Kunststoffkörper, der auf der Oberfläche eine aufweist Gegenstand der Erfindung ist ein Kunststoff körper, der auf der Oberfläche eine mit dem Kunst stoff fest verbundene Blatt- oder streifenförmige Metallfolie aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie auf der Innenseite mit festhaftenden Metallpartikeln versehen ist, welcher mit der Ober flächenschicht des Kunststoffkörpers eine feste Ver zahnung bilden.
Derartige Kunststoffkörper können erfindungsgemäss hergestellt werden, indem man auf eine Blatt- oder streifenförmige Metallfolie einseitig Metallpartikel aufbringt, diese mit der Metallfolie durch Verschweissen oder Verlöten fest verbindet, die Metallfolie mit der Metallpartikel aufweisenden Seite auf den Kunststoff legt und mit diesem derart zusammenpresst, dass die Metallpartikel in die Ober flächenschicht des Kunststoffkörpers eindringen, und den Kunststoff verfestigt.
Die vorzüglichen Isolierungseigenschaften vieler Kunststoffe liessen diese als geeignet erscheinen zur Verwendung als Träger für eine metallische Ober fläche, beispielsweise für elektrotechnische Anwen dungen. Die Verwendung von Kunststoffen zu die sem Zweck wird aber dadurch behindert, dass es schwierig ist, zwischen dem Trägermaterial und der metallischen Oberfläche eine gute Haftung zu schaffen.
Unter den Kunststoffen mit guten Isolierungs- eigenschaften befinden sich einige, die sie als be sonders günstig als Träger für metallische Schichten für elektrotechnische Zwecke erscheinen lassen. Zu diesen besonders geeigneten Stoffen gehören bei spielsweise die Halogenkohlenstoff-Harze (Polymeri- sate perhalogenierter mono-olefinischer Kohlenwas- serstoffe).
Gegenwärtig sind im Handel zwei Halogenkohlen stoff-Harze erhältlich, welche chemische, physikali sche und elektrische Eigenschaften haben, die sie für viele Anwendungszwecke geeignet machen, nämlich das Polytetrafluoräthylen und das Polymonochlor- trifluoräthylen. Eine der hervorragendsten physikali schen Eigenschaften der genannten Halogenkohlen- stoff-Polymeren ist deren Hydrophobie. Sie sind deshalb undurchlässig für Wasser und Feuchtigkeit. Sie zeichnen sich ferner durch grossen elektrischen Widerstand und niedrigen Leistungsfaktor aus.
Diese Eigenschaften machen in ihrer Zusammenwirkung die genannten Stoffe vorzüglich geeignet als Grund materialien für elektrische Anwendungszwecke.
Die genannten Stoffe sind im Handel als Pulver erhältlich, welche Stoffe geformt und unter Ein wirkung von Druck und Hitze zu beliebigen ein fachen Formen gepresst werden können. Sie können auch zu Blöcken oder Platten geformt und, wenn komplizierte Formen benötigt werden, welche sich nicht gut durch einfaches Pressen herstellen lassen, können die Blöcke und Platten dann maschinell be arbeitet werden.
Wegen der geringen Haftfähigkeit von Halogen kohlenstoff-Polymeren hielt man es für sehr schwierig oder fast unmöglich, eine direkte physi kalische Bindung zwischen einem Halogenkohlenstoff polymerkörper und einem äusseren Metallelement zu schaffen, welches entweder als Träger für das Ha- . logenkohlenstoffpolymere dient oder seinerseits vom Kunststoffkörper getragen wird.
Anderseits haben Halogenkohlenstoff-Polymere eine weitere Eigenschaft, die ihre Verwendung für elektrotechnische Zwecke besonders nahelegt. Nach dem sie einmal in die gewünschte Form gebracht sind, widerstehen sie höheren Umgebungstempera turen beim Betrieb besser, als die meisten andern zur Zeit bekannten Kunststoffe.
Durch diese äusserst günstigen Temperaturstand- festigkeitseigenschaften von Halogenkohlenstoff-Poly- meren werden die Schwierigkeiten bei der Schaffung einer guten Haftung zwischen den Halogenkohlen stoff-Polymeren und einem oberflächig angeordneten Metallblatt noch verstärkt. Wo Betriebsbedingungen mit abwechselndem Erhitzen und Abkühlen vor liegen, führen die aufeinanderfolgenden Beanspru chungen in wechselnder Richtung zu einer Ablösung der Metallschicht vom Trägermaterial, wenn nicht zwischen dieser Metallschicht und dem Grundmaterial eine starke mechanische Verbindung besteht.
Gewöhnlich sind blatt- oder streifenförmige Me tallfolien, welche auf Körper aus isolierendem Ma terial von der oben beschriebenen Art verwendet werden, sehr dünn, das heisst von der Grössenord nung von 0,05-0,075 mm. Jedes derartige im Handel erhältliche Metall ist äusserst glatt und weist keine Struktur auf, auf Grund welcher eine genügend starke Haftung zwischen einer derartigen dünnen blatt- oder streifenförmigen Metallfolie und einem Kunststoffträgermaterial, z. B. einem Halogenkoh- lenstoff-Polymeren, zustande kommen kann.
Es wurde nun gefunden, dass es nach dem erfin dungsgemässen Verfahren möglich ist, die Haftung einer derartigen blatt- oder streifenförmigen Metall folie auf einem Körper aus Kunststoff auf diese Weise zu erreichen, dass man die Metallfolie auf der Innen seite mit festhaftenden Metallpartikeln versieht, welche durch Zusammenpressen in die Oberflächen schicht des Kunststoffkörpers eindringen, und dann die Metallfolie an der Oberfläche des Kunststoff körpers festhalten.
Das Festhalten von Metallpartikeln auf der Ober fläche der Metallfolie kann durch Verschweissen oder Verlöten erreicht werden. Im ersten Falle kann die Metallfolie zunächst auf eine Temperatur ge bracht werden, die nahe ihrer Schmelztemperatur liegt; danach können Metallpartikel, vorerhitzt oder nicht, auf die erhitzte Folie aufgebracht werden, wel che ein wenig in die Folie eindringen und dadurch festgehalten werden, dass sich die Metallpartikel mit der Metallfolie mit den Berührungsflächen gegenseitig verschmelzen. Beim Verlöten kann die Folie zunächst in eine verlötende Substanz getaucht werden, wo nach die Metallpartikel auf die Folie aufgebracht werden. Das Ganze kann hernach erhitzt werden.
Es ist auch möglich, die Partikel mit der verlötenden Substanz zu benetzen und sie dann auf die Folie aufbringen. Die so aufgebrachten und festhaftenden Partikel können eine Art Haken bilden, welche an der untern Oberfläche des Metallblattes oder -strei- fens verankert sind und somit unzählige Vertiefun gen für die Aufnahme von zusammengepresstem Fluorkohlenstoffpolymer darstellen.
Wenn die Metallfolie derart behandelt worden ist, kann sie auf ihrer Unterseite mit einem Teil des Materials bedeckt werden, mit welchem sie ver bunden werden soll. Sie kann dann auf den Gegen stand gelegt werden, mit welchem sie zusammen gefügt werden soll, worauf das Ganze zusammen gepresst werden kann, damit der Kunststoff in die Vertiefungen zwischen den Partikeln eindringt, welche als eine Art Anker dienen zum Festhalten der mit dem Trägermaterial festverbundenen Metallfolie. Der Körper kann dann verfestigt werden, indem man ihn z. B. erhitzt oder presst und erhitzt, je nach der Natur des Kunststoffs.
Das als Kunststoff für den hier erwähnten Zweck vorzugsweise verwendete Fluorkohlenstoff-Polymer kann zur Herstellung des Körpers in der ganzen Dicke in Pulverform verwendet werden, oder es kann in Verbindung mit einem Gewebestück verwendet werden, mit welchem es dann unter Druck vereinigt und in üblicher Weise gesintert werden kann. In diesem Falle besteht das zu diesem Zweck verwen dete Gewebe vorzugsweise aus Glasfasermaterial, kann aber auch aus irgendeinem andern geeigneten Material, welches die Sintertemperatur aushält, be stehen.
Zu diesem Zweck eignet sich z. B. Glasfaser- gewebe von etwa 0,006 mm Dicke, welches zweck mässig in eine Fluorkohlenstoffpolymer-Suspension eingetaucht und anschliessend getrocknet wird, zur Bildung eines Gewebes von etwa 0,012-0,018 mm Dicke. Eine genügende Anzahl solcher Gewebe kön nen aufeinandergeschichtet werden, bis die für das Zusammendrücken gewünschte Dicke erreicht ist. Auf die Seite der behandelten Metallfolie wird dann vorzugsweise ebenfalls die Fluorkohlenstoffpolymer- Suspension aufgetragen, wonach diese Seite auf die aufgeschichteten Gewebestücke aufgebracht werden kann.
Das ganze Schichtenpaket kann dann auf die gewünschte Dicke zusammengepresst und bei der für Fluorkohlenstoff-Polymere üblichen Sintertem- peratur, welche etwa bei 371 C liegt, gesintert wer den.
Die Art der Durchführung des Verfahrens und die Vorteile der hergestellten Gebilde sind im ein zelnen noch genauer ersichtlich anhand der nach folgenden beispielsweisen Beschreibung und Zeich nung.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines dünnen Me tallblattes, dessen untere Oberfläche vorbereitet ist, um auf einen Kunststoffkörper aufgelegt zu werden, welcher beispielsweise aus Fluorkohlenstoffpolymer- material besteht;
Fig. 2 zeigt eine analoge Ansicht nach dem Zu sammenpressen eines Metallblattes mit pulverförmi gem Kunststoff auf die gewünschte Grösse und Dicke, wobei das Pulver in die einspringenden Vertiefungen oder Spalten zwischen den auf der untern Oberfläche des Metallblattes fixierten Metallpartikeln gepresst ist;
dieses Zusammenpressen geschieht im allgemei nen vor dem Sintern oder einem Wärmehärteprozess; Fig.3 zeigt eine analoge Ansicht wie Fig.2, jedoch nach dem Wärmehärteprozess; Fig. 4 zeigt eine analoge Ansicht eines Körpers, der gebildet wurde durch Zusammenpressen und Warmhärten mehrerer aufeinandergelegter, mit einem Kunststoffmaterial vorbehandelter Gewebeschichten. Wie in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt, wird eine dünne Metallfolie 10 mit einem Körper aus thermo plastischem Material 11 verbunden, welches in Pul verform vorliegt und welches hier beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymermaterial ist.
Damit die blatt- oder streifenförmige Metallfolie 10 mit dem als Träger dienenden thermoplastischen Fluorkohlen- stoffpolymermaterial sicher verbunden werden kann, verwendet man zu diesem Zweck übliche, dünn gewalzte Metallblätter mit einer Dicke im Bereich von 0,050-0,076 mm. Das Kunststoffmaterial 11 kann in einem Behälter oder einer Form verteilt sein und dann auf die gewünschte Form und Dicke zu sammengepresst werden.
Falls das Metall um seiner Leitfähigkeit willen für elektrotechnische Anwendungszwecke benutzt werden soll, kann zweckmässig Kupfer verwendet werden. Zur näheren Erläuterung wird nachfolgend auf Kupfer als verwendetes Metall Bezug genommen. Damit die Metallfolie oder der Streifen 10 aus Kupfer auf dem Trägerkörper aus Fluorkohlenstoff-Polymerisat oder einem andern Kunststoff sicher befestigt werden kann, wird zunächst eine grosse Anzahl kleiner Par tikel 12 auf der untern Oberfläche des Blattes 10 aufgebracht. Diese Partikel können von zufälliger Form und Grösse sein und z.
B. aus zerbrochenen Metallstücken bestehen, welche in zufälliger Vertei lung mit Abständen voneinander auf der einen Seite des Blattes 10 aufgebracht und dann in irgendeiner geeigneten Weise mit dem Kupferblatt verbunden werden, beispielsweise durch Erhitzen, Verlöten, Ver schweissen oder durch irgendein anderes Verfahren, mit welchem diese Teilchen 12 dauerhaft mit dem Kupferblatt 10 verbunden werden können. Die zu fällige Form der Teilchen 12 schafft eine grosse An zahl rückspringender Winkel und Vertiefungen 13 zwischen den Partikeln, in welche Teile des Kunst stoffmaterials eingreifen können, wenn das Kupfer blatt und das Trägermaterial zusammengepresst wer den.
Nachdem die Partikel mit der Metallfolie verbun den sind, wird die vorbehandelte Folie vorzugsweise in eine Fluorkohlenstoffpolymer-Suspension einge taucht, wieder entnommen und getrocknet, zur Bil dung einer dünnen Schicht von Fluorkohlenstoff- polymer auf der untern Oberfläche des Metalls und den Metallpartikeln. Durch dieses Eintauchen erfolgt eine vorbereitende Füllung der einspringenden Winkel und Vertiefungen zwischen den Partikeln.
Das Kupferblatt wird dann auf das Fluorkohlen- stoffpolymer-Pulver aufgelegt, und das Ganze wird gemäss üblichem Verfahren auf die gewünschte Dicke zusammengepresst. Dabei dringen die Metallpartikel gleichsam wie Wurzeln in das Polymermaterial ein, und es entsteht, da das letztere in die einspringenden Winkel zwischen den Partikeln hineingepresst und um diese herum zusammengepresst wird, eine feste Verzahnung, wenn der Kunststoff z. B. durch eine Wärmebehandlung verfestigt wird.
Die zahlreichen Partikel dienen dann als verankernde Wurzeln oder Keile, welche durch das Trägermaterial festgehalten werden, und es entsteht auf diese Weise eine ausser ordentlich starke Bindung zwischen der Kupferfolie und dem Kunststoffkörper.
Es wird ausserdem während einem ersten Pressen, welches z. B. bei einem Druck von etwa 1400 bis 280 kg/cm2 erfolgt, und durch das anschliessende Sintern bei etwa 370' C sämtliche Luft zwischen dem Kupferblatt und dem Fluorkohlenstoffpolymer- Körper ausgepresst.
Nachdem das Kupferblatt auf das pulverförmige Material 11 aufgelegt ist, wird das Ganze auf die gewünschte Dicke zusammengepresst. Im Falle von Fluorkohlenstoffpolymermaterial beträgt das ur sprüngliche Volumen zweckmässig etwa das Vierfache des Volumens des entstehenden Pressgegenstandes, was als Mass dienen kann für die Menge des zu ver wendenden Fluorkohlenstoffpolymer-Pulvers. Wenn der gesamte Materialkörper, inbegriffen das Metall blatt, auf die gewünschte Dicke gepresst wird, wie es allgemein dargestellt ist in Fig.2,
bilden bei spielsweise das Fluorkohlenstoffpolymermaterial und das Metallblatt eine vollständige Einheit, welche selbsttragend ist und ohne äussere Unterstützung leicht gehandhabt werden kann. Die gepresste Einheit wird dann in einem geeigneten Ofen der Sintertemperatur ausgesetzt bei etwa 370 C während einer Zeitdauer, welche von der Dicke und vom Volumen des Ma terials abhängt, damit der gesamte Körper während der für das Fluorkohlenstoffpolymermaterial nötigen Zeit auf diese Temperatur erhitzt werden kann.
Wenn für den Träger andere Kunststoffe verwendet werden, richtet sich die Temperatur und Dauer der Erhitzung nach den für dieses Material üblicherweise gebrauch ten Werten.
Nachdem die zusammengesetzte Einheit gesintert oder einer anderweitigen Wärmehärtungsbehandlung unterworfen worden ist, weist die fertige Einheit eine Struktur auf wie in Fig. 3, welche ähnlich ist der jenigen von Fig. 2, ausser, dass darin zum Ausdruck gebracht wird, dass das Material des Körpers bereits gesintert ist und die Metallpartikel 12 mit der Ober flächenschicht des Kunststoffkörpers eine feste Ver zahnung bilden.
Die fertige Einheit, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, stellt einen starren Kunststoffkörper aus iso-Iie- rendem Material, beispielsweise einem Fluorkohlen- stoffpolymer und einer Oberfläche 10 aus einer Kupferfolie dar, welcher auf Grund seiner mechani schen Eigenschaften und elektrischen Leitfähigkeit für elektrotechnische Zwecke verwendet werden kann. Das Metallblatt kann in geeigneter Weise elektrisch verbunden werden, z. B. durch Verzinnen seiner Oberfläche, so dass es leicht und rasch mit einem Anschluss verlötet werden kann.
In gleicher Weise kann die metallische Oberfläche 10 benutzt werden zur Verbindung mit andern me tallischen Oberflächen oder zur Bildung von Trägern oder hermetisch dichten Verbindungen, sowie für eine Unzahl weiterer Anwendungszwecke, wo in Industrie oder Forschung Metall-auf-Metall-Verbindungen ge braucht werden.
In Fig. 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungs form dargestellt, bei welcher zunächst ein Gewebe material, wie z. B. Glasfasergewebe, mit dem Kunst stoff behandelt wird, welcher als Trägermaterial ver wendet wird. Wenn beispielsweise als Kunststoff ein Fluorkohlenstoff-Polymer verwendet wird, taucht man das Glasfasergebilde zunächst in eine Suspension des Fluorkohlenstoffpolymers ein, um es mit einer Schicht des Fluorkohlenstoff-Polymers zu überziehen.
Nach dem Trocknen des Gewebes haftet das Fluorkohlen- stoff-Polymer für den vorliegenden Zweck genügend fest am Glasfasergebilde. Eine Mehrzahl von in dieser Weise behandelten Gewebeschichten wird aufeinan- dergeschichtet bis zu einer solchen Dicke, dass nach dem Zusammenpressen ein Gebilde von der ge wünschten Mächtigkeit entsteht.
Der Oberteil des Schichtgebildes wird dann mit einem Metallblatt bedeckt, gleich wie in Fig. 1 dar gestellt, welches Blatt so vorbehandelt wurde, dass es auf seiner unteren Oberfläche die Partikel 12 als festhaftende Bestandteile enthält. Dieses Metallblatt wird in eine Suspension beispielsweise eines Fluor- kohlenstoff-Polymers eingetaucht und dann mit dem Schichtgebilde aus dem vorbehandelten Gewebe in einer Weise zusammengepresst, dass die Metallpartikel 12 in die entsprechenden oberen Schichten des behan delten Glasfasergewebes eindringen.
Die rohen Kan ten des Gewebematerials dringen in die einspringen den Winkel und Vertiefungen um die einzelnen Par tikel ein und ergeben in diesen Bereichen eine Ver stärkung des Kunststoffs. Durch Erhitzen der ganzen Gewebeeinheit mit dem daraufgelegten Metall wird der Körper gesintert; die Kanten des Gewebes und des Kunststoffes umschliessen die einzelnen Metall partikel 12 und bilden eine harte, starre, klauenartige Verbindung mit -der Metallschicht 10, welche dann mit dem Trägermaterial in einer Weise verbunden ist, dass auch bei starken zyklischen Temperatur schwankungen eine Ablösung vom Kunststoff nicht erfolgt.