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

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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 %

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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

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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

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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.