Dosierungen von UV-Masterbatches

Dosierungen von UV-Masterbatches

Untersuchung der Auswirkung eines NOR-HALS Masterbatches auf die Eigenschaften von ABS/PC bei Fahrzeuginnenanwendungen

Spritzgegossene Bauteile in der Automobilindustrie, wie z.B. Türverkleidungen, Handschuhfach-Komponenten und Mittelkonsolen werden vorwiegend aus (ABS+PC)-Compounds hergestellt. Grund hierfür sind Materialeigenschaften, wie z.B.:

  • Hohe Formbeständigkeit in der Wärme, sowie hohe Steifigkeit und Härte

  • Hohe Kerbschlagzähigkeit

  • Gute antistatische Eigenschaften

  • Schlechte Brennbarkeit

Die größte Herausforderung an solche Bauteile stellt jedoch die dauerhafte Resistenz gegenüber den für Kunststoffe schädlichen UV-Anteil (300-400nm) des Sonnenlichts da. Eine unzureichende oder gar keine UV-Stabilisierung würde sich in einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und/oder Veränderung der Oberfläche (z.B. Verblassen, Verfärben oder Bruchbildung) äußern. Um derartig unerwünschte Effekte zu vermeiden, werden den Polymeren meist Stabilisatoren hinzugefügt. Die Verarbeiter mischen hierzu den UV-Wirkstoff, welcher als Masterbatch vorliegt, in bestimmten Dosiergehalten dem Kunststoff, während des Formgebungsprozesses, bei. Die Zugabemenge (Gew.-%) des Masterbatches wird dabei so ausgewählt, dass neben einer ausreichenden Stabilisierungswirkung auch eine hohe Wirtschaftlichkeit gewährleistet ist. Dies führt zu bestimmten Dosiergehalten (i.d.R. 1,0- 2,0-%) des UV-Additivs im Endartikel.

Aufgabenstellung:

Ob und wenn ja, wie sich eine Zugabe von 0,5-; 1,0-; 2,0- und 3,0-% NOR-HALS–Masterbatch (LV058/16SAN) auf die mechanischen Eigenschaften (Kerbschlagzähigkeit, Biegefestigkeit und Wärmeformbeständigkeit) des ABS/PC (Novadur Ultra 4105) auswirkt, wurde im aktuellen Projekt der GODIPLAST GmbH näher untersucht.

Abbildung 1: Verwendetes Bewitterungsgerät
Xenotest Beta+ von Atlas Material Testing Solutions

Durchführung:

Hierzu wurden Vielzweckprobekörper des Typs A nach DIN EN ISO 3167 mit unterschiedlichen Dosiergehalten an UV-Masterbatch im Spritzgussverfahren hergestellt. Da eine optimale Dispergierung des NOR-HALS Wirkstoffs im Trägermaterial erheblichen Einfluss auf die Aussagekraft der gesamten Untersuchung hat, wurden die 5 Compounds zuvor auf einem Einschneckenextruder verarbeitet. Anschließend wurden aus den 450 Vielzweckprobekörpern ISO-Stäbe (80x10x4 mm), durch Absägen der Schulterteile, entnommen. Des Weiteren wurde bei 250 Proben eine Doppel-V-Kerbe nach ISO 179-1/1fA eingearbeitet.

Insgesamt 360 Probekörper wurden in dem Bewitterungsgerät Xenotest Beta+ von ATLAS MTS nach VDA 75202 (,,Werkstoffe der Kraftfahrzeug-Innenausstattung: Farbechtheitsprüfung und Alterungsverhalten gegen Licht bei hohen Temperaturen: Xenonbogenlicht‘‘) für eine Dauer von 220 h exponiert.

Nach je 55h wurde jeweils eine Serie entnommen und folgende mechanische Prüfverfahren durchgeführt:

  • Charpy-Kerbschlagversuch nach DIN EN ISO 179,
  • Biegeversuch nach DIN EN ISO 178,
  • Formbeständigkeitsversuch nach DIN EN ISO 75-1, -2,-3.

Des Weiteren fand eine Bewertung der Änderung in der Farbe aller belichteten Proben anhand eines Graumaßstabes nach DIN EN ISO 105-A02 statt.

Abbildung 2: Mit gekerbten ISO-Stäben bestückter
Warenträger zum Einsetzen in Expositionsgerät

Erkenntnis:

Durch die, aus den einzelnen Prüfverfahren, erhaltenen Ergebnisse konnte für jede spezifische Anforderung (Kerbschlagzähigkeit, Biegefestigkeit, Formbeständigkeit in der Wärme und Farbechtheit) an das Bauteil, der jeweils beste Dosiergehalt an NOR-HALS-Masterbatch ermittelt werden. Außerdem war es möglich weitere Fragestellungen zu beantworten, wie bspw.:

  1. Hat die Lage der Bindenaht zu der gealterten Oberfläche der Probe beim HDT-Versuch einen Einfluss auf die Wärmeformbeständigkeitstemperatur [°C] ?
  2. Wie verhält sich die Kerbschlagzähigkeit [kJ/m²], wenn bei der Schlagrichtung die Anordnung der gealterten Oberfläche zur Hammerschneide gewechselt wird ?
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