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Opti-PolymersGmbH
Funktionelle Füllstoffe in Thermoplaste und deren Möglichkeiten
Überblick und Eigenschaften für die Kunststoffverarbeiter
Fachtagung
Mitteldeutscher Kunststofftag
Erfurt, 27. Mai 2009
Opti-PolymersGmbH
Ziel
Füllstoffmodifiezung von
Standardkunststoffen für spezielle
Anwendungen mittels Compoundierung
���� Vorbild Natur
• Verstärkung
Unsere knorpelähnlichen weichen Knochen als
Babys werden durch Einlagerung von Kalk
steifer und fester
Pflanzen verändern ihr Cellulosestruktur durch
Einlagerung von Mineralien an
spannungssensiblen Bereichen
Abgrenzung
Nicht eingegangen wird hier auf die Möglichkeiten der
Modifizierung mit:
* Fasern (z.B. Glasfasern, Synthesefasern)
* Pigmente
Opti-PolymersGmbH
Organische Füllstoffe
natürlich
Verbindungen
synthetisch
Polymere
• Holzmehl
• Naturfasern
• Stärke
• Chitosan
• Duromere
• PTFE
• PET
• Aramidpulpe
• UHMPE
• Mikrospheres
• Silicon
• Acrylate
• bromierte Polymere
• Melamincyanorat
• Halogenverbindungen
• Phosphorverbindungen
Opti-PolymersGmbH
metalisch nichtmetallisch
synthetisch
natürlich
Anorganische Füllstoffe
• Ferrite
• Bronze
• Wolfram
• Aluminium
• Talkum
• Kreide
• BaSO4
• Wollastonit
• Dolomit
• Kaolin
• Glimmer
• Quarz
• usw...
• Glaskugeln
• gefällte Kreide
• BaSO4
• Russ
• Nanotubes
• Kieselsäure
• MoS2
• Graphit
• Sb2O3
• Mg(OH)2
• Al2O3
• Roter Ph
• CaO
• usw...
Opti-PolymersGmbH
Füllstoff >1000 >100 >10 >1 >0,1 >0,01 >0,001
Holzmehl
Melamincyanorat
PTFE
Bronze
Glaskugeln
Talkum
Kreide
Kieselsäure
Russ
Nanotubes
Partikelgröße in µm
Partikelgrößen
verschiedener Füllstoffe
Opti-PolymersGmbH
Einsatzkonzentration von Füllstoffen bei der Spritzgussverarbeitung
Füllstoff >1 20 40 60 80 100
Holzmehl
Melamincyanorat
PTFE
Ferrite
Glaskugeln
Talkum
Kreide
Mg (OH)2
CaO
Wollastonit
Roter Phosphor
Kieselsäure
Russ
Nanotubes
Einsatzkonzentration in %
Opti-PolymersGmbH
Weitere Einflussgrößen der Füllstoffe
* Kornform
Füllstoff KornformGlaskugeln Kugel
Mikrospheres Hohlkugel
Holzmehl fasrig
Nanotubes Faser
Wollastonit nadelförmig
Talkum blättchenförmig
Kreide kantige Gestalt
CaO kantige Gestalt
Russ Agglomerate
• Coating
• Feuchtigkeit
• Dispergierung
• Scherung
• Temperaturbeständigkeit
• Polymermatrix
• Fließverhalten
Opti-PolymersGmbH
Eigenschaftsverbesserung mit ausgewählten Füllstoffen
Eigenschaft Füllstoff PolymerMecha. Eigenschaften
Talkum, Kreide, BaSO4, Holzmehl
PE; PP, EVA, HIPS
Steifigkeit, Biegefestigkeit,
Härte, Kratzfestigkeit, Kriech-Modul
Glaskugeln, Kaolin, Glimmer, TiO2, Wollastonit, Al2O3
PP, ABS, ASA, PC/PBT, PC, PA, POM, PBT
Submikro-Kreide PLASchlagzähigkeitKaolin, Glimmer, MoS2
PAPA GF; PBT GF
Thermische EigenschaftenHDT, Vicat, WärmelagerungstemperaturLängenausdehnungskoeffizient
Talkum, Kreide, BaSO4, Glaskugeln, Kaolin, Glimmer, Wollastonit, SiO2
ABS, PP, PA, PBT, PC/PBT, POM, LCP, PPS
BrandverhaltenBrandprüfung UL94GlühdrahtfestigkeitBrandgeschwindigkeit
Abtropfverhalten bei Brand
SB2O3, bromierte Polymere, Halogen-verbindungen Roter Ph, Mg(OH)2, Melamincyanorat, Ph-VerbindungenPTFE; AramidHolzmehl
PS, PE, PP, PA; ABS, ASA, PC, PC/ABS, BPTPA6 und PA6.6PA6, PPPA6PP, PBT, PCPA, PBTPP, PE
Elektrische EigenschaftenLeitfähigkeit
DurchschlagsfestigkeitKriechwegbildung
RussNanotubes(SKZ Mai 2008)Mg(OH)2
PE, PP, PA, PCPE, PP, PS, PA, PCPP, PA6
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Eigenschaftsverbesserung mit ausgewählten Füllstoffen
Eigenschaft Füllstoff PolymerDichte -Reduzierung
Dichte -Steigerung
Mikrosheres(Fa. KCD/Weimar)BaSO4, Bronze, Ferrite, Kreide, Talkum
EVA, PO, PS
PE, PP, PS, ABS
Restfeuchte -Absorber CaO PE, PP, PA
Feuchte -Absorber StärkeSuperabsorber
PE, PP, EVATPE, EVOH
Gleitmittel und Entformungsmittel
MoS2, PTFE, Aramid -PulpeGlaskugeln, UHMPEKieselsäure, Silikon
PP, PA, PBT, TPEPP, PA, PBT, ABS, POM
Haptik Glaskugeln,
PET, SiO2BaSO4, Ferrite
PP, PA, ABS, PBT, POMPP, PE TPEPP, ABS
Nukleierung undZykluszeitverkürzung
Org. Salze, PET, Feinst -Talkum
HDPE, PP, PBT, PA, PLA
Geruchsabsorber Poröse KieselsäureSchichtsilikate
PO-Recyclate
Korrosionsschutz CaO Org. Salze
Für MaschinenVCI-Folien
Röntgenkontrastmittel BaSO4 Alle Polymere
Röntgenstrahle nabsorbtion Wo HDPE
Magnetische Eigenschaften Ferrite EVA, PO
Lackierung / Bedruckung SiO2, Schichtsilikate PE, PP, PS, ABS
Gasdurchlässigkeit BaSO4, Talkum, SiO2 biachsiale Folien
Mattierung Talkum, SiO2, BaSO4Acrylate (Degussa 2003)
Folien und Spri tzgussSpritzguss <200°C
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Eigenschaften von PP TV40 verschiedener Talkumtypen
bei 40% Füllstoffgehalt
Eigenschaft NormTalkum-Typ D50 in µm - 7 2,4 1,4
Füllgrad in Gew.-% 0 40 40 40
PP-H 100 60 60 60
Zugfestigkeit (MPa) DIN EN ISO 527 30 31 33 34
Bruchdehnung (%) DIN EN ISO 527 > 50 6,7 4,3 3,9
Zug- E.-Modul (MPa) DIN EN ISO 527 1650 5000 5700 6200
HDT/A (°C) DIN EN ISO 75 53 82 89 91
Vicat B50 (°C) DIN EN ISO 306 96 108 110 111
Dichte (g/cm³) DIN 53479 0,90 1,26 1,27 1,27
Talkumtypen
Zug-E.-Modul von PP-H TV40
1650
50005700 6200
01000200030004000500060007000
- 7 2,4 1,4
Talkum-Typ D50
MP
a
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Eigenschaften von talkumverstärktenPP-C bei unterschiedenen Konzentrationen mit Talkum D50 2,4µm
100 88 80 70
0 12 20 30
Eigenschaft NormZugfestigkeit (MPa) DIN EN ISO 527 20 19 21 22
Bruchdehnung (%) DIN EN ISO 527 > 50 > 50 > 50 >25
Zug - E - Modul (MPa) DIN EN ISO 527 1275 1900 2600 3600
HDT/A (°C) DIN EN ISO 75 51 51 58 66
Vicat B50 (°C) DIN EN ISO 306 62 59 66 78
Dichte (g/cm³) DIN 53479 0,90 0,99 1,06 1,14
Talkumtyp D50 2,4µm
Füllgrad
PP-C
012
2030
Zug- E.- Modul (MPa)
Vicat B50 (°C)
HDT/A (°C)
Bruchdehnung (%)
Zugfestigkeit (MPa)
1275 1900 2600 3600
10
100
1000
10000
Eigenschaften bei steigenden
Füllgrad von Talkum D50 2,4µm
Opti-PolymersGmbH
Röntgenstrahlenabsorbtionsmaterial
für die SpritzgussverarbeitungEigenschaft Einheit Norm PE PE WX-rayBruchdehnung % DIN EN ISO 527 > 50 2,8
Zug- E.- Modul MPa DIN EN ISO 527 950 600
GWIT (2mm) °C DIN EN 60695-2 650 850
Dichte g/cm³ DIN 53479 0,93 9,3Bleigleichwert % - < 1 38
Röntgenstrahlen-
absorbtionscompound
0,1
1
10
100
1000
Bruchdehnung
%
GWIT (2mm) °C
Zug- E.- Modul
MPaBleigleichwert %
Dichte g/cm³
PE
PE WX-ray
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Halogen- und Ph-freies Polyamid
Optimid PA 6 GFM50 FR 960
Eigenschaft Einheit Norm
PA 6
natur
Optimid PA 6
GFM50 FR 960
Zugfestigkeit MPa DIN EN ISO 527 82 > 105
Bruchdehnung % DIN EN ISO 527 > 50 > 2
Zug - E - Modul MPa DIN EN ISO 527 2800 > 8000
Kerbschlagzähigkeit kJ/m² DIN EN ISO 179 6 > 8
Glühdrahtprüfung °C DIN EN 60695-2 750 960
Brandverhalten bei 1,6 mm - UL 94 * V2 V0
* in Anlehnung UL 94
Anwendung
•Elektrobereich für 250V – 1.000V
• Trägermaterial für elektrische Bauteile• Grundkörper für Relais bis 1.000V
• Grundkörper für Kontaktsysteme bis 1.000V
• Gehäusematerial
• Sicherungssystemabdeckung
• Elektrische Geräte mit thermischer Belastung• bis 200°C kurzzeitig
• Konsumgütergeräte mit Heizung (Trockenanwendung)
Opti-PolymersGmbH
FazitDie Anwendung von Füllstoffen zur Modifizierung von
Standardkunststoffen ist meist eine Individuelle Lösung
zum optimalen Werkstoffeinsatz und sichert ein breites
Anwendungsspektrum der Kunststoffe in der Praxis.
Mit der Entwicklung neuer Füllstoffe
(z.B. Nano-Materialien) werden zusätzliche
Eigenschaftsfelder erschlossen und neue Einsatzgebiete
für Kunststoffe geschaffen.
Auch das
In Zuge der BSE-Problematik wurde nach neuen
Einsatzmöglichkeiten für Tiermehl gesucht.
Einarbeitung in Polyolefine bis 30% problemlos!
Projekt ist mit den Gestank bei der Verarbeitung
gestorben.
Anmerkung
Vorschriften und Verordnungen (z.B. REACH) wirken
sich auch auf gefüllte Kunststoffe aus.
Der Entwicklungsbedarf für neue Füllstoffe ist nach wie
vor auf einen hohen Niveau um aussortierte Füllstoffe in
ihren Wirkungen zu ersetzen.