DE3610218A1 - Composite material and process for the production thereof - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Her stellung eines derartigen Verbundwerkstoffes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.The invention relates to a composite material according to the The preamble of claim 1 and a method for manufacturing position of such a composite material according to the Preamble of claim 11.
Verbundwerkstoffe bestehen aus einer Kombination mehrerer Werkstoffe, bei denen der eine Werkstoff die Nachteile des anderen ausgleichen soll. Derartige Verbundwerkstoffe wer den daher in der Technik überall dort eingesetzt, wo be sondere Ansprüche an ein daraus gefertigtes Bauteil ge stellt werden. Bei der vorliegenden Erfindung geht es um die Verbindung eines Kunststoff-Trägermaterials mit Metall, und zwar einer das Trägermaterial rundherum umgebenden als auch bereichweise, nämlich beispielsweise nur einsei tig aufgebrachter Metallschicht.Composite materials consist of a combination of several Materials where one material has the disadvantages of to compensate others. Such composites who therefore used in technology wherever be special demands on a component made from it be put. The present invention is about the connection of a plastic carrier material with metal, namely a surrounding surrounding the carrier material as also in some areas, namely for example only one egg applied metal layer.
Es ist bereits bekannt, eine Metallbeschichtung eines Trägermaterials aus Kunststoff oder dgl. nach dem Formen des Trägermaterials vorzunehmen, also auf einen aus dem Trägermaterial gebildeten Kern aufzubringen. Probleme entstehen hierbei vor allem dadurch, daß das üblicherweise zur Formgebung in einer entsprechenden Form hergestellte Trägermaterial an den zu beschich tenden Außenflächen noch zum Entformen notwendiges Trennmittel aufweist. Um eine gute Haftung zwischen dem Kunststoff-Kernmaterial und dem nachträglich aufzubrin genden Metall zu ermöglichen, muß die Oberfläche zu mindest in den zu beschichtenden Bereichen vom Trenn mittel befreit werden, und zwar rückstandslos. Dazu sind zwei entsprechende Verfahren bekannt, diese sind aber zum einen aufwendig und erlauben zum anderen keine vollständig rückstandsfreie Entfernung des Trennmittels vom Trägermaterial.It is already known to have a metal coating Carrier material made of plastic or the like Form the carrier material, so on one to apply core formed from the carrier material. Problems arise primarily from the fact that usually for shaping in a corresponding Molded carrier material to be coated external surfaces still necessary for demolding Has release agent. To ensure good liability between the Plastic core material and retrofitting To allow metal, the surface must at least in the areas to be coated from the parting be exempted, without leaving any residue. To two corresponding methods are known, these are but on the one hand complex and on the other hand do not allow completely residue-free removal of the release agent from the carrier material.
Darüber hinaus haben die vielfältigen zum nachträglichen Aufbringen einer Metallschicht auf ein Kunststoff-Trä germaterial bekannten Verfahren weitere, spezifische Nachteile. Beispielsweise wird bei einer Sprühbeschich tung des Trägermaterials durch verflüssigte Metalle nur eine physikalische Einbindung des durch das flüssige Metall lediglich angeschmolzenen Kunststoffs herbeige führt, die keine ausreichende Haftkraft des Metalls auf dem Kunststoff gewährleistet. Werden dünnwandige Teile unter Zuhilfenahme dieses bekannten Verfahrens mit Me tall beschichtet, besteht zusätzlich die Gefahr des Verziehens. Für qualitativ hochwertige Bauteile ist die ses Verfahren daher nicht geeignet.In addition, the diverse ones have to be added later Application of a metal layer on a plastic carrier known material other, specific Disadvantage. For example, with a spray coating processing of the carrier material by liquefied metals just a physical integration of the through the liquid Metal just melt melted plastic leads to insufficient adhesion of the metal the plastic guaranteed. Become thin-walled parts with the help of this known method with Me tall coated, there is also the risk of Pardon. For high quality components This method is therefore unsuitable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verbundwerkstoff für hochwertige Bauteile zu schaffen und ein zuverlässiges, kostengünstiges Herstellungs verfahren für derartige Verbundwerkstoffe anzugeben.The invention is therefore based on the object To create composite material for high-quality components and a reliable, inexpensive manufacturing specify procedures for such composite materials.
Ein Verbundwerkstoff zur Lösung dieser Aufgabe weist die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 auf. Durch die unmittelbare Verbindung der Metallschicht mit dem Träger material wird erreicht, daß Trennmittel oder sonstige Stoffe die Haftqualität nicht beeinträchtigen können. Die Restrauhigkeit an der Kontaktfläche der Material schicht zum Trägermaterial sorgt für eine Verzahnung zur intensiven mechanischen Verbindung der einzelnen Schichten untereinander. Ein Sichablösen der Metall schicht vom Trägermaterial wird dadurch vermieden und eine sehr gute Schäl- und Abriebfestigkeit gewährleistet.A composite material to solve this problem has the characterizing features of claim 1. Through the direct connection of the metal layer to the carrier material is achieved that release agent or other Fabrics cannot affect the quality of the adhesive. The residual roughness on the contact surface of the material layer to the carrier material ensures interlocking for the intensive mechanical connection of the individual Layers among themselves. A detachment of the metal layer of carrier material is avoided and very good peel and abrasion resistance guaranteed.
Eine besonders gute Haftfähigkeit zwischen dem Träger material und der Metallschicht wird erreicht, wenn letztere an ihrer zum Trägermaterial gerichteten Seite offene Spalträume zwischen ihren nebeneinanderliegen den Metallkörnern aufweist, in die das Trägermaterial soweit eingepreßt ist, daß dieses die Spalträume oder auch Lunker ausfüllt. Dann ist eine formschlüssige Ver bindung der Metallschicht mit dem Trägermaterial gewähr leistet, in dem letzteres sogar in von den Metallkörnern der Metallschicht gebildeten Hinterschneidungen eingreift.Particularly good adhesion between the carrier material and the metal layer is achieved when the latter on its side facing the carrier material open gaps between their side by side the metal grains into which the carrier material is pressed in so far that this the gap spaces or also fills cavities. Then a positive Ver bond the metal layer with the carrier material in the latter even in metal grains engages the undercuts formed in the metal layer.
Ein erfindungsgemäß besonders vorteilhaft gestalteter Verbundwerkstoff weist eine Metallschicht aus mehreren durch nebeneinanderliegende Metallkörner gebildeten Kornlagen auf. Es entsteht so eine relativ dicke Me tallschicht, die beim Aufdampfen von Metall nicht erreicht werden könnte.A particularly advantageously designed according to the invention Composite material has a metal layer made up of several formed by adjacent metal grains Grain layers on. This creates a relatively thick me tallschicht that the vapor deposition of metal could not be achieved.
Dadurch bleiben dem erfindungsgemäßen Verbund werkstoff solche Anwendungsgebiete nicht verschlossen, die eine größere Dicke der auf das Trägermaterial auf gebrachten Metallschicht erfordern. This leaves the composite according to the invention such areas of application are not closed, which has a greater thickness on the backing material brought metal layer require.
Die Metallkörner der einzelnen Kornlagen der Metall schicht weisen zweckmäßigerweise eine unterschiedliche Gestalt auf. Während die Metallkörner der außenliegenden Kornschicht des Verbundwerkstoffes weitgehend ohne Zwi schenräume dicht aneinander gedrängt nebeneinanderlie gen, weisen die übrigen Kornlagen zum Trägermaterial hin zunehmend größere Spalträume zwischen ihren Korn grenzen auf. Vorzugsweise divergieren die Spalträume zum Trägermaterial hin. Dadurch fließt dieses bei der Bildung der Verbindung zwischen der Metallschicht und dem Trägermaterial leicht in die Spalträume hinein. Hierdurch wird einerseits ein sicherer Halt zwischen den einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Verbund werkstoffs geschaffen und andererseits entsteht eine in sich geschlossene, glatte Oberfläche der Metall schicht. Nicht zuletzt wird durch das enge Aneinander liegen der Metallkörner in der außenliegenden Korn schicht verhindert, daß das Trägermaterial die gesamte Metallschicht durchdringen kann, wodurch die metallische Oberfläche durch Kunststoff unterbrochen werden könnte, das heißt die Oberfläche inhomogen würde.The metal grains of the individual grain layers of the metal Layer expediently have a different Shape up. While the metal grains of the outside Grain layer of the composite material largely without intermediate spaces closely packed side by side gene, the remaining grain layers point to the carrier material towards increasingly larger gaps between their grain limit. The gap spaces preferably diverge towards the carrier material. This causes this to flow at the Formation of the connection between the metal layer and the carrier material easily into the gap spaces. On the one hand, this ensures a secure hold between the individual layers of the composite according to the invention created material and on the other hand a self-contained, smooth surface of the metal layer. Last but not least is the close relationship the metal grains lie in the outer grain layer prevents the carrier material from covering the entire Can penetrate metal layer, causing the metallic Surface could be interrupted by plastic, that is, the surface would be inhomogeneous.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind das Trägermaterial und die Metallschicht bzw. die Metall schichten sowohl physikalisch als auch chemisch mitein ander verbunden, nämlich einerseits mechanisch durch das Eintreten des Trägermaterial in die Spalträume der Metallschicht formschlüssig miteinander verankert und andererseits das Trägermaterial mit den Korngrenzen der Metallschicht verklebt. Durch die letztgenannte Ver klebung unterscheidet sich der erfindungsgemäße Verbund werkstoff von solchen Materialien, bei denen die Metall schicht durch Galvinisieren, Aufdampfen, aber auch ei nem Sprühbeschichten auf den Kunststoff aufgebracht wird.According to a further proposal of the invention Carrier material and the metal layer or the metal layer both physically and chemically other connected, namely mechanically on the one hand the entry of the carrier material into the gap spaces of the Metal layer anchored to each other and form-fitting on the other hand, the carrier material with the grain boundaries of the Glued metal layer. By the latter Ver Adhesion differs from the composite according to the invention material of such materials in which the metal layer by electroplating, vapor deposition, but also egg spray coating is applied to the plastic.
Das Schichtmaterial kann aus allen Arten von Kunststoff bestehen, nämlich Thermoplasten, Duroplasten und Elas tomeren. Eine besonders gute Haftung wird zwischen der Metallschicht bzw. den Metallschichten und einem Zwei komponenten-Polyurethanschaums als Trägermaterial geschaffen. In diesem Falle kommt eine sichere Verbin dung zum Metall durch das noch flüssige Compound zustan de, welches durch seine besonders gute Fließfähigkeit im gewünschten Maße in die rauhe Oberfläche der Metall schicht hinein wandert. So läßt sich das noch flüssige Compound selbst in die entlegensten Stellen und dünne Spalträume - sogar Lunker - der Metallschicht hinein preßen. Durch das Compound eines PU-Schaums wird darü ber hinaus eine besonders gute Verklebung zu den Wan dungen der Metallkörner der Metallschicht hergestellt. Derartige Verbundwerkstoffe weisen eine Kunststoff/Me tall-Haftung auf, die selbst unter extremer Temperatur- Schockbelastung unvermindert fortbesteht. Auch durch Gitterschnittversuche lassen sich Ablösungen der Metall schicht vom Kunststoff bei einem derartigen Verbundwerk stoff nicht feststellen.The layer material can consist of all types of plastic, namely thermoplastics, thermosets and elastomers. Particularly good adhesion is created between the metal layer or layers and a two-component polyurethane foam as the carrier material. In this case, a secure connection to the metal is achieved through the still liquid compound, which migrates into the rough surface of the metal layer to the desired extent due to its particularly good flowability. In this way, the still liquid compound can be pressed into even the most remote places and thin gaps - even cavities - in the metal layer. The compound of a PU foam also creates a particularly good bond to the walls of the metal grains of the metal layer. Composites of this type have a plastic / metal adhesion that continues unabated even under extreme temperature shock loads. Detachment of the metal layer from the plastic in such a composite material cannot be determined even by cross-cutting tests.
Ein besonders vorteilhaftes Schichtmaterial entsteht, wenn für das Trägermaterial ein Kunststoffschaum un terschiedlicher Dichte Verwendung findet. Bei einem solchen Trägermaterial nimmt die Dickeverteilung über den Querschnitt zur Mitte hin ab. Die Randschichten be stehen dann aus einem sich kontinuierlich verdichtenden Material, unter Ausbildung schwartenartiger Ober flächen mit geschlossenen Poren.A particularly advantageous layer material is created if a plastic foam un for the carrier material different density is used. At a such carrier material takes over the thickness distribution the cross section towards the middle. The boundary layers be then stand out from a continuously compacting Material with the formation of rind-like waiters areas with closed pores.
Ein solches Schichtmaterial bietet auch dann eine all seitig dichte Oberfläche, wenn nur eine Seite mit einer Metallschicht versehen ist.Such a layer material also offers an all dense surface on one side, if only one side with a Metal layer is provided.
Es ist nicht nur denkbar, daß das erfindungsgemäße Schichtmaterial umlaufend, zweiseitig oder einseitig eine Metallschicht aufweist, vielmehr kann die Metall schicht auch partiell auf einer oder gegenüberliegenden Seiten des Schichtmaterials verlaufen zur Bildung eines Leitersystems. Ein solches Schichtmaterial eignet sich auch für Leiterplatten, und zwar vor allem wegen der trotz der partiellen Metallbahnen glattflächig bleiben den Oberflächen. Mehrere Leiterplatten lassen sich so mit geringstem Abstand nebeneinander anordnen zur Bildung kompakter elektronischer Bauteile.It is not only conceivable that the invention All-round, two-sided or one-sided layer material has a metal layer, rather the metal layer also partially on one or opposite Sides of the layer material run to form a Conductor system. Such a layer material is suitable also for printed circuit boards, mainly because of the despite the partial metal tracks remain smooth the surfaces. Several circuit boards can be used with it Arrange the smallest distance next to each other for education compact electronic components.
Das Verfahren zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe weist die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs auf. Dadurch, daß zunächst die Metallschicht auf den entsprechenden Teil einer vorher mit Trennmittel ver sehenen Form bzw. Formhälfte aufgebracht wird, kann auf die zum Forminneren weisende Oberfläche der Metallschicht unmittelbar das Trägermaterial aufgebracht werden, ohne daß diese vorher mit Trennmittel in Berührung kommen kann oder muß. Sollen beide Seiten eines herzustellenden Werk stücks mit einer Metallschicht versehen werden oder soll das Werkstück sogar eine umlaufende Metallschicht aufweisen, dann sind beide Formhälften der Form ganz oder teilweise vor dem Aufbringen der Trägerschicht mit einer entsprechenden Metallschicht zu versehen.The method for achieving the object of the invention has the characterizing features of the claim on. Because first the metal layer on the corresponding part of a previously ver with release agent see form or mold half is applied to the surface of the metal layer pointing towards the inside of the mold the carrier material can be applied immediately without that they can come into contact with release agents beforehand or must. Both sides of a work to be produced be provided with a metal layer or the workpiece should even have a surrounding metal layer then both mold halves of the mold are whole or partially before the application of the carrier layer to be provided with an appropriate metal layer.
Zweckmäßigerweise wird das flüssige Metall auf die ent sprechenden Flächen der Formhälfte bzw. Formhälften auf gespritzt und nach dem Abkühlen des flüssigen Metalls das Trägermaterial aufgebracht. Dies kann durch ansich bekannte Verfahren erfolgen, nämlich beispielsweise Gieß-, Reaktionsgieß-, Spritzgieß-, Harz/Faser-Spritz-, Preß-, Spritzpreß- oder ähnliche Verfahren der Kunst stoff Ver- oder Umformung. Je nach Verfahren kann der Grundstoff für das Trägermaterial vor dem Schließen in eine untere Formhälfte gebracht werden, auf die dann vor dem Reagieren des Kunststoffs die obere Formhälfte aufgesetzt wird. Alternativ kann auch die mit der Me tallschicht bzw. den Metallschichten versehene Form ge schlossen und dann das Kunststoffmaterial eingespritzt werden. The liquid metal is expediently ent speaking surfaces of the mold half or mold halves sprayed and after cooling the liquid metal the carrier material applied. This can be done by itself known methods take place, namely for example Casting, reaction molding, injection molding, resin / fiber injection, Pressing, transfer molding or similar processes in art fabric deformation or forming. Depending on the procedure, the Base material for the carrier material before closing in a lower half of the mold are placed on the then the upper mold half before reacting to the plastic is put on. Alternatively, the one with the Me tallschicht or the metal layers provided form ge closed and then injected the plastic material will.
Besonders vorteilhaft ist es, das flüssige Metall auf die beheizte Formhälfte bzw. die beheizten Formhälften zu spritzen. Dadurch wird gewährleistet, daß das Metall der ersten Kornlage ausreichend auf der Formoberfläche verfließen kann, bevor es erstarrt. Die Oberfläche der Metallschicht wird dadurch nicht nur bei Bedarf völlig glatt, sie verfügt auch über eine relativ hohe Abbil dungsgenauigkeit, die bei strukturierten Formoberflä chen erforderlich ist. Das Aufheizen der mit flüssigen Metall zu versehenen Form bzw. Formhälfte erfolgt je doch nur dermaßen, daß einerseits ein ausreichendes Ver fließen der am herzustellenden Werkstück außenliegenden Metallkörner gewährleistet ist, andererseits aber die Metallkörner weiterer Schichten so frühzeitig erstarren, daß sie eine relativ stark zerklüftete, kraterartige (innenliegende) Oberfläche bilden, die genügend Halt für das anschließend aufzubringende Trägermaterial bil det.It is particularly advantageous to apply the liquid metal the heated mold half or the heated mold halves to inject. This ensures that the metal the first grain layer is sufficient on the mold surface can flow away before it freezes. The surface of the This means that the metal layer is not only complete when required smooth, it also has a relatively high image accuracy that is required for structured mold surfaces chen is required. Heating up with liquid Metal to be provided with mold or mold half is made in each case but only to such an extent that on the one hand a sufficient ver flow the outside of the workpiece to be manufactured Grains of metal is guaranteed, but on the other hand the Solidify metal grains of other layers early enough that it is a relatively jagged, crater-like Form (internal) surface that provides enough grip for the carrier material to be subsequently applied bil det.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung erfolgt das Aufbringen der Metallschicht auf die Form bzw. Form hälften durch ein oder mehrere beheizte Spritzdüsen, die durch eine entsprechende Handhabungseinrichtung, beispielsweise einem Roboter gezielt geführt werden. Dadurch können äußerst präzise nicht nur partielle Be reiche der Form bzw. der Formhälften mit einer Metall schicht versehen werden, diese weist darüber hinaus auch eine gezielte und gleichmäßige Dicke auf. So lassen sich auch Präzisionsteile, beispielsweise Para bolspiegel, mit der erforderlichen Genauigkeit her stellen.According to a further proposal of the invention, this is done Applying the metal layer to the mold or shape halves through one or more heated spray nozzles, by an appropriate handling device, For example, a robot can be guided. This allows extremely precise not only partial loading reach the form or the mold halves with a metal be provided layer, this also points also a targeted and uniform thickness. So can also be precision parts, such as Para bolspiegel, with the required accuracy put.
Um die Gleichmäßigkeit der Metallschicht, aber auch die Aufbringungszeit derselben zu verringern, wird zur Her stellung rotationssymmetrischer Werkstücke vorgeschla gen, die Form bzw. Formhälfte während des Aufspritzens der Metallschicht rotierend zu bewegen. Dies kann durch handelsübliche Vorrichtungen erfolgen, die drehschei benartig ausgebildet sind. Die entsprechende Form bzw. Formhälfte ist zu diesem Zweck derart auf einer solchen Vorrichtung anzuordnen, daß die Drehachse derselben mit der Symmetrieachse des herzustellenden Werkstücks zu sammenfällt.To the uniformity of the metal layer, but also that Reducing the time it takes to bring them up becomes an issue position of rotationally symmetrical workpieces gen, the mold or mold half during spraying to move the metal layer rotating. This can be done by Commercially available devices are made, the turntable are ben-like. The corresponding form or Half of the mold is for this purpose on such Arrange device that the axis of rotation of the same with the axis of symmetry of the workpiece to be manufactured collapses.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbund werkstoffs wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the composite according to the invention material will be based on the drawings explained in more detail. Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine geschlossene und vollständig mit einem Verbundwerkstoff gefüllte Form, und Fig. 1 shows a cross section through a closed and completely filled with a composite shape, and
Fig. 2 einen stark vergrößert dargestellten Querschnitt durch den Verbundwerkstoff gemäß der Einzel heit II der Fig. 1. Fig. 2 is a greatly enlarged cross section through the composite material according to the individual unit II of FIG. 1st
Das vorliegende Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff herge stelltes rotationssymmetrisches Werkstück 10 mit einer tellerartigen Gestalt. Dieses bereits fertig geformte Werkstück 10 findet sich noch in einer geschlossenen Form 11.The present embodiment relates to a rotationally symmetrical workpiece 10 made of the composite material according to the invention with a plate-like shape. This already finished molded workpiece 10 is still in a closed mold 11 .
Die Form 11 besteht aus zwei Formhälften, nämlich einer unteren Formhälfte 12 und einer oberen Formhälfte 13. Die untere Formhälfte 12 ist mit einer Vertiefung zur Bildung der Außenkontur des Werkstücks 10 versehen und die obere Formhälfte 13 mit einer gegenüber einer For mentrennebene 14 vorstehenden Erhöhung zur Bildung der Innenkontur des Werkstücks. Bei geschlossener Form bilden die Erhöhung der oberen Formhälfte 13 und die Vertiefung der unteren Formhälfte 12 einen der Kontur des Werkstücks 10 entsprechenden Hohlraum, nämlich ein Formnest 15. The mold 11 consists of two mold halves, namely a lower mold half 12 and an upper mold half 13 . The lower mold half 12 is provided with a recess to form the outer contour of the workpiece 10 and the upper mold half 13 with a protruding from a mold parting plane 14 protruding increase to form the inner contour of the workpiece. When the mold is closed, the elevation of the upper mold half 13 and the depression of the lower mold half 12 form a cavity corresponding to the contour of the workpiece 10 , namely a mold cavity 15 .
Das Formnest 15 bildet in der Form eine parallel zur Formentrennebene 14 verlaufende Grundfläche 16 für das Werkstück 10 und einen sich daran anschließenden, um laufenden und leicht nach außen geneigten Kragen 17.The mold cavity 15 forms in the form a base surface 16 for the workpiece 10 which runs parallel to the mold parting plane 14 and an adjoining collar 17 which runs around and slightly slopes outwards.
In der Formentrennebene 14 weist die in diesem Ausfüh rungsbeispiel gezeigte Form 14 noch eine umlaufende Er höhung 18 an der oberen Formhälfte 13 und eine korres pondierend dazu ausgebildete ebenfalls umlaufende Ver tiefung 19 an der unteren Formhälfte 12 auf. Die bei geschlossener Form in die Vertiefung 19 eingreifende Erhöhung 18 dient einerseits zur Führung und Zentrierung der beiden Formhälften 12 und 13 relativ zueinander und andererseits als Sperre für überflüssiges Kunststoff material in der Form 11.In the mold parting plane 14 , the shape 14 shown in this exemplary embodiment also has a circumferential heel elevation 18 on the upper mold half 13 and a correspondingly also formed circumferential recess 19 on the lower mold half 12 . The engaging recess 18 in the closed mold 19 serves on the one hand for guiding and centering the two mold halves 12 and 13 relative to one another and on the other hand as a lock for superfluous plastic material in the mold 11 .
Die Form 11 kann aus üblichen zum Formenbau verwendeten Werkstoff, beispielsweise Metall, Kunststoff, Kunstharz, Holz etc. hergestellt sein.The mold 11 can be made from the usual material used for mold construction, for example metal, plastic, synthetic resin, wood, etc.
Das Werkstück 10 weist im vorliegenden Ausführungsbei spiel an den außenliegenden Seiten der Grundfläche 16 und des Kragens 17 eine durchgehende, etwa gleich dicke Metallschicht 20 auf. Diese ist hinterfüllt mit einem Trägermaterial aus einem Reaktionskunststoff, nämlich einem Polyurethan-Integralschaumstoff 21. Die Innenseite des Werkstücks 10 ist hier nicht mit einer Metallschicht 20 versehen. Dadurch bildet die Außen fläche des PU-Integralschaumstoffs 21 die innere Kontur des Werkstücks 10.In the present exemplary embodiment, the workpiece 10 has a continuous, approximately equally thick metal layer 20 on the outer sides of the base surface 16 and the collar 17 . This is backfilled with a carrier material made of a reaction plastic, namely an integral polyurethane foam 21 . The inside of the workpiece 10 is not provided with a metal layer 20 here. As a result, the outer surface of the integral PU foam 21 forms the inner contour of the workpiece 10 .
Der Aufbau des in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Verbundwerkstoffs geht aus der Fig. 2 deutlich hervor. Demnach setzt sich der zur Bildung des Werkstücks 10 dienende Verbundwerkstoff - von außen nach innen - durch drei Schichten, und zwar einer Trennmittelschicht 22, der Metallschicht 20 und der PU-Integralschaumstoff schicht 21 zusammen. Die Trennmittelschicht 22 muß nicht unbedingt Bestandteil des erfindungsgemäßen Verbund werkstoffs sein, sie kann z. B. nur sehr dünn oder be reichsweise auf der Außenseite der Metallschicht 20 vor handen sein, wenn die Innenseite der Form 11 mit einer Polytetrafluoräthylen-Beschichtung als dauerhaftes Trenn mittel versehen ist. Darüber hinaus kann die Trennmittel schicht 22 auch nach der Entformung des Werkstücks 10 entfernt werden, ohne daß dadurch die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs negativ beeinflußt würden.The structure of the composite material shown in this embodiment is clearly shown in FIG. 2. Accordingly, the composite material used to form the workpiece 10 is composed - from the outside inwards - by three layers, namely a release agent layer 22 , the metal layer 20 and the PU integral foam layer 21 . The release agent layer 22 does not necessarily have to be part of the composite material according to the invention; B. only very thin or be rich on the outside of the metal layer 20 before be available if the inside of the mold 11 is provided with a polytetrafluoroethylene coating as a permanent release agent. In addition, the release agent layer 22 can also be removed after the workpiece 10 has been removed from the mold, without the properties of the composite material being adversely affected thereby.
Erfindungsgemäß liegen die Besonderheiten des gezeigten Verbundwerkstoffes in der Ausbildung der Metallschicht 20. Diese besteht hier aus vier übereinanderliegenden Kornlagen 23 bis 26, die sich jeweils wiederum aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender Metallkörner 27 bis 30 zusammensetzen. Nur die äußeren Kornlage 23, die die außenliegende Fläche des Werkstücks 10 bildet, verfügt über unmittelbar nebeneinanderliegende Metall körner 27. Letztere sind zur Bildung einer glatten Oberfläche des Werkstücks 10 an ihrer zur Trennmittel schicht 22 gerichteten Außenfläche weitgehend ebenflächig ausgebildet. Durch das dichte Aneinanderschmiegen der einzelnen Teilkörner 27 verfügen diese in der äußeren Kornlage 23 über eine annähernd rechteckförmige Ge stalt. Auf diese Weise sind zwischen den Korngrenzen der Metallkörner 27 praktisch keine Spalträume vorhan den. Die über der äußeren Kornlage 23 angeordneten Korn lagen 24 bis 26 weisen Metallkörner 28 bis 30 mit einer völlig anderen Gestalt auf. Diese sind nämlich durch rascheres Abkühlen bzw. das Aufspritzen auf eine wei chere Unterlage, und zwar die noch nicht ganz abgekühl ten Metallkörner 27 der äußeren Kornlage 23 nicht mehr in eine rechteckige Form gepreßt. Dadurch sind die Kornlagen 24 bis 26 in Richtung zur Mitte des Werkstücks 10 hin mehr und mehr zerklüftet. Diese Zerklüftung kommt durch eine relativ unregelmäßige Gestalt der Metall körner 28 bis 30 zustande, die an ihren Korngrenzen ausgeprägte Spalträume 31 bilden. Da die Zerklüftung der Kornlagen 24 bis 26 zum Inneren des Werkstücks zu nimmt, verlaufen einige der Spalträume 21 divergierend zum Trägermaterial.According to the invention, the special features of the composite material shown lie in the formation of the metal layer 20 . This consists of four superimposed grain layers 23 to 26 , which in turn each consist of a large number of metal grains 27 to 30 lying next to one another. Only the outer grain layer 23 , which forms the outer surface of the workpiece 10 , has directly adjacent metal grains 27th The latter are largely flat to form a smooth surface of the workpiece 10 on its outer surface facing the release agent 22 . By tightly arranged bevels of each sub-grains 27 have this Stalt in the outer grain layer 23 via an approximately rectangular Ge. In this way, there are practically no gap spaces between the grain boundaries of the metal grains 27 . The arranged above the outer grain layer 23 grain 24 to 26 have metal grains 28 to 30 with a completely different shape. These are namely by faster cooling or spraying onto a white base, namely the not yet completely cool th metal grains 27 of the outer grain layer 23 no longer pressed into a rectangular shape. As a result, the grain layers 24 to 26 are fissured more and more towards the center of the workpiece 10 . This fissure is due to a relatively irregular shape of the metal grains 28 to 30 , which form pronounced gap spaces 31 at their grain boundaries. Since the fissure of the grain layers 24 to 26 increases towards the inside of the workpiece, some of the gap spaces 21 run diverging to the carrier material.
Wie die Fig. 2 erkennen läßt, sind die Spalträume 31 durch den PU-Integralschaumstoff 21 vollständig ausge füllt. Dabei tritt eine Verankerung zwischen der PU- Integralschaumstoffschicht 21 und der Metallschicht 20 ein, die sich über alle drei der eingebettenen Korn lagen 24 bis 26 erstreckt. Demgegenüber ist die prak tisch keine Spalträume aufweisende äußere Kornlage 23 im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht durch PU- Integralschaumstoff 21 zersetzt. Dadurch ist an der Außenseite des Werkstücks 10 eine durchgehende Metall schicht gebildet, nämlich durch die aus zusammen- oder auch ineinander verflossenen Metallkörner 27 der äuße ren Kornlage 23.As can be seen in FIG. 2, the gap spaces 31 are completely filled out by the PU integral foam 21 . Anchoring occurs between the PU integral foam layer 21 and the metal layer 20 which extends over all three of the embedded grain layers 24 to 26 . In contrast, the outer grain layer 23 which has practically no gap spaces in the present exemplary embodiment is not decomposed by PU integral foam 21 . As a result, a continuous metal layer is formed on the outside of the workpiece 10 , namely through the metal grains 27 which have flowed together or into one another the outer grain layer 23 .
Durch die Netzstrukturierung der Trägerschicht in der Fig. 2 soll die unterschiedliche Dichte des PU-Inte gralschaumstoffs 21 beim hier gezeigten Werkstück 10 demonstriert werden. Demnach hat der PU-Integralschaum stoff 21 in der Mitte des Werkstücks 10 bzw. des Träger materials desselben die geringste Dichte. Zu den Rändern des Werkstücks 10, und zwar sowohl zur unbeschichteten innenliegenden Oberfläche des Werkstücks 10 als auch zur Metallschicht 20, nimmt die Dichte des PU-Integral schaumstoffs 21 kontinuierlich zu. Es entsteht so an der unbeschichteten Innenseite des Werkstücks 10 eine porenfreie, schwartenartige Oberfläche. Des weiteren wird durch die größere Dichte in den Randbereichen des PU-Integralschaumstoffs 21 eine bessere physikalische und chemische Verankerung zu den Kornlagen 24 bis 26 der Metallschicht 20 geschaffen, indem diese vollständig durch flüssiges Compound ausgefüllt sind, welches im ausreagierten Zustand weitestgehend blasenfrei ist.The network structure of the carrier layer in FIG. 2 is intended to demonstrate the different density of the PU integral foam 21 in the workpiece 10 shown here. Accordingly, the PU integral foam material 21 has the lowest density in the middle of the workpiece 10 or the carrier material thereof. To the edges of the workpiece 10 , both to the uncoated inner surface of the workpiece 10 and to the metal layer 20 , the density of the PU integral foam 21 increases continuously. This creates a pore-free, rind-like surface on the uncoated inside of the workpiece 10 . Furthermore, the greater density in the edge regions of the PU integral foam 21 provides better physical and chemical anchoring to the grain layers 24 to 26 of the metal layer 20 , in that these are completely filled with liquid compound which is largely free of bubbles in the fully reacted state.
Alternativ kann die Trennmittelschicht 22 auf der Me tallschicht 20 des Werkstücks 10 zur Veredelung der Me tallschicht 20 durch eine Lackschicht oder einem Überzug aus einem edleren Metall ersetzt sein. Darüber hinaus ist es möglich, die Trennmittelschicht so auszubilden, daß sie die spätere funktion eines Schutzlackes über nimmt.Alternatively, the separating agent layer 22 on the metal layer 20 of the workpiece 10 for finishing the metal layer 20 can be replaced by a lacquer layer or a coating of a nobler metal. In addition, it is possible to form the release agent layer so that it takes over the later function of a protective lacquer.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird zur Herstellung des Werkstücks 10 wie folgt vorgegangen:From a procedural point of view, the workpiece 10 is manufactured as follows:
Auf die untere Formhälfte 12, die entweder mit einer per manenten Trennschicht aus Polytetrafluoräthylen versehen ist oder in die zuvor eine Trennmittelschicht 22 ein gespritzt worden ist, wird bei geöffneter Form zunächst die Metallschicht 20 aufgebracht. Da es sich bei dem Werkstück 10 um ein rotationssymmetrisches Teil handelt, geschieht das Aufbringen der Metallschicht 20 hier bei einer um die Symmetrieachse des Werkstücks 10 rotierend bewegten unteren Formhälfte 12. Das Aufbringen der Me tallschicht 20 auf die Grundfläche 16 und den Kragen 17 der unteren Formhälfte 12 erfolgt durch eine unter Zu hilfenahme eines Roboters gezielt bewegte, beheizte Me tallspritzdüse. Der Roboter kann derart gesteuert sein, daß er ausgehend von der Mitte oder vom Rand des Werk stücks 10 die halbe Außenkontur desselben einmal ab fährt, wodurch dann infolge der Rotation der unteren Formhälfte 12 eine gleichmäßige Metallschicht 20 voll ständig zustande gekommen wäre. Es ist aber auch denk bar, den Roboter mit der Metallspritzdüse mehrere Male die gesamte Kontur des Werkstücks 10 abfahren zu lassen. Dabei würde dann bei jedem halben Abfahren der Kontur eine Kornlage entstehen. Bei einem zweimaligen vollstän digen Abfahren der Kontur würde dann eine aus der Fig. 2 ersichtliche Metallschicht 20 mit vier übereinanderlie genden Kornlagen 23 bis 26 entstehen. When the mold is open, the metal layer 20 is first applied to the lower mold half 12 , which is either provided with a permanent release layer made of polytetrafluoroethylene or into which a release agent layer 22 has previously been injected. Since the workpiece 10 is a rotationally symmetrical part, the metal layer 20 is applied here with a lower mold half 12 rotating about the axis of symmetry of the workpiece 10 . The metal layer 20 is applied to the base 16 and the collar 17 of the lower mold half 12 by a heated metal spray nozzle which is specifically moved with the aid of a robot. The robot can so be controlled to be from the middle or from the edge of the workpiece 10, the half outer contour once the same from driving, whereby then as a result of rotation of the lower mold half 12, a uniform metal layer 20 fully constantly come about. But it is also conceivable to let the robot traverse the entire contour of the workpiece 10 several times with the metal spray nozzle. A grain layer would then occur every half of the contour. If the contour were traversed twice completely, a metal layer 20 with four grain layers 23 to 26 , one above the other, would emerge from FIG. 2.
Nach dem Abkühlen der Metallschicht 20 (vorzugsweise auf Raumtemperatur) kann dann die endgültige Fertig stellung des Werkstücks 10 erfolgen. Zu diesem Zweck wird die Form 11 geschlossen und der noch verbleibende Hohlraum des Formnestes 15 durch den PU-Integralschaum stoff 21 vollständig ausgefüllt, nämlich ausgeschäumt. Je nach verwendetem Herstellungsverfahren können die einzelnen Komponenten des PU-Integralschaums 21 vor dem Schließen der Form 11 in die untere Formhälfte 12 in geeigneter Dosierung hineingegeben werden. Alternativ können die einzelnen Komponenten des PU-Integralschaums 21 aber auch durch geeignete Einspritzkanäle in die ge schlossene Form gespritzt werden, und zwar sowohl ge trennt durch zwei einzelne Einspritzkanäle als auch vorgemischt durch einen gemeinsamen Einspritzkanal. After the metal layer 20 has cooled (preferably to room temperature), the final completion of the workpiece 10 can then take place. For this purpose, the mold 11 is closed and the remaining cavity of the mold cavity 15 through the PU integral foam material 21 completely filled, namely foamed. Depending on the manufacturing process used, the individual components of the PU integral foam 21 can be introduced into the lower mold half 12 in a suitable dosage before the mold 11 is closed. Alternatively, the individual components of the PU integral foam 21 can also be injected into the closed mold by suitable injection channels, both separated by two individual injection channels and premixed by a common injection channel.
-
Bezugszeichenliste
10 Werkstück
11 Form
12 untere Formhälfte
13 obere Formhälfte
14 Formentrennebene
15 Formnest
16 Grundfläche
17 Kragen
18 Erhöhung
19 Vertiefung
20 Metallschicht
21 Polyurethan-Integralschaumstoff
22 Trennmittelschicht
23 Kornlage (äußere)
24 Kornlage
25 Kornlage
26 Kornlage (innere)
27 Metallkorn in 23
28 Metallkorn in 24
29 Metallkorn in 25
30 Metallkorn in 26
31 Spaltraum 10 workpiece
11 shape
12 lower mold half
13 upper mold half
14 mold parting level
15 mold nest
16 footprint
17 collar
18 increase
19 deepening
20 metal layer
21 Integral polyurethane foam
22 Release agent layer
23 grain position (outer)
24 grain position
25 grain position
26 grain position (inner)
27 metal grain in 23
28 metal grain in 24
29 metal grain in 25
30 metal grain in 26
31 gap space
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863610218 DE3610218A1 (en) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | Composite material and process for the production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863610218 DE3610218A1 (en) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | Composite material and process for the production thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3610218A1 true DE3610218A1 (en) | 1987-10-01 |
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ID=6297336
Family Applications (1)
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DE19863610218 Withdrawn DE3610218A1 (en) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | Composite material and process for the production thereof |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |