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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Polyvinylchlorid (PVC)-Gemisch, das eine
spezielle Anwendung als eine Airbag-Tür in einem Personenfahrzeug
findet. Das Gemisch umfasst ein Gemenge aus PVC mit einem querverknüpften, chlorierten
Olefinpolymersystem mit einer besonders hohen Leistungsfähigkeit
(niedriger Fragmentierung) unter Einsatzbedingungen bei niedrigen
Temperaturen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Nach
dem derzeitigen Stand der Technologie wird als Obermaterial für Airbags/Instrumententafeln PVC
und/oder PVC-Gemische für
einzelne Airbag-Türen
und Aufbauten von Instrumententafelnoberflächen verwendet. Mit dem neusten
Design für
Airbag-Türen
wird das Türdesign
in das Obermaterial integriert. Bei Auslösung bricht der Airbag durch
das einstückige
Obermaterial der Instrumententafel. Die Materialien und Designs
für das
Obermaterial werden daher derart ausgesucht, dass der durch den
Airbag entwickelte Druck einen Riss entlang einer vorgesehenen Linie
im Obermaterial hervorruft.
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Während nach
der derzeitigen Technologie PVC und PVC-Gemische in integralen Seitenairbag-Türen für Personenkraftwagen
Verwendung finden, neigen die entfalteten Obermaterialien zum Brechen
und Zersplittern bei niedrigen Temperaturen. Zersplitterung des
Obermaterials des Airbag-Türbereichs
erzeugt Trümmer durch
Luftdruck, die körperliche
Verletzungen der Insassen bewirken können. Daher verfügen Hersteller
von Originalteilen über
veröffentlichte
Erprobungserfordernisse, um dieses Ergebnis in Bezug auf die Personentransportsysteme
zu identifizieren und zu kontrollieren. Beispielsweise wird Bezug
genommen auf die Leistungsstandardspezifikation PF-9007 von Chrysler,
die auf Berücksichtigungen
im Tieftemperatureinsatz gerichtet sind.
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Die
Auslösungskriterien
dafür,
keine Fragmentierung während
der Auslösung
zu gewährleisten,
sind sowohl bei neuen als auch bei älteren Fahrzeugen im „Endstadium" entscheidend. Analog
wurde festgestellt, dass ein Wärmebehandlungstest
dazu verwendet werden kann, das Verhalten einer gealterten Instrumententafel
vorauszusagen und zu verstehen. Beispielsweise wurde herausgefunden,
dass PVC und/oder PVC-Gemische mehr als 35% ihrer ursprünglichen
physikalischen Eigenschaften einbüßen werden, wenn sie Temperaturen
von oder oberhalb von 110°C
für einen
Zeitraum von 500 Stunden oder länger
ausgesetzt werden. Die Tendenz von PVC, nach einer derartigen Wärmeaussetzung
spröde
zu werden, bewirkt einen sehr starken Verlust der physikalischen
Eigenschaften, was dazu führt,
dass das Material bei Auslösung
bei kalten Temperaturen bricht.
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Nach
dem Stand der Technik wurde versucht, sich mit modifiziertem und
angepasstem Weich-PVC-Material zu befassen, da dieses mit der Entwicklung
einer PVC-Gemischrezeptur mit verbesserten Eigenschaften der Leistungsfähigkeit
bei niedrigen Temperaturen in Zusammenhang steht. In dieser Richtung sei
zunächst
auf das US-Patent Nr. 3,006,889 hingewiesen. Das '889-Patent betrifft
Polymere aus Vinylchlorid und chlorierten Polymeren aus Vinyl chloridgemischen
mit chlorierten Polyolefinen. In dem '889-Patent
wird vorgetragen, dass insbesondere erkannt wurde, dass die Hinzufügung eines
relativ hohen Anteils von chlorierten Produkten praktisch zwar nicht
die guten Eigenschaften von Polyvinylchlorid beeinträchtigt,
dafür die
Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Kälte von
Polyvinylchlorid erheblich verbessert. In dem '889-Patent wird beschrieben, dass es
wünschenswert
ist, die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Kälte zu
erhöhen,
um Brüchigkeit zu
vermeiden.
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Des
Weiteren wird auf US-Patent Nr. 5,525,284 verwiesen. Das '284-Patent betrifft
eine thermoplastische Mikrokugel für die Verwendung im Roto-Casting
oder Schlammformschalen. Das '284-Patent offenbart ein
Polyvinylchloridmaterial mit reinem PVC und Gemischen mit PVC in
der Form von Mikrokugeln mit einem Durchmesser von 0,007'' = 0,178 mm bis 0,040'' = 1,016 mm, die zum Roto-Casting oder
Schlammformen geeignet sind.
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Weiter
wird Bezug auf das US-Patent Nr. 5,086,122 genommen, welches chlorierte
Polyvinylchloridgranulate beschreibt, die quer verknüpft sind,
um verbesserte Verarbeitungseigenschaften bereitzustellen, wie beispielsweise
verringerte Verarbeitungsmomente. Zusätzlich beschreibt das '122-Patent CPVC-Gemische
mit nicht quer verknüpftem
CPVC.
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Es
wird auch auf das US-Patent Nr. 4,234,703 Bezug genommen, welches
eine Zusammensetzung aus PVC oder chloriertem PVC und EPM oder EPDM
mit einem Umwandlungsagens betrifft.
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Gemäß den obigen
Ausführungen
ist ersichtlich, dass ein Bedarf für ein Material besteht, welches
zur Verwendung einer dünnen
Schicht in einer Airbagauslösungs-Tür geeignet
ist, wobei das Material eine verbesserte Leistungsfähigkeit
bei niedrigen Temperaturen bereitstellt und ebenfalls der Überprüfung über die
Zeit standhalten und dabei weiterhin eine gute Leistungsfähigkeit
bei niedrigen Temperaturen über
die Lebensdauer eines Fahrzeugs bereitstellen kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein thermoplastisches Gemisch, umfassend
ein Weichpolyvinylchloridgranulat und ein geschmolzen bearbeitbares
thermoplastisches Elastomer. Das thermoplastische Elastomer umfasst
ein quervernetztes Material auf Olefinbasis, dadurch gekennzeichnet,
dass der Grad der Quervernetzung nicht die Schmelzverarbeitungsfähigkeit
beeinträchtigt.
Das quervernetzte Olefinmaterial kann ebenfalls chloriert sein,
um seine Fähigkeit
zu verbessern, sich mit Weich-PVC-Granulat zu vermengen und zu vermischen.
Das chlorierte quervernetzte Olefinpolymer kann sowohl zwischen
10–75%
des Gewichtes der Gemischzusammensetzung als auch alle ganzzahligen
Zwischenwerte umfassen.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Wie
bereits dargestellt, betrifft die vorliegende Erfindung ein PVC-Gemisch,
umfassend ein Weich-PVC und ein quervernetztes geschmolzen verarbeitbares
thermoplastisches Elastomer. Das bevorzugte thermoplastische Elastomer
zur Verwendung dazu ist ein Material, das unter dem Handelsnamen
Alcryn® verkauft
wird, welches hergestellt und in den Umlauf gebracht wird von Advanced
Polymer Alloys. Alcryn® wird als ein thermoplastisches
Elastomer beschrieben, welches auf einem Zwischenpolymergemisch
mit teilweise quervernetztem chloriertem Olefin basiert, und welches
wie ein thermoplastisches Material bearbeitbar ist und sich wie
ein Gummi oder Elastomer (im Wesentlichen amorph und mit einer Glasübergangstemperatur
Tg unterhalb der Raumtemperatur) verhält.
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Zusätzlich weist
das hierin bevorzugte quervernetzte und geschmolzen verarbeitbare
thermoplastische Elastomer die Eigenschaft einer partiellen Quervernetzung
auf bis hin zu dem Grad, dass die Schmelzverarbeitungsfähigkeit
nicht beeinträchtigt
wird, jedoch welches nichtsdestoweniger Eigenschaften aufweist, die ähnlich sind
zu standardisiertem vulkanisiertem Gummimaterial. Ist dies der Fall,
so weist das betreffende quervernetzte geschmolzen verarbeitbare
thermoplastische Elastomer, welches mit dem Weich-PVC kombiniert
ist, die weiteren Eigenschaften auf, dass es eine Vulkanisation
erfordert, spritzgegossen, geblasen, satiniert und vakuumgeformt
werden kann, über
ein festes Substrat überspritzt
werden kann, in relativ kleinen Zyklen formgepresst werden kann
und Reste erzeugt, die rezykliert werden können. Im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit
mechanischer Eigenschaften ist das betreffende teilweise quervernetzte
Elastomer, welches mit einem Weich-PVC vermischt ist, derart ausgebildet,
dass dieses eine Bearbeitungstemperatur im Bereich von –40°C bis +107°C bereitstellt.
Zusätzlich
hat das betreffende teilweise quervernetzte Elastomer eine Olefinbasis
und ist chloriert, so dass die Anwesenheit der Chlorierung des Polyolefins
erhöht
wird, daher eine vorteilhaftere chemische Wechselwirkung mit dem
PVC und folglich auch tatsächlich
ein physikalisches Vermischen des Elastomers mit dem Weich-PVC-Polymer hervorruft.
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Die
Zugfestigkeit, Reißfestigkeit
und Längenänderung
des betreffenden PVC-Gemisches verändert sich nicht mehr als um ±35% von
den ursprünglichen
Werten nach 500 Stunden Tempern bei 110°C und wird sich danach bei Tiefentemperaturen
entsprechend entfalten. Beispielsweise ermöglicht das hierin offenbarte PVC-Gemisch „integrale" Airbag-Instrumentenbrett
auch Bauten, deren Tafeln Auslösungen
unterhalb –20°C und hinunter
bis zu –30°C ohne Zersplitterung
erfolgreich bestehen. Ferner verändert
sich die Zugfestigkeit, Reißfestigkeit
und Längenänderung
des PVC-Gemisches
nicht mehr als um ±45%
von dem ursprünglichen Wert
nach 1000 Stunden des Temperns bei 110°C.
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Wie
erwähnt,
ist das Gemischmaterial aus Weich-PVC und einem teilweise quervernetzten,
chlorierten Olefin-Interpolymer gemisch vorzugsweise aus einem Weich-PVC
hergestellt, wobei dieses Material unter dem Handelsnamen Alcryn® verkauft
wird. Bei der Auswertung wurde unter Verwendung eines bevorzugten
Grad von 10–25
Gew.-% des quervernetzten chlorierten Olefin-Interpolymers mit dem Weich-PVC-Material
eine optimale Leistungsfähigkeit
einer Airbag-Anwendung beobachtet (verringerte Zersplitterung auf
akzeptable OEM-Erprobungserfordernisse). Zusätzlich ist das quervernetzte
chlorierte Olefin-Interpolymer vorzugsweise als diskrete Partikel
in der PVC-Matrix dispergiert. Dies erfolgt durch Schmelzbearbeitungsprozeduren
wie beispielsweise Extrusion, Walzen, oder durch die Verwendung
eines Banbury-Mixers.
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Zusätzlich können heutzutage
PVC-Gemische im Allgemeinen nicht in der Schlammformung von unsichtbaren „integralen" Airbagtüren verwendet
werden, sofern das Gemisch nicht zunächst zu einem Pulver von unterschiedlich
geformten Partikeln tieftemperaturgemahlen wird, die eine Größenverteilung
in dem Bereich von 0,002'' = 0,051 mm bis 0,016'' = 0,407 mm haben. Das Gemischmaterial
erlaubt in jedem Fall als einziges schlammgeformt zu werden unter
der Verwendung von kugelförmig
geschmolzenem Partikel mit einer Größenverteilung zwischen 0,007'' = 0,178 mm und 0,040'' = 1,016 mm. Ferner kann das Gemischmaterial
zu Automobilteilen schlammgeformt werden, die die OEM-Erfordernisse
erreichen, wie beispielsweise die Ford-Spezifikation WSB-M98D22-B
und die Chrysler-Spezifikation MS-DC541.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung liefern die nachfolgenden
repräsentativen
Beispiele eine Anleitung für
die Zusammensetzungen in dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung:
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Das
bevorzugte PVC-Suspensionsgranulat ist Geon 471 der Geon Company.
Das bevorzugte PVC-Dispersionsgranulat ist Borden VC438 der Borden
Chemical Company.
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Der
bevorzugte Phthalatweichmacher ist ein Linearphthalat-Weichmacher und ist
besonders bevorzugt Jflex L11 der Exxon Chemical Company. Phthalatweichmacher,
die ersetzt werden können
durch oder verwendet werden können
in Kombination mit dem Linearphthalatweichmacher, beinhalten, ohne
darauf beschränkt
zu sein, verzweigte Phthalate. Jedenfalls sind verzweigte Phthalate
weniger bevorzugt, verglichen zu linearen Phthalaten, da diese einen
verdampfbaren Verlust nach dem Tempern aufweisen. Trimillate Weichmacher,
gleichwohl verzweigte oder lineare, haben einen geringeren verdampften
Abgang nach dem Tempern als Phthalat-Weichmacher, was allgemein
wünschenswert
ist. Jedoch sind diese weiterhin weniger bevorzugt als lineare Phthalat-Weichmacher,
aufgrund der zusätzlichen
Kosten.
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Der
bevorzugte Adipaten-Weichmacher ist ein monomerer Adipat-Weichmacher. Bevorzugter
hat der monomere Adipaten-Weichmacher ein durchschnittliches Molekulargewicht
von 450–500.
Solch ein bevorzugter Adipaten-Weichmacher basiert daher auf einem
Adipinsäureester,
wobei der Esterbereich eine C4 bis C10 Alkylket te umfasst.
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Mit
Bezugnahme auf das Alcryn®-Granulat ist das bevorzugte
Alcryn®-Granulat
ein Alcryn 2160 NC, mit einem Gewichtsanteil von etwa 15% in der
Poly(vinylchlorid)Zusammensetzung. In Verbindung mit solch einem
Gemisch wurde beobachtet, dass das Alcryn anfangs Glasübergangstemperatur
Tg-Werte von –50,7°C, –11°C, +66°C und 112°C zeigte.
In jedem Fall lagen die beobachteten Glasübergangstemperatur Tg-Werte einmal
mit dem Weich-PVC-Granulat
wie in der oben beschriebenen Tabelle vermischten Materials von –66°C, +48°C und +100°C.
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Zusätzlich zu
dem oben beschriebenen ist nachfolgend eine Tabelle angeführt, die
die Ergebnisse der Erprobung der bevorzugten Zusammensetzung anzeigt,
welche die Erprobungsergebnisse der Chrysler Spezifikation MS-DC541
beinhalten.