DE102005004829B4 - Artikel mit Antihaftbeschichtung, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung - Google Patents

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Abstract

Artikel mit einer Beschichtung auf seiner Oberfläche, bei dem die Beschichtung (BS) zumindest aufweist eine Deckschicht (DS) als oberste Schicht und darunter eine Unterschicht (US),
wobei die Unterschicht eine Schichtdicke von zumindest 5 μm aufweist und einen oder mehrere Hochleistungsthermoplaste umfasst
wobei die Deckschicht eine Schichtdicke von zumindest 5 μm aufweist und einen oder mehrere Hochleistungsthermoplaste und, bezogen auf die Zusammensetzung der Deckschicht, 20–30% thermoplastische organische Fluorpolymere umfasst
wobei die Hochleistungsthermoplaste in Unter- und Deckschicht (US, DS) ausgewählt sind aus Polyaryletherketonen, LCP, PEK, PEEK, PPS und Mischungen derselben.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Artikel mit einer Antihaftbeschichtung, die eine verbesserte mechanische Festigkeit aufweist und damit widerstandsfähiger gegen Beschädigung und Abrieb ist. Antihaftbeschichtungen finden eine Vielzahl von Anwendungen auf Oberflächen, die von Verunreinigungen freizuhalten sind, ein Verfahren zu dessen Herstellung und dem Verwendung gemäß desse Patentansprüchen. Gut bekannt sind beispielsweise in Küchen verwendete Artikel wie Pfannen mit Antihaftbeschichtungen, die in der Beschichtung einen hohen Gehalt fluorhaltiger Polymere aufweisen und beispielsweise als Teflonpfannen bekannt sind. Nachteilig an Antihaftbeschichtungen aus fluorhaltigen Polymeren ist, dass die geringen Adhäsionskräfte der fluorhaltigen Polymere gegenüber den meisten Materialien auch zu einer schlechten Haftung der Antihaftschichtung auf der zu beschichtenden Oberfläche führen. Antihaftbeschichtungen sind außerdem insbesondere bei höherer Temperatur weich und daher mechanisch empfindlich, was leicht zur Beschädigung und Ablösung der Antihaftbeschichtung führt und damit auch die Lebensdauer der Antihaftbeschichtung verringert.
  • Eine verbesserte Antihaftbeschichtung ist beispielsweise aus der US 6596380 B1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, zur Verbesserung der Haftung der Antihaftbeschichtung auf der Unterlage einen Dreischichtaufbau vorzusehen, der eine Unterschicht, eine Hauptschicht und eine Oberschicht aufweist, wobei die Unterschicht zumindest 50 Gewichtsprozent Polyetheretherketon (PEEK) umfasst und bei dem die Oberschicht im Wesentlichen aus fluorhaltigen Polymeren besteht. In der Haupt schicht sind neben Anteilen temperaturstabiler Polymere ebenfalls fluorhaltige Polymere enthalten.
  • Aus der DE 600 07 853 T2 ist Antihaftbeschichtung mit einer Unterschicht, einer einen Fluorkunststoff enthaltenden Primärschicht und zumindest einer Deckschicht auf der Grundlage eines Fluorkunststoff bekannt, bei dem die Kratzbeständigkeit durch die Verwendung einer im Wesentlichen aus Polyetheretherketon bestehenden Unterschicht verbessert ist.
  • Eine solche Beschichtung ist jedoch nach wie vor von relativ geringer Härte und zeigt insbesondere bei erhöhten Temperaturen, wie sie beispielsweise in Kochgeschirren oder Pfannen auftreten, eine schlechte und daher verbesserungsfähige Haftung auf dem Untergrund.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Artikel mit einer Antihaftbeschichtung anzugeben, die neben einer guten Haftung eine in der Härte verbesserte und damit widerstandsfähigere Oberfläche aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Artikel mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung der Beschichtung auf dem Artikel sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung schlägt vor, die Beschichtung zumindest aus zwei Schichten auszuführen, einer Unterschicht und einer Deckschicht als oberste Schicht, wobei die Unterschicht in Bezug auf Haftung und Temperaturbeständigkeit verbessert ist, die Deckschicht dagegen die gewünschten Antihafteigenschaften bereit stellt, jedoch gegenüber bekannten Antihaftbeschichtungen in der Härte verbessert ist.
  • Überraschend wurde gefunden, dass im Gegensatz zu bekannten Antihaftbeschichtungen eine entsprechende nichthaftende Oberflächeneigenschaft bereits mit einem Gehalt an thermoplastischen Fluorpolymeren von 20 bis 30 Gewichtsprozent in der Deckschicht erreicht werden kann. Neben den Fluorpolymeren sind in der Deckschicht ein oder mehrere Hochleistungsthermoplaste enthalten, die die thermische Stabilität und die Härte der Deckschicht verbessern. Anorganische Füllstoffe können auch in einem geringen Anteil von beispielsweise 10 Gewichtsprozent enthalten sein. Die Dicke der Deckschicht beträgt zumindest 5 μm und kann z.B. 5–30 μm betragen.
  • Die Unterschicht umfasst ebenfalls einen oder mehrere Hochleistungsthermoplaste und kann mit anorganischen Füllstoffen gefüllt sein. Über die Hochleistungsthermoplaste wird die Haftung zur Oberfläche des Artikels verbessert und dabei gleichzeitig die thermische Beständigkeit sowie die Härte der Unterschicht erhöht. Die thermoplastischen Bestandteile von Unter- und Deckschicht, die vorzugsweise in zumindest einer Komponente übereinstimmen, gewährleisten, dass ein in sich stabiler Schichtverbund mit guter Haftung auf der Oberfläche des Artikels erhalten wird, der nach der Herstellung der Beschichtung durch Aufschmelzen erzielt werden kann. Die Dicke der Unterschicht beträgt zumindest 5 μm.
  • Die gute Haftung auf dem Artikels ist dabei für eine Vielzahl von Oberflächenmaterialien gewährleistet, insbesondere für Eisen, Stahl, Leicht- und Buntmetalle, für Glas, Keramik und natürlich auch für Kunststoffoberflächen.
  • Die Hochleistungsthermoplaste in der Unter- und der Deck schicht sind ausgewählt aus flüssigkristallinen Polymeren (LCP), Polyaryletherketonen, Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon Polyphenylensulfid (PPS) und Mischungen der -selben. Mit diesen Materialien werden die besten Ergebnisse bezüglich Härte und Haftung erzielt. Weiterhin können auch mit Polyphenylensulfid (PPS) bezüglich Festigkeit und Abrieb gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Beschichtungen erhalten werden.
  • In einer Ausführungsform weist die Unterschicht als thermoplastische Bestandteile ausschließlich PEK oder PEK/PEEK-Mischungen mit einem auf die Gesamtzusammensetzung der Unterschicht bezogenen Anteil von weniger als 50 Prozent PEEK auf.
  • Gegenüber einem aus dem Stand der Technik bekannten und mit einer Antihaftbeschichtung versehenen Artikel weist der vorgeschlagenen Artikel einen einfacheren Aufbau mit günstigeren Eigenschaften auf. Überraschend ist auch, dass in der der Artikeloberfläche näheren Unterschicht mit gutem Erfolg auch PEEK oder insbesondere in Mischungen sogar auch PPS einsetzbar ist, die gegenüber den PEK Polymeren einen Kostenvorteil aufweisen.
  • Neben den Hochleistungsthermoplasten können, in der Unterschicht anorganische Füllstoffe enthalten sein, über die eine Reihe von Eigenschaften der Unterschicht und damit der gesamten Beschichtung eingestellt werden können. Möglich ist es beispielsweise, in der Unterschicht metallische Partikel vorzusehen. Damit wird die Haftung der gesamten Beschichtung auf insbesondere metallischen Artikeloberflächen verbessert.
  • Werden als anorganische Füllstoffe metallische Partikel eingesetzt, so können damit auf Gewichtsanteile bezogene Füllgrade bis zirka 90 Prozent erreicht werden. Bevorzugte metallische Partikel sind aus unedlen Metallen ausgewählt, die den Vorteil aufweisen, dass sie sich in einfacher Weise mit einer Passivierungsschicht überziehen beziehungsweise überziehen lassen, sodass auch mit den metallischen Partikeln eine ausreichende elektrische Isolation der damit gefüllten Schicht gewährleistet werden kann. Mit den metallischen Partikeln wird eine Verbesserung der Haftung der Unterschicht auf der Oberfläche des Artikels erzielt.
  • Wird eine besonders gute elektrische Isolation durch die Beschichtung angestrebt, so kann eine mit metallischen Partikeln gefüllte Haftschicht unterhalb der Unterschicht vorgesehen werden. Die Unterschicht ist dann frei von metallischen Partikeln und weist eine zur Herstellung der gewünschten elektrischen Durchschlagsfestigkeit geeignete beziehungsweise ausreichende Dicke auf. Für eine Unterschicht, die frei von metallischen Partikeln ist und nur mit dielektrischen anorganischen Füllstoffen gefüllt ist, wird beispielsweise eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von zehn kV bereits mit einer Dicke von zirka 100 μm erreicht.
  • Die Haftvermittlerschicht kann außerdem ein Polymer umfassen, welches ausgewählt ist aus der Familie der Polyaryletherketone PAEK, PEK, PEEK und Mischungen davon, wobei dieses Polymer in der Haftvermittlerschicht einen Gewichtsanteil von 80 bis 100 Prozent ausmachen kann. Der auf 100 Prozent fehlende Anteil ist dann mit geeigneten anorganischen Füllstoffen aufgefüllt.
  • Weiterhin ist es möglich, die genannten und andere anorganische Füllstoffe in beliebiger Modifikation einzusetzen. Möglich sind beispielsweise mineralische Füllstoffe in amorpher oder polykristalliner Form sowie kristalline und polykristalline Faserstoffe. Auch keramische Nanopartikel, Fasern und plättchenförmige Partikel sind geeignet. Geeignet sind auch Glasfasern, Karbonfasern, Diamant, Ruß und Graphit sowie natürliche Mineralien wie z.B. Bariumsulfat oder beispielsweise auch in plättchenförmiger Modifikation vorliegende Mineralien wie beispielsweise Glimmer. Weiter geeignet sind Silikate, Quarz, Kieselerde, Glas und andere Materialien und keramische Partikel oder Zeolith.
  • Über die anorganischen Füllstoffe kann z.B. die thermische Leitfähigkeit der Beschichtung eingestellt werden. Eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit wird beispielsweise mit metallischen Füllstoffen erreicht.
  • Im Wesentlichen sind die Füllstoffe jedoch so ausgewählt, dass die Härte der Unterschicht und damit der gesamten Beschichtung zu erhöht wird. Weitere Eigenschaften, die mit den anorganischen Füllstoffen bevorzugt verbessert werden können, sind die elektrische Isolation, beziehungsweise die elektrische Durchschlagsfestigkeit und die chemische Beständigkeit, also die Resistenz gegenüber insbesondere aggressiven Chemikalien.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen Unterschicht und Deckschicht zumindest eine weitere Zwischenschicht vorgesehen, mit der eine weitere Eigenschaft in die Beschichtung eingebracht werden kann. Möglich ist es beispielsweise, die Zwischenschicht über einen geeigneten Füllstoff mit einer besonders hohen Härte zu versehen. Möglich ist es auch, z.B. über eine hohe Masse in der Beschichtung eine besonders gute Dämpfung von Schwingungen und insbesondere eine gute Geräuschdämmung zu erzielen. Während die Unterschicht für die gute Haftung auf der Oberfläche des Artikels und die elektrische Isolation sorgen kann, kann die Zwischenschicht unabhängig davon für einen anderen Zweck optimiert werden.
  • Für die Zusammensetzung einer solchen Zwischenschicht gilt genauso wie für die Unterschicht, dass Füllstoffe bis zu einem maximalen Volumenfüllgrad enthalten sein können, der z.B. etwa 80 Prozent betragen kann. Ein optimaler Füllstoffgehalt kann aber darunter liegen und z.B. bis etwa 50% betragen. Der Rest der Schicht kann überwiegend aus den genannten Hochleistungsthermoplasten bestehen, beispielsweise zu mehr als 50%. In der thermoplastischen Kunststoffzusammensetzung sind auch mehr als 80% oder mehr als 90 oder gar 100 Gewichtsprozent Anteil der genannten Hochleistungsthermoplasten, und insbesondere der genannten Polyaryletherketone, PEK, PEEK und LCP oder Mischungen davon möglich. Der Rest der Zwischenschicht kann aus anderen temperaturstabilen Thermoplasten bestehen. In geringen Anteilen können darüber hinaus in der Zwischenschicht an sich bekannte und für Thermoplaste übliche Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten sein. Die Dicke der Zwischenschicht kann je nach gewünschten Eigenschaften bis ca. 500 μm betragen. Jedoch sind auch höhere Schichtdicken möglich.
  • Für die gewünschte Gesamtfunktion der Beschichtung ist bereits eine Dicke der Unterschicht von 5 bis 10 μm ausreichend. Wird die Beschichtung beispielsweise in einem Kochgeschirr oder einer Pfanne eingesetzt, so ist eine Schichtdicke der Unterschicht von zirka 10 bis 30 μm, für eine qualitätsmäßig weiterverbesserte Beschichtung von 40 μm ausreichend. Mit solchen Unterschichten wird die Haftung und die Haltbarkeit der gesamten Beschichtung gegenüber dem Stand der Technik erhöht. Beispielsweise ist sie gegenüber. einer bekannten Beschichtung mit einer Unterschicht aus plasmagespritzter Keramik deutlich verbessert.
  • Insgesamt ist die zu wählende Schichtdicke der Unterschicht abhängig von der angestrebten Qualität der Gesamtbeschichtung. Eine höhere Schichtdicke verbessert auch die gewünschte Eigenschaft, die mit der Schicht eingebracht wird, insbesondere die chemische Beständigkeit und die elektrische Isolation. Andererseits erhöht eine unnötig hohe Schichtdicke natür lich die Kosten der Beschichtung, sodass eine für die gewünschte Qualität der Beschichtung ausreichende minimale Schichtdicke angestrebt wird.
  • Die Deckschicht dagegen erfüllt ab einer Schichtdicke von zirka 10 bis 30 μm den gewünschten Antihafteffekt, der die Beschichtung insbesondere für den Einsatz als Kochgeschirr geeignet macht. Weitere Verstärkungen der Dicke der Deckschicht bringen bezüglich der Schichteigenschaften meist nur wenig Verbesserungen, sodass keine höhere Schichtdicke erforderlich ist. Eine höhere Schichtdicke kann aber bei starker Beanspruchung der Beschichtung einem hohen Grundverschleiß oder Abrieb entgegenwirken. Für die Haftvermittlerschicht liegt eine typische Schichtdicke im Bereich von 5 bis 15 μm, was ausreichend ist. Möglich sind jedoch auch Schichtdicken ab 3 μm, oder höhere Schichtdicken.
  • Die thermoplastischen Fluorpolymere in der Deckschicht und den gegebenenfalls vorhandenen zumindest einen Zwischenschicht sind ausgewählt aus Perfluoralkoxycopolymer (PFA), Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylencopolymer (FEP) oder Mischungen dieser Fluorpolymere. Gut geeignet und für die Herstellung dickerer Schichten, die fluorhaltige thermoplastische Polymere enthalten bevorzugt, ist PFA, da es die beste Fließfähigkeit und damit die Herstellung äußert homogener und glatter Oberflächen ermöglicht.
  • Die Fluorpolymere sind thermoplastisch verarbeitbar, weich, chemikalienbeständig und besitzen nur geringe Adhäsionskräfte zu polaren und unpolaren Oberflächen. Dementsprechend ist auch die Reibung auf Oberflächen dieser Fluorpolymere vermindert. Sie sind außerdem hydrophob und temperaturbeständig und können daher beispielsweise dauerhaft bei Temperaturen von 260 bis zirka 300 Grad Celsius eingesetzt werden. Auch kurzfristige Überschreitungen dieser maximalen Einsatztemperatur übersteht die Beschichtung unbeschadet.
  • Durch den relativ geringen Gehalt der Deckschicht an diesen Fluorpolymeren kann außerdem ein hoher Anteil an Hochleistungsthermoplasten enthalten sein, die beispielsweise den auf 100 Gewichtsprozent fehlenden Anteil der Deckschicht ausmachen können. So werden Härte und Temperaturbeständigkeit auch an der Oberfläche der Beschichtung verbessert. Auch können Füllstoffe in der Deckschicht enthalten sein.
  • Damit sind die vorgeschlagenen Beschichtungen vorteilhaft zur Beschichtung von Kochgeschirren, Küchengeräten und anderen Oberflächen geeignet, die mit Wasser, Fetten oder Chemikalien in Kontakt treten können.
  • Vorteilhaften Einsatz finden solche Beschichtungen auch auf Werkzeugen, mit denen klebrige und pastöse Massen verarbeitet und bearbeitet werden. Die Beschichtung kann auf Oberflächen von mechanisch und thermisch wenig belasteten Gießformen aufgebracht werden und ermöglicht ein leichteres Entformen. Mit der guten Antihaftwirkung der Oberfläche der Deckschicht verbunden ist eine niedrige Reibung, sodass die Beschichtung auch zur Herabsetzung der Reibungskräfte, also als Gleitschicht eingesetzt werden kann, was durch die verbesserte Härte der Beschichtung nun erstmals ermöglicht wird. Ein möglicher Einsatz der Beschichtung ergibt sich daher auch für mechanisch weniger stark belastete Lager oder allgemein an Grenzflächen, die gegeneinander reiben. Vorteilhaft ist der Einsatz der Beschichtung auch an solchen reibenden Grenzflächen, die chemisch aggressiven, heißen oder klebrigen Materialien und Flüssigkeiten ausgesetzt sind.
  • Thermoplastische Polymere, die sich insbesondere für die Unterschicht, die Haftschicht oder die Zwischenschicht in einem Anteil bis zirka 10 Gewichtsprozent den Hochleistungsthermoplasten zumischen lassen, ohne die Eigenschaften gegenüber ausschließlich verwendeten Hochleistungsthermoplasten wesentlich zu vermindern, können ausgewählt sein aus Polysulfon (PSU), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylethersulfon (PPSU), Polyethersulfon (PES) oder Polyaryletherketon (PAEK). Auch geringe Anteile an fluorhaltigen Polymeren sind möglich. Insbesondere können die fluorhaltigen Polymeren bei der Herstellung der Beschichtung verfahrensbedingt in tiefere Schichten unterhalb der Deckschicht gelangen, ohne dass dadurch die Eigenschaften der Beschichtung unzulässig verschlechtert würden.
  • Im folgenden wird ein Artikel mit der Beschichtung und seine Herstellung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazugehörigen Figuren dienen allein dem besseren Verständnis und sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • 1 zeigt die einfachste Ausführungsform im schematischen Querschnitt,
  • 2 zeigt eine Ausführungsform mit Haftvermittlerschicht,
  • 3 zeigt eine Ausführungsform mit Zwischenschicht,
  • 4 zeigt verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung einer Beschichtung für den Artikel,
  • 5 zeigt eine Verfahrensvariante bei der Herstellung des Artikels anhand verschiedener Verfahrensstufen.
  • 1 zeigt die einfachste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtung. Auf der Oberfläche eines Substrat SU, welches den Artikel oder einen oberflächlichen Bereich davon darstellt, sind eine Unterschicht US und darüber eine Deckschicht DS angeordnet. Das Material des Substrats SU ist beliebig, vorzugsweise aber aus Glas, Keramik oder Metall. Die Höhe hDS der Deckschicht beträgt beispielsweise zwanzig bis 30 μm. Die Dicke hUS der Unterschicht US beträgt mindestens 5 μm. Vorzugsweise wird die Schichtdicke der Unterschicht aber an das Erreichen einer damit verbundenen bestimmten Eigenschaft beziehungsweise eines Eigenschaftsprofil angepasst und gegebenenfalls entsprechend verstärkt.
  • Die Oberfläche der Beschichtung BS, bestehend hier aus der Deckschicht und der Unterschicht, ist glatt und porenfrei. Die Feinstruktur der Einzelschichten ist homogen.
  • 2 zeigt eine weitere Ausführungsform für eine Antihaftbeschichtung, bei der unterhalb der Unterschicht US direkt auf der Oberfläche des Substrats SU eine Haftvermittlerschicht HS angeordnet ist. Diese weist beispielsweise eine Dicke von fünf bis zwanzig μm auf und ist mit Metallpartikeln, vorzugsweise Zink- oder Aluminiumpartikeln bis zu einem maximalen Volumenfüllgrad von 50 Prozent gefüllt. Der darüber aufgebrachte Aufbau aus Unterschicht US und Deckschicht DS kann wie im Ausführungsbeispiel nach 1 ausgebildet werden. Die Beschichtung BS umfasst hier drei unterschiedliche Schichten.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der zwischen Unterschicht US und Deckschicht DS eine Zwischenschicht ZS vorgesehen ist. Diese besteht neben den genannten anorganischen Füllstoffen außerdem noch aus einem thermoplastischen Hochleistungspolymer, welches rein oder in Mischung unterschiedlicher Hochleistungspolymere eingesetzt werden kann.
  • Über die Zwischenschicht ZS wird mit Hilfe eines entsprechend ausgewählten Füllstoffes eine gewünschte Eigenschaft in der Beschichtung BS erzeugt, beispielsweise eine besondere Härte oder eine Wärmeformbeständigkeit. Auch die Geräuschdämpfung der Beschichtung kann über eine geeignete Zwischenschicht eingestellt und verbessert werden. Die Zwischenschicht ZS ist z.B. mit einem besonders harten Füllstoff gefüllt und weist eine Dicke bis beispielsweise 500 μm auf.
  • Auch in diesem Fall kann zwischen Unterschicht US und Substratoberfläche SU noch eine Haftvermittlerschicht HS (in der Figur nicht dargestellt) vorgesehen werden.
  • 4 zeigt anhand mehrerer schematischer Querschnitte das Substrat und die darauf aufgebrachten Schichten während unterschiedlicher Verfahrensstufen bei der Herstellung der Beschichtung.
  • Zunächst wird die für die Beschichtung vorgesehene Oberfläche des Substrat SU, welches wiederum den Artikel oder einen Oberflächenbereich davon darstellen kann, zumindest gereinigt, vorzugsweise jedoch auch vorbehandelt. Die in 4A in Form von Pfeilen dargestellte Vorbehandlung kann eine mechanische oder chemische Aufrauung umfassen, beispielsweise Sandstrahlen oder Behandlung mit Säuren oder Laugen. Über die vorbehandelte Oberfläche können zusätzliche Bindungsstellen zur besseren Haftung der darauf aufzubringen Schichten erzeugt werden.
  • Auf diese vorbehandelte und gegebenenfalls aufgeraute Oberfläche wird nun eine beschichtungsfähige Mischung aufgebracht, die in die gewünschte Schicht überführt werden kann. Ausgangspunkt für jede beschichtungsfähige Mischung ist ein feines Pulver des oder der Thermoplasten, die für die jeweilige Schicht vorgesehen sind. Die Pulver sind fein, homogen und mit einer Korngrößenverteilung, die möglichst eng gewählt wird. Die durchschnittliche Größe der Partikel, zum Beispiel der D50-Wert, wird entsprechend der gewünschten Schichtdicke der zu erzeugenden Schicht gewählt. Dabei gilt, dass der D50-Wert der Partikelgröße maximal dem doppelten der zu erzeugenden Schichtdicke der fertigen Schicht entsprechen darf. Das heißt, mit einer Pulvermischung mit einem D50 von beispielsweise 20 μm können Schichtdicken der fertigen Schicht ab 10 μm erzeugt werden.
  • Zum Erzeugen feiner Pulvermischungen von thermoplastischen Partikeln ist beispielsweise kryogenes Mahlen der Partikel und eine entsprechende Korngrößensortierung geeignet.
  • Auch die für die jeweilige Schicht vorgesehenen Füllstoffe werden möglichst fein vermahlen und korngrößensortiert dem thermoplastischen Pulver zugesetzt und das ganze homogen vermischt.
  • Eine beschichtungsfähige Mischung kann aus dem Pulver allein bestehen, welches dafür gegebenenfalls noch zusätzlich getrocknet wird. Für ein weiteres Beschichtungsverfahren wird aus dem homogenen Pulver eine Dispersion hergestellt, was durch Zugabe von Lösungsmittel, vorzugsweise auf wässriger Basis und gegebenenfalls Dispersionshilfsmitteln erfolgen kann.
  • Das Aufbringen der beschichtungsfähigen Mischung kann dann entsprechend durch Pulverschichtung oder durch Dispersionsbeschichtung erfolgen. Für die Pulverbeschichtung wird die Pulvermischung auf das Substrat SU aufgesprüht oder aufgestreut. Die Haftung der Partikel auf der Oberfläche des Substrats kann elektrostatisch unterstützt werden, indem die Pulvermischung vor oder während des Beschichtungsvorgangs elektrisch aufgeladen und das Substrat entsprechend geerdet wird.
  • Möglich ist es auch, die Oberfläche des Substrats soweit aufzuheizen, dass die thermoplastischen Bestandteile der Pulver beim Auftreffen auf die Oberfläche erweichen und verkleben, sodass zumindest eine Vorverfestigung eintritt.
  • Die Dispersion kann ebenfalls aufgesprüht werden. Möglich ist es auch, den Artikel in eine Dispersion einzutauchen, oder die Dispersion aufzudrucken, aufzustempeln, aufzuwalzen oder aufzustreichen. Je nach Beschaffenheit des Artikels kann auch ein Spin-On-Verfahren geeignet sein.
  • Ein auch hier einsetzbares Verfahren zur Beschichtung thermisch empfindlicher Artikel oder Artikeloberflächen ist thermisches Spritzen, bei dem die thermoplastischen Partikel der beschichtungsfähigen Pulvermischung aufgeschmolzen und feinverteilt auf die kältere oder gar gekühlte Oberfläche aufgesprüht oder -gespritzt werden.
  • Das anderenfalls mit einer für die Unterschicht vorgesehenen Pulverschicht PSU versehene Substrat SU ist in 4B dar gestellt. Im nächsten Schritt wird die gegebenenfalls vorverfestigte Pulverschicht in die fertige verdichtete Schicht überführt, indem der Artikel in einen Ofen eingebracht und dort auf eine Temperatur gebracht wird, welche oberhalb des Schmelzpunktes des am höchsten schmelzenden in der Pulvermischung enthaltenen Thermoplasten liegt. Vorzugsweise wird dazu im Ofen ein Temperaturprogramm gefahren, um eine möglichst optimale Verdichtung und damit einen homogenen und stabilen Aufbau der Schicht zu gewährleisten.
  • Möglich ist es auch, einen Tunnelofen zu verwenden, welcher unterschiedliche Temperaturzonen aufweist. Das Temperaturprogramm kann dann gefahren werden, indem der Artikel durch den Tunnelofen bewegt wird und in den einzelnen Temperaturregionen für die dem Temperaturprogramm entsprechende vorgegebene Zeit verweilt.
  • 4c zeigt den Artikel beziehungsweise das Substrat SU mit einer vollständig verdichteten Unterschicht US.
  • Auf die Unterschicht wird im nächsten Schritt nun eine für die Deckschicht vorgesehene Pulverschicht PSD in analoger Weise aufgebracht. Die Zusammensetzung der beschichtungsfähigen Mischung wird entsprechend der angegebenen Zusammensetzung für die Deckschicht ausgewählt. 4d zeigt den Artikel mit der Pulverschicht für die Deckschicht PSD.
  • In einem letzten abschließenden Schritt wird nun die Pulverschicht PSD für die Deckschicht verdichtet, was analog für die Verdichtung der Unterschicht US erfolgen kann. In Abhängigkeit von der veränderten Zusammensetzung der Deckschicht kann dazu ein anderes Temperaturprogramm eingesetzt werden, welches an den veränderten Verdichtungsprozess der Deckschicht angepasst ist.
  • 5 zeigt eine Verfahrensvariante, bei der die Verdichtung aller aufgebrachten Pulverschichten gemeinsam in einem abschließenden Schritt erfolgt. 5a zeigt ein Substrat SU, welches mit zwei übereinander aufgebrachten Pulverschichten PSU und PSD für die Unterschicht beziehungsweise Deckschicht versehen ist. Zumindest die Pulverschicht PSU für die Unterschicht kann dabei vorverdichtet sein, was die Aufbringung der Pulverschicht PSD für die Deckschicht erleichtert. 5a zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.
  • Durch Anwenden eines geeigneten Temperaturprogramms auf den aus zwei oder mehr Pulverschichten bestehenden Schichtaufbau werden die Pulverschichten gemeinsam verdichtet und der in 5b dargestellte Artikel mit einer fertigen Beschichtung, bestehend aus Unterschicht US und Deckschicht DS erhalten.
  • Für gewünschte Beschichtungen mit mehr als zwei Schichten wird das Verfahren entsprechend angepasst.
  • Die erfindungsgemäße Beschichtung kann auf sämtliche Oberflächen eines Artikels aufgebracht werden. Möglich ist es jedoch auch, einzelne Oberflächenbereiche von der Beschichtung auszunehmen oder die Beschichtung nur in einem begrenzten Bereich der Artikeloberfläche durchzuführen. Dazu können Beschichtungsmasken verwendet werden, die auf den Artikel aufgelegt oder in Form von wieder ablösbaren Schichten aufgebracht werden. Vorzugsweise werden die Beschichtungsmasken vor dem endgültigen Verdichtungsschritt entfernt.
  • Die Erfindung wurde in den Ausführungsbeispielen nur exemplarisch dargestellt, ist daher nicht auf diese beschränkt und kann im Rahmen der Ansprüche noch entsprechend abgewandelt werden.
    •
    • SU
    Substrat
    US
    Unterschicht
    DS
    Deckschicht
    BS
    Beschichtung
    HS
    Haftschicht
    ZS
    Zwischenschicht
    PSU
    Pulverschicht für US
    PSD
    Pulverschicht für DS

Claims (23)

  1. Artikel mit einer Beschichtung auf seiner Oberfläche, bei dem die Beschichtung (BS) zumindest aufweist eine Deckschicht (DS) als oberste Schicht und darunter eine Unterschicht (US), wobei die Unterschicht eine Schichtdicke von zumindest 5 μm aufweist und einen oder mehrere Hochleistungsthermoplaste umfasst wobei die Deckschicht eine Schichtdicke von zumindest 5 μm aufweist und einen oder mehrere Hochleistungsthermoplaste und, bezogen auf die Zusammensetzung der Deckschicht, 20–30% thermoplastische organische Fluorpolymere umfasst wobei die Hochleistungsthermoplaste in Unter- und Deckschicht (US, DS) ausgewählt sind aus Polyaryletherketonen, LCP, PEK, PEEK, PPS und Mischungen derselben.
  2. Artikel nach Anspruch 1, wobei in der Unterschicht (US) PEEK in einem Anteil von weniger als 50% enthalten ist.
  3. Artikel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem in der Unterschicht (US) metallische Partikel enthalten sind.
  4. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in der Unterschicht (US) partikelförmige anorganische Füllstoffe enthalten sind, die ausgewählt sind aus Silikat, Quarz, Kieselerde, Glas und mineralischen und keramischen Partikeln.
  5. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die anorganischen Füllstoffe in der Unterschicht (US) Nanopartikel, Fasern oder plättchenförmige Partikel sind.
  6. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die anorganischen Füllstoffe in der Unterschicht (US) bis zu einem Volumenfüllgrad von maximal 50% enthalten sind.
  7. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zwischen Unterschicht (US) und Deckschicht (DS) eine oder mehrere Zwischenschichten (ZS) angeordnet sind, umfassend ein thermoplastisches Hochleistungspolymer, ausgewählt aus Polyaryletherketonen, PEK, PEEK, LCP, PPS und Mischungen davon und einen anorganischen Füllstoff zum Erzielen einer von der Unterschicht unterschiedlichen Schichteigenschaft.
  8. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem zwischen der Oberfläche des Artikels und der Unterschicht (US) eine Haftvermittlerschicht (HS) angeordnet ist, die metallische Partikel enthält.
  9. Artikel nach Anspruch 8, bei dem die Haftvermittlerschicht (HS) eine Dicke von 5–20 μm aufweist.
  10. Artikel nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem Haftvermittlerschicht (HS) passivierte Partikel unedler Metalle wie Zn oder Al Partikel enthält.
  11. Artikel nach einem der Ansprüche 9 bis 10, bei dem die Haftvermittlerschicht (HS) neben einem thermoplastischen Polymer, ausgewählt aus Polyaryletherketonen, PEK, PEEK, LCP, PPS und Mischungen davon 40–90 Gewichts-% metallische Partikel enthält.
  12. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die thermoplastischen Fluorpolymere ausgewählt sind aus PFA, PTFE, Hexafluorpropylen und Mischungen oder Copolymeren derselben.
  13. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Dicke der Deckschicht (DS) 5–30 μm beträgt.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf der Oberfläche eines Artikels gemäß Anspruch 1, – bei dem die Bestandteile für eine Deckschicht (DS) und eine Unterschicht (US) in Form kleinteiliger Partikel bereit gestellt werden, – bei dem eine beschichtungsfähige homogene Mischung aus einem oder mehreren Hochleistungsthermoplasten, mit der Maßgabe, dass darin weniger als 50% PEEK enthalten sind, und anorganische Füllstoffe für die Unterschicht zubereitet wird, – bei dem eine beschichtungsfähige homogen Mischung aus einem oder mehreren Hochleistungsthermoplasten und, bezogen auf die Deckschicht, 20–30% thermoplastischen organischen Fluorpolymeren für die Deckschicht zubereitet wird, – bei dem auf die Oberfläche des Artikels eine Pulverschicht (PSU) der beschichtungsfähigen Mischung für die Unterschicht aufgebracht wird, – bei dem darüber eine Schicht (PSU) der beschichtungsfähigen Mischung für die Deckschicht (DS) aufgebracht wird, – wobei der Artikel einzeln nach jeder Schichtaufbringung oder später für mehrere Schichten gemeinsam in einem Ofen auf eine Temperatur gebracht wird, die über dem Schmelzpunkt des höchstschmelzenden Thermoplasten liegt, wobei die jeweilige Pulverschicht verfestigt oder in den jeweils gewünschten verdichteten Endzustand überführt wird – wobei die Hochleistungsthermoplaste in Unter- und Deckschicht (US, DS) ausgewählt sind aus Polyaryletherketonen, LCP, PEK, PEEK, PPS und Mischungen derselben.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die beschichtungsfähigen Mischungen zur Schichtaufbringung für eine elektrostatisch unterstützte Pulverbeschichtung oder ein Dispersionsverfahren hergerichtet werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die beschichtungsfähigen Mischungen zur Schichtaufbringung als Dispersionen aufgesprüht werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die beschichtungsfähigen Mischungen zur Schichtaufbringung als Pulver auf die vorgeheizte Oberfläche des Artikels aufgesprüht oder aufgestreut werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem für die Herstellung einer Schichtgegebenes Schichtdicke die Schritte Aufbringen der beschichtungsfähigen Mischung und Trocknen oder Verfestigen der primär erzeugten Pulverschicht (PSU, PSO) mehrfach hintereinander durchgeführt werden.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei man den beschichteten Artikel im Ofen einem Temperaturprogramm mit einem für jede Teilschicht vorgegebenen Temperaturprogramm aussetzt.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Artikel einen Ofen mit unterschiedlichen Temperaturzonen durchläuft.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem zumindest eine weitere beschichtungsfähige Mischung für eine oder mehrere Zwischenschichten (ZS) hergestellt wird, indem in der für die Unterschicht (US) vorgesehenen Mischung eine oder mehrere Komponenten ganz oder teilweise durch Komponenten der Deckschicht ersetzt werden, bei dem nach dem Aufbringen der Unterschicht die eine oder mehrere Zwischenschichten in analoger Weise vor dem Aufbringen der Deckschicht aufgebracht werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem die Oberfläche des Artikels vor der ersten Beschichtung mechanisch oder chemisch vorbehandelt wird.
  23. Verwendung eines Artikels nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Küchengerät und insbesondere als Kochgeschirr oder Pfanne.
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