DE102014004430A1 - Self-adhesive plastic for the insulation of metal surfaces - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Beschichtung einer Metalloberfläche mit einem Kunststoff und Komponente mit einer mit einem Kunststoff beschichteten Metalloberfläche, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Komponente mit einer Metalloberfläche; Bereitstellen eines Kunststoffs mit wenigstens einer funktionellen Gruppe aus einer Säureverbindung und/oder Silanverbindung, wodurch ein selbsthaftender Kunststoff hergestellt wird; Spritzgießen oder Extrudieren des selbsthaftenden Kunststoffs auf die Komponente, sodass dieser direkt auf die Metalloberfläche beaufschlagt wird und so die Metalloberfläche wenigstens teilweise beschichtet.A method of coating a metal surface with a plastic and a component having a plastic surface coated with a plastic, the method comprising: providing a component with a metal surface; Providing a plastic having at least one functional group of an acid compound and / or silane compound, thereby producing a pressure-sensitive plastic; Injection molding or extruding the self-adhesive plastic on the component, so that it is applied directly to the metal surface and so at least partially coated the metal surface.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Metalloberfläche mit einem Kunststoff und eine Komponente mit einer mit einem Kunststoff beschichteten Metalloberfläche.The invention relates to a method for coating a metal surface with a plastic and a component having a metal surface coated with a plastic.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Bei der Beschichtung oder Ummantelung von Metallprofilen mit einem Kunststoff ist zur stofflichen Verbindung der beiden Materialien ein Haftvermittler üblich, wie es beispielsweise in der
Im Rahmen der zunehmenden Gewichtsreduzierung finden beim Fahrzeugbau Aluminiumkomponenten Verwendung, auch bei Bestandteilen der Stromversorgung. Für die Übergangsstellen zu den Verbrauchern werden in der Regel Kupferkomponenten verwendet. Aufgrund der unterschiedlichen Potentiale in der elektrochemischen Spannungsreihe findet eine Korrosion zwischen Kupfer und Aluminium bei Anwesenheit von Feuchtigkeit und Sauerstoff statt. Um die Korrosion zu unterbinden, muss der Übergangsbereich zwischen den Materialien hermetisch abgedichtet sein. Insbesondere soll die Funktionalität des Übergangsbereichs über die Fahrzeuglebensdauer garantiert werden. Aufgrund der niedrigen Materialkosten, der geringen Verarbeitungstemperatur und der geringen Prozesszeit bieten sich zur Isolation, d. h. zur Ummantelung der stromführenden Metallkomponenten, Polypropylen bzw. allgemein Polyolefine sowie Copolymere oder Blends aus dieser Kunststoffgruppe an.When coating or coating of metal profiles with a plastic, a bonding agent is common for material connection of the two materials, as for example in the
In the context of the increasing weight reduction, aluminum components are used in vehicle construction, even with components of the power supply. For the interfaces with consumers, copper components are usually used. Due to the different potentials in the electrochemical series, corrosion between copper and aluminum takes place in the presence of moisture and oxygen. To prevent corrosion, the transition area between the materials must be hermetically sealed. In particular, the functionality of the transition region over the vehicle life is to be guaranteed. Due to the low material costs, the low processing temperature and the low process time are offered for isolation, ie for sheathing the current-carrying metal components, polypropylene or generally polyolefins and copolymers or blends of this plastic group.
Bei der oben angesprochenen Materialverbindung zwischen unterschiedlichen Metallen (etwa Kupfer und Aluminium), sind herstellungsbedingt oft Freiräume, Spalte oder andere Öffnungen vorhanden, in die Luft eindringen und Wasserablagerungen erfolgen können. Ferner kann durch Kapillarwirkungseffekte eine Feuchtigkeitsanreicherung stattfinden. Diese führt zur elektrochemischen Korrosion der Metalle.In the above-mentioned material connection between different metals (such as copper and aluminum), manufacturing free often spaces, gaps or other openings are present, penetrate into the air and water deposits can occur. Furthermore, moisture accumulation may occur by capillary action effects. This leads to electrochemical corrosion of the metals.
Aus diesem Grund ist eine optimale Haftung zwischen Metallkomponente und aufgebrachtem Kunststoff wünschenswert. Hierfür wurde im Stand der Technik ein Haftvermittler oder Primer auf die zu beschichtende oder zu ummantelnde Metalloberfläche aufgebracht, etwa per Sprüh- oder Walzauftrag, Lackierung, Bedruckung usw. Dadurch haftet zwar der Kunststoff gut an den Abschnitten des Metalls, an denen ein Kleberauftrag erfolgt ist, allerdings ist eine Spaltgängigkeit, d. h. das Vermögen des Kunststoffs Spalte, kapillare Freiräume oder nicht haftvermittelte Bereiche zu füllen und darin mit dem Metall eine feste Verbindung einzugehen, stark reduziert. Eine Anhaftung des Kunststoffs im Spalt und damit ein abgedichteter, ausgefüllter Freiraum kann so nur sehr schwer erzielt werden. Insbesondere kann durch diese nicht anhaftende Kunststoffmasse wiederum ein Kapillarraum geschaffen werden, in den Feuchtigkeit eindringen kann (Delaminationseffekt). Liegt dieser Bereich im Taupunkt eines Bauteils oder eines Fahrzeugs wird nach längerer Zeit Feuchtigkeit abgelagert, was nach Jahren zu Feldausfällen führen kann.For this reason, optimum adhesion between the metal component and the applied plastic is desirable. For this purpose, in the prior art, an adhesion promoter or primer was applied to the metal surface to be coated or coated, for example by spraying or rolling, painting, printing, etc. As a result, the plastic adheres well to the portions of the metal on which an adhesive has been applied However, a fissure, d. H. The ability of the plastic column to fill capillary clearances or non-adhesive areas and to enter into a firm bond with the metal, greatly reduced. An adhesion of the plastic in the gap and thus a sealed, filled space can be achieved very difficult. In particular, this capillary space can again be created by this non-adhesive plastic mass, can penetrate into the moisture (delamination effect). If this area lies in the dew point of a component or vehicle, moisture will be deposited after a long period of time, which can lead to field failures after years.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Beschichtung einer Metalloberfläche mit einem Kunststoff sowie eine Komponente mit einer mit einem Kunststoff beschichteten Metalloberfläche bereitzustellen, womit sich die Lebensdauer der beschichteten Komponente erhöhen lässt, insbesondere wenn diese einen Verbindungsbereich aus verschiedenen Metallen, Spalte, Schnittkanten und/oder andere Öffnungen aufweist.It is an object of the invention to provide a method for coating a metal surface with a plastic and a component having a plastic surface coated with a plastic, whereby the life of the coated component can be increased, especially if they have a connection area of different metals, gaps, cut edges and / or has other openings.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und mit einer Komponente gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden allgemeinen Beschreibung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.The object is achieved with a method according to claim 1 and with a component according to claim 8. Advantageous developments follow from the subclaims, the following general description of the invention and the description of preferred embodiments.
Wenn im Folgenden von einer Beschichtung oder Ummantelung einer Metalloberfläche die Rede ist, dann bedeutet dies nicht, dass die gesamte Metalloberfläche oder die gesamte die Metalloberfläche tragende Komponente – etwa ein Flachleiter, eine Kontaktfahne oder ein Kontaktstecker – vollständig beschichtet oder ummantelt sein müssen. Es kommt vielmehr darauf an, dass der Kunststoff wenigstens teilweise direkt auf die Metalloberfläche aufgebracht wird, d. h. ohne Zwischenschicht aus einem Haftvermittler (auch als „Primer” oder einfach „Kleber” bezeichnet). Die Metalloberfläche und der Kunststoff gehen insofern wenigstens partiell direkt eine stoffschlüssige Verbindung ein. Erzielt wird dies dadurch, dass der Kunststoff mit wenigstens einer funktionellen Gruppe aus einer Säureverbindung und/oder Silanverbindung versehen wird, wodurch ein selbsthaftender Kunststoff hergestellt wird.Whenever a coating or casing of a metal surface is mentioned below, this does not mean that the entire metal surface or the entire component carrying the metal surface, such as a flat conductor, a contact lug or a contact plug, must be completely coated or sheathed. Rather, it is important that the plastic is at least partially applied directly to the metal surface, d. H. without an intermediate layer of an adhesion promoter (also referred to as "primer" or simply "adhesive"). The metal surface and the plastic go so far at least partially directly a cohesive connection. This is achieved in that the plastic is provided with at least one functional group of an acid compound and / or silane compound, whereby a self-adhesive plastic is produced.
Es kann somit auf einen Auftrag eines Haftvermittlers auf die Metalloberfläche verzichtet werden, was nicht nur den Beschichtungsprozess, also konkret den Spritzgießprozess oder Extrusionsprozess, vereinfacht, sondern zudem eine Reihe von weiteren vorteilhaften Wirkungen nach sich zieht: Anstelle einer Primerung der Metalloberfläche mit Maskierung, eines zusätzlichen, kostenintensiven Materials, einer Vorwärmung, dem eigentlichen Beschichtungsprozess und der Prozess-Infrastruktur (beispielsweise mit Ablüftungsanlage usw.) kann in einem Prozess (Spritzguss, Extrusion) eine Isolation und Abdichtung der Metalloberfläche erzielt werden. Daraus folgt eine Zeitersparnis und Kostenersparnis aufgrund des geringeren Prozessaufwands. Darüber hinaus lassen sich Freiräume, Spalte, Öffnungen und dergleichen ohne Kavitätenbildung und mit ausgezeichneter Haltbarkeit herstellen, da diese einfach im Spritzgussverfahren oder in der Extrusion ausgefüllt werden. Ein Ablösen des Kunststoffs findet aufgrund der selbsthaftenden Eigenschaften nicht statt.It can thus be dispensed with an order of a bonding agent on the metal surface, which not only simplifies the coating process, ie specifically the injection molding or extrusion process, but also entails a number of other beneficial effects: Instead of a priming of the metal surface with masking, one additional, costly Materials, a preheating, the actual coating process and the process infrastructure (for example, with ventilation system, etc.) can be achieved in a process (injection molding, extrusion) insulation and sealing of the metal surface. This results in a time saving and cost savings due to the lower process cost. In addition, free spaces, gaps, openings and the like can be produced without cavity formation and with excellent durability, since they are easily filled by injection molding or extrusion. A detachment of the plastic does not take place due to the self-adhesive properties.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die zu beschichtende Komponente ein erstes und ein davon verschiedenes zweites Metall auf, die miteinander verbunden sind. Die beiden Metallkomponenten können beispielsweise als walzplattiertes Bimetall oder als überlappend aufeinander verschweißte Metallplättchen ausgeführt sein. Im Automobilbereich kommen hier insbesondere Kupfer bzw. Kupferlegierungen und Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen zum Einsatz. Die Beschichtung oder Ummantelung mit dem selbsthaftenden Kunststoff schließt den Verbindungsbereich der beiden Metalle ein. „Einschließen” ist hier selbstverständlich nicht als rundum, hermetisch abgeschlossene Einfassung zu verstehen, sondern so, dass der Übergangsbereich oder Kontaktbereich der beiden Metallkomponenten mit dem selbsthaftenden Kunststoff beschichtet ist. Durch den Spritzguss oder die Extrusion wird nun sichergestellt, dass der selbsthaftende Kunststoff vollständig in Ecken, Kanten, Flächen, Hohlräume, Spalte, Öffnungen, die im Verbindungsbereich der beiden Metalle vorliegen können, eindringt, diese ausfüllt und abdichtet, isoliert und verbindet. Damit wird sichergestellt, dass keine Luft und keine Feuchtigkeit an die sensiblen Bereiche der Metallübergänge heran tritt, sodass eine Korrosion vermieden oder zumindest auf ein Minimum reduziert wird.According to a particularly preferred embodiment, the component to be coated has a first and a different second metal, which are interconnected. The two metal components can be designed, for example, as a roll-plated bimetal or as overlapping metal wafers welded together. In the automotive sector, in particular copper or copper alloys and aluminum or aluminum alloys are used here. The coating or sheathing with the self-adhering plastic includes the bonding region of the two metals. "Enclosing" is of course not to be understood here as an all-round, hermetically sealed enclosure, but in such a way that the transition area or contact area of the two metal components is coated with the self-adhesive plastic. Through injection molding or extrusion, it is now ensured that the self-adhesive plastic completely penetrates into corners, edges, surfaces, cavities, gaps, openings that may be present in the joining region of the two metals, fills and seals them, insulates them and connects them. This ensures that no air or moisture can reach the sensitive areas of the metal transitions, thus preventing or at least minimizing corrosion.
In einer Ausführungsform weist die zu beschichtende Komponente ein erstes und ein davon verschiedenes zweites Metall auf, die voneinander getrennt sind. Eine Verbindung der beiden Komponenten wird dabei mit dem selbsthaftenden Kunststoff erzeugt.In one embodiment, the component to be coated has a first and a different second metal, which are separated from each other. A compound of the two components is generated with the self-adhesive plastic.
Das oben dargelegte Verfahren findet insbesondere bei der Ummantelung von Flachleitern mit seitlichen Abgängen Anwendung. Der Flachleiter kann dann aus dem ersten Metall, z. B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, und die seitlichen Abgänge können aus dem zweiten Metall, z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, bestehen. Hier können all die seitlichen Abgänge, die etwa durch Kontaktfahnen realisiert werden, auf einfache und doch äußerst zuverlässige Weise abgedichtet und isoliert werden. Selbstverständlich ist die Anwendung des hier dargestellten Konzepts weitergehend, wobei Kontaktstecker, mehrschichtige Flachleiter, sogenannte B+Leitungen und andere stromführende Metallkomponenten genannt seien. Insbesondere eine Verbindung aus Metallen mit unterschiedlichen elektrochemischen Spannungspotentialen kann so effektiv gegen Korrosion geschützt werden.The method described above is used in particular for the sheathing of flat conductors with lateral outlets. The lead can then be made of the first metal, for. As aluminum or an aluminum alloy, and the lateral outlets may be made of the second metal, for. B. of copper or a copper alloy exist. Here, all the lateral outlets, which are realized for example by tabs, sealed in a simple yet extremely reliable way and isolated. Of course, the application of the concept presented here is more extensive, with contact plugs, multilayer flat conductors, so-called B + leads and other current-carrying metal components being mentioned. In particular, a compound of metals with different electrochemical potentials can be effectively protected against corrosion.
Eine Verbesserung der Oberflächenanhaftung des selbsthaftenden Kunststoffes auf der Metalloberfläche kann durch eine Anodisierung (z. B. 'Flash-Anodisierung') zumindest eines Teils der Metalloberfläche erreicht werden.An improvement in the surface adhesion of the pressure-sensitive plastic on the metal surface can be achieved by an anodization (eg 'flash anodization') of at least part of the metal surface.
Weiterhin kann zumindest ein Teil der Metalloberfläche vollständig oder teilweise verzinnt, vernickelt, versilbert, vergoldet oder verchromt ausgeführt sein.Furthermore, at least part of the metal surface can be completely or partially tin-plated, nickel-plated, silver-plated, gold-plated or chrome-plated.
Vorzugsweise finden als selbsthaftende Kunststoffe Polypropylen- oder Polyethylen-Copolymere mit eingebauten funktionellen Gruppen aus Säureverbindungen oder Silanverbindungen Anwendung. Als geeignete Säureverbindung hat sich hier Maleinsäure-Anhydrid herausgestellt. Auch der Einsatz eines thermoplastischen Elastomers, von Polyvinylchlorid (PVC), von Styrolpolymerisaten oder Blends mit Styrolpolymeren, eines Polyamids (PA) oder eines Polyamid-Blends sowie Silikon ist möglich.Polypropylene or polyethylene copolymers with incorporated functional groups of acid compounds or silane compounds are preferably used as self-adhesive plastics. As a suitable acid compound here maleic anhydride has been found. It is also possible to use a thermoplastic elastomer, polyvinyl chloride (PVC), styrene polymers or blends with styrene polymers, a polyamide (PA) or a polyamide blend and silicone.
Durch Anwendung eines üblichen Prozessdrucks beim Spritzguss (incl. Nachdruck) oder der Extrusion, wird eine ausgezeichnete Haftfähigkeit erzielt. Bevorzugt liegt die Schmelzetemperatur des Kunststoffs beim Spritzguss oder der Extrusion im üblichen Bereich. Durch eine Polymermodifikation der Molmasse bzw. Molekülkettenlänge oder durch Additive kann die Viskosität, d. h. die Spaltgängigkeit des selbsthaftenden Kunststoffs noch gesteigert werden. Eine Vorwärmung der mit der Kunststoffmasse zu verbindenden Metalle zwischen 120°C bis 220°C ist für eine optimale, chemische Verbindung im Spritzgießprozess oder der Extrusion bevorzugt.By applying a common process pressure during injection molding (including reprinting) or extrusion, excellent adhesion is achieved. Preferably, the melt temperature of the plastic during injection molding or extrusion is within the usual range. By a polymer modification of the molecular weight or molecule chain length or by additives, the viscosity, d. H. the splitting of the self-adhesive plastic can be increased. A preheating of the metals to be joined with the plastic mass between 120 ° C to 220 ° C is preferred for an optimal, chemical compound in the injection molding or extrusion.
Die vorliegende Erfindung ist ganz besonders zur Beschichtung bzw. Ummantelung von stromführenden Komponenten im Automobilbau geeignet. Denn gerade im Automobilbau, bei der herrschenden Konkurrenz, kommt es auf ausgesprochen effiziente Herstellungsverfahren an, bei dennoch ausgezeichneter Qualität und Haltbarkeit. Die hier dargestellte Beschichtungstechnik ist im Hinblick auf diese Ziele geeignet, da sich eine Erhöhung der Lebensdauer der beschichteten Komponenten bei vereinfachter Herstellung erzielen lässt. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung auch in anderen Bereichen umsetzbar und nützlich. Beispielhaft seien genannt: der Transportbereich allgemein, d. h. zusätzlich zum Automobilbereich, Luftfahrt, Raumfahrt, Schifffahrt, Schienenverkehr; Maschinenbau, Möbelbau, Elektrik- und Elektronikbereich, insbesondere Unterhaltungselektronik, Medizintechnik, Gebäudetechnik, der Hochbau- bzw. Trockenbaubereich und der Tief- und Straßenbaubereich. Darüber hinaus sind weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.The present invention is particularly suitable for coating or sheathing current-carrying components in the automotive industry. Because especially in the automotive industry, in the ruling competition, it depends on extremely efficient manufacturing process, yet excellent quality and durability. The coating technique shown here is suitable in view of these objectives, since an increase in the life of the coated components can be achieved with simplified production. Nonetheless, the invention is also feasible and useful in other areas. Examples include: the transport area in general, ie in addition to Automotive, aerospace, aerospace, shipping, rail transport; Mechanical engineering, furniture construction, electrical and electronics, in particular consumer electronics, medical technology, building technology, the structural engineering and dry construction sector and the civil engineering and road construction sector. In addition, other advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments. The features described therein may be implemented alone or in combination with one or more of the above-mentioned features insofar as the features are not contradictory. The following description of the preferred embodiments will be made with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Die
Die hier dargestellten Profilhauptkörper
Die oben angesprochene Befestigungsfunktion als mögliche Ausführungsform der Abgänge ist in der
Aus der
In allen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen
In der
Die
In den
Die Profile der
Die
Die
Die
Die folgenden Kunststoffe zum Beispiel sind für die beschriebenen Ausführungsformen geeignet:
- – Selbsthaftende Polyolefine, besonders selbsthaftendes Polypropylen und Polyethylen; Ethylen/Ethylacrylat-Copolymere;
- – Maleinsäureanhydrid gepfropftes EPM oder EPDM (Ethylen/Propylen/Dien-Copolymere); Ethylen/Buten-Copolymer;
- – Thermoplastische Elastomere (TPE), d. h. Blends wie z. B. TPE-V Thermoplast/Elastomerblends vernetzt (PTV) oder TPE-O Thermoplast/Elastomerblends unvernetzt (TPO) bzw. Copolymere wie z. B. TPE-U thermoplastische Polyurethane (TPU), TPE-E thermoplastische Copolyester (TPC), TPE-A Polyether-Blockamide (TPA) oder TPE-S Styrol-Blockcopolymere (TPS); die polar bzw. Metall-anhaftend sind; eine Oberflächenaktivierung über Plasmabehandlung kann von Vorteil sein;
- – Polyvinylchlorid (PVC) als ein polares Polymermaterial; so können beispielsweise Drähte, Profile usw. mit PVC im Extrusionsprozess ummantelt werden;
- – Styrolpolymerisate, wie etwa Polystyrol (PS), deren Homopolymere und Copolymere, Acrylnitril/Butadien/Styrolpfropfpolymere (ABS), Styrol/Acrylnitrilcopolymere (SAN), Styrol/Butadien/Styrol-Blockpolymere (SBS) können ebenfalls mit einem Haftvermittler, wie z. B. MAH (Maleinsäure Anhydrid) gepfropft werden;
- – Polyamide (PA) und deren Copolymerisate oder Blends (Mischungen);
- – Silikone, insbesondere LSR-Varianten (Liquid Silicone Resins).
- - Self-adhesive polyolefins, especially self-adhesive polypropylene and polyethylene; Ethylene / ethyl acrylate copolymers;
- Maleic anhydride grafted EPM or EPDM (ethylene / propylene / diene copolymers); Ethylene / butene copolymer;
- - Thermoplastic elastomers (TPE), ie blends such. B. TPE-V thermoplastic / elastomer blends crosslinked (PTV) or TPE-O thermoplastic / elastomer blends uncrosslinked (TPO) or copolymers such. TPE-U thermoplastic polyurethanes (TPU), TPE-E thermoplastic copolyesters (TPC), TPE-A polyether block amides (TPA) or TPE-S styrene block copolymers (TPS); which are polar or metal-adherent; surface activation via plasma treatment may be beneficial;
- Polyvinyl chloride (PVC) as a polar polymeric material; For example, wires, profiles, etc. can be encased with PVC in the extrusion process;
- Styrene polymers, such as polystyrene (PS), their homopolymers and copolymers, acrylonitrile / butadiene / styrene graft polymers (ABS), styrene / acrylonitrile copolymers (SAN), styrene / butadiene / styrene block polymers (SBS) can also be treated with a coupling agent, e.g. B. MAH (maleic anhydride) are grafted;
- - polyamides (PA) and their copolymers or blends (mixtures);
- - Silicones, in particular LSR variants (Liquid Silicone Resins).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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