Die Erfindung betrifft Formmassen und ihre Verwendung zur
Herstellung von metallbeschichteten Formteilen. Die Formmassen
der Erfindung werden beispielsweise durch Spritzguß
zu Formteilen verarbeitet, die als Träger dienen, und die
mit einem Metall beschichtet werden können. Die metallbeschichteten
Formteile der Erfindung zeichnen sich durch ausgezeichnete
Formbeständigkeit in der Wärme und cyclische
Temperaturbeanspruchung aus.
ABS-Copolymerisate mit hoher Formbeständigkeit in der Wärme
sind als Formmassen seit etwa 18 Jahren bekannt. Diese Formmassen
sind gewöhnlich Gemische aus einem α-Methylstyrol-
Acrylnitril-Copolymerisat und ABS-Pfropfcopolymerisaten. Derartige
Polymergemische sind beispielsweise in den
US-PS 30 10 936 und 31 11 501 beschrieben. Das α-Methylstyrol-
Acrylnitril-Copolymerisat trägt zur verbesserten Formbeständigkeit
in der Wärme bei, da es eine höhere Glastemperatur
im Vergleich zu den Styrol-Acrylnitril-Copolymerisaten
der Standard-ABS-Polymerisate aufweist. Zur Herstellung
von Formteilen, die sich für die Verwendung im üblichen Temperaturbereich
bzw. im Temperaturbereich der ASTM-Formbeständigkeit
eignen, muß der Gehalt an α-Methylstyrol-Einheiten
sehr hoch sein. Beispielsweise muß für Formteile mit einer
Formbeständigkeit bei 100°C und bei 18,5 kg/cm² unter Verwendung
eines nicht getemperten, durch Formpressen erhaltenen
Prüfkörpers mit den Abmessungen 12,7 × 12,7 mm beim ASTM D-648
Test etwa 35% des gesamten Polymers oder 40% des Copolymeranteils
(ohne Kautschuk) aus α-Methylstyrol-Einheiten bestehen.
Die im Handel erhältlichen Formmassen, die bei diesem
Test eine Formbeständigkeit von 100°C aufweisen, können mindestens
45% α-Methylstyrol-Einheiten enthalten. Die ABS-Polymerisate
mit hoher Formbeständigkeit in der Wärme weichen
vermutlich von den Standard-ABS-Polymerisaten auf der Basis
von Styrol-Acrylnitril-Copolymerisaten ab. α-Methylstyrol
verhält sich bei der Polymerisation sehr verschieden von Styrol
aufgrund seines unterschiedlichen Substitutionsgrades an
der olefinischen Doppelbindung. Dies beeinflußt sowohl die
Polymerisation als auch die Eigenschaften der Polymerisate.
Beispielsweise zeigen Styrol-Acrylnitril-Copolymerisate eine
positive Abweichung von der Fox-Gleichung der Glastemperatur
gegenüber der Voraussage, während α-Methylstyrol-Acrylnitril-
Copolymerisate eine starke negative Abweichung zeigen.
Es ist daher nicht überraschend, daß bis jetzt kein befriedigendes
ABS-Polymerisat mit hoher Formbeständigkeit in der Wärme
oberhalb 100°C zur Verfügung steht, das die in der
Kraftfahrzeugindustrie üblichen Versuche der Temperaturwechselbeständigkeit
besteht, obwohl seit mehreren Jahren Standard-
ABS-Polymerisate verfügbar sind, die diesen Versuchen entsprechen
können. Tatsächlich wurden in der US-PS 34 45 350
ABS-Polymerisate hoher Formbeständigkeit in der Wärme bei
105°C vorgeschlagen, die sich auch zum Beschichten mit Metallen
eignen, doch zeigten daraus durch Spritzguß hergestellte
Formteile keine befriedigende Temperaturwechselbeständigkeit.
Gemische aus ABS-Polymerisaten hoher Formbeständigkeit in der
Wärme und Polycarbonaten sind ebenfalls seit Jahren bekannt;
vgl. die Australische Patentschrift 4 41 164. Das Beschichten
von Formteilen aus derartigen Polymergemischen mit Metallen
ist in der US-PS 34 45 350 beschrieben. Derartige Formteile
versagten jedoch bei den Versuchen zur Bestimmung der Temperaturwechselbeständigkeit,
wie sie in der Kraftfahrzeugindustrie
üblich sind. Die Versager erfolgten bei niedrigen
Temperaturen.
Die Verwendung von Silikonen zur Verbesserung der Schlagzähigkeit
von ABS-Pfropfcopolymerisaten ist aus der
US-PS 30 46 239 bekannt. In dieser Patentschrift wird
α-Methylstyrol als Comonomer zur Herstellung der Pfropfcopolymerisate
erwähnt. Es finden sich jedoch keine Hinweise
zur Beschichtung von Formteilen aus diesen Pfropfcopolymerisaten
mit Metallen. Ferner finden sich auch keine Hinweise
über den Einfluß derartiger Zusätze auf die Temperaturwechselbeständigkeit
von mit Metallen beschichteten Formteilen aus
den Polymerisaten. Aus der JP-AS 49/29947 (1974) ist die Verwendung
von Organosilikonen in Standard-ABS-Polymerisaten
bekannt, wodurch geringere Mengen an organischen Metallseifen
als Gleitmittel verwendet werden können.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Formmassen
auf der Basis von ABS-Polymerisaten mit hoher Formbeständigkeit
in der Wärme zu entwickeln, aus denen Formteile erhältlich
sind, die mit Metallen beschichtet werden können und
die auch höhere Temperaturen aushalten. Diese Eigenschaft
ist besonders wertvoll bei den Beschichtungsvorgängen, bei
denen einige Formteile in einem Plattierätzbad bei etwa 70
bis 71°C sich verformen, wodurch Formteile erhalten werden,
die schlecht passen. Die beschichteten Formteile aus derartigen
Formmassen sind auch bei höheren Temperaturen brauchbar,
wie sie in Öfen zum Nacharbeiten auftreten. Hierdurch entfällt
die Notwendigkeit für Isoliereinrichtungen beim nacharbeitenden
Anstreichen. Diese Aufgaben werden durch die Erfindung
gelöst. Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen
gekennzeichneten Gegenstand.
Die erfindungsgemäße Formmasse enthält als wesentliche Bestandteile
- (1) ein ABS-Polymergemisch mit hoher Formbeständigkeit in
der Wärme bei mindestens 100°C und einer Belastung von
18,5 kg eines durch Formpressen hergestellten ungetemperten
Prüfkörpers mit den Abmessungen 12,7 × 12,7 mm beim
ASTM-Test D-648,
- (2) ein bestimmtes Siloxan-Polymer und
- (3) gegebenenfalls ein Polycarbonat.
Der Formmasse können weitere Zusatzstoffe einverleibt werden,
wie Stabilisatoren, Antioxidationsmittel, innere und
äußere Gleitmittel, wie sie üblicherweise für ABS-Polymerisate
mit hoher Formbeständigkeit in der Wärme und/oder
Gemische aus Polycarbonaten und derartigen ABS-Polymerisaten
verwendet werden. Die aus diesen Formmassen hergestellten
Formteile lassen sich mit Metallen beschichteten und zeigen
eine deutlich verbesserte Temperaturwechselbeständigkeit.
Die erfindungsgemäß verwendeten ABS-Polymerisate werden durch
Vermischen von Polymerlatices oder Polymerschmelzen oder
durch mehrstufige Reaktionen hergestellt. Beispielsweise
wird ein α-Methylstyrol-Copolymerisat hergestellt, das mindestens
50 Gew.-% a-Methylstyrol-Einheiten, mindestens
20 Gew.-% Acrylnitril-Einheiten und
höchstens 15 Gew.-% weitere Monomereinheiten, beispielsweise
Styrol-Einheiten, enthält. Es kann auch ein
Pfropfcopolymerisat durch Umsetzen eines Monomerengemisches
aus 20 bis 40 Gew.-% Acrylnitril und 80 bis
60 Gew.-% Styrol oder einem substituierten Styrol
in Gegenwart eines Dien-Kautschuks, vorzugsweise Polybutadien,
hergestellt werden. Der Gesamtgehalt an α-Methylstyrol-Einheiten
in dem ABS-Polymerisat mit hoher Formbeständigkeit
in der Wärme, muß mindestens 35 Gew.-% betragen.
Der Anteil an Dien-Kautschuk, wie Polybutadien, in dem
Pfropfcopolymerisat muß mindestens 25 Gew.-% betragen.
Der Anteil des Dien-Kautschuks im ABS-Polymerisat mit
hoher Formbeständigkeit in der Wärme kann in dem fertigen
Gemisch 10 bis 25 Gew.-% betragen.
Das erfindungsgemäß verwendete Siloxan-Polymer hat die allgemeine
Formel
Die Reste R und R′ bedeuten Wasserstoffatome oder Alkylreste,
vorzugsweise Methylgruppen. Bis zu 20% der Reste R
und/oder R′ können Arylreste oder polar substituierte Alkylreste,
z. B. Cyanalkylreste sein. Für die Zwecke der Erfindung
eignet sich beispielsweise
ein Poly-(dimethylsiloxan). Dieses Produkt ist
das billigste Silikon. Die Viskosität der erfindungsgemäß
verwendeten Siloxan-Polymeren kann im Bereich von 200 bis
100 000 mm²/s oder höher liegen. Die Struktur des
Silikons ist von größerer Bedeutung als die Viskosität.
Das erfindungsgemäß gegebenenfalls verwendete Polycarbonat
ist ein Polycarbonat des Bisphenoltyps.
Substituenten an den aromatischen
Resten des Polycarbonats, wie Halogenatome, können
die Verträglichkeit des Polycarbonats mit ABS-Polymerisaten
hoher Formbeständigkeit in der Wärme verbessern, sind jedoch
nicht unbedingt erforderlich.
Andere Zusätze, wie sie üblicherweise bei der Verarbeitung,
beim Verformen und zum Stabilisieren von ABS-Polymerisaten
verwendet werden, können den Formmassen der Erfindung
einverleibt werden. Zu diesen Zusatzstoffen gehören Antioxidationsmittel,
wie sterisch gehinderte Phenole, Triarylphosphite
und Dilauroylthiodipropionat, sowie Schmiermittel,
wie Stearate und Stearinsäureamide. Die Menge dieser
Zusatzstoffe soll 5% der Gesamtmassse nicht übersteigen.
Sie werden in möglichst geringer Menge verwendet, um eine
Weichmachung der ABS-Polymerisate bzw. Polymermassen zu
vermeiden.
Aus den Formteilen können metallbeschichtete Gegenstände
nach den verschiedensten üblichen Methoden zum Chromplattieren
von ABS-Polymerisaten hergestellt werden. Diese Verfahren
erfordern im allgemeinen eine Ätzstufe mit Chromschwefelsäure,
eine Stufe zur Abscheidung eines Katalysators,
bei der Palladium auf der Kunststoffoberfläche abgeschieden
wird, sowie eine stromlose Abscheidung von Kupfer
oder Nickel. Danach wird das Formteil elektrolytisch mit
einer Anzahl von Metallen beschichtet, bevor eine Chromschicht
aufgebracht wird. Das Verfahren ist in der
US-PS 34 45 350 vollständig beschrieben.
Beim Beschichten von Formteilen aus ABS-Polymerisaten und
ABS-Polymerisat mit hoher Formbeständigkeit in der Wärme
sind die üblichsten Schwierigkeiten die Blasenbildung und
Rißbildung bei den Versuchen zur Bestimmung der Temperaturwechselbeständigkeit.
Bei der Blasenbildung löst sich
die Metallschicht vom Kunststoffträger ab. Häufig lassen
sich sichtbare Blasen beobachten. Die Rißbildung beruht im allgemeinen
auf Rissen im Kunststoffträgermaterial mit oder ohne
entsprechende Risse in der Metallschicht. Die vorgenannten
Erscheinungen können auf unterschiedlicher Expansion und
Kontraktion der Beschichtung und des Trägers, der Duktilität
des Trägers, der Haftung der Metallschicht am Substrat und
der Orientierung und Spannung beruhen, die bei der Herstellung
der Kunststofformteile hervorgerufen wird. Die Blasenbildung
und Rißbildung werden durch Temperaturwechsel hervorgerufen.
Die üblichen Temperaturwechselversuche in der
Kraftfahrzeugindustrie werden im Temperaturbereich von 82°C
bis -29°C oder -34°C durchgeführt. Die Versuche können mehrmals
an den Prüfkörpern durchgeführt werden, um befriedigende
Eigenschaften nachzuweisen.
Das erfindungsgemäß verwendete ABS-Polymerisat mit hoher
Formbeständigkeit in der Wärme wird hergestellt nach den in
den US-PS 30 10 936 und 31 11 501 beschriebenen Verfahren.
Ein ABS-Polymerisat mit speziell hoher Formbeständigkeit in
der Wärme (ABS I) wird aus einem Gemisch aus 23,5 Teilen
eines ABS-Pfropfcopolymerisats (hergestellt durch Polymerisation
von 28 Teilen Styrol und 12 Teilen Acrylnitril in
Gegenwart von 60 Teilen Polybutadien) und 76,5 Teilen eines
ternären Copolymerisats aus 66 Gew.-% α-Methylstyrol-
Einheiten, 3 Gew.-% Styrol-Einheiten und
31 Gew.-% Acrylnitril-Einheiten hergestellt. Das ABS-I-Polymerisat
enthält somit 14 Gew.-% Polybutadien,
51 Gew.-% α-Methylstyrol-Einheiten, 26 Gew.-%
Acrylnitril-Einheiten und 9 Gew.-% Styrol-
Einheiten.
Ein ABS-II-Polymerisat wird aus 30 Teilen des vorstehend beschriebenen
ABS-Pfropfcopolymerisats und aus 70 Teilen des
ternären Copolymerisats hergestellt. Ferner wird ein
ABS-III-Polymerisat durch Vermischen von 36,5 Teilen des
vorstehend beschriebenen ABS-Pfropfcopolymerisats mit
63,5 Teilen des ternären Copolymerisats hergestellt.
Das erfindungsgemäß bevorzugte Polycarbonat wird durch Umsetzung
von Phosgen mit einem Di-(monohydroxyphenyl)-substituierten
aliphatischen Kohlenwasserstoff hergestellt.
Das in den Beispielen verwendete Silikon ist ein Poly-(di-
methylsiloxan).
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiele 1 bis 5
In diesen Beispielen wird das ABS-I-Polymergemisch verwendet.
Die Bestandteile werden 2 Minuten bei etwa 150°C in
einem Banbury-Mischer vermischt, 1 Minute bei 175°C auf
einem Zweiwalzenstuhl weiter vermischt, sodann auf Raumtemperatur
abgekühlt und in einer Mahlvorrichtung zu Granulat
verarbeitet. In Tabelle I ist die Zusammensetzung der Formmassen
zusammengestellt.
Das Granulat wird mit einer Füllgeschwindigkeit von 2 Sekunden,
einer Vorratstemperatur von 276°C und einer Matrizentemperatur
von 82°C in einer Spritzgußmaschine des Schneckentyps
zu wappenähnlichen Formteilen verformt. Die Formteile
haben eine Dicke von 2,3 mm, eine Breite von 5,8 cm und
eine Länge von 18,2 cm. Auf ihrer einen Seite ist die Oberfläche
glatt, auf der anderen Seite gerippt. In der Mitte
befindet sich ein Loch mit einem Durchmesser von 2,9 cm.
Die Formteile werden zunächst in einem Chromschwefelsäuremedium
geätzt. Hierauf werden sie in einem stromlosen Plattiersystem
mit
Neutralisiermittel und einem Bad zur spannungslosen
Abscheidung von Nickel behandelt. Danach werden elektrolytisch
halbglänzendes Nickel, Kupfer, halbglänzendes Nickel,
glänzendes Nickel und schließlich Chrom aufgebracht.
Es werden Ätzzeiten von 4, 8 und 12 Minuten verwendet.
Sechs Proben von jedem Material werden nach den Bedingungen
der Ford Motor Company einem Temperaturwechseltest unterworfen.
Der Temperaturwechseltest für die 82°C Temperatur wird
in einem Ofen durchgeführt, der auf 82°C eingestellt ist.
Die Formteile werden in den Ofen auf einen Rost gelegt. Der
40°C Temperaturwechsel erfolgt bei Raumtemperatur, während
der Temperaturwechsel für den -34°C-Test in einer Kammer
durchgeführt wird, die mit flüssigem Stickstoff auf -34°C
gekühlt wird. Es wird folgender Temperaturwechsel durchgeführt:
23°C bis 82°; 2 Stunden bei 82°C, 82 bis 23°C,
1 Stunde bei 23°C, 23°C bis -34°C, 2 Stunden bei -34°C,
-34°C auf 23°C, 1 Stunde bei 23°C. Dieser Temperaturwechsel
wird dreimal wiederholt. Die Prüfkörper werden nach der
durchschnittlichen Anzahl der Schäden pro Prüfkörper, Blasen
und Risse, bewertet. Die Zahl der Defekte wird dadurch
bestimmt, daß man ein durchsichtiges Gitter mit den Abmessungen
12,7 × 12,7 mm auf die glatte Seite des Prüfteils
legt und die Anzahl der Gitterquadrate zählt, die einen
Fehler der angegebenen Art enthalten. Bei dieser Methode
wird sowohl die Zahl als auch die Stärke der Defekte bestimmt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Formteile gemäß Beispiel 1
und 3 ohne den Silikonzusatz eine starke Blasenbildung und
Rißbildung aufweisen.
Diese Ergebnisse zeigen, daß aus den erfindunsgemäßen Formmassen
verbesserte Formteile hergestellt werden können,
auf denen sich Metalle abscheiden lassen, und daß die metallbeschichteten
Formteile eine verbesserte Temperaturwechselbeständigkeit
aufweisen im Gegensatz zu den Formteilen, die
aus Formmassen ohne Zusatz eines Silikons hergestellt werden.
Beispiele 6 bis 8
Das ABS-I-Polymergemisch wird mit 0, 0,1 bzw. 0,3 Teilen
pro 100 Teile Harz Poly-(dimethylsiloxan) mit 1000 mm²/s
gemäß Beispiel 1 bis 5 vermischt. Die Formmasse wird auf
einen Zweiwalzenstuhl gewalzt und sodann zu Prüfkörpern
druckverformt. Ferner werden durch Spritzguß wappenähnliche
Prüfkörper hergestellt, die gemäß Beispiel 1 beschichtet
und dem Temperaturwechseltest unterworfen werden.
Für jeden Versuch werden sechs Prüfkörper verwendet. Die
Zusammensetzung der Formmassen, die physikalischen Eigenschaften
der Prüfkörper und die Eigenschaften der metallbeschichteten
Prüfkörper sind in Tabelle III zusammengefaßt.
Die Beispiele 6 bis 8 zeigen, daß durch Verwendung der
Silikonflüssigkeit Formmassen erhalten werden, aus denen
sich Formteile herstellen lassen, die nach dem Beschichten
mit Metallen besonders gute Temperaturwechselbeständigkeit
aufweisen.
Beispiele 9 bis 11
Die nachstehend aufgeführten ABS-Polymergemische werden
durch Spritzguß zu wappenähnlichen Prüfkörpern verformt.
Drei Proben jedes Beispiels werden in einem technischen
Chromplattiersystem plattiert. Dieses System ist ähnlich
dem in den Beispielen 1 bis 5 verwendeten Plattiersystem.
Hierauf werden die Prüfkörper dem in den Beispielen 1 bis 5
beschriebenen Temperaturwechseltest unterworfen. Sämtliche
drei Materialien bestehen diesen Test ohne Bildung von Rissen
oder Blasen.
Diese Beispiele zeigen, daß die erfindungsgemäß verwendeten
Formmassen mit 14 bis 22 Gew.-% Dienkautschukgehalt
die Temperaturwechseltests bestehen.
Die physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle IV zusammengefaßt.
Die Formbeständigkeit in der Wärme der Formteile
ist um etwa 11 bis 17°C besser als bei Formteilen aus
Standard-ABS-Polymermassen.
Beispiele 12 bis 15
Das ABS-I-Polymergemisch wird mit und ohne Silikonflüssigkeit
sowie mit und ohne Polycarbonat vermischt, wie dies
in Tabelle V angegeben ist. Die Gemische werden bei 182°C
in einem Banbury-Mischer gemahlen, sodann auf einem Walzenstuhl
gewalzt und schließlich zu Granulat verarbeitet.
Die Formmassen werden durch Spritzguß zu wappenähnlichen
Prüfkörpern für die Temperaturwechseltests verformt. Es
werden verschiedene Verformungsbedingungen verwendet. Die
Variablen sind die Vorratstemperatur und die Füllungsgeschwindigkeit.
In Tabelle VI sind die Verformungsbedingungen
und die Ergebnisse des Temperaturwechseltests zusammengefaßt.
Die günstige Wirkung des Zusatzes eines Siloxan-Polymers
zur Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit ergibt
sich bei sämtlichen Verformungsbedingungen für die Formmassen
der Erfindung. Die Beispiele 12 und 13 ergeben unbefriedigende
Ergebnisse.
Die günstige Wirkung der Siloxan-Polymeren bei der Verbesserung
der Temperaturwechselbeständigkeit ergibt sich aus
den niedrigeren Verformungstemperaturen mit der raschen
Füllgeschwindigkeit. Bekanntlich ergeben rasche Füllgeschwindigkeiten
und niedrige Vorratstemperaturen ungünstige Ergebnisse
bei der Temperaturwechselbeständigkeit von metallbeschichteten
Formteilen. Der Zusatz des Siloxan-Polymers
bewirkt, daß die Gemische aus dem ABS-Polymerisat mit hoher
Formbeständigkeit in der Wärme und einem Polycarbonat weniger
empfindlich sind gegenüber den Verformungsbedingungen
und deshalb verbesserte Formteile erhalten werden; vgl.
die Ergebnisse der Beispiele 14 und 15.
Zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten ABS-Polymerisate
können das Acrylnitril des Copolymerisats und des
Pfropfcopolymerisates durch Methacrylnitril ersetzt werden.
Das Styrol des Pfropfcopolymerisats kann durch eine andere
aromatische Monovinylverbindung, wie α-Methylstyrol, Vinyltoluol
oder α-Methylvinyltoluol, ersetzt werden. Der Polybutadien-
Kautschuk kann durch einen anderen Dien-Kautschuk,
wie ein Butadien-Styrol-Polymerisat oder ein Butadien-
Acrylnitril-Polymerisat, ersetzt werden.
In den Beispielen werden zwar 0,1 bis 0,3 Teile des Siloxan-
Polymers verwendet, jedoch ergeben Mengen im Bereich von
0,05 bis 0,5 Teile gute Ergebnisse.