DE10158896A1

DE10158896A1 - Process for the firm connection of thermoplastic elastomers (TPE) with a metallic surface

Info

Publication number: DE10158896A1
Application number: DE2001158896
Authority: DE
Inventors: Carlo Wojciechowski; Arnim Knapp; Hagen Reker
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-12
Also published as: AU2002339369A1; EP1448739A1; WO2003048263A1

Abstract

The invention relates to a method for solid bonding of thermoplastic elastomers (TPE), preferably thermoplastic elastomer styrene block copolymers (TPE-S) to a cleansed metal surface. First of all, the metal surface is treated with a primer containing chemically modified, low chlorinated propylene. Liquefied TPE is then applied to the pre-treated metal surface. Prior to or after application of the liquid TPE, the primer is brought to a temperature which is above the melting temperature thereof. After the TPE has hardened, an intimate absolutely solid and watertight compound arises between said parts. Final solidity is obtained after several hours.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum festen Verbinden von TPE, vorzugsweise TPE-S, mit einer metallischen Oberfläche. The invention relates to a method for firmly connecting TPE, preferably TPE-S, with a metallic surface.

Derzeit sind Hart-Weich-Verbindungen mit TPE und TPE-S nur auf Basis bestimmter unmetallischer Kunststoffe möglich. Verbindungen von TPE oder TPE-S mit Metall oder metallisierten Oberflächen werden nur über mechanische Verankerungen oder Kleben realisiert. Derartige Verbindungen sind jedoch bei Sichtteilen im Gebrauch nicht widerstandsfähig, lösen sich leicht an den nicht mit Ankern versehenen Kontaktflächen und es kann sogar Flüssigkeit zwischen beide Flächen eindringen, was zu einer Korrosion und Beschädigung eines Bauteils führen kann. At present, hard-soft connections with TPE and TPE-S are only based on certain non-metallic plastics possible. Connections of TPE or TPE-S with metal or Metallized surfaces are only realized using mechanical anchoring or gluing. However, such connections are not resistant to visible parts in use, loosen easily on the non-anchored contact surfaces and it can even Liquid will penetrate between both surfaces, causing corrosion and damage to one Component can lead.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem ein fester, formschlüssiger, wasserdichter und nur schwer zu lösender Haftverbund zwischen dem TPE bzw. TPE-S und einer metallischen Oberfläche geschaffen wird. The object of the invention is therefore to develop a method with which a fixed, form-fitting, waterproof and difficult-to-remove adhesive bond between the TPE or TPE-S and a metallic surface is created.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Nach der Erfindung wird die mit TPE oder TPE-S zu beschichtende, gereinigte, metallische Oberfläche vor deren Beschichtung mit einem Primer behandelt, der auf der Basis von chemisch modifiziertem, niedrig chloriertem Polypropylen besteht. Vorzugsweise wird der Primer vor Aufbringen des TPE's staubfrei unter Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur getrocknet. Es ist aber auch möglich, direkt nach Aufbringen des Primers das TPE aufzuspritzen, so daß die Trocknung des Primers unter der TPE- Schicht erfolgt. Dabei müssen die flüchtigen Stoffe des Primers in das TPE diffundieren. This object is achieved by the features of patent claim 1. According to the invention is the cleaned, metallic surface to be coated with TPE or TPE-S before it Coating treated with a primer based on chemically modified low chlorinated polypropylene. The primer is preferably applied before the TPE's are dried dust-free at room temperature or elevated temperature. But it is also possible to spray the TPE directly after applying the primer, so that the The primer is dried under the TPE layer. The volatile substances diffuse the primer into the TPE.

Um einen festen Verbund der metallischen Oberfläche mit dem TPE zu erhalten, ist es nach der Erfindung weiterhin erforderlich, daß während oder nach dem Aufbringen des flüssigen TPE's der Primer auf eine Temperatur gebracht wurde, die oberhalb seiner Schmelztemperatur liegt. Dies ist einerseits vor Aufbringen des TPE's durch Erwärmung der metallischen Oberfläche bzw. des metallischen Werkstückes selbst - vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 40 bis 100°C - möglich, andererseits kann dies aber auch dadurch erreicht werden, indem erst nach dem Aufbringen des TPE's auf die geprimerte (haftvermittelte) metallische Oberfläche dieser Verbund insgesamt in einem Ofen getempert wird. Hierdurch ergibt sich ohne mechanische Verkrallung ein physikalischer Adhäsionsverbund, durch den es ermöglicht wird, für optische und technische Anwendungen feste und wasserdichte Verbindungen herzustellen. Die Endfestigkeit wird allerdings erst nach einigen Stunden erreicht. In order to obtain a firm bond between the metallic surface and the TPE, it is after the invention further requires that during or after the application of the liquid TPE's was brought to a temperature above its primer Melting temperature is. On the one hand, this is before applying the TPE by heating the metallic Surface or the metallic workpiece itself - preferably at a temperature between 40 to 100 ° C - possible, but on the other hand this can also be achieved by only applying the TPE to the primed (bonded) metallic surface of this composite is annealed in a furnace as a whole. This gives a physical adhesive bond without mechanical claws, through which it is made possible for optical and technical applications solid and waterproof Make connections. However, the final strength is only reached after a few hours.

Des weiteren läßt der Verbund auch die nach dem Nahrungs- oder Arzneimittelgesetz zugelassenen TPE-Typen zu, die somit für Hautkontakte, den Lebensmittel- oder den Diagnostikbereich eingesetzt werden können. Die Erfindung kann bei allen metallischen Oberflächen beliebiger Bauteile eingesetzt werden. Eine derartige Verbindung nach der Erfindung kann zur Erhöhung der Griffigkeit bis zu technischen Hart-Weich-Verbindungen zwecks Abdichtung oder Dämpfung benutzt werden. Furthermore, the association also leaves those under the Food or Drug Act approved TPE types, which are therefore suitable for skin contact, food or Diagnostic area can be used. The invention can be used with all metallic Surfaces of any components can be used. Such a connection according to the invention can be used to increase the grip up to technical hard-soft connections Sealing or damping can be used.

Grundsätzlich ist also eine Anwendung für alle Gebrauchsgegenstände denkbar, insbesondere dort, wo eine optisch dauerhafte Gestaltung, eine gute Griffigkeit von hochwertigen metallischen Gütern, eine Dichtigkeit, eine Dämpfung auf einer metallischen Oberfläche gefragt sind. Es ist aber ansonsten jeder beliebige Einsatz möglich, bei dem Kunststoff zur Erzielung von bestimmten Vorteilen auf metallischen Oberflächen benötigt wird. Die Erfindung kann auch bei Bestecken im häuslichen Bedarf, bei Herstellungsmaschinen oder sonstigen Gebrauchsgütern angewendet werden, vorausgesetzt die Oberfläche ist aus metallischem Material, auf die das TPE aufgebracht werden soll. Es können aber auch Gehäuseöffnungen durch Bildung einer Membran verschlossen werden. Dabei muß vor Aufbringen des TPE auf der Oberfläche diese immer mit einem geschlossenen homogenen Primerfilm versehen sein. Basically, an application for all everyday objects is conceivable, especially where there is an optically permanent design, good grip of high quality metallic goods, a tightness, a damping on a metallic surface are in demand. However, it is otherwise possible to use the plastic Achieving certain benefits on metallic surfaces is needed. The invention can also be used with cutlery for domestic use, with manufacturing machines or other Household goods can be applied, provided the surface is metallic Material to which the TPE is to be applied. But there can also be openings in the housing be sealed by forming a membrane. It must be applied before applying the TPE the surface must always be provided with a closed, homogeneous primer film.

Durch die Merkmale des Patentanspruchs 2 werden die Eigenschaften des Primers festgelegt, damit besonders hohe und gleichmäßige Haftwerte des TPE's auf metallischen Oberflächen erreicht werden. Je höher der Festkörperanteil ist, desto geringer ist die Haftung, weil die Primerschichtdicke zunimmt und damit ein Adhäsionsbruch im Primer selbst entstehen kann. Bei zu niedrigen Temperaturen ergibt sich eine schlechte Haftung, bei zu hohen Temperaturen wird die Anwendung auf einigen metallisch beschichteten Kunststoffen problematisch, weil zum einen viele Kunststoffe zum Verzug/Verformung neigen und zum anderen bei metallisch beschichteten Kunststoffen zu Blasenbildung führen können. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist eine Erweichungstemperatur im Bereich von ca. 75°C bis 95°C besonders vorteilhaft. Due to the features of claim 2, the properties of the primer specified, so that particularly high and uniform adhesive values of the TPE on metallic Surfaces can be achieved. The higher the solids content, the lower the adhesion, because the primer layer thickness increases and therefore an adhesion break in the primer itself can arise. If the temperature is too low there is poor adhesion, if the temperature is too high Temperatures will apply to some metallic coated plastics problematic because on the one hand many plastics tend to warp / deform and on the other others can lead to blistering in metallic coated plastics. Around Avoiding disadvantages is a softening temperature in the range of approx. 75 ° C to 95 ° C particularly advantageous.

Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 3 kann der Primer durch Spritzen, Tauchen, Walzen, Drucken oder ähnliche Verfahren, die allgemein zum Aufbringen von dünnen, flüssigen Schichten bekannt sind, aufgebracht werden. Vorteilhaft ist dabei, daß gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 4 die Schichtdicke zwischen 2 und 8 µm liegt. Dieser Dickenbereich hat sich deshalb besonders vorteilhaft gezeigt, weil in diesem Bereich optimale Festigkeiten im Kohäsionshaftverbund erzeugt werden. According to the features of claim 3, the primer can be sprayed, dipped, Rolling, printing or similar processes generally used for the application of thin, liquid layers are known to be applied. It is advantageous that according to the Features of claim 4, the layer thickness is between 2 and 8 microns. This Thickness range has been shown to be particularly advantageous because in this range optimal Strengths are generated in the cohesive bond.

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5 ist die Primerschicht schmutz- und flüssigkeitsgeschützt luftgetrocknet, wobei in dem zuvor angegebenen Dickenbereich die Trockenzeit bei Außentemperatur von ca. 20°C 15 bis 30 Minuten beträgt. According to the features of claim 5, the primer layer is dirty and liquid-dried, air-dried, with the Drying time at an outside temperature of approx. 20 ° C is 15 to 30 minutes.

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 kann aber auch die Primerschicht durch Einbrennen getrocknet werden, wobei dann bei einer vorzugsweisen Trocknungstemperatur zwischen 80 und 100°C eine Trockenzeit bei den oben erwähnten Schichtdicken von mindestens 1 Minute benötigt wird. According to the features of claim 6, however, the primer layer can also Stoving are dried, then at a preferred drying temperature between 80 and 100 ° C a drying time with the above-mentioned layer thicknesses of at least 1 minute is needed.

Der Primer basiert auf ein chemisch modifiziertes, niedrig chloriertes Polypropylen, das sich durch eine besondere Affinität zu polyolefinischen Kunststoffen bzw. Copolymeren auszeichnet. Der Primer ist nahezu farblos, opak und elastisch. Eine Anwendung mit größer 5% Festkörperanteil ist auch möglich, jedoch bedeutet dies dickere Schichten und niedere Endfestigkeiten infolge eines sich ergebenden Kohäsionsbruches im Primer. The primer is based on a chemically modified, low chlorinated polypropylene through a special affinity for polyolefin plastics or copolymers distinguished. The primer is almost colorless, opaque and elastic. An application with more than 5% Solid content is also possible, but this means thicker layers and lower ones Ultimate strength due to a resulting cohesive break in the primer.

Die Haftung des TPE auf der metallischen Oberfläche beruht auf einem rein physikalischen Vorgang über Anquellen, Anschmelzen, Diffundieren und Verdampfen der Lösungsmittel auf der Oberfläche. Übrig bleiben filmbildende Harze. Ein wasserfester und wasserdichter Adhäsionsverbund, der in seiner Verbundfestigkeit über die Eigenfestigkeit des TPE's hinausgeht, entsteht erst durch Tempern des Substrats auf die erforderliche Prozeßtemperatur innerhalb oder außerhalb der Spritzgießform, speziell bei Metallen. The TPE's adhesion to the metallic surface is based on a purely physical one Process of swelling, melting, diffusing and evaporation of the solvent the surface. What remains are film-forming resins. A waterproof and waterproof Adhesive bond, the bond strength of which goes beyond the inherent strength of the TPE, arises only by annealing the substrate to the required process temperature within or outside the injection mold, especially with metals.

Besonders vorteilhaft ist es gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7, wenn das TPE dicht unterhalb der maximal zulässigen Verarbeitungstemperatur gespritzt wird. According to the features of claim 7, it is particularly advantageous if the TPE is sprayed just below the maximum permissible processing temperature.

Es ist aber nach den Merkmalen des Patentanspruchs 9 auch möglich, die metallische Oberfläche des Werkstückes vor Auftragen des Primers auf die erforderliche Temperatur von etwa 40 bis 100°C zu erwärmen, den Primer aufzubringen und dann einer staubgeschützten Lufttrocknung zu unterziehen. Anschließend kann dann das bereits vorgewärmte Werkzeug mit der metallischen Oberfläche in die Spritzgußwerkzeugweichform eingesetzt und das TPE auf die metallische Oberfläche aufgebracht, vorzugsweise aufgespritzt werden. Dabei kann die Form des TPE's jede beliebige Form in einem dreidimensionalen Raum annehmen. Nach einer Verweilzeit des Werkstückes und Aushärtung des TPE's kann die Spritzgußwerkzeugweichform geöffnet und das Werkzeug mit dem aufgespritzten TPE auf der metallischen Oberfläche aus diesem entfernt werden. But it is also possible according to the features of claim 9, the metallic Surface of the workpiece before applying the primer to the required temperature heat from about 40 to 100 ° C, apply the primer and then one to be subjected to dust-protected air drying. Then the already preheated can Tool with the metallic surface inserted into the soft mold and the TPE is applied to the metallic surface, preferably sprayed on. The shape of the TPE can be any shape in a three-dimensional space accept. After a dwell time of the workpiece and curing of the TPE, the Injection mold soft form opened and the tool with the sprayed TPE on the metallic surface can be removed from it.

Es ist aber auch nach den Merkmalen des Patentanspruchs 10 möglich, den Primer aufzutragen und dann anschließend sofort das Werkstück mit der metallischen Oberfläche in die temperierte Spritzgußwerkzeugweichform einzusetzen und zu schließen und dann so lange zu warten, bis der Primer in dieser Form getrocknet und die metallische Oberfläche bzw. das Werkstück die erforderliche Temperatur erreicht hat. Dann wird das TPE auf die metallische Oberfläche aufgespritzt. Nach Aushärtung des TPE kann das Werkstück aus dem Spritzwerkzeug entfernt werden. But it is also possible according to the features of claim 10, the primer apply and then immediately the workpiece with the metallic surface in the insert and close tempered injection mold and then for so long to wait until the primer has dried in this form and the metallic surface or the Workpiece has reached the required temperature. Then the TPE is on the metallic Sprayed surface. After the TPE has hardened, the workpiece can be removed from the Injection mold to be removed.

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 11 kann die metallische Oberfläche eine galvanische Kunststoffoberfläche, eine mit Metallen versehene bzw. durchsetzte Schicht beliebiger Beschaffenheit oder eine blanke Metallschicht sein. According to the features of claim 11, the metallic surface can be a galvanic plastic surface, a layer provided with or interspersed with metals any texture or a bare metal layer.

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 12 wird auch noch ein beliebiges Werkstück, auf dessen metallischer Oberfläche ein TPE gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 fest aufgebracht ist, unter Schutz gestellt. According to the features of claim 12, any workpiece, on the metallic surface of a TPE according to the method of claim 1 firmly is put under protection.

Claims

1. Process for the firm connection of thermoplastic elastomers (TPE), preferably thermoplastic elastomer-styrene block copolymers (TPE-S), with a cleaned metallic surface of a workpiece, starting with the metallic Surface with a chemically modified, low chlorinated base Primer containing polypropylene is treated, then liquefied TPE the metallic surface pretreated in this way is applied and that the primer is applied or after applying the liquid TPE to a temperature above it Melting temperature is brought.

2. The method according to claim 1, characterized, that the primer contains a solid content of 5% ± 2% (polymers) with Maleic anhydride (MSA) is modified and bound i-tactically (isotactically) that the chlorine content between 21% and 23% of the solids content is that the Softening temperature of the primer greater than 75 ° C to 95 ° C, preferably in the range of 80 ° C, and that the molecular weight is between 55 kg / mol and 65 kg / mol.

3. The method according to claim 1 and / or 2, characterized, that the primer by spraying, dipping, rolling, printing or the like Application method is applied to the cleaned metallic surface.

4. The method according to claim 1, 2 and / or 3, characterized, that the primer in a closed film with a layer thickness of 1 micron to 15 µm, preferably in the range of 2 µm to 8 µm, on the metallic surface a workpiece is applied.

5. The method according to one or more of the preceding claims, characterized, that the primer after application to the metallic surface of a workpiece is air dried, preferably with a drying time of approx. 30 min.

6. The method according to claim 1 and 2, characterized, that the primer is baked on the metallic surface of a workpiece, preferably at a temperature of 100 ° C and a drying time of approx. 3 min.

7. The method according to claim 1, characterized, that the TPE is just below the maximum permissible processing temperature is heated.

8. The method according to claim 1, characterized, that the metallic surface is part of a metallic or non-metallic Workpiece is and that after the metallic surface is pretreated with the primer was that the workpiece is inserted into an injection mold that then apply the liquid TPE in any desired quantity onto the heated metallic surface Shape and thickness is sprayed on and that after solidification of the TPE the workpiece to Further processing can be removed from the injection mold.

9. The method according to claim 8, characterized, that the metallic surface before insertion in the injection mold soft form the required temperature is brought.

10. The method according to claim 8, characterized, that the metallic surface after insertion into the injection mold soft form from this to the required temperature.

11. The method according to claim 1, characterized, that the metallic surface is a galvanic plastic surface, a metallic colored surface, uncoated or coated metal.

12. Workpiece consisting of a metallic surface and thus a solid bonded thermoplastic elastomer (TPE), preferably a thermoplastic Elastomer-styrene block copolymer (TPE-S), characterized, that their firm connection with a method according to one or more Claims 1 to 11 is made.