DE102014011060B4

DE102014011060B4 - Beschichtete Metallfolie

Info

Publication number: DE102014011060B4
Application number: DE102014011060.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Stecher
Original assignee: ACS Coating Systems GmbH
Current assignee: ACS Coating Systems GmbH
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: DE102014011060A1

Abstract

Beschichtete Metallfolie, die als Folienkern eine Metallfolie aus beidseitig mit Aluminium oder Kupfer beschichtetem ferromagnetischen Stahl mit einer Dicke von höchstens 0,4 mm aufweist, wobei die Metallfolie wenigstens auf einer Seite mit einer Kunststoffbeschichtung versehen ist, deren Temperaturbeständigkeit mehr als 200°C beträgt, wobei die Kunststoffbeschichtung auf jeder Seite mindestens zwei Schichten aus PAEK (PEEK, PEK, PEKEKK, PEKK) und/oder PTFE aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine beschichtete Metallfolie, wie sie in Anspruch 1 beschrieben ist, als Antihaft-, Gleit- und/oder Dichtfolie, wie sie beispielsweise in der Kunststoffindustrie bei der Extrusion von Kunststoffen oder beim Kleben oder Schweißen von Kunststoff und anderen Materialien benötigt wird. Flüssiger Kunststoff neigt häufig sehr intensiv zum Anhaften an Substratmaterialien, so dass eine gute Antihaftwirkung der beteiligten Maschinenoberflächen wie beispielsweise sogenannten Schweißspiegeln unerlässlich ist. Für Klebstoffe gilt dies selbstverständlich in besonderem Maße.
Die Verwendung von Kunststofffolien, beispielsweise bestehend aus PTFE („Teflonfolien“), hat den Nachteil, dass derartige Folien häufig nicht ausreichend temperaturbeständig sind und/oder keine ausreichende Verschleißbeständigkeit besitzen. Insbesondere reicht auch die Festigkeit bei Temperaturen oberhalb von ca. 180°C nicht aus. Aus PEEK hergestellte Folien sind zwar sehr fest und auch verschleißfest, besitzen aber keine ausreichende Antihaftwirkung. Ausreichende Antihaftwirkung besteht in den meisten Anwendungen erst dann, wenn die Oberflächenenergie kleiner ist als 30 oder 20 mN/m.
Daneben sind Glasgewebe bekannt, die mit Harz und PTFE imprägniert werden. Auch hier besteht das Problem mangelnder Temperatur- und Verschleißfestigkeit. Bei höheren Einsatztemperaturen schmilzt das Bindeharz oder baut thermisch ab, und auch die PTFE-Schicht wird weich. Außerdem werden bei fortschreitendem Verschleiß oder Anschmelzen an der Oberfläche Fasern freigelegt, die keine nennenswerten Antihaftwirkungen aufweisen und auch den weiteren Verschleiß erheblich beschleunigen. Durch einen Anstieg der Reibungswärme kommt es in derartigen Fällen zu weiteren Temperaturerhöhungen, durch die das PTFE fließfähig werden kann.
Aus der EP 0 048 315 B1 ist eine Metallfolie bekannt, die mit einem hochtemperaturbeständigen Polyimidfilm beschichtet ist.
Aus der DE 10 2012 205 606 A1 ist eine Metallfolie beschrieben, die mit einer PTFE-Gleitschicht überzogen ist.
JP H09-109327 A offenbart eine mit Keramik beschichtete Metallfolie.
Aus US 2003/0049485 A1 ist das Sandstrahlen einer beschichteten Folie vor Aufbringen einer Beschichtung bekannt.
DE 10 2009 052 398 A1 offenbart Beschichtungen für ein Substrat mit einer Grundschicht und einer Deckschicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine beschichtete Metallfolie als Antihaft-, Gleit- und/oder Dichtfolie bereitzustellen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit, gute Antihafteigenschaften, hohe Verschleißbeständigkeit und eine Temperaturbeständigkeit von mindestens 200°C aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine beschichtete Metallfolie nach Anspruch 1 gelöst. Aufgrund der geringen Dicke der Metallfolie sind gute Wärmeleiteigenschaften vorhanden, und die Folie kann sich außerdem gut auch an gekrümmte Unterlagen anpassen, beispielsweise an Schweißspiegel oder Heizplatten bzw. Heizbacken.
Bevorzugt weist die Metallfolie eine Dicke von höchstens 0,3 mm, 0,2 mm, 0,1 mm oder 0,05 mm auf.
Es kann vorgesehen sein, dass die Metallfolie vor dem Aufbringen der Kunststoffbeschichtung wenigstens auf einer Seite oberflächenbehandelt, insbesondere gestrahlt ist.
Die Kunststoffbeschichtung kann eine Dicke von 0,01 mm bis 0,1 mm aufweisen, insbesondere 0,025 mm bis 0,075 mm oder 0,035 mm bis 0,05 mm.
Die Kunststoffbeschichtung der Metallfolie kann eine Schicht oder mehrere aufeinander angeordnete Schichten umfassen. In vielen Fällen benötigt die Beschichtung sowohl gute Gleiteigenschaften, sehr gute Antihafteigenschaften und soll geringen Verschleiß aufweisen. Dazu benötigt sie eine besonders gute Haftung bei gleichzeitiger Flexibilität, da der Untergrund, die Metallfolie, ebenfalls flexibel und anpassungsfähig sein muss. Die Haftung der Beschichtung auf der Metallfolie muss auch bei starken Temperaturschwankungen ausreichend sein, ohne dass die Beschichtung sich löst oder abplatzt. Alle genannten Eigenschaften lassen sich gut mit mehrschichtigen Beschichtungen realisieren. Versuche mit 2-schichtigen bis zu 5-schichtigen Beschichtungen haben dabei sehr gute Ergebnisse gezeigt. Ausreichend gute Ergebnisse wurden bevorzugt mit 2 - 3 Schichten erzielt, welche je nach Beschichtungstyp ein- oder mehrfach eingebrannt worden sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Antihaftbeschichtung eine auf die Metallfolie aufgebrachte, insbesondere von Fluorpolymeren freie Grundschicht aufweist, die eine Bindematrix, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silikonharz, Titanat, Zirkonat und Mischungen derselben, umfasst, wobei die Bindematrix einen Anteil von 0,5 % bis 20%, bezogen auf das Gewicht der Grundschicht, eines thermoplastischen Kunststoffs enthält. Die Temperaturbeständigkeit des thermoplastischen Kunststoffs liegt bei über 200°C.
In einer anderen Ausführungsform besteht die Grundschicht im Wesentlichen aus Hochleistungskunststoffen, die eine für die Anwendung ausreichende Temperaturbeständigkeit besitzen und ein gutes Haftungsvermögen gegenüber Metallen ausweisen. Diese Kunststoffe können untereinander gemischt sein und zusätzlich mit mineralischen oder anorganischen Stoffen sowie Fasern gefüllt sein. Dabei sollte die Grundschicht möglichst weniger als 20 % oder besser gar keine Fluorpolymere enthalten, da diese für die Haftung von Nachteil sind.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass auf der Grundschicht direkt oder nach mindestens einer zusätzlichen Zwischenschicht eine Deckschicht angeordnet ist, die eine Bindematrix mit einem kleineren Zusatz eines thermoplastischen Kunststoffs als die Grundschicht enthält und insbesondere frei von Fluorpolymeren ist. Auch hier liegt die Temperaturbeständigkeit des eingesetzten thermoplastischen Kunststoffs oberhalb 200°C bzw. sogar oberhalb von 300°C, kurzfristig bis 400 oder sogar 450°C.
In einer anderen Ausführungsform kann die Oberfläche Fluorpolymere enthalten, wobei die Konzentration des Flourpolymeranteils von der Substratoberfläche (der Metallfolie) zur freien Oberfläche zunimmt, insbesondere sogar kontinuierlich zunimmt. Bei dieser Ausführungsform kann eine Dauertemperaturbeständigkeit von 260°C erreicht werden. Eigene Versuche haben gezeigt, dass diese Beschichtungsausführung auch Temperaturen bis zu 300°C dauerhaft aushält und kurzfristig bis zu 350°C belastet werden kann.
Versuche haben gezeigt, dass Metallbleche mit einer Dicke von maximal 0,3 mm sehr günstig sind. Besonders gut erscheint die Verwendung von insgesamt 0,2 mm dickem Blech, bestehend aus einem Stahlblech, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, das auf beiden Außenseiten mit Aluminium beschichtet ist. Damit ist einerseits eine gute Reißfestigkeit und andererseits eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit mit ausreichendem Korrosionsschutz gegeben.
Zur Erzielung einer optimalen Wärmeleitfähigkeit wird die Kunststoffbeschichtung nur auf einer Seite aufgebracht, damit auf der anderen Seite optimale Wärmeleiteigenschaften beste- hen. Bedarfsweise ist auch eine beidseitige Kunststoffbeschichtung möglich.
Bevorzugte Beschichtungen sind solche aus Hochleistungskunststoffen bzw. Harzen, ggf. unter Einbau von Fluorpolymeren, die eine Dauertemperaturbeständigkeit von mehr als 200°C, 220°C, 240°C oder 260°C aufweisen, kurzfristig auch höher. Bevorzugte Polymere sind dabei PAEK (PEEK, PEK, PEKEKK, PEKK und so weiter), . Zusätzlich kommt das Fluorpolymer PTFE in Frage, sofern es die geforderte Temperaturbeständigkeit aufweist.
Versuche haben überraschend gezeigt, dass an sich weiche Fluorpolymere wie oder PFA PTFE auch eine hervorragende Verschleißbeständigkeit aufweisen können, sofern sie nicht zu dick und mit sehr guter Haftung auf einem metallischen Trägermaterial aufgetragen sind.
Besonders gut geeignet als Ausgangsmaterial ist ein beidseitig aluminiertes Stahlblech mit einer Gesamtdicke von 0,2 mm.
Die Kunststoffbeschichtung hat je nach Anforderung eine Dicke von 0,01 bis 0,1 mm, bevorzugt 0,025 bis 0,075 mm Schichtdicke oder zwischen 0,035 und 0,045mm Schichtdicke. Die Beschichtung kann beidseitig oder einseitig ausgeführt sein, wobei einseitig die bevorzugte Variante ist.
Als erfindungsgemässe Polymerbeschichtung eignen sich Beschichtungen mit PAEK und PTFE.
Schichtdicken zwischen 0,015 und 0,08mm. Dickere Schichten beeinflussen die Flexibilität negativ.
Bei Verwendung von lebensmittelgeeigneten Beschichtungen sind Anwendungen der erfindungsgemäßen beschichteten Metallfolie im Koch- und Backbereich sowie der Lebensmittelherstellung ebenfalls vorteilhaft.
Ferner sind Anwendungen als Gleitelemente sinnvoll, wobei die Folie auch so aufgespannt bzw. eingebaut sein kann, dass besonders beanspruchte Zonen im Bezug auf die Druckbelastung durch elastisches Nachgeben örtlich entlastet sind und so die Normallast an so besonders beanspruchten Stellen reduziert wird.
Neben der Antihaft- und Gleitanwendung sind zum Beispiel auch Dichtungsanwendungen möglich und sinnvoll, wobei dann ev. Löcher und Aussparungen gestanzt oder gelasert werden müssen.

Claims

Beschichtete Metallfolie, die als Folienkern eine Metallfolie aus beidseitig mit Aluminium oder Kupfer beschichtetem ferromagnetischen Stahl mit einer Dicke von höchstens 0,4 mm aufweist, wobei die Metallfolie wenigstens auf einer Seite mit einer Kunststoffbeschichtung versehen ist, deren Temperaturbeständigkeit mehr als 200°C beträgt, wobei die Kunststoffbeschichtung auf jeder Seite mindestens zwei Schichten aus PAEK (PEEK, PEK, PEKEKK, PEKK) und/oder PTFE aufweist.
Beschichtete Metallfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie eine Dicke von höchstens 0,3 mm, 0,2 mm, 0,1 mm oder 0,05 mm aufweist.
Beschichtete Metallfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie vor dem Aufbringen der Kunststoffbeschichtung wenigstens auf einer Seite oberflächenbehandelt, insbesondere gestrahlt, ist.
Beschichtete Metallfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbeschichtung eine Dicke von 0,01 bis 0,1 mm aufweist, insbesondere 0,025 bis 0,075 mm oder 0,035 bis 0,05 mm.
Beschichtete Metallfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbeschichtung eine auf die Metallfolie aufgebrachte, insbesondere von Fluorpolymeren freie, Grundschicht aufweist, die eine Bindematrix, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silikonharz, Titanat, Zirkonat und Mischungen davon, umfasst, wobei die Bindematrix einen Anteil von 0,5 % bis 20%, bezogen auf das Gewicht der Grundschicht, eines thermoplastischen Kunststoffs enthält, dessen Temperaturbeständigkeit bei über 200°C liegt oder eine Bindematrix aus Hochleistungskunststoffen enthält, die im Wesentlichen frei von Fluorpolymeren sein kann.
Beschichtete Metallfolie nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Deckschicht auf der Grundschicht, die eine Bindematrix mit einem kleineren Anteil eines thermoplastischen Kunststoffs als die Grundschicht enthält und insbesondere frei von Fluorpolymeren ist, wobei die Temperaturbeständigkeit der eingesetzten thermoplastischen Kunststoffe bei über 200°C liegt.
Beschichtete Metallfolie nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Deckschicht, die Fluorpolymere in einer größeren Konzentration als die Grundschicht enthält.
Beschichtete Metallfolie nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbeschichtung auf einer freien Oberfläche eine Oberflächenenergie von weniger als 30 oder 20 mN/m aufweist.