Verfahren zum Verkleben von Metallen Für das Verkleben von Gegenständen, insbeson dere von Metallen, sind Klebstoffe bekanntgewor den, die unter Vinylpolymerisation in Anwesenheit von Katalysatoren, insbesondere von Redoxsystemen, erhärten. Derartige Klebstoffe bestehen meist aus Monomer/Polymer-Gemischen. Besondere Bedeutung haben diejenigen Klebstoffe erlangt, die auf der Grundlage von ungesättigten Polyesterharzen und polymerisierbaren, monomeren Vinylverbindungen aufgebaut sind. Unter den zu ihrer Aushärtung ver wendeten Redoxsystemen haben sich solche beson ders gut bewährt, die aus peroxydischen Verbindun gen einerseits und Aminen, insbesondere tertiären Aminen, anderseits aufgebaut sind.
Es ist ferner bekannt, Metalle mit Hilfe von Kleb stoffen zu verkleben, die beispielsweise im wesent lichen aus mindestens einer monomeren, ungesättig ten, polymerisationsfähigen Verbindung, mindestens einer polymeren Verbindung und einem Polymeri sat mit der Gruppierung
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und/oder Acrylsäure bestehen und die mit Hilfe eines an sich bekannten Katalysators, vorzugsweise eines Redoxsystems, polymerisiert werden können.
Als Metallkleber sind ferner Mischungen be kannt, die im wesentlichen aus mindestens einem ungesättigten Polyester, mindestens einem polymeri sationsfähigen Acryl- oder Methacrylester, minde stens einem mit dem Polyester verträglichen Poly- vinyläther und Härtungskatalysatoren bestehen.
Ausserdem ist es bekannt, Kunststoffe mit Fa sern zu verstärken. Hierzu gehören beispielsweise die mit Glasfasern verstärkten ungesättigten Polyester harze und die mit Textilfasern verstärkten Phenol harze.
Bei der Anwendung der obigen Metallkleber geht man im allgemeinen so vor, dass zunächst die zu ver klebenden Teile mit dem Klebstoff bestrichen, dann aufeinandergelegt und gegebenenfalls unter leichter Druckanwendung eine kurze Zeit in der entsprechen den Stellung gehalten werden, bis eine genügende An fangshaftkraft erreicht ist. Danach schreitet die Poly merisation unter weiterer Erhärtung fort.
Im allgemeinen neigt man dazu, Metallkleber nur für das Verkleben von dünnen Blechen und klein flächigen Teilen zu verwenden, weil sonst das Auf bringen des Klebstoffs eine besondere Sorgfalt er forderte. Bei der Verklebung von dicken Metall gegenständen ergeben sich häufig besondere Schwie rigkeiten. Wenn man einen Klebstoff mit einer gut streichfähigen Konsistenz verwendet, besteht die Gefahr, dass dieser Klebstoff zwischen den zu ver klebenden Teilen ausfliesst. Diese Gefahr ist beson ders gross bei senkrechten Klebfugen, die sich bei vielen Montagearbeiten, z. B. im Brückenbau, zwang läufig ergeben.
Versucht man, dieses Ausfliessen durch die Anwendung eines Klebstoffes mit einer zähen Konsistenz zu verhindern, so ergeben sich Schwierig keiten beim gleichmässigen Auftragen der Klebstoff- schicht. Ferner befürchtete man bisher bei der Ver klebung von grossflächigen Teilen, bei grossen Tole ranzen keine fehlerfreien Verklebungen zur erhalten.
Um solche Nachteile zu vermeiden, hat man bereits derartige Metallverklebungen mit Hilfe der obengenannten Klebstoffe unter Mitverwendung eines Glasfasergewebes mit bestem Erfolg ausgeführt (DAS 1057 709). Bei diesem bekannten Verfahren wird so vorgegangen, dass man die Klebstoffmischung mit einem oder mehreren Beschleunigern versetzt und die peroxydische Verbindung diesem Gemisch erst kurz vor der Durchführung der Verklebung zugibt. Hierdurch entstanden aber Verarbeitungszeiten, die verschiedentlich als zu kurz empfunden worden sind, so dass man im allgemeinen nur kleinere Ansätze verarbeiten konnte.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Ver fahren zum Verkleben von Metallen unter Verwen dung von in Anwesenheit von peroxydischen Poly merisationskatalysatoren und Beschleunigern durch Polymerisation erhärtenden Metallklebstoffen und von Fasern, insbesondere in Form von Geweben, Matten und dergleichen und ist dadurch gekennzeichnet, dass man zur Verklebung einen Metallklebstoff, der einen peroxydischen Katalysator und weitere Beschleuniger, insbesondere Kupferverbindungen und/oder organi sche Schwefelverbindungen enthält und Fasern, ins besondere in Form von Geweben oder Matten, die entweder mit einer Verbindung, die ein labiles Chlor atom enthält, oder mit einem N-Dialkylolamin, wel ches mindestens einen aromatischen Rest enthält, oder mit einem tert.
aromatisch substituierten Amin, des sen Siedepunkt höher als -f-230 C ist und gegebe nenfalls zusätzlich mit einem weiteren Bestandteil eines Beschleunigersystems, insbesondere Kupferver bindungen und/oder organische Schwefelverbindun gen, vorbehandelt worden sind, verwendet.
Für die Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens sind alle natürlichen und synthetischen Fasern, beispielsweise Polyamid-, Polyesterfasern und dergleichen, geeignet. Die Fasern können entweder als solche oder in Form von Matten und insbesondere in Form von Geweben verwendet werden. Bevorzugt werden jedoch Glasfasergewebe eingesetzt. Auch As best und Sisalfasern können mit Vorteil verwendet werden. Zweckmässigerweise werden sie vor der Ver wendung mit dem Klebstoff getränkt. Nach der be vorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden zunächst die zu verklebenden Teile mit einer Schicht des an sich bekannten Klebstoffes versehen.
Dann werden mit demselben Klebstoff ge tränkte Fasern, Gewebe, Matten und dergleichen ,wischen die zu verklebenden Teile eingebracht. Bei gut passfähigen Klebflächen kann jedoch das Vorstreichen mit Klebstoff unterbleiben; es genügt, wenn man das mit Klebstoff durchtränkte Gewebe :wischen die Fügeteile bringt.
Als Klebstoff sind alle an sich bekannten unter Vinylpolymerisation in Anwesenheit von peroxydi- schen Katalysatoren und Beschleunigern, insbesondere Redoxsystemen, erhärtenden Stoffe und Stoffge mische geeignet. Besonders gut haben sich solche Klebstoffmischungen bewährt, die im wesentlichen aus ;irrem Monomer/Polymer-Gemisch bestehen und die vorzugsweise in der Kälte, d. h. ohne Wärmezufuhr, ausgehärtet werden können. Derartige Gemische, die .ich beispielsweise auf der Grundlage von ungesättig ten Polyestern und polymerisierbaren Vinylverbin- dungen aufbauen, sind in den französischen Patent- schriften Nm. 1162 866, 1109 816, 1121769 und in der belgischen Patentschrift Nr. 579 366 beschrie ben worden.
Besonders geeignet sind jedoch solche Klebstoffe, die im wesentlichen aus mindestens einem ungesättigten Polyester, mindestens einem polymeri sationsfähigen Acryl- oder Methacrylester, mindestens einem mit dem Polyester verträglichen Polyvinyläther und Härtungskatalysatoren bestehen. Vorzugsweise werden solche ungesättigten Polyester verwendet, die aus kurzkettigen, aliphatischen, mehrwertigen Alko holen, wie Glykol, und kurzkettigen, mehrbasischen, ungesättigten, organischen Säuren, wie Fumarsäure und Maleinsäure, aufgebaut sind. Der bevorzugte Polyvinyläther ist der Polyvinylmethyläther. Der Methacrylsäuremethylester wird bevorzugt verwendet. Daneben können auch gewisse Anteile höherer Di- carbonsäuren, z. B.
Adipinsäure oder auch Phthal- säure, sowie höhere Glykole, z. B. Hexandiol, mit verwendet werden. Ausserdem können noch weitere monomere und polymere Verbindungen in den Kleb stoffen enthalten sein, z. B. andere Methacrylsäure- oder Acrylsäureester, wie Butylmethacrylat, ferner geringe Mengen Vinylacetat, Styrol, Vinyltoluol usw. Von den letztgenannten sollten jedoch nur wenige Prozente zugemischt werden. An Polymeren können geringe Mengen Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Ketonaldehydharz usw. hinzugesetzt werden. Für manche Zwecke ist es weiter vorteilhaft, Füllstoffe, wie Schiefermehl, Bariumsulfat sowie feinverteiltes SiO2 u. ä., hinzuzumischen. Die Zugabe geringer Mengen Paraffin ist ebenfalls möglich.
Derartige Klebstoffmischungen sind in der deut schen Patentschrift Nr.<B>1</B>014 254 beschrieben.
Die besten Ergebnisse bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden jedoch erzielt, wenn man Kleb stoffe verwendet, die im wesentlichen aus mindestens einer monomeren, ungesättigten, polymerisationsfähi gen Verbindung, mindestens einem Polymerisat mit der Gruppierung
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und/oder Acrylsäure und einer weiteren polymeren Verbindung bestehen. Die Polymerisate mit der oben genannten Gruppierung sind in der Technik unter dem geschützten Namen NEOPREN bekannt. Als monomere, ungesättigte, polymerisationsfähige Ver bindungen können flüssige Vinylverbindungen, Styrol oder seine Homologen, Acrylsäureester, vorzugsweise Methacrylsäureester, für sich allein oder im Gemisch miteinander verwendet werden. Als polymere Verbindung wird vorteilhaft Polystyrol verwendet.
Der Zusatz der Acrylsäure soll zweckmässiger weise<B>10%</B> nicht übersteigen. Für viele Zwecke ist es angebracht, einen Acrylsäurezusatz von weniger als 3 % zu wählen. Der Neoprengehalt wird vorzugsweise unter 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamt gewicht, gehalten. In den meisten Fällen genügt be- reits ein Zusatz von 5 %. Als besonders geeignet ha ben sich Neoprensorten gezeigt, die nicht mit Schwe fel oder schwefelhaltigen Verbindungen modifiziert sind. Diese Klebstoffe können ferner Ester der Fumarsäure oder der Maleinsäure, insbesondere Fu- marsäuredimethylester, enthalten. Der Gehalt dieser Stoffe soll vorzugsweise weniger als 5 % der Ge samtmischung betragen.
Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, sogenannte Giessharze mitzuverwenden. Unter Giessharzen werden die mit einem Monomeren, z. B. Monostyrol, abgemischten Kondensationspro dukte mehrwertiger, gegebenenfalls ungesättigter Al kohole mit mehrbasischen, gegebenenfalls ungesättig ten Carbonsäuren, verstanden. Der Zusatz dieser Giessharze soll sich vorzugsweise unter 10 % halten. Gegebenenfalls können noch geringe Mengen von Stabilisatoren, wie Hydrochinon, zugesetzt werden. Der Zusatz von Farb- und Füllstoffen ist ebenfalls möglich.
Den genannten Klebstoffgemischen werden bei dem erfindungsgemässen Verfahren die peroxydischen Katalysatoren, vorzugsweise in Mengen bis zu 4 und zweckmässigeweise in möglichst gleichmässiger Verteilung zugesetzt. Beispiele für die in Frage kom menden Katalysatoren sind Benzoylperoxyd, Lauroyl- peroxyd, im Kern chloriertes Benzoylperoxyd, wie 4,4'-Parachlorbenzoylperoxyd oder 2,4-Dichlorbenz- oylperoxyd, tert. Butylperbenzoat und ähnliche. Zu den Verbindungen, die ein labiles Chloratom im Mole kül enthalten, gehören beispielsweise die Chlor wasserstoffsäure und ihre Salze, insbesondere solche organischer Basen, vorzugsweise die tertiärer Amine.
Ferner können für denselben Zweck Quartchloride, Betain- oder Hydroxylaminderivate gemäss der belgi schen Patentschrift Nr. 545 139 und der französischen Patentschrift Nr.1141742 verwendet werden. Sie werden vorzugsweise in Mengen von 0,05 bis 2,0 auf die Fasern, Gewebe und dergleichen aufge bracht.
Zur Gruppe der N-Dialkylolamine, die mindestens einen aromatischen Rest im Molekül enthalten, ge hören beispielsweise Diäthylol-p-toluidin, Diisopro- pylol-p-toluidin, Diisopropylol-m-toluidin, Di-n-bu- tylol-p-toluidin.
Beispiele für tert. aromatisch substituierte Amine, deren Siedepunkt höher als +230 C ist, sind fol gende Verbindungen: Tetramethyldiaminodiphenylmethan, Diessigsäureester des Diäthylol-p-toluidins und N-tert.-Butylol-N-methylanilin.
Selbstverständlich können auch beide Arten der in Frage kommenden Amine gleichzeitig eingesetzt wer den. Sie kommen vorzugsweise in Kombination mit Acrylperoxyden zur Anwendung. Die Oxydations empfindlichkeit der verwendeten Amine ist eine selbst verständliche Voraussetzung.
Neben den Aminen und den Verbindungen, die ein labiles Chloratom in ihrem Molekül enthalten, kön nen auf die Fasern auch weitere Bestandteile an sich bekannter Beschleunigersysteme, insbesondere Kup- ferverbindungen, aufgebracht werden. Hierzu gehören ferner organische Schwefelverbindungen, wie a- Aminosulfone, α-Oxysulfone und Merkaptane. Von diesen werden die α-Aminosulfone, die mindestens einen aromatischen Rest im Molekül enthalten, und die Merkaptane bevorzugt verwendet. Es ist ferner auch möglich, die genannten Beschleuniger dem Klebstoffgemisch als zusätzliche Komponenten bei zufügen.
Das Aufbringen der obengenannten Stoffe auf die Fasern kann nach an sich bekannten Verfahren, wie Tränken, Sprühen usw., und zweckmässigerweise anschliessendes Trocknen erfolgen. Die Stoffe werden vorzugsweise in Form einer Lösung verwendet. Als Lösungsmittel können alle Flüssigkeiten, die flüchtig sind und die genannten Stoffe zu lösen vermögen verwendet werden. Beispiele sind Methylmethacrylat, Methylacetat, Aceton, Methanol und Wasser.
Selbstverständlich ist bei ihrem Aufbringen dar auf zu achten, dass die Ausrüstung der Matte usw. mit Schlichte, Veredlungs- und Appreturmitteln (Finish) sowie mit Bindern möglichst nicht entfernt wird. Dies kann in erster Linie durch eine fachmännische Aus wahl des verwendeten Lösungsmittels geschehen. So fühlen sich beispielsweise Matten, die unter Ver wendung von Methanol oder Wasser imprägniert wor den sind, weich und locker an, während man ander seits bei der Verwendung von beispielsweise Methyl- methacrylat oder Methylacetat als Lösungsmittel eine leichte Verhärtung feststellen kann.
Nach dieser Be handlung liegen die Stoffe in sehr feiner Verteilung auf der Oberfläche der Fasern, Gewebe, Matten und dergleichen vor. Die so behandelten Fasern sind sehr haltbar und fast beliebig lange lagerfähig.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kommt das das Peroxyd in möglichst gleichmässiger Verteilung enthaltende Klebstoffge- misch mit den Fasern, Geweben, Matten und der gleichen, die ihrerseits die Amine oder die Verbindun gen, die ein labiles Chloratom besitzen, in feiner Verteilung auf ihrer Oberfläche enthalten, in Be rührung, so dass eine schnelle und gleichmässige Aushärtung des Klebstoffes erfolgen kann. Diese kann sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden.
Da die Klebstoff mischung, solange sie nicht mit den Fasern, Geweben und dergleichen in Berührung gebracht wird, nur die peroxydische Verbindung enthält, sind die Voraus setzungen für lange Verarbeitungszeiten gegeben, so dass bei der praktischen Anwendung grössere Ansätze für die Dauer von mehreren Wochen zur Verfügung stehen können, ohne dass die Gemische eine Ein busse hinsichtlich der zu erzielenden Festigkeit er leiden. Als weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist zu verzeichnen, dass nach diesem die Verklebungen mit einem einfachen Zweikomponen- tensystem ausgeführt werden können.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können bei grossflächi gen Verklebungen, an die hohe Anforderungen ge stellt werden, auch bei grossen Toleranzen einwand- freie Verklebungen erzielt werden. Die erreichbaren Festigkeiten stehen denjenigen, die bei der Verkle bung kleiner Teile erreicht werden können, nicht nach.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Ver fahrens ist, dass die erzielbare Scherspannung bei grossen Überlappungen nahezu gleich gross ist wie bei kleinen Überlappungen. Dies bedeutet eine wei tere Vereinfachung des Klebverfahrens, weil diesem Punkt weniger Beachtung geschenkt werden muss.
Ferner wird durch das erfindungsgemässe Ver fahren die Stoss- und Schlagfestigkeit der verklebten Teile verbessert.
Im allgemeinen liegt die Standfestigkeit von Metallklebeverbindungen unterhalb der Zerreissfestig keit beim Scher-Zug-Versuch. Dieser Unterschied ist bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens weniger gross.
Es ist zweckmässig, bei der Verklebung von klei nen Teilen dünnere Gewebe und bei grossflächigen und dicken Teilen mit entsprechenden Toleranzen gröbere und/oder dickere Gewebe zu verwenden. Die Maschenzahl und die Maschenweite sollen so auf einander abgestimmt sein, dass bei grösstmöglicher Festigkeit die Maschen so gut von dem Klebstoff durchdrungen werden, dass eine rasche und einwand freie Benetzung erfolgt. Es ist ferner vorteilhaft, die Metallflächen vor der Verklebung nach an sich be kannten Verfahren vorzubehandeln. Hierzu gehören das Entfetten und insbesondere das Reinigen mit einem Sandstrahlgebläse.
<I>Beispiel 1</I> 100 g eines Glasfasergewebes (Fategon 600, Handelsprodukt der Firma Fatege, Kierzinger & Co,
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25,0 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Polyvinylmethyläther <SEP> (LUTANOL <SEP> M <SEP> 40,
<tb> Handelsprodukt <SEP> der <SEP> BASF)
<tb> 15,0 <SEP> <SEP> <SEP> ungesättigtes <SEP> Polyesterharz <SEP> (PALATAL <SEP> K <SEP> 211/6 <SEP> ,
<tb> Handelsprodukt <SEP> der <SEP> BASF)
<tb> 10,0 <SEP> <SEP> <SEP> monomeres <SEP> Vinyltoluol
<tb> 49,2 <SEP> <SEP> <SEP> monomeres <SEP> Methylmethacrylat
<tb> 0,3 <SEP> <SEP> <SEP> Paraffin <SEP> T
<tb> 0,01 <SEP> <SEP> <SEP> Hydrochinon
<tb> 2,0 <SEP> <SEP> <SEP> hochdesperse <SEP> Kieselsäure Dem Klebstoff werden ferner 4 Gew.-Teile Benz- oylperoxydpaste (50%ig in Dibutylphthalat) zuge setzt.
Hiermit werden aus Baustahl St 37.12 bestehende Teile einschnittig überlappt verklebt. Die Klebfläche hat eine Abmessung von 51 X 34 mm, die Überlappungslänge beträgt 51 mm und die Breite 34 mm. Nach einer 24stündigen Lagerzeit bei Raum temperatur wird an der hergestellten Verklebung eine Scherbruchlast von 3600 kg gemessen.
<I>Beispiel 3</I> Eine Glasseidenmatte (GEVETEX 216, Handels produkt der Firma Aachen-Gerresheimer-Textilglas Neustadt/Donau) werden mit einer Lösung von 2,5g Diisopropylol-p-toluidin in 120 ml Methanol getränkt und getrocknet. Nach einer Lagerung von 30 Tagen wird das Gewebe mit einem Klebstoff fol gender Zusammensetzung beidseitig bestrichen und gut durchtränkt:
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56 <SEP> Teile <SEP> monomeres <SEP> Methylmethacrylat
<tb> 39,9 <SEP> <SEP> Polystyrol
<tb> 3 <SEP> <SEP> NEOPREN-WRT,
<tb> ges. <SEP> gesch. <SEP> Warenzeichen
<tb> 0,5 <SEP> <SEP> Acrylsäure Diesem Gemisch werden ferner 3 % einer Härter paste (50% Benzoylperoxyd in Dibutylphthalat) zuge geben. Das durchtränkte Gewebe wird zwischen die zu verklebenden Eisenteile eingelegt, ohne besonderen Druck anzuwenden. Die Eisenteile bestehen aus Bau stahl St 37.12.
Die Verklebung wird zweischnittig überlappt durchgeführt. Die Abmessungen der Grund laschen betragen 120 X 34 X 10 mm und die der Decklaschen 120 X 34 X 5 mm. Die zu ver klebenden Flächen sind vorher mit einem Sandstrahl gebläse vorbehandelt worden. Die Überlappungs länge der Verklebung beträgt 50 mm. Nach einer eintägigen Lagerzeit bei Raumtemperatur wird die Scherbruchlast der Verklebung mit 9500 kg bestimmt. <I>Beispiel 2</I> Es wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, ein Glas fasergewebe getränkt und getrocknet.
Nach einer Lagerzeit von 75 Tagen wird es mit einem Klebstoff folgender Zusammensetzung beidseitig bestrichen und gut durchtränkt: GmbH-Gevetex, 600 g/m2) wird pro 100 g ihres Gewichtes mit 120 ml einer Lösung von 0,3 g Phenyläthyldibutylaminhydrochlorid, 0,3g Bis(tolyl- sulfonmethyl)amin und 0,3 ml Cu-Lösung (1000 y Cu++/ml in MMA) in Methylmethacrylat behandelt. Die Glasmatte wird nach dieser Behandlung 100 Tage bei Raumtemperatur gelagert. Zur Herstellung der Metallverklebung wird der im Beispiel 2 angeführte Klebstoff verwendet. Als Peroxyd wird jedoch tert. Butylperbenzoat (50%ig in Phthalatweichmacher, TRIGONOX CM 50, Handelsprodukt der Firma Oxydo) in einer Menge von 1,6 ml verwendet.
Dem Gemisch werden ferner 0,2 g Bis(tolylsulfonmethyl)- amin (50 % ig in Phthalatweichmacher) zugegeben. Die Verklebung wird wie in Beispiel 1 angegeben ausgeführt. Nach einer Lagerzeit von 24 Stunden bei Raumtemperatur beträgt die Scherbruchlast 5 300 kg.
<I>Beispiel 4</I> Die in Beispiel 3 verwendete Glasseidenmatte wird pro 100 g ihres Gewichtes mit 120 ml einer Lösung von 0,3g Triäthylaminooxydhydrochlorid in Methanol behandelt. Nach der Behandlung wird die Matte 100 Tage bei Raumtemperatur gelagert. Zur Verklebung wird der in Beispiel 1 genannte Klebstoff verwendet. Als peroxydischer Katalysator wird der in Beispiel 3 genannte verwendet. Er enthält ebenfalls 0,2 g Bis(tolylsulfonmethyl)amin-Paste und 0j ml der Kupfer-Lösung, Sämtliche Zusätze sind auf 100 g des Klebers berechnet. Die Verklebung wird wie im Beispiel 1 angegeben durchgeführt. Nach einer dreitägigen Lagerzeit bei Raumtemperatur wird eine Scherbruchlast von 3 600 kg gemessen.