Stand der Technik Die Kombination von Funktions-und Konstruktionswerkstoffen gewinnt nicht nur aus Kostengründen zunehmend an Bedeutung. Durch die gezielte Herstellung von funk- tionalen Bauteilen, Profilen und Halbzeugen durch Kombinieren und Fügen von Werkstoffen im Mehrkomponentenspritzgießen, in der Profilextrusion und in der Halbzeugextrusion werden die Besonderheiten der eingesetzten Werkstoffe am je- weiligen Wirkort genutzt. Hier wurden vielfach unterschiedliche Materialien kombi- niert, die jedoch in der Verbundhaftung Probleme aufweisen und sich bei mechanischer Beanspruchung relativ leicht trennen lassen.

Für eine Reihe von industriellen Anwendungen werden Kunststoffteile oder Halb- zeuge über das Mehrkomponentenspritzgießen hergestellt. Werden verschiedene Werkstoffe im Zweitakt- (Drehtisch-/Drehtellerwerkzeug-) oder Kernzugverfahren hergestellt, so äußern sich die Probleme bei der Anwendung solcher Bauteile zu- meist in einer ungenügenden Verbundhaftung. Da die zweite Komponente als Schmelze auf die erste, abgekühlte und verfestigte Komponentenoberfläche aufge- spritzt wird, sind die Grenzflächenhaftungen vielfach durch ungenügenden Schmel- zekontakt und Einfrieren von Spannungen die Schwachstelle im Verbundsystem.

Das Sandwichspritzgießen ist ein etabliertes Verfahren, in dem eine Komponente als Schmelze in einem Schmelzespeicher vorgelegt wird und als Schmelze mit der zweiten Komponente im Formfüllprozess in das Werkzeug unter Ausbildung der Hautkomponente eingespritzt wird, oder beide Komponenten über ein spezielles Dü- sensystem gleichzeitig oder versetzt in das Werkzeug eingespritzt werden.

Ein ausführlicher Überblick zum Stand der Technik wird in den Dissertationen von T.

Zipp"Fliessverhalten beim 2-Komponenten-Spritzgiessen" (RWTH Aachen, Verlag der Augustinus Buchhandlung Aachen, Band 3,1992 ; ISBN, 3-86073-071-1) und C.

Jaroschek"Spritzgießen von Formteilen aus mehreren Komponenten" (RWTH Aachen, Verlag der Augustinus Buchhandlung Aachen, Band 22,1994 ; ISBN, 3- 86073-195-5) gegeben. Neben den verfahrenstechnischen Aspekten werden auch Materialsysteme diskutiert.

Anfangs war die Zielstellung, über das Sandwichspritzgießen als Kernkomponente Kunststoff-Rezyklatmaterial einzusetzen und zu verarbeiten. So konnten farblich ein- heitliche und durchgehende Formteile hergestellt werden, bei denen die unansehnli- che graue Rezyklatkernkomponente durch eine eingefärbte Hautkomponente abge- deckt wird.

Die Herstellung von Hart-Weich-Verbindungen ist sowohl in der 2K-Verarbeitung [Ar- burg today, Ausgabe 16, 2001 ; eine Publikation der Arburg Gruppe, S. 13] sowie in untergeordnetem Maß auch im Sandwich-Verfahren der Haupttrend bzw. für opti- sche und haptische Anwendungsbereiche das vorrangige Einsatzgebiet. So werden industriell für die Autoindustrie schon Bauteile mit einer TPE-Hautkomponente und einem geschäumten oder massiven Thermoplastkern oder auch mit einer har- ten/kompakten Hautkomponente und einer geschäumten oder kompakten Thermo- plastkernkomponente hergestellt [J. Ehritt, K. Schröder, Gasinnendruck-und Zwei- komponenten-Spritzgießverfahren, PRAXIS Kunststoffverarbeitung, 6, Dr. Alfred Hüthig Verlag Heidelberg3. Das verfahrenstechnische Ziel besteht zumeist darin, "das Formteil so zu füllen, dass bei einwandfreier Oberflächenqualität eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Kernmaterials bis zum Fließwegende erreicht wird." G. W. Ehrenstein und K. Kuhmann berichten von antielektrostatisch ausgerüsteten Sandwich-Trägerbauelementen (Mehrkomponentenspritzgießen, Ingenieurwerk- stoffe/Sonderpublikation, S. 127 ff. ; Springer VDI Verlag, ISBN 3-18-990027-2). In diesem Sonderfall wurde als Hautkomponente ein leitfähig ausgerüsteter Kunststoff eingesetzt.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bauteile, Halbzeuge und Profile, ganz oder teilweise aus Kunststoff, in einem Verfahrensschritt hergestellt, anzugeben, die die mechanischen Eigenschaften eines Konstruktionswerkstoffes im Kern und die spezifischen Eigenschaften eines Funktionswerkstoffes für die jeweilige Anwendung kombinieren und eine verbesserte Verbundfestigkeit aufweisen.

Bei den erfindungsgemäßen Bauteilen, Halbzeugen und Profilen, ganz oder teilweise aus Kunststoff, sind ein Compound (A), in dem über chemische Bindungen Polyamid-und Perfluoralkylsubstanz (en) gekoppelt sind, mit einem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) miteinander verbunden, wobei der Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) vollständig oder teilweise mit dem Compound (A) bedeckt ist und wobei in der Verbundgrenzfläche neben den an sich bekannten Adhäsions-und Interdiffusionskopplungsmechanismen chemische Bindungen zwischen dem Compound (A) und Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) vorhanden sind.

Vorteilhafterweise können die Bauteile, Halbzeuge und Profile teilweise aus Metall, Keramik, Holz oder Glas, in kompakter oder geschäumter Form, als Bestandteile) des Polyamidkonstruktionswerkstoffes (B) bestehen.

Ebenfalls vorteilhafterweise sind die Bauteile, Halbzeuge und Profile durch Sandwichspritzgießen, Halbzeugextrusion, Folienextrusion oder Profilextrusion hergestellt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Compound (A) aus mit funktionellen Gruppen' modifizierten Perfluoralkylsubstanz (en) mit Polyamidverbindung (en) in Schmelze über eine reaktive Umsetzung homogenisiert ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Compound (A) ein über chemische Bindungen gekoppelter PTFE-Polyamid-Compound ist.

Dabei kann vorteilhafterweise das PTFE im Compound (A) im Mengenbereich von 1 bis 70 Masse-% und vorzugsweise von 5 bis 50 Masse-% enthalten sein.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Compound (A) eine lokale Oberflächenkomponente und der Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) die Hauptkomponente sind.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der Compound (A) eine geschlossene Hautkomponente und der Konstruktionswerkstoff (B) die Kernkomponente sind.

Vorteilhaft ist es auch, wenn das Polyamid in dem Compound (A) und/oder in dem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) Polyamid-6 und/oder Polyamid-6. 6 und/oder teil- aromatisches Polyamid-6. 6 und/oder Polyamid-4. 6 und/oder teilaromatisches, ther- moplastisch verarbeitbares Polyamid und/oder Copolykondensate dieser Polyamide sind, wobei das Polyamid die Matrix bilden kann.

Vorteilhafterweise enthalten der Compound (A) und/oder der Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) Additive und/oder Füllstoffe und/oder Verstärkungsstoffe.

Auch vorteilhafterweise ist der Compound (A) mit Anteilen kleiner 50 Masse-%, vorzugsweise kleiner 25 Masse-% an oder in den Bauteilen, Halbzeugen und Profilen vorhanden.

Bei größervolumigen Bauteilen mit einem Gewicht von größer 100 g ist der Compound (A) vorteilhafterweise mit Anteilen kleiner 10 Masse-% vorhanden.

Die chemischen Bindungen zwischen dem Compound (A) und dem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) in der Verbundgrenzfläche sind vorteilhafterweise durch Umamidierung ausgebildete Amidbindungen.

In der vorliegenden Erfindung werden Kunststoffbauteile durch Sandwichspritz- gießen oder Halbzeuge durch Halbzeugextrusion oder Profile durch Profilextrusion in einem Verfahrensschritt in Schmelze hergestellt. Dabei wird ein Compound (A), in dem über chemische Bindungen Polyamid-und Perfluoralkylsubstanz (en) gekoppelt sind, als Funktionswerkstoff mit einem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) kombiniert.

In dem Compound (A) als Funktionswerkstoff ist die Perfluoralkylsubstanz (en), vorzugsweise PTFE, über chemische Bindungen mit der Polyamidmatrix gekoppelt.

Dadurch sind die sehr guten Gleiteigenschaften des PTFE mit den sehr guten Material-und Verarbeitungseigenschaften des Polyamids kombiniert. Durch diese chemische Kopplung wird die Funktionalität des Polyamids erhöht, was sich vorteilhaft auf die Ausbildung zusätzlicher chemischer Bindungen in der Verbundgrenzfläche zwischen dem Compound (A) und dem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) und folglich auf die Verbundfestigkeit der Bauteile, Halbzeuge und Profile auswirkt. Beispielsweise liegen die Gleitreibungskoeffizienten des Compounds (A) im Bereich des PTFE, wobei aber auf Grund der chemischen Bindungen extrem niedrige Verschleißraten im Vergleich zum PTFE und zu physikalischen Mischungen aus PTFE und Polyamid erhalten werden.

Bei alleinigem Einsatz des Compounds (A), insbesondere in dickerwandigeren oder kompakten Bauteilen, Halbzeugen und Profilen kann eine Kern-Schale-bzw. ein Kern-Mantel-bzw. eine Kern-Haut-Struktur auftreten, die in tribologischen Anwendungsgebieten auf Grund von lokalen oder flächigen Delaminationserscheinungen in der Verbundgrenzfläche nur bedingt oder nicht eingesetzt werden können.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Compound (A) mit einem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) verarbeitet werden.

Dabei kann der Compound (A) die Oberfläche des Polyamidkonstruktionswerkstoffes (B) nur lokal bedecken, wodurch der Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) die Hauptkomponente des Bauteiles, Halbzeuges und Profils bildet.

Es ist aber auch möglich, dass der Compound (A) eine ganz oder teilweise geschlossene Haut um den Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) bildet, wodurch der Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) die Kernkomponente der Bauteile, Halbzeuge und Profile bildet.

Bei den erfindungsgemäßen Bauteilen, Halbzeugen und Profilen ist eine gute bis sehr gute Haftung in der Verbundgrenzfläche ausgebildet, die durch die zusätzlichen chemischen Bindungen, basierend auf den zusätzlich eingebrachten Funktionalitäten, hervorgerufen ist. Zusätzlich bezieht sich dabei auf die verbesserte Haftung auf der Basis dieser chemischen Bindungen. Die an sich bekannten Adhäsions-und Interdiffusionskopplungsmechanismen zwischen zwei miteinander verbundenen Komponenten treten ebenfalls auf.

Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich unterschiedliche und auch solche Polyamid-Typen, die in dem Compound (A) und/oder in dem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) eingesetzt sind und als Matrixmaterial dienen können, zu Bauteilen, Halbzeugen und Profilen mit einer ausreichenden Verbundhaftung verarbeiten, die sonst keine ausreichende Verbundhaftung realisieren können, insbesondere, wo sich die Haut-und die Kernkomponente im Keiltest trennen lassen.

Erfindungsgemäß kann der Compound (A) mit Anteilen kleiner 50 Masse-%, vorzugsweise kleiner 25 Masse-% und bei größervolumigen Bauteilen (mit einem Gewicht von größer 100 g) oder Profilen oder Halbzeugen vorzugsweise kleiner 10 Masse-% zur Verbesserung des antiadhäsiven Oberflächenverhaltens und/oder zur Verbesserung des Gleitverhaltens bei tribologischen Anwendungsgebieten ein- gesetzt werden. Die durch andere Mechanismen hervorgerufene Verbundhaftung zwischen dem Compound (A) und dem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) wird, wie schon oben angeführt, durch reaktive Kompatibilisierung in der Verbundgrenzfläche über Umamidierungsvorgänge durch Ausbildung chemischer Bindungen, insbesondere Amidbindungen, verstärkt. Der Compound (A) wird dabei vorzugsweise als reiner Compound eingesetzt, kann aber auch Additive und/oder Füllstoffe und/oder Verstärkungsstoffe enthalten. In einem PTFE-Polyamid- Compound (A) ist PTFE möglichst im Mengenbereich von 1 bis 70 Masse-% und vorzugsweise von 5 bis 50 Masse-% enthalten.

Als Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) werden Polyamide in Form von gefülltem und/oder verstärktem Kunststoff zur Gewährleistung der mechanischen Eigenschaften der Bauteile, Halbzeuge und Profile eingesetzt.

Die Polyamide von (A) und/oder (B) können aus reinen Polyamiden oder aus Polyamid-Block-und/oder Polyamid-Pfropfcopolymeren bestehen.

Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauteile, Halbzeuge und Profile eingesetzten Compounds (A) und Polyamidkonstruktionswerkstoffe (B) bestehen vorzugsweise aus Polyamid-6 und/oder Polyamid-6. 6 und/oder teilaromatischem Polyamid-6. 6 und/oder Polyamid-4. 6 und/oder teilaromatischen, thermoplastisch verarbeitbaren Polyamiden und/oder aus Copolykondensaten dieser Polyamide, wobei diese als Matrix eingesetzt sein können. Solche Copolykondensate können aus verschiedenen Polyamidtypen gebildet werden oder als Copolyetherester- polyamide oder als Copolyester-polyamide hergestellt sein.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Bauteile, Halbzeuge und Profile ist vorteilhafterweise die Schmelzeviskosität des Compounds (A) unter Ver- arbeitungsbedingungen gleich oder kleiner der Schmelzeviskosität des Polyamidkonstruktionswerkstoffes (B), um eine entsprechende lokale oder geschlossene Schicht auf dem Konstruktionswerkstoff ausbilden zu können. Dabei kann bei dem Compound (A) mit einer höheren Ausgangsschmeizeviskosität gegenüber dem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) bei der Verarbeitung zu Bauteilen, Halbzeugen und Profilen über die Erhöhung der Schmeizetemperatur des Compounds (A) die gewünschte Viskosität bzw. das entsprechende Viskositätsverhältnis von (A) zu (B) zur Verarbeitung im Sandwichspritzgießverfahren und zur Ausbildung entsprechender Strukturen eingestellt werden. Vorzugsweise sollte der Compound (A) mit einer mindestens 10 K höheren Schmelzetemperatur gegenüber dem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) verarbeitet werden, wenn (A) und (B) bei gleichen Verarbeitungstemperaturen vergleichbare Schmelzeviskositäten besitzen. Das Viskositätsverhältnis für die Verarbeitung von (A) und (B) lässt sich über die gezielte Einstellung der Schmeizetemperaturen der Einzelwerkstoffe optimieren.

Wege zur Ausführung der Erfindung Im weiteren wird die Erfindung an mehreren Beispielen näher erläutert. Dabei sind eingangs zwei Vergleichsbeispiele angegeben.

Vergleichsbeispiel 1 Ein Gleitblock mit den Maßen 40 x 10 x 1000 mm aus reinem, chemisch gekoppeltem PTFE-Polyamid-6-Compound wird über Spritzgießen hergestellt. Die Compoundzusammensetzung ist 30 Masse-% PTFE (Zonyl MP 1100) und 70 Masse-% Polyamid-6 (Miramid SH3).

Schnitte belegen, dass auf Grund der Schrumpfung/Schwindungseigenschaft des Compoundmaterials bei dieser Zusammensetzung ein Kern-Schale-System ausgebildet wird. Die Schale bildet eine geschlossene Haut mit sehr guten mecha- nischen und Gleiteigenschaften-Gleitreibungskoeffizienten ähnlich denen des rei- nen PTFE. Der Kern dagegen besitzt eine andere Morphologie ohne die durchge- henden guten mechanischen Eigenschaften. Tribologische Untersuchungen solcher Gleitlager zeigen, dass es unter Belastung zum Teil zu Hautablösungen, d. h. zum Versagen der Bauteiloberfläche und so des Bauteiles kommt.

Vergleichsbeispiel 2 Polyamid-6 mit 30 Masse-% Glasfaser wird unter vergleichbaren Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel 1 zu Gleitblöcken verspritzt. Tribologische Untersuchungen belegen, dass dieses Material sehr schlechte Gleiteigenschaften besitzt und als Gleitblock auf Grund der sehr starken Stick-Slip-Neigung ungeeignet ist.

Beispiel 1 Über Sandwichspritzgießen werden Gleitblöcke mit den Abmessungen nach Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, in denen der Compound (A) : chemisch gekoppeltes PTFE-Polyamid-6-Compound [Compoundzusammensetzung von 20 Masse-% PTFE (Zonyl MP 1100) und 80 Masse-% Polyamid-6 (Miramid SH3)] als Hautkomponente und der Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) glasfaserverstärktes Polyamid-6 mit 30 Masse-% Glasfaser als Kernmaterial zu einem Gleitblock verarbeitet werden, in de- nen die durchgehende Hautkomponente gleichmäßig über die Oberfläche mit einer Dicke von 1 mm ausgebildet ist. In tribologischen Untersuchungen konnten die sehr guten Gleiteigenschaften der Hautkomponente, vergleichbar mit den Gleiteigen- schaften von PTFE, verbunden mit den guten mechanischen Eigenschaften der Kernkomponente nachgewiesen werden. Die Verbundhaftung zwischen den beiden Komponenten ist so gut, dass im Keiltest keine Trennung in der Verbundgrenzfläche erreicht wird. Über die chemische Kopplung des PTFE mit dem Polyamid-6 werden in der Polyamidmatrix des Compounds (A) nachweisbar höhere Carbonsäuregruppenkonzentrationen generiert, die im Moment des Sandwich- spritzgießens in der Verbundgrenzfläche durch Umamidierung über chemische Kopplung durch Ausbildung von Amidbindungen zur Erhöhung der Verbundbildung beitragen. Der Gleitblock als Funktionspolymer mit PTFE-Polyamid als Funktionspolymer weist sehr niedrige Gleitreibungskoeffizienten und einen extrem niedrigen Verschleiß auf.

Beispiel 2 Über Profilextrusion werden A-B-Profile mit den Maßen 10 x 50 mm für Gleitblöcke hergestellt. Die Schichten aus dem Compound (A) : chemisch gekoppeltes PTFE- Polyamid-6. 6-Compound [Compoundzusammensetzung von 30 Masse-% PTFE (Zonyl MP 1100) und 70 Masse-% Polyamid-6. 6 (Ultramid A3) ] mit einer Dicke von 1 mm und dem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) glasfaserverstärktes Polyamid-6. 6 mit 30 Masse-% Glasfaser mit einer Dicke von 9 mm weisen eine in der jeweiligen Werkstoffkomponente homogene Morphologie und eine sehr gute Verbundhaftung auf. Die Verbundhaftung zwischen den beiden Komponenten ist so gut, dass im Keiltest keine Trennung in der Verbundgrenzfläche erreicht wird. In tribologischen Untersuchungen werden neben den sehr guten mechanischen Eigenschaften, basierend auf den Eigenschaften des Polyamidkonstruktionswerkstoffes (B) vor allem die exzellenten tribologischen Eigenschaften des chemisch gekoppelten PTFE-Polyamid-6. 6-Compoundmaterials, vergleichbar mit den Gleiteigenschaften von PTFE, im Bauteil wirksam. Der Verschleißtest ergab extrem niedrige Verschleißraten, d. h. die Verschleißrate des chemisch gekoppelten PTFE-PA-6.6- Compoundwerkstoffes gegenüber einem kommerziellen, physikalisch gemischten PTFE-PA-6. 6-Material (Verschleißrate gleich 100 % gesetzt) unter vergleichbaren Prüfbedingungen sank auf 20 % [Compound (A) ] ab.

Beispiel 3 Über Halbzeugextrusion werden Halbzeuge mit A-B-A Schichtstruktur mit den Ma- ßen 20 x 200 mm für Gleitblöcke hergestellt. Die Schichten aus dem Compound (A) : chemisch gekoppeltes PTFE-Polyamid-6. 6-Compound [Compoundzusammenset- zung von 20 Masse-% PTFE (Zonyl MP 1100) und 80 Masse-% Polyamid-6. 6 (Ultramid A3) ] mit einer Dicke von 2 mm und dem Polyamidkonstruktionswerkstoff (B) : glasfaserverstärktes Polyamid-6 mit 15 Masse-% Glasfaser als Zwischenschicht mit einer Dicke von 16 mm weisen eine in der jeweiligen Werkstoffkomponente homogene Morphologie und in den Grenzflächen eine sehr gute Verbundhaftung auf. Die Verbundhaftung zwischen den beiden Komponenten ist so gut, dass im Keiltest keine Trennung in der Verbundgrenzfläche erreicht wird. In tribologischen Untersuchungen werden neben den sehr guten mechanischen Eigenschaften, basierend auf den Eigenschaften des Polyamidkonstruktionswerkstoffes (B) vor allem die exzellenten tribologischen Eigenschaften des chemisch gekoppelten PTFE-Polyamid-6. 6-Compoundmaterials, vergleichbar mit den Gleiteigenschaften von PTFE, im Bauteil wirksam. Der Verschleißtest ergab extrem niedrige Verschleißraten, d. h. die Verschleißrate des chemisch gekoppelten PTFE-PA-6.6- Compoundwerkstoffes gegenüber einem kommerziellen, physikalisch gemischten PTFE-PA-6. 6-Material (Verschleißrate gleich 100 % gesetzt) unter vergleichbaren Prüfbedingungen sank auf 30 % [Compound (A) ] ab.