DE10008375A1 - Verbundkörper, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verbundkörper aus mindestens einem ersten Formteil aus thermoplastischem Polymer A und mindestens einem zweiten Formteil aus thermoplastischem Polymer B, dessen Schmelztemperatur mindestens 10 DEG C unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Polymers A liegt, wobei die Polymeren A und B der Formteile diese adhäsiv miteinander verbinden. DOLLAR A Die Verbundkörper lassen sich vorzugsweise nach der Insert Moulding Technology herstellen und finden beispielsweise im Automobilbau und in der Elektroindustrie Anwendung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper aus mindestens zwei thermoplastischen Polymeren, die durch das Herstellungsverfahren miteinander adhäsiv verbunden werden, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung, insbesondere als Bauteil für die Automobilherstellung oder für die Elektronikindustrie.

Bislang ist es insbesondere bei Polyestern nur durch den Einsatz von speziellen Haftvermittlern möglich, eine adhäsive Haftung von Formteilen aus unterschiedlichen Polymeren zu erzeugen.

Thermoplaste wie Polyester (PET, PBT), Polyphenylensulfld (PPS), Polyetherketon (PEEK, PEK, PEKK) und flüssigkristalline Polymere (LCP) werden bevorzugt als technische Werkstoffe eingesetzt, weil sie sich durch hervorragende mechanische und chemische Eigenschaften auszeichnen. Aufgrund der guten Festigkeit und Härte verbunden mit einer ausgezeichneten Rückstellelastizität finden daraus hergestellte Formteile in allen Bereichen des täglichen Lebens sehr häufig und vielfältig Anwendung, beispielsweise im Automobilbau, für Gehäuse, Tastaturen und Schnappverbindungen. Ausgezeichnete Gleit-Reib-Eigenschaften begründen ferner die Verwendung für viele bewegliche Teile wie Getriebeteile, Umlenkrollen, Zahnräder und Verstellhebel.

Für eine Vielzahl von Anwendungen werden Formteile mit metallisierter oder teilweise metallisierter Oberfläche benötigt, beispielsweise zum Einsatz als Sensoren, elektronischen Kontrolleinheiten oder Türmodulen.

Eine neuere und wirtschaftliche Methode zur Herstellung von komplexen Formteilen ist der Mehrkomponentenspritzguß. Hierbei wird beispielsweise auf eine vorgeformte erste Komponente eine zweite Komponente aufgespritzt. Die Haftung zwischen den beiden Komponenten soll dabei möglichst adhäsiv sein, kann aber in formschlüssigen Verbindungen, beispielsweise durch Anbringung von Hinterschnitten, oft noch verbessert werden. Eine gute Grundhaftung zwischen den beiden Komponenten, beispielsweise durch chemische Affinität, ist in der Regel Voraussetzung für deren praktischen Einsatz und somit von großer Bedeutung für dieses Verfahren.

Derartige komplexe Formteile können aus räumlichen spritzgegossenen Schaltungsträgern, sogenannten "moulded interconnected devices (MID's)" bestehen. Bekannte MID's bestehen aus verschiedenen Hochleistungspolymeren, wie Hochtemperaturthermoplasten oder aus einer Kombination von Hochtemperaturthermoplasten mit PU-Elastomeren. Kombinationen von verschiedenen Hochleistungspolymeren haften üblicherweise nicht oder nur schlecht aufeinander. Bei der Herstellung von MID's war man daher bislang auf Maßnahmen angewiesen, mit denen die gegenseitige Haftung der Polymeren aneinander verbessert wurde, beispielsweise durch den Einsatz von Haftvermittlern, oder mit denen die Fixierung der Komponenten der Bauteile durch mechanische Maßnahmen, beispielsweise durch Hinterschneiden, erreicht wurden.

Eine Übersicht über verschiedene Typen von MID's und deren Herstellung gibt eine Broschüre der 3D MID e. V. mit dem Titel "Molded Interconnect Devices/Räumliche Spritzgegossene Schaltungsträger - ein Quantensprung in der Elektronikproduktinon", Ausgabe 5/98. Weitere Hinweise zur Herstellung von MID's über die sogenannte Insert Molding Technology finden sich in der FCI-Broschüre "Insert Molding Technology", Ausgabe 12/98.

Bislang ist es nicht möglich gewesen, MID's aus zwei harten Polymeren ohne die Zuhilfenahme weiterer Mittel herzustellen. MID's aus harten Polymeren sind für eine Reihe von Anwendungen besonders erwünscht, da deren mechanische Festigkeit hervorragend und da deren Verschleiß gering ist.

Mit der vorliegenden Erfindung werden Verbundkörper aus Hochleistungspolymeren bereitgestellt, die auf einfache Weise herzustellen sind und die durch die adhäsive Verbindung der das Bauteil bildenden Polymeren keine weiteren Maßnahmen zur mechanischen Stabilisierung des Bauteils erfordern.

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbundkörper aus mindestens einem ersten Formteil aus thermoplastischem Polymer A und mindestens einem zweiten Formteil aus thermoplastischem Polymer B, dessen Schmelztemperatur mindestens 10°C unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Polymers A liegt, wobei die Polymeren A und B der Formteile diese adhäsiv miteinander verbinden.

Beispiele für erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Hochleistungspolymere sind technische Thermoplaste, wie Polyacetal, Polyester, Polyphenylensulfid, Polyetheretherketon und flüssigkristallines Polymer (LCP). Diese Polymeren können sowohl bei der Ausbildung des ersten Formteils als auch des zweiten Formteils zum Einsatz kommen.

Bei der Herstellung wird erst ein Formteil aus dem ersten technischen Thermoplasten geformt, und auf dieses wird anschließend eine wahlweise flächige oder streifenförmige Beschichtung oder mindestens ein weiteres Formteil aus einem zweiten technischen Thermoplasten aufgespritzt. Dabei werden die Herstellungbedingungen so gewählt, daß die beiden technischen Thermoplasten eine adhäsive Verbindung eingehen.

Neben der Auswahl von geeigneten Polymerkombinationen ist auch die richtige Wahl der Herstellungsbedingungen von Bedeutung. So müssen sich die Schmelzpunkte der Polymeren ausreichend voneinander unterscheiden, so daß beim zweiten Spritzen ein Anschmelzen der beiden Polymeren aneinander erfolgt. Ferner muß das Polymer des zweiten Formteils einen ausreichenden Wärmeinhalt aufweisen, so daß das Polymer des ersten Formteil beim Auftreffen des zweiten Polymers zumindest anschmilzt.

Es können auch Polymergemische in den einzelnen Formteilen zum Einsatz kommen.

Besonders bevorzugt werden Verbundkörper, bei denen das thermoplastische Polymer A ein Polyester, insbesondere ein Polybutylenterphthalat, ist und bei denen das thermoplastische Polymer B ein Copolyester ist, dessen Schmelzpunkt mindestens 10°C unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Polymers A liegt, insbesondere ein Copolyester enthaltend Polybutylenterephthalateinheiten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Verbundkörper eine teilweise metallisierte Oberfläche auf. Dieser Verbundkörper wird üblicherweise durch Metallisierung des Teils der Oberfläche, die aus einem der Polymeren A oder B gebildet wird, erzeugt.

Besonders bevorzugt weist eines der Formteile einen die Metallisierung fördernden Füllstoff auf, der vorzugsweise ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Füllstoffen, insbesondere anorganischen Carbonaten und anorganischen Phosphor­ verbindungen, ganz besonders bevorzugt deren Alkali- oder Erdalkalisalzen.

Obgleich der erfindungsgemäße Verbundkörper auch ohne den Einsatz von Haftvermittlern hergestellt werden kann, ist der Einsatz von Haftvermittlern nicht ausgeschlossen.

Besonders bevorzugt sind Verbundkörper, bei denen die adhäsive Verbindung zwischen den Formteilen aus Polymer A und Polymer B ohne Zusatz eines Haftvermittlers erfolgt.

Der erfindungsgemäße Verbundkörper wird durch ein Hartpolymer-Formteil gebildet (im Gegensatz zu elastomeren Weichpolymer-Formteilen), das teilweise oder vollständig mit dem zweiten Hartpolymeren beschichtet wurde oder an das ein oder mehrere Formteile, auch Funktionsteile genannt, aus dem zweiten Hartpolymeren direkt angeformt wurden. Es kann sich dabei beispielsweise um ein flächiges Formteil handeln, das auf einer Seite eine Schicht aus zweitem Hartpolymeren trägt, oder um ein Formteil, auf welches das zweite Hartpolymere streifenförmig in Form sogenannter Raupen abgelegt wurde.

Der Verbundkörper kann aber auch aus einem oder mehreren Hartpolymer-Formteilen beliebiger Gestalt bestehen, woran ein oder mehrere Formteile beliebiger Gestalt aus dem zweiten Hartpolymeren direkt angeformt wurden.

Der Ausdruck "direkt angeformt" soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung so verstanden werden, daß die Funktionselemente direkt auf das Formteil, mit dem sie einen haftfesten Verbund eingehen sollen, aufgespritzt werden, insbesondere in einem Mehrkomponenten­ spritzgußverfahren.

Durch die direkte Ausbildung von adhäsiven Verbindungen zwischen erstem und zweitem Polymer können beispielsweise Komponenten aus einem technischen Thermoplasten direkt auf Formteile aus einem weiteren technischen Thermoplasten abgelegt oder an diese angeformt werden, ohne daß weitere Montageschritte erforderlich werden.

Mit der Verbindung zwischen dem Thermoplast-Formteil aus Polymer A und dem Thermoplast-Formteil aus Polymer B, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung erzielt werden, können Verbundfestigkeiten erreicht werden, die den Dichtigkeitsanforderungen der IP54 (DIN 40050) entsprechen.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Polyacetal ist aus der Gruppe der bekannten Polyoxymethylene (POM), wie sie beispielsweise in der DE-A 29 47 490 beschrieben sind. Es handelt sich hierbei im allgemeinen um unverzweigte lineare Polymere, die in der Regel mindestens 80 Mol%, vorzugsweise mindestens 90 Mol-%, Oxymethyleneinheiten (-CH₂O-) enthalten. Der Begriff Polyoxymethylene umfaßt dabei sowohl Homopolymere des Formaldehyds oder seiner cyclischen Oligomeren wie Trioxan oder Tetroxan als auch entsprechende Copolymere.

Polyester sind allgemein bekannt. Bevorzugt enthalten sie polymerisierte Einheiten, die sich von dem Ester mindestens einer aromatischen Dicarbonsäure, insbesondere Terephthalsäure, Isophthalsäure oder 2,6 Naphthalindicarbonsäure, und mindestens eines linearen aliphatischen Dialkohols, insbesondere Ethylenglykol, 1,3-Propandiol oder 1,4-Butandiol, oder polymerisierte Einheiten, die sich vom Tetrahydrofuran ableiten. Derartige Polyester sind beispielsweise in "Ullmann's Encyclopedia of lndustrial Chemistry", ed. Barbara EIvers, Vol. A21, Kapitel Polyester (S. 227-251), VCH, Weinheim-Basel-Cambridge-New York, 1992 beschrieben. Die Polyester können sowohl Homopolymere als auch Copolymere dieser Bausteine sein. Besonders bevorzugt sind Polybutylenterephthalat und Polyethylenterephthalat sowie Poly(butylenterephthalat-co-butylenisophthalat).

Die Polyesterrohmaterialien können auch durch Einkondensieren geringerer Anteile aliphatischer Dicarbonsäuren wie z. B. Glutarsäure, Adipinsäure oder Sebacinsäure oder von Polyglykolen wie Diethylenglykol, Triethylenglykol oder auch höhermolekularer Polyethylenglykole modifiziert sein sowie polymerisierte Einheiten enthalten, die sich von Hydroxycarbonsäuren, bevorzugt Hydroxybenzoesäure oder Hydroxynaphthalincarbonsäure, ableiten.

Als Polyester können neben neu produzierten Produkten auch Recyclate der 1., 2. und höheren Generationen sowie Gemische aus neu produzierten Produkten und Recyclaten, die gegebenenfalls Zuschlagstoffe und Zusätze enthalten und/oder durch Beimischung anderer kompatibler Polymere modifiziert sind, verwendet werden.

Im allgemeinen kann sowohl das Polymere A und/oder das Polymere B übliche Zusatzstoffe wie Stabilisatoren, Nukleierungsmittel, Entformungsmittel, Gleitmittel, Füll- und Verstärkungsstoffe, Pigmente, Ruß, Licht- und Flammschutzmittel, Antistatika, Weichmacher oder optische Aufheller enthalten. Die Zusatzstoffe liegen in allgemein üblichen Mengen vor.

Die Erfindung betrifft insbesondere auch die Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundkörpers aus mindestens einem thermoplastischen Polymeren A und mindestens einem thermoplastischen Polymeren B, dessen Schmelztemperatur mindestens 10°C unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Polymeren A liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Maßnahmen:

• a) Ausbilden eines ersten Formteils aus dem thermoplastischen Polymeren A, und
• b) Ausbilden eines zweiten Formteils aus dem thermoplastischem Polymeren B in einer solchen Weise, daß die Polymeren A und B der beiden Formteile sich miteinander adhäsiv verbinden.

In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers mit einer teilweise metallisierten Oberfläche aus mindestens einem thermoplastischen Polymeren A und mindestens einem thermoplastischen Polymeren B, wie oben beschrieben, umfassend zusätzlich die Maßnahmen:

• a) Einsatz eines die Metallisierung fördernden Füllstoffs in dem ersten oder dem zweiten Formteil, und
• b) Metallisieren des Verbundkörpers an den Stellen, an denen das Formteil mit dem die Metallisierung fördernden Füllstoff an die Oberfläche des Verbundkörpers tritt.

Die Verfahren zur der Herstellung der Formkörper können unterschiedlich sein, beispielsweise handelt es sich um Spritzpressen, Spritzblasen oder insbesondere um Spritzgießen.

Besonders bevorzugt erfolgt das Ausbilden des ersten und des zweiten Formteils durch Spritzguß.

Die Metallisierung eines Teils der Oberfläche des Verbundkörpers kann nach an sich bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Galvanisieren oder Bedampfen.

Besonders bevorzugt erfolgt die Metallisierung durch stromloses Galvanisieren.

Die erfindungsgemäßen Verbundkörper finden insbesondere Verwendung bei der Herstellung von Bauteilen in der Automobil-, Elektronik- und Elektroindustrie, beispielsweise von Sensoren, Spulenkörpern oder Steckverbindern.

Neben den eingangs erwähnten Anwendungsgebieten finden die Verbundkörper gemäß der Erfindung Verwendung als Verbindungselemente in Form von Fittings, Kupplungen, Rollen, Lagern, als Funktionsteile mit integrierten Dicht- und/oder Dämpfungseigenschaften sowie als rutschfeste und griffreundliche Elemente. Hierzu zählen insbesondere im Automobilbau verwendete Gehäuse wie Türschloßgehäuse, Fensterhebergehäuse, Schiebedachdichtelemente und ähnliche sowie Zentralvernegelungseinheiten, ferner Befestigungselemente mit integrierter Abdichtung wie Clipse mit Dichtringen oder -scheiben, Zierleisten mit integrierter Dichtlippe, Abdichtungselemente zum Ausgleich von Dehnungsfugen, Befestigungselemente mit guten Dämpfungseigenschaften, z. B. Clipse mit schwingungs- und geräuschdämpfenden Kernen, Getriebeteile wie Zahnräder mit Dämpflängselementen, Zahnradgetriebe mit integrierten flexiblen Kupplungen, rutschfeste und griffreundliche Elemente wie Schalthebel oder -knöpfe oder Grifflächen an Elektrogeräten oder Schreibstiften sowie Kettenglieder mit elastischer Oberfläche.

Claims (13)

1. Verbundkörper aus mindestens einem ersten Formteil aus thermoplastischem Polymer A und mindestens einem zweiten Formteil aus thermoplastischem Polymer B, dessen Schmelztemperatur mindestens 10°C unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Polymers A liegt, wobei die Polymeren A und B der Formteile diese adhäsiv miteinander verbinden.

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer A ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einem der technischen Thermoplaste Polyester, Polyphenylensulfld, Polyetherketon und flüssigkristallinem Polymer.

3. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer B ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einem der technischen Thermoplaste Polyester, Polyphenylensulfid, Polyetherketon und flüssigkristallinem Polymer.

4. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer A ein Polyester ist und daß das thermoplastische Polymer B ein Copolyester ist, dessen Schmelzpunkt mindestens 10°C unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Polymeren A liegt.

5. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper eine teilweise metallisierte Oberfläche aufweist.

6. Verbundkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Formteile einen die Metallisierung fördernden Füllstoff aufweist, der vorzugsweise ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Füllstoffen, insbesondere anorganischen Carbonaten und anorganischen Phosphorverbindungen.

7. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die adhäsive Verbindung zwischen den Formteilen aus Polymer A und Polymer B ohne Zusatz eines Haftvermittlers erfolgt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers aus mindestens einem thermoplastischen Polymer A und mindestens einem thermoplastischen Polymer B, dessen Schmelztemperatur mindestens 10°C unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Polymeren A liegt, umfassend die Maßnahmen:

• a) Ausbilden eines ersten Formteils aus dem thermoplastischen Polymer A, und
• b) Ausbilden eines zweiten Formteils aus dem thermoplastischem Polymer B in einer solchen Weise, daß die Polymeren A und B der beiden Formteile sich miteinander adhäsiv verbinden.

9. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers mit einer teilweise metallisierten Oberfläche aus mindestens einem thermoplastischen Polymer A und mindestens einem thermoplastischen Polymer B nach Anspruch 12 umfassend zusätzlich die Maßnahmen:

• a) Einsatz eines die Metallisierung fördernden Füllstoffs in dem ersten oder dem zweiten Formteil, und
• b) Metallisieren des Verbundkörpers an den Stellen, an denen das Formteil mit dem die Metallisierung fördernden Füllstoff an die Oberfläche des Verbundkörpers tritt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbilden des ersten und des zweiten Formteils durch Spritzguß erfolgt.

11. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallisieren durch stromlose Galvanisierung erfolgt.

12. Verwendung des Verbundkörpers nach Anspruch 1 als Bauteil in der Automobil-, Elektronik- oder Elektroindustrie.

13. Verwendung des Verbundkörpers nach Anspruch 12 als Sensor, Spulenkörper oder Steckverbindung.