DE102009052086A1 - Verbundbauteil aus einem Metallbauteil und einem Kunststoff und Herstellungsverfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verbundbauteil und ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus einem Metallbauteil (M) und einem Kunststoff bereit. Dabei wird eine stoffschlüssige Verbundhaftung zwischen der Metallbauteil-Oberfläche (MO) und dem Kunststoff geschaffen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Vorbehandelns von zumindest einer Teilfläche einer Oberfläche des Metallbauteils (MO), umfassend Passivieren von zumindest der Teilfläche der Metallbauteil-Oberfläche (MO) und Aufbringen einer Haftvermittlerschicht (H) auf zumindest dem Flächenteil, an dem die stoffschlüssige Verbundhaftung hergestellt werden soll. Der Haftvermittler enthält wenigstens eine Substanz aus der Gruppe umfassend Polyurethan und Isocyanat. Das Aufbringen erfolgt mittels eines Verfahrens aus der Gruppe umfassend Sprüh-, Druck-, Streich- oder Wischverfahren. Das Vorbehandeln wird vom Anspritzen einer Polyamidschicht (P) auf die vorbehandelte Metallbauteil-Oberfläche (MO) gefolgt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren zur Fertigung eines Verbundbauteils aus einem Metallbauteil und einem Kunststoff, wobei eine stoffschlüssige Verbundhaftung zwischen der Metallbauteil-Oberfläche und dem Kunststoff geschaffen wird, und das Verbundbauteil selbst.
- Aufgrund ihres geringen Eigengewichts spielen Bauteile aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium, eine große Rolle im Fahrzeugbau. Metalle, abgesehen von den Edelmetallen, neigen jedoch zur Bildung von Oxid- und/oder Hydroxidschichten an ihrer Oberfläche. Die Schichten variierender Dicke bilden Poren aus, in die sich Flüssigkeiten, respektive Wasser einlagern kann. Verbunden mit dieser Oberflächenhydratisierung ergibt sich eine schlechte Anbindung bzw. Haftung von Kunststoffen, die auf diese Bauteile zu Schaffung von Verbundstrukturteilen aufgebracht werden sollen. Gerade bei den vorteilhaft leichten Bauteilen aus Aluminium können Belastungen zu unvorhersehbaren Ablöseerscheinungen der zweiten Verbundkomponente oder zu Brüchen innerhalb dieser Oxid- und/oder Hydroxidschicht führen.
- Darüber hinaus führt die vorgenannte Oberflächenstruktur dazu, dass sich diese Werkstoffe auch schlecht verkleben lassen, da die poröse Oberfläche schlecht mit dem Klebstoff vollständig benetzt werden kann, was häufig zum vorzeitigen Versagen einer Verklebung dieser Bauteile führt.
- Diese Problematik wird auch in der
DE 10 2004 033 728 A1 adressiert, die ein Verfahren zum Bearbeiten und Verkleben von Werkstücken aus einem Metall oder einer Metall-Legierung mit einer hydratisierten Oxid- und/oder Hydroxidschicht beschreibt. Die Werkstoffoberfläche wird dort durch Reinigungs-, Aktivierungs- und Beschichtungsprozesse so behandelt, dass die Verbindung von zwei Werkstücken, davon zumindest eines aus Metall, verbessert wird. - Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, ein vereinfachtes, verbessertes Herstellungsverfahren zur Herstellung eines qualitativ verbesserten Verbundbauteils aus einem Metallbauteil und aus Polyamid zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst; ein entsprechend verbessertes Verbundbauteil wird durch das Verbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bereitgestellt.
- Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
- Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines Verbundbauteils aus einem Metallbauteil und einem Kunststoff, das eine stoffschlüssige Verbundhaftung zwischen der Metallbauteil-Oberfläche und dem Kunststoff bereitstellt, sieht zunächst das Vorbehandeln der Metalloberfläche oder zumindest das Vorbehandeln des Teils der Oberfläche des Metallbauteils vor, das mit Kunststoff beschichtet werden soll. Dabei wird diese Fläche zunächst passiviert, ehe eine Haftvermittlerschicht auf dem Flächenteil, an dem die stoffschlüssige Verbundhaftung hergestellt werden soll, aufgetragen wird.
- Dabei kann natürlich die ganze Oberfläche des Werkstückes behandelt werden, es ist aber auch angedacht, lediglich Teile der Fläche, abhängig von der vorgesehenen Kunststoffschicht, zu bearbeiten. Der Haftvermittler ist quasi ein Klebestoff; er umfasst Polyurethan oder Isocyanat oder beides. Ein besonders geeignetes Verfahren zur Auftragung des Haftvermittlers besteht neben den bekannten Sprüh-, Streich- oder Wischverfahren aus einem Druck- insbesondere einem Piezodruckverfahren, das die Realisierung einer sehr präzise abgegrenzten Haftvermittlerbeschichtung ermöglicht. Nach dem Auftragen des Haftvermittlers kann das Anspritzen einer Polyamidschicht auf die vorbehandelte Metallbauteiloberfläche erfolgen, was ohne die Haftvermittlerbeschichtung nur mit unzulänglicher Qualität gelingt.
- Eine besonders geeignete Haftvermittlerschicht hat eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 bis 100 μm, bevorzugt 20 bis 90 μm, am stärksten bevorzugt von 60 bis 80 μm.
- Damit können einfache Metallbauteile wie Blechbauteile mit Polyamid beschichtet werden, aber auch komplexere Verbundwerkstoffe lassen sich in einem erfindungsgemäßen kombinierten Herstellungsverfahren schaffen, das neben den vorgenannten Schritten noch das Innenhochdruckumformen des Metallbauteils umfasst. Ob die Behandlung der Metallbauteil-Oberfläche dabei vor oder nach dem Innenhochdruckumformen erfolgt, weiß der Fachmann zu entscheiden.
- Der Vorgang des Oberflächenpassivierens kann das Reinigen, Dekapieren und Passivieren, insbesondere auch ein Beizpassivieren, umfassen, wobei das Reinigen mit bekannten Reinigungsmitteln wie Ridoline 34® und Ridosol 1561®, beide erhältlich bei Henkel AG & Co. KGaA, Düsseldorf, Deutschland, ausgeführt werden kann. Für die Dekapierung ist Deoxidizer 4902®, ebenfalls erhältlich über Henkel AG & Co. KGaA, Düsseldorf, Deutschland, besonders geeignet, und die Passivierung kann mittels Alodine 2040®, Alodine 400®, Alodine 160/1617®, oder Alodine 1485®, sämtliche erhältlich über Henkel AG & Co. KGaA, Düsseldorf, Deutschland, erreicht werden. Selbstverständlich sind andere Reinigungs-, Dekapierungs- und Passivierungsmittel mit Zusammensetzungen ähnlich den Vorgenannten ebenfalls denkbar.
- Die Passivierung bewirkt, dass an Stelle der hydratisierten Oxidschicht auf der Oberfläche der Metallbauteile eine korrosionsfeste Oxidschicht, insbesondere mit Titan- und Nickeleinlagerungen ausgebildet wird. Die Schritte Reinigen, Dekapieren und Passivieren verlangen verschiedene Spül- und Trocknungsvorgänge und erfordern spezifische Trocknungszeiten.
- Geeignete Metallbauteile für den Leichtbau gerade im Automobilbereich können daher aus Aluminiumblech, Aluminium-Druckguss oder aus Aluminium-Strangprofilen sein, sie lassen sich erfindungsgemäß mit einem Kunststoff zu einem leichten und stabilen Verbundwerkstoff verbinden, wobei eine stoffschlüssige Verbundhaftung zwischen der Metallbauteil-Oberfläche und dem Kunststoff, hier dem Polyamid geschaffen wird, wenn die offenbarte Haftvermittlerschicht zwischen zumindest dem Flächenteil, an dem die stoffschlüssige Verbundhaftung bestehen soll, und der Polyamidschicht (P) aufgetragen wird. Der Haftvermittler, mit oder ohne Rußpartikel, etwa Terostat 8522®, ebenfalls erhältlich über Henkel AG & Co. KGaA, Düsseldorf, Deutschland, enthält dabei wenigstens eine Substanz aus der Gruppe umfassend Polyurethan und Isocyanat; er wird gleichmäßig auf die Metallbauteil-Oberfläche, beziehungsweise auf zumindest einen Teil der Metallbauteil-Oberfläche aufgebracht, was mittels der genannten Sprüh-, Druck-, insbesondere Piezodruck-, Pinsel- oder Wischverfahren geschieht.
- Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
- Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
- Dabei zeigt:
-
1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil, hier ein Querträger, -
2 ein Schema des Schichtaufbaus der Verbundbauteile. -
1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil, hier einen Querträger. Das Metallbauteil M, hier ein Aluminiumrohr, wurde durch Innenhochdruckumformung geformt. Auf diesem Metallbauteil M ist eine Haftvermittler- oder Klebstoffschicht H zu erkennen. Dieser Haftvermittler H wird direkt nach einem ersten Teil der Vorbehandlung der Metallbauteile M durch Reinigen, Dekapieren und Passivieren auf zumindest einen Teil der Metallbauteil-Oberfläche MO aufgebracht. Auf diese Verbindungsschicht H ist durch Anspritzen eine Polyamidschicht P aufgebracht worden. - Der erfindungsgemäße Schichtaufbau ist in
2 verdeutlicht; er ermöglicht die Herstellbarkeit von leichten, kostengünstigen und hochfesten stoffschlüssig verbundenen Metallkunststoffbauteilen. Dabei wird die Oberfläche des Metallbauteils M, das ein Aluminiumblech, ein Druckgussteil aus Aluminium oder ein Strangpressprofil sein kann, durch Reinigen, Dekapieren und Passivieren vorbereitet. Es entsteht, etwa durch Beizpassivierung, eine Reaktionsschicht RS, die eine korrosionsfeste Oxidschicht mit Titan- und Nickeleinlagerungen umfasst. Auf diese Oxid- oder Reaktionsschicht RS wird der Haftvermittler H aufgebracht, bei dem es sich um einen Klebstoff auf Polyurethan-Isocyanat-Basis handelt. - In der Grenzschicht GS, die dabei entsteht, kommt es zu einer Wechselwirkung mit der Reaktionsschicht RS, die durch die Passivierung geschaffen wurde. Diese Wechselwirkung schafft den stoffschlüssigen, qualitativ hochwertigen Verbund zu der nun zuoberst auftragenen Kunststoff-respektive Polyamidschicht. Als Polyamidverbindung kommt auch Durethan® in Frage. Das Polyamid kann auf einfache mittels Spritzgusstechnik angespritzt werden. Dieser vorteilhafte Schichtaufbau bewirkt eine hochbelastbare Verbindung zwischen Metall und Kunststoff.
- Durch das Auftragen nur eines Haftvermittlers mit den Eigenschaften des vorgenannten Haftvermittlers, der nicht den Einsatz eines üblichen Haftvermittlers und eines zusätzlichen Klebstoffs oder eines Haftvermittlers, der noch durch beispielsweise UV-Licht aktiviert werden muss, erfordert, ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren einfacher durchzuführen. Ferner ermöglicht es erstmals die Verbindung von Metallbauteilen, insbesondere Aluminiumbauteilen, mit Polyamidkunststoffen mit einer qualitativ hochwertigen stoffschlüssigen Verbindung.
- Die erfindungsgemäßen Verbund- oder Hybridbauteile aus Metall und Kunststoff sind daher sehr gut für den Fahrzeugbau geeignet. Ihr geringes Gewicht und die hochfeste stoffschlüssige Verbindung machen sie sehr belastbar bei einer hohen Eigenfrequenzfestigkeit, so dass sie den hohen Anforderungen in Bezug auf NVH (Noise, Vibration and Harshness) genügen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004033728 A1 [0004]
Claims (8)
- Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus einem Metallbauteil (M) und einem Kunststoff, wobei eine stoffschlüssige Verbundhaftung zwischen der Metallbauteil-Oberfläche (MO) und dem Kunststoff bereitgestellt wird, umfassend die Schritte: – Vorbehandeln von zumindest einer Teilfläche einer Oberfläche des Metallbauteils (MO), umfassend Passivieren zumindest der Teilfläche der Metallbauteil-Oberfläche (MO) und Aufbringen einer Haftvermittlerschicht (H) auf zumindest dem Flächenteil, an dem die stoffschlüssige Verbundhaftung hergestellt werden soll, wobei der Haftvermittler wenigstens eine Substanz aus der Gruppe umfassend Polyurethan und Isocyanat enthält und wobei das Aufbringen mittels eines Verfahrens aus der Gruppe umfassend Sprüh-, Druck-, Streich- oder Wischverfahren erfolgt, und – Anspritzen einer Polyamidschicht (P) auf die vorbehandelte Metallbauteil-Oberfläche (MO).
- Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Herstellungsverfahren ein kombiniertes Herstellungsverfahren zur Herstellung des Verbundbauteils ist, umfassend den Schritt – Innenhochdruckumformen des Metallbauteils (M).
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringverfahren des Haftvermittlers (H) ein Piezodruckverfahren ist.
- Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Passivieren der Metallbauteil-Oberfläche (MO) ein Reinigen, Dekapieren und Passivieren, insbesondere ein Beizpassivieren, umfasst.
- Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (H) eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 bis 100 μm, bevorzugt 20 bis 90 μm, am stärksten bevorzugt von 60 bis 80 μm aufweist.
- Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (M) ein Leichtbauteil aus einem Aluminiumblech, einem Aluminium-Druckguss oder ein Aluminium-Strangprofil ist.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierung auf der Metallbauteil-Oberfläche (MO) eine korrosionsfeste Oxidschicht mit Titan- und Nickeleinlagerungen ausbildet.
- Verbundbauteil aus einem Metallbauteil und einem Kunststoff, wobei eine stoffschlüssige Verbundhaftung zwischen der Metallbauteil-Oberfläche (MO) und dem Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyamid (P) ist und dass eine Haftvermittlerschicht (H) zwischen zumindest dem Flächenteil, an dem die stoffschlüssige Verbundhaftung besteht, und der Polyamidschicht (P) vorliegt, wobei der Haftvermittler wenigstens eine Substanz aus der Gruppe umfassend Polyurethan und Isocyanat enthält.
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|---|---|---|---|---|
| CN112356382A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-12 | 东莞铭丽塑胶有限公司 | 一种五金塑胶一体件的制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| DE102004033728A1 (de) | 2004-07-13 | 2006-02-09 | Plasmatreat Gmbh | Verfahren zum Bearbeiten und Verkleben von Werkstücken aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit einer hydratisierten Oxid- und/oder Hydroxidschicht |
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