DE1627736A1

DE1627736A1 - Verfahren zur Herstellung duenner Metallschichtstoffe

Info

Publication number: DE1627736A1
Application number: DE19671627736
Authority: DE
Inventors: Behr Raymond Douglas; Rieke James Kirk; Mcintire Otis Ray
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1966-10-13
Filing date: 1967-10-11
Publication date: 1971-02-04
Also published as: NL6713516A; FR1551057A; ES345841A1; BE705026A; NO124818B; CH486991A; GB1191108A; SE322335B

Description

Patentanvälti Difl.-Ino. R Wbickmann, Dm« Inc. A. Wi ic km an ν

DIH..-ING. H. VlICEMANN, DiPL-PhYS. D*. K. FlNCKI DlPL.-lNG. F. A.VlICKMANN

I MONCHIN 27, DEN Case 12 138-? MOHLST11ASSI 22, llUFNUMMIft 4l)f 21/22

TEE DOV/ CHEMICAL COMPAlY, Midland, Michigan /V. St. A.

Verfahren zur Herstellung dünner Metallschichtstoffe

Die Erfindung betrifft ein Verfähreat" zur Herstellung von Schicht et offen aus dünnen Metall schichten, welche durch eine thermoplastische Klebstoffschicht miteinander verbunden sind, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung dünner lletallschichten, die miteinander durch eine Zwischenschicht aus einem Polymerisat verbunden sind, welches als wesentliche Bestandteile einen größeren Anteil an Äthylen und einen kleineren Anteil mindestens einer äthylenisch ungesättigten Carbonsäure aufweist.

Metall-Polymerisat-Hetallschichtstoffe sind bekannt und wurden für derartige Zwecke wie Gebäudeplatten,

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Isolationsplatten, Schienen für medizinische Zwecke und dergl. verwendet. Derartige Schichtstoffβ sind jedoch im allgemeinen ziemlich dick und schwer, wenn sie für den beabsichtigten Zweck ausreichend fest und starr sind.

Die derzeit erhältlichen Haushaltsfolien bestehen

aus einer einzigen Schicht aus Aluminiumfolie mit einer Geeamtdicke von etwa 0,018 bis 0£E5 mm. Es ist bekannt, daß derartige Folien viele winzige Löcher aufweisen und sehr niedrige Zug- und Reißfestigkeiten besitzen. Derartige unerwünschte Eigenschaften beschränken ihren Anwendungsbereich und verringern außerdem die Wiederverwendbarkeit der Folie für andere Zwecke.

Erfindungagemäß werden dünne Metallechlchtstoffe bzw. Laminate nach einem Verfahren hergestellt, welches darin besteht, daß (1) zwischen mindestens zwei dünne Metallschichten eine Zwischenschicht aus einem Polymerisat gebracht wird, welches als wesentliche Bestandteile einen größeren Anteil Äthylen und einen kleineren Anteil an mindestens einer äthylenisch ungesättigten Carbonsäure enthält, (2) der Verbund erhitzt und unter Druck gesetzt wird, (3) der erhaltene Schichtstoff gekühlt und (4) der gekühlte

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Schichtstoff zwiβChen angetriebenen Waisen durchgeführt

wird unter Dickenverringerung desselben auf weniger »la

• ■ ...

0,076 mm. -

Die Polymerisatklebstoffe, welche ssur Verwendung '

I-

bei der Ausführung der Erfindung geeignet sind, stellen vorzugsweise Mischpolymerisate aus einem größeren Anteil Äthylen und einem sauren Comonomeren dar, welches unter den O(_fß-äthyleniech ungesättigten Mono- und Polycarbonsäuren und -Säureanhydriden mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen pro Molekül und den Teilestern derartiger Polycarbonsäuren, in denen die Säuregruppe mindestens eine Carboxylgruppe und die Alkoholgruppe 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweist, gewählt wird. Beispiele für spezielle saure Cononomere sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Maleinsäureanhydrid, MaleinsäuremonoBethylester, Maleinsäuremonoäthylester, FumarBäuremonomethylester und fumarsäuremonoäthylester.

Die oben beschriebenen Mischpolymerisate können auch einen kleineren Anteil einer dritten Komponente enthalten, beispielsweise einen Ester der oben beschriebenen

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äthylenisch ungesättigten Carbonsäuren oder einen alipha- *" tischen Ester einer Carbonsäure, welcher eine äthylenische Unsättigung aufweist, beispielsweise Vinylacetat, Vinylpropionat und Vinylbutyrat.

Die oben beschriebenen Comonomeren können unter Bildung von gewöhnlichen Polymerisaten, Block- oder aufeinanderfolgenden Polymerisaten oder Pfropfpolymerisaten zusammengesetzt sein,und auch Mischungen von Polymeren können verwendet werden. Derartige Polymerisate können durch Polymerisation einer äthylenisch ungesättigten Carbonsäure mit Äthylen oder einer äthylenisch ungesättigten Carbonsäure und einem polymeriaierbaren, ungesättigten, aliphatischen Ester einer Carbonsäure mit Äthylen bei erhöhten Temperaturen und Drucken in Gegenwart eines geeigneten Katalysators hergestellt werden. Hervorragende Klebstoffeigenschaften werden bei den Polymerisaten erhalten, wenn die äthylenisch ungesättigte Carbonsäure in einer Menge von 3 bis 20 Gew.?» und vorzugsweise von 6 bis 10 Gew.^, bezogen auf das Gewicht des Mischpolymerisats, vorliegt. Die Dicke der bei der Erfindung zu verwendenden Polymerisatschicht sollte zwischen 0,012 und 0,1 mm, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,05 mm liegen.

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Zur Verwendung geeignete Metalle sind vorzugsweise schmiedbare Metalle, die unter Druck zu den dünnen Schichtstoffen, der Erfindung gewalzt werden können. Beispiele hierfür sind Aluminium, Kupfer, Zinn, Legierungen dieser Metalle und dergl.. Aluminium wird jedoch bevorzugt. Die Metalldicke sollte zwischen 0,005 bis 0,05 mm und vorzugsweise zwischen 0,008 und 0,038 mm liegen.

Die erfindungsgemäßen Schlohtstoffe werden vorzugsweise so hergestellt, daß eine dünne Schicht eines Mischpolymerisats von Äthylen und einer äthylenisch ungesättigten Carbonsäure, beispielsweise von Äthylen und Acrylsäure, zwischen zwei dünne Metallschichten gebracht wird, beispielsweise zwischen Aluminium, worauf der Verbund auf 120 bis 250⁰C, vorzugsweise 140 bis 2K)⁰C erhitzt und einem Druck ausgesetzt wird, der ausreicht» um eine Benetzung der Metalloberfläche durch das Polymerisat unter/des schichtstoffes zu bewirken, worauf der erhaltene Schichtstoff gekühlt und zwischen angetriebene Walzen gebracht wird, die einen ausreichenden Druck ausüben, um die gesamte Dicke des Schichtstoffe auf weniger als 0,076 mm zu verringern. Vorzugsweise wird der Schichtstoff kontinuierlich hergestellt, wobei eine Schicht des speziellen Mischpolymerisats kontinuierlich

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zwischen zwei sich ebenfalls kontinuierlich bewegende Aluminiumschichten eingeführt wird unter Bildung des Schichtstoff es, der anschließend gewalzt und in seiner Dicke reduziert wird. Der Schichtstoff wird dann gekühlt und kontinuierlich durch den Spalt eines zweiten Rollensatzes geführt, wobei diese Rollen einen Druck ausüben, der ausreicht, um die Dicke des Laminats auf weniger als 0,076 mm zu reduzieren, wobei proportional mindestens eine -andere Dimension erhöht wird», insbesondere die Länge. . , .

Es wurde beobachtet, daß das Metall und die thermoplastische zwischenschicht während des Walzvorganges"ineinanderzufließen" scheinen unter Bildung eines dünnen Schichtstoffes mit einem glatten Oberflächenaiiaeehen. Die Kunststoffzwischenschicht verschließt alle kleinen Nadellöcher in der dünnen Folie und ergibt außerdem eine gebundene Metall-Polymerisat-Metallechichtetoffkonstruktion, die stärker und fester ist als die derzeit erhältlichen Eirxschichtmetallfolien. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelle Schichtstoffgegenstand benötigt insgesamt weniger Aluminium als die handelsüblichen, einschichtigen Aluminiumfolien und ist daher wirtschaftlicher in der Herstellung

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und ergibt den zusätzlichen Vorteil, keine Nadellöcher aufzuweisen.

Das Verfahren d«r Erfindung schafft eine Möglichkeit zur Herstellung sehr dünner Metall-Kunststoff-Metallschichtstoffe, die nacii den üblichen Schichtstoffherstellun^smethoden praktisch oder wirtschaftlich nicht hergestellt v/erden können. Beispielsweise wäre es äußerst schwierig, die erfindungsgemäßen Schichtstoffe herzustellen, indem eine Schicht von etwa 0,013 nun des angegebenen Mischpolymerisats zwischen Metallschichten von etwa 0,005 mm gebracht und anschließend erhitzt und unter Druck gesetzt wird. Obwohl derartig dünne Metallmaterialien technisch zur Verfügung stehen, sind sie doch sehr teuer. Noch wichtiger ist jedoch die Tatsache, daß derartige Metalle sehr brüchig und fragil und äußsrst diffizil in der Handhabung sind. Das erfiAdun_t:sgeiaäJ3e Verfahren beseitigt daher die Notwendigkeit, teure und empfindliche, zerbrechliche -Metalle zu kaufen und zu handhaben, was sonst zur Herstellung der dünnen Schicht-Stoffe notwendig wäre.

Die Schichtstoffe der Beispiele 1 bis 5 wurden nach den folgenden Verfahren hergestellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I gezeigt.

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Herstellung von Laminaten *

Ein Mischpolymerisat- von Äthylen und 8 Gew.# Acrylsäure wurde kontinuierlich durch einen 11,45 cm-Extruder, welcher eine zentralbeschickte Schlitzdüse aufwies, bei einer Austrittstemperatur von etwa 232⁰C extrudiert unter Bildung einer kontinuierlichen Mischpolymerisatschicht von 0,025 mm Dicke. Die Mischpolymerisatschicht wurde kontinuierlich zwischen ei zwei sich ebenfalls kontinuierlich bewegende Schichten von Aluminium mit einer Breite von 63,5 cm und einer Dicke von 0,009 mm eingeführt. Der Verbund wurde zwischen Walzen durchgeführt, die einen ausreichenden Druck auf den Verbund ausübten, um das Schichtstoffprodukt zu bilden. Der Schichtstoff wurde gekühlt und zur Lagerung aufgewickelt.

Walzen des Schichtstoffes

Der oben beschriebene Schichtstoff wurde in einem Walzwerk zur Verringerung der Gesamtdicke gewalzt. Der Schichtstoff wurde mit einem üblichen Walzschmiermittel bespült, wenn er in den Walzenspalt eintritt, und mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 2 m/sec gewalzt. Die Walzengeschwindigkeit und die Viekosität des Walzenschmiermittels

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wurden variiert, um die"gewünschte Dickenreduktion des Laminats zu erhalten. Die prozentuale Dickenverminderung wurde berechnet, indem der Wert der ursprünglichen Dicke durch den Viert der Differenz zwischen der ursprünglichen Dicke und der Dicke im gewalzten Zustand dividiert und mit 100 multipliziert wurde.

Untersuchung der Schichtstoffe

Zugfestigkeitsversuche wurden auf dem gewalzten Schichtstoff, der wie oben beschrieben hergestellt worden war, gemäß ASIM 38-65T und ASTM B 373-65, Abschnitt H(d)^:, durchgeführt mit dem Unterschied, daß die Geschwindigkeit 0,25 cm/min betrug, nachdem die Streckgrenze erreicht war. Die Zugfestigkeit der Schichtstoffe wurde nur auf die Querschnittsflache der Aluminiumfolie bezogen und nicht auf die (Jesamtquerschnittsf lache des Schicht st of fee.

Die Heißuntersuchungen wurden an Schichtstoffstücken von 0,254 cm Breite und 10,16 cm Länge durchgeführt, die von den wie oben beschrieben hergestellten Schichtstoffen geschnitten worden waren. Eine Zunge von 1,27 cm -Breite und 5,08 cm Lange wurde in der Mitte zwischen den Kanten an einem

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Ende des Schichtetoffee herausgeschnitten unter Zurücklaesung eines Streifens von 0,63 cm auf jeder Seite der Zunge. Die beiden 0,63 cm breiten Streifen wurden auf einem Stück Papier so befestigt, daß die Zunge freiblieb. Das Papier wurde dann in den einen Griff einer Zugfestigkeitsuntersuchungsvorrichtung eingeführt,und die Zunge des Schichtstoffes wurde in den anderen Griff der Vorrichtung gebracht. Die Griffe wurden dann mit einer Geschwindigkeit von 12,7 cm/ nin auseinanderbewegt und die Kraft auf einem Schreiber aufgezeichnet.

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Tabelle X . Eigenschaften der gewalzten Schichtstoffe

Produkt Bei- prozentuale Dicke nach Zugfestig- Dehnung Reißfestij spiel Verminderung d.Walzen,mm keit in beim Heißen keit

/m^ # kg

O gewalz-o	1	32	0,033	1253	0,9	0,103
ter «o Schicht	2	32	0,032	1280	1,0	0,082
stoff+ JJ ^^	3	39	0,029	1197	0,8	0,075
^^ O cn	4	39	0,029	1253	0,7	0,077
OT	5	50	0,024	1050	0,4	0,044

ORIGINAL INSPECTED

Claims

PifBHilSPHÜCHl

1. Verfahren sur Herstellung dünner Me tall «chi oht-

stoffs unter Einbringung einer lClebstoffechicht elnee Polymerisats aus eine» größeren Anteil Xthylsn und eines kleineren Anteil mindestens einer ätnylenisoh ungesättigten Carbonsäure »wischen «indestens swei dünne Metallsohlenten und Jünulrkenlasssn ron Wärme und Druck, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtstoff dann zwischen angetriebenen Waisen durchgeführt und die Dicke auf weniger ala 0,076 am verringert wird.

2. Verfahren ziach Auepruch 1, dadurch gekennzeichnet, dall ein gewöhnliches Mischpolymer!eat τοη Xthylen und Acrylsäure oder ein Mischpolymerisat τοη Xthjten, Acrylsäure und Athylacrylat verwendet wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als iietall Aluminium verwendet wird.

4. Schichtstoff aus mindestens zwei rfetallfollen und einer datwiochen Defindliehen Klebstoffschicht, dadurch ββ-

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kennzeichnet, daß die Geeamtdlcke weniger als 0,076 aa beträgt und der Klebstoff aus eine* Polyaeriaat aus eines größeren Anteil Äthylen und eines kleineren Anteil mindestens einer ätfcylenlech ungeeättigten Carboneaure besteht·

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