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Verfahren zum Überziehen von Metallblechen oder Metallstreifen mit Vinylharzfilm
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Kunstharz aufgetragen, z. B. als Lösung aufgespritzt und gleichmässig verstrichen wurde ; das bestrichene Blech wurde sodann durch Bestrahlen mit Heizlampen erhitzt, so dass der Lösungsaufstrich trocknete und erwärmt wurde. Aus dem hiezu verwendeten Trockenofen kam das mit dem Klebmittelùberzug versehene Blech unmittelbar, also noch heiss, zugleich mit einem von oben her zulaufenden Vinylharzfilm zwischen zwei Walzen, wodurch der Film auf die Klebmittelschicht auf dem Blech aufgewalzt wurde. Der so gebildete Schichtkörper wurde dann in einzelne Tafeln zerteilt und abkuhlen gelassen.
Die den Verbundkörpern, die nach diesen Verfahren hergestellt worden waren, noch anhaftenden Nachteile einer nicht immer hinreichend festen Verbindung zwischen dem Metall und der Folie, wobei trotz einer festen Verbindung die Folie gegenüber dem Metall eine gewisse Verschieblichkeit, insbesondere bei tiefergreifenden Verformungen des Metalls, etwa Tiefziehen, Biegen, Stanzen, Ziehen usw. aufweisen muss, werden durch das erfindungsgemässe Verfahren, bei welchem Klebstoffe besonderer Zusammensetzung zur Anwendung kommen, beseitigt.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich Filme von praktisch jeder Stärke auf das Metall aufbringen. Dabei kann dies auf beiden Flächen des Bleches zugleich durchgeführt werden, wobei die Filmstarke erheblich grösser sein kann als dieienige, die durch eine Auftragung flussigen Vinylharzes, wie dies früher üblich war, erzielt wird.
Zur Durchführung des Verfahrens wird das Blech wie üblich zunächst gereinigt und entweder geätzt oder mit dem Sandstrahl behandelt, um eine rauhe Oberfläche zu erzielen, die das Anhaften verbessert. Die Metallfläche wird dann entweder mit der Bürste, durch Zerstäuben oder durch Eintauchen mit einem aus aufgelöstem thermoplastischen Harz bestehenden Klebstoff überzogen.
Vor dem Anbringen des Klebstoffes kann die Metallfläche nötigenfalls mit Chrom- bzw. Phosphorsäure zwecks Rostverhinderung neutralisiert werden. Anstatt den thermoplastischen Klebstoff in aufgelöster Form anzubringen, kann derselbe auch in der Gestalt eines vorbereiteten dunnen Films ohne Unterlage aufgetragen werden, wie weiter ausführlich beschrieben wird.
Das mit thermoplastischem Klebstoff überzogene Blech wird auf 90 - 230 C erhitzt. Darauf wird ein Kuiiststoffilm ohne Unterlage, z. B. ein Blatt aus plastifiziertem Polyvinylchlorid, aufgebracht, das nach einem bekannten Verfahren hergestellt worden ist ; dieses Blatt wird zum Erweichen auf eine Temperatur von 120 bis 1500C erhitzt. Wesentlich ist, den Film beim Erhitzen bis zum Weichwerden gegen Runzelung bzw. gegen Blasenbildung oder sonstige unerwünschte Verunstaltungen zu schutzen. Dies kann leicht dadurch erreicht werden, dass die Gesamtoberfläche des Vinylharzfilmes wahrend des Anheizens abgestützt wird, wobei der Film zu gleicher Zeit gleichmässig, jedoch nicht zu stark, gespannt wird.
Der so im warmen und plastischen Zustande gehaltene und vor Runzelung geschützte Film wird fortlaufend stark gegen die vorerwärmte, mit Klebstoff überzogene Metallfläche gedrückt.
Während des Arbeitsganges wird die mässige Spannung des Filmes vermindert, damit sich derselbe gleichmässig an den erwärmten Klebstoff anschmiegt.
Der Vinylharzfilm wird vorzugsweise zunächst durch eine Drehbewegung der Walzen mit der Klebstofffläche in Berührung gebracht, damit die Luft gleichmässig aus dem Zwischenraum zwischen Vinylharzfilm und Klebstoff entfernt wird. Es hat sich herausgestellt, dass, falls der erwarmte Vinylharzfilm und die erwärmte Metallfläche mit dem auf die vorbeschriebene Weise aufgetragenen und durch die Wärme erweichten Klebstoffüberzug auf die beschriebene Weise vereinigt werden, die Bindung zwischen Metall und Vinylharzfilm eine solche Widerstandsfähigkeit aufweist, dass der Verbundwerkstoff auf mehrfache Weise weiter bearbeitet werden kann, ohne dass sich der Film auch nur im geringsten löst oder dass in demselben Risse entstehen.
Die Fig. 1 zeigt schematisch, wie ein Metallband 10 nach dem erfindungsgemässen Verfahren überzogen wird. Das Band 10 bewegt sich dauernd in Pfeilrichtung, wobei seine Geschwindigkeit zirka 30 cm/sec betragen mag. Beide Flächen des Stahlbandes wurden vorher mit einem geeigneten thermoplastischen Klebstoff 11 überzogen, der derart behandelt wurde, dass er vollstandig trocken und hart ist ; die derart überzogenen Flächen werden zunächst der Einwirkung einer Reihe von Infrarot-Lampen 12 ausgesetzt, die das Metall genügend erwärmten, um die Klebstoffschicht weich und empfänglich zu machen.
Ausserdem dient die Heizung dazu, die letzten Spuren des Klebstoff-Lösungsmittels zu entfernen. Es lassen sich zufriedenstellende Ergebnisse erzielen, wenn das Stahlband zwischen - 2300C erhitzt wird.
Bei Anwendung der üblichen thermoplastischen Klebstoffe wird vorzugsweise eine Temperatur von etwa 1570C angewendet.
Das so erwärmte Stahlband wird danach durch zwei erwärmte Druckwalzen 13 geleitet, durch die der vorbereitete und vorgewärmte Vinylharzfilm 14 auf den weichen Klebstoff 11 aufgebracht wird. Die-
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ser Vinylharzfilm, vorzugsweise in der Form eines laufenden Bandes von kalandriertem Vinylharz, wird dauernd unter gleichmässigem Druck den erwärmten Druckwalzen 13 zugeführt. Sobald der Vinylharzfilm 14 mit der Oberfläche 16 der Druckwalze in Berührung kommt, erweicht er durch die Walzenhitze. Die Zuführungsrolle 15 des Vinylharzfilmes und die Druckwalzen 13 werden durch geeignete (nicht dargestellte) Mittel derart angetrieben, dass der Film 14 unter mässiger Spannung gehalten wird.
Wenn der Film über den Umfang 17 der erwärmten Druckwalze geführt wird, wird er ausserdem derart abgestützt, dass er weder Runzelung noch andere Verzerrungen erleiden kann, so dass derselbe vollkommen glatt auf die Klebefläche 11 aufgetragen wird. Wenn der erwärmte Film durch den Spalt 18 unter der erwärmten Walze hindurchgeht, wird er kräftig gegen die Klebefläche 11 angedrückt, wodurch eine Kalanderwirkung zustandekommt, die etwaige zwischen Vinylharzfilm 14 und Klebstoff 11 vorhandene Luftteilchen austreibt. Da Film 14 und Klebstoff 11 beide warm, weich und verformbar sind, haften dieselben durch den Druck der erwärmten Walze 13 fest aneinander. Die Druckwalzen werden vorzugsweise auf eine Temperatur von 120 bis 1500C gebracht und am besten sc eingestellt, dass sie einen Druck von etwa 3,5 kg/cm2 ausüben.
Nach seinem Durchgang zwischen den Druckwalzen kann das überzogene Band ohne weiteres der natürlichen Kühlung überlassen werden. Der so aufgetragene Film wird durch dieses Verfahren gleichmässig mit dem Stahlband verbunden und haftet so fest an letzterem, dass das überzogene Band erheblichen mechanischen Beanspruchungen, wie Stanze'1, Falten, Prägen und Biegen unterzogen werden kann, ohne dass die Verbindung zwischen Kunststoff und Metall im geringsten leidet, wenn vorgenannte Verarbeitung mit den bekannten Metallbearbeitungsmaschinen ausgeführt werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante des Verfahrens nach der Erfindung, bei welcher ein Metallband 10 in fortwährender Bewegung durch eine Reihe 12 von Infrarot-Lampen erwärmt wird, wie vorher beschrieben. Das Metallband 10 wird im erwärmten Zustand zwischen die erwärmten Druckwalzen 13 geführt. In dieser Variante wird der Klebstoff auf beiden Flächen des Stahlbandes in der Gestalt je eines Filmes 23 aufgetragen, der von einer Rolle 24 abgezogen wird. Der Film 23 besteht aus einem Mischpolymerisat aus Vinylchlorid und Vinylacetat mit einem geringen Zusatz von Maleinsäure-Anhydrid, dem die gleiche Gewichtsmenge Acrylnitril-Butadien-Kautschuk beigegeben wurde.
Der Klebefilm 23 wird im Spalt 25 zwischen Druckwalze 13 und Stahlband 10 und im Gleichlauf zu einem Vinylharzfilm 14 geführt, so dass beide Filme durch Hitze und Druck der Walzen mit dem Stahlband vereinigt werden, genau wie es an Hand von Fig. 1 beschrieben worden ist.
Nachstehende Beispiele beschreiben das erfindungsgemässe Verfahren in ausführlicher Weise, ohne demselben jedoch irgend eine Beschränkung aufzuerlegen. In diesen Beispielen sind sämtliche Formeln in Gewichtsteilen ausgedrückt.
Beispiel l : Die gereinigten Stahlbänder werden 5 - 10 Sekunden mit l Obiger Salpetersäure behandelt, wonach sie gespült und getrocknet sowie mit einem Klebstoff folgender Zusammensetzung überzogen werden :
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<tb>
<tb> Mischpolymerisat <SEP> aus <SEP> 120/0 <SEP> Vinylacetat, <SEP> 87% <SEP> Vinylchlorid <SEP> und <SEP> l%
<tb> Maleinsäure- <SEP> Anhydrid,
<SEP> Molekulargewicht <SEP> 10000 <SEP> - <SEP> 15000 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 12 <SEP>
<tb> Polymethacrylsäure-Butyl-Ester <SEP> 13-14 <SEP>
<tb> Polymethacrylsäure-Isobutyl-Ester <SEP> 5-6 <SEP>
<tb> Butylacetat <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 22 <SEP>
<tb> Methyl-Isobutyl-keton <SEP> 21-23 <SEP>
<tb> Toluol <SEP> 13 <SEP> - <SEP> 15 <SEP>
<tb> Propylenoxyd <SEP> 3-5
<tb> Äthylacetat <SEP> 12-14
<tb>
Das so überzogene Metall durchläuft dann eine Heizzone, um das Lösungsmittel des Klebstoffes zu entfernen und das Metall auf 1600C zu erwärmen. Das erwärmte Metall läuft danach sofort zwischen auf 1200C erwärmte Walzen zugleich mit den Polyvinyfchloridbändem.
Die Kunststoffolie kann der folgenden Zusammensetzung entsprechen :
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<tb>
<tb> Polyvinylchlorid <SEP> (mittleres <SEP> Molekulargewicht <SEP> 35000) <SEP> 100
<tb> Tricresylphosphat <SEP> 15-20
<tb> Dioctyl <SEP> Phthalat <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 20 <SEP>
<tb> Bleistearat <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 3 <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> Wachsalkohol <SEP> von <SEP> hohem <SEP> Molekulargewicht <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2 <SEP>
<tb> Bleisilikat <SEP> 5
<tb> Bleiphosphit <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 2 <SEP>
<tb> Stearinsäure <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 5
<tb> Füllstoff <SEP> (Pigment) <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 5 <SEP>
<tb>
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harzfilm zukommen. Der so aufgetragene Film hat eine genügende elektrische Durchschlagfestigkeit, wie aus einer Prüfung mit 20000 Volt hervorgeht, wobei kein Durchschlag beobachtet wurde.
Die Proben des überzogenen Bleches wurden geprägt, getaltet, getrieben und verdreht, ohne den geringsten Riss im Film herbeizuführen. Es sind ähnliche Ergebnisse mit den folgenden Materialien erzielt worden, nämlich mit durch Sandstrahl, Phosphorsäure und Eisenphosphat behandeltem Stahl, mit durch Phosphorsäure behandeltem Aluminium, mit l Öliger Salzsäure behandeltem Kupfer und mit Phosphorsäure behandeltem galvanisiertem Stahl.
Beispiel 2 : Gereinigte Stahlbänder wurden wie im ersten Beispiel behandelt und mit Klebstoff versehen.
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<tb>
<tb>
Der <SEP> Polyvinylchloridfilm <SEP> entspricht <SEP> der <SEP> folgenden <SEP> Zusammensetzung <SEP> : <SEP>
<tb> Polyvinylchlorid <SEP> 100
<tb> Polyvinylalkohol <SEP> 2-4
<tb> Carnauba <SEP> Wachs <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 5 <SEP>
<tb> Zweibasisches <SEP> Bleiphosphit <SEP> 0. <SEP> 5-2
<tb> Dreibasisches <SEP> Bleisulfat <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 20 <SEP>
<tb> Füllstoff <SEP> (Pigment) <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP>
<tb>
Der so erhaltene Film, dessen Stärke ungefähr 225 11 beträgt, besitzt eine Klebkraft von zumindest 3, 5 kg/cm Breite.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren in Frage kommenden thermoplastischen Vinylharzfilme umfassen nicht nur Vinylchlorid als solches, sondern auch durch verschiedene Zusätze geändertes Vinylchlorid, z. B. durch Mischpolymerisierung mit Vinyliden-Chlorid bzw. Vinylacetat oder durch Zusatz von Mischpolymerisaten von Butadien und Acrylnitril geänderte Vinylchlorid- Polymerisate. Der Vinylchloridfilm wird meistens plastifiziert, doch kann ein Film ohne oder mit nur geringem Zusatz eines Weichmachers ebenso verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Verbundkörper aus Vinylharzfilm und Metall ist ein niedrigerer Brüchigkeitspunkt gegenüber einem trägerlosen Film aus diesem Material, hervorgerufen durch das feste Anhaften am Metall. Ferner hat sich gezeigt, dass man höhere Temperaturen beim Deformieren des Metall-Film-Schichtkörpers als an dem Film allein anwenden kann.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann man ein Produkt herstellen, das wegen seiner erheblichen Haftfestigkeit in bezug auf seine Fähigkeit, sich nachträglich profilieren zu lassen, einzig in seiner Art ist. Zur Herstellung eines Produktes, das sich nachträglich ziehen lässt, wird als Klebstoff eine Zusammensetzung verwendet, die aus einem Mischpolymerisat von Vinylchlorid und Vinylacetat besteht, das Carboxylgruppen enthält, die dadurch eingeführt wurden, dass die Polymerisation in Gegenwart von Maleinsäure-Anhydrid erfolgte. Der Klebstoff kann ausserdem noch polymere Akrylate oder Methakrylate enthalten.
Derart zusammengesetzte Klebstoffe kleben die verschiedensten mit Pigmenten, Farben, Weichma- chern oder Stabilisatoren versetzten Polyvinylchloridfilme.
Das hohe Haftvermögen, das durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielt wird, kann z. B. auf nachstehende Weise bewiesen werden : Ein Stahlblechstreifen wird nach diesem Verfahren überzogen, wobei jedoch einEnde des Streifens vorher auf einer Länge von etwa 5 cm von einer Cellophan-Umwicklung od. dgl. abgedeckt wird, so dass ein Ende des Films für die Haftfähigkeitsprufung frei abgehoben werden kann. Es werden dann auf einer Schneidebank Längsschnitte mit einem scharfen Messer durch den Film hindurch bis auf die Stahloberfläche auf der gesamten Länge von 15 cm des Streifens in Abständen von 25 mm gemacht.
Das freie Ende des Filmes und das freie Ende des Stahlstreifen werden in gegenüberliegenden Backen einer"Scott"-Zugfestigkeitsprüfungsmaschine eingeklemmt, wobei der Film um 1800C nach rückwärts gebogen wird. Während der Prüfung wächst der gegenseitige Abstand der Backen mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/min und die Prüfung wird fortgesetzt, bis der Film entweder reisst oder über eine Länge von 75 mm vom Blechstreifen abgezogen ist. Bei einem nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Muster musste eine Kraft von 12 kg ausgeübt werden, um den Film vom Stahlblech
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abzutrennen, während bei den besten nach den üblichen Verfahren hergestellten Mustern eine Zugkraft von weniger als 2 kg bereits genügte, um den Film abzuziehen.
Zum weiteren Nachweis dieser bemerkenswerten Haftfestigkeit möge der extreme Verzerrungsgrad gelten, dem die erfindungsgemäss hergestellten Gegenstände ausgesetzt werden dürfen. Es kann z. B. ein erfindungsgemäss lamellierter Streifen ohne weiteres um 1800 auf sich selbst herumgebogen werden.
Es ist einleuchtend, dass dies eine äusserst strenge Biegeprobe darstellt, und trotzdem erleidet der Probestreifen hiebei nicht den geringsten sichtbaren Schaden, da weder Risse, Runzelung noch Abtrennung des Filmes eintreten. Ein gleicher, nach den üblichen Methoden hergestellter Streifen wird dahingegen schon bei viel leichteren Haftfestigkeitsproben schadhaft.
Die Querschnittsverminderung eines Leitungsrohrendes nach dem sogenannten"Faltverfahren"kann mit einem erfindungsgemäss überzogenen Blech ohne Schaden erfolgen. Es wird dabei derart vorgegangen, dass man das Rohrende mehrmals zwischen einen Satz gezahnter Walzen führt, deren Zähne derart abgestuft sind, dass sie nach Art eines Zahnradpaares ineinandergreifen. Der Druck der Oberwalze zwingt das Metall, in die Zahnlücken der Unterwalze hineinzudringen, so dass in demselben eine Reihe Kehlen entstehen. Auch gegen eine solche Bearbeitung ist das erfindungsgemäss hergestellte Metallblech vollkommen widerstandsfähig, denn man merkt weder Risse im Film noch Ablösung desselben.
Eine äusserst strenge Beanspruchungsart wird am fertigen Schichtkörper durch die Herstellung einer sogenannten"Pittsburgh Lock"Biegung dargestellt. Das Ende des überzogenen Streifens wird dabei durch einen Satz hintereinandergeschalteter Walzen hindurchgeführt, bis eine S-förmige Biegung entsteht. Die Beanspruchung ist dabei so stark, dass z. B. bei galvanisiertem Blech Zinkteilchen vom Stahlblech abgerissen werden.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Metallstreifen erleiden jedoch nicht den geringsten Schaden dabei. Derartige Streifen können demnach ohne weiteres zur Herstellung beliebiger Gegenstände herangezogen werden, wobei der bedeutende Vorteil auftritt, dass dieselben einen den jeweiligen Anwendungen angemessenen Überzug erhalten können sowohl hinsichtlich der Qualität wie des äusseren Aussehens.
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laufenden Band vorkommenden Arbeitsgänge ohn0 weiteres ertragen. Diese Herstellung von Stahlbehältern bedingt sehr strenge Beanspruchungen des Werkstoffes infolge der mannigfaltigen Bearbeitung wie Stanzen, Prägen, Formgebung der Böden, Herstellung der Hauptbestandteile, Bördeln der Bodenränder usw.
Mit den erfindungsgemäss hergestellten Blechen kann man ohne weiteres Vertiefungen von 70 mm Durchmesser und 35 mm Tiefe kümpeln, ohne dass der Film zerreisst oder seine Haftfestigkeit einbüsst.
Die nach den üblichen Verfahren hergestellten überzogenen Bleche würden gegen derartige Beanspruchungen nicht widerstandsfähig sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Überziehen von Metallblechen oder Metallstreifen mit Vinylharzfilm auf wenigstens einer Seite, wobei auf die Metalloberfläche in kontinuierlichem Durchgang eine Schicht eines thermoplastischen Klebstoffes in Gestalt einer Lösung aufgebracht, das Metall samt dem Klebstoff vorerhitzt und dabei die Lösung völlig getrocknet, sodann der Kunststoff in Form eines selbsttragenden Vinylharzfilines unter Druck aufgebracht und schliesslich das Ganze abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dabei ein Klebstoff, der im wesentlichen aus einem Kopolymerisat von Vinylazetat und Vinylchlorid, modifiziert durch eine geringe Menge von Maleinsäure-Anhydrid, sowie aus Polymethacrylsäure-ButylEster und Polymethacrylsäure-Isobutyl-Ester besteht, verwendet wird, dass das Metallblech bzw.
der Metallstreifen samt dem Klebstoffüberzug auf Temperaturen zwischen 160 und 2100C vorerhitzt wird und dass der Vinylharzfilm mit Hilfe von erwärmten Walzen mit dem mit Klebstoff überzogenen Metallblech bzw. -Streifen unter einem Druck von 3,5 kg/cm2 verbunden wird.