzähigkeit nach Charpy zweier Compounds. (Abb.: KuZ)
Der elastische Anteil der Verformung steigt mit Erhöhung der Belastung an. Dieser Effekt ist bei den unmodifizierten Silica-Partikeln stärker ausgeprägt. Im Gegensatz dazu bleibt der permanente Anteil der Verformung ab einer Belastung von ca. 500 N konstant. Er ist bei den Compounds mit oberflächenmodifizertem Füllstoff geringer. Dies zeigt, dass die Oberfläche dieser Compounds aufgrund der geringeren Gesamtverformung weniger stark verletzt wird. Ein Effekt, der durch eine mittels mikroskopischer Untersuchungen nachgewiesene bessere Haftung der hydrophob modifizierten Silica-Partikel in der PP-Matrix erklärt werden kann.
Abb. 3: MVR zweier Silica-Compounds. (Abb.: KuZ)
Ebenso verbesserten sich die Dispergiebarkeit des hydrophob modifizierten Füllstoffs bei gleichzeitig konstant hohem, für eine gute Verarbeitbarkeit stehenden, MVR-Wert der Compounds (Abb. 2) sowie deren mechanische Volumen-Eigenschaften. Die Compounds mit oberflächenmodifiziertem Füllstoff waren bei höheren Füllgraden wesentlich weniger spröde (Abb. 3, Charpy-Schlagzähigkeit).
