DE1646032A1

DE1646032A1 - Verfahren zur Erhoehung der elektrischen Durchschlagfestigkeit von durch Wirbelsintern aufgebrachter Kunststoffueberzuege

Info

Publication number: DE1646032A1
Application number: DE19671646032
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Scheiber
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1967-09-14
Filing date: 1967-09-14
Publication date: 1971-07-15

Description

METALlGESELIiSGHAFT den 12. September 1967

Aktiengesellschaft DrLa/HG-a

prov. ITr. 5409

Verfahren zur Erhöhung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit von durch Wirbelsintern aufgebrachter Kunststoff überzüge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit von durch Wirbelsintern auf Metallen aufgebrachten Kunststoffüberzügen durch nachbehandlung. ■

Nach der Wirbelsintermethode aufgebrachte Kunststoffüberzüge haften im allgemeinen fest auf dem Untergrund und haben eine gleichmäßige Schichtstärke. Sie sind weitgehend porenfrei, besitzen eine glatte Oberfläche und ein glänzendes Aussehen (DBP 933 019). Bei genauer Untersuchung stellt man jedoch fest, daß die Kunststoffschichten oftmals feinste Mikroporen enthalten, die mit dem bloßen Auge nicht erkennbar sind. Diese Mikroporen entstehen durch die Eigenart der Wirbelsintermethode und können beispielsweise durch die Wirbelgase oder 'Luft hervorgerufen werden, aber auch Pigmenteinschlüsse oder Fehler bei der Beschichtung können zur Bildung solcher feinet Poren führen. So entstehen beispielsweise bei falscher Haltung des zu beschichtenden Gegenstandes beim Tauchen im Wirbelbett, wodurch das Wirbelgas senkrecht oder, in einem Winkel gegen die Fläche strömt, oder bei Anwendung zu tiefer Temperaturen, oder bei zu kurzer Tauchzeit, sehr leicht Poren.

- 2 1098 20/1341 ^Bm

_ 2 — ■

Obwohl diese Überzüge bei genügender Schichtdicke den an sie gestellten Anforderungen in der Praxis vollauf genügen, ist ' es für manche Spezialfälle wünschenswert, absolut dichte, d.h. auch von Mikroporen befreite Überzüge zu erhalten. Das gilt insbesondere, wenn metallische, mit Kunststoff überzogene Teile in der Elektrotechnik eingesetzt werden, wo eine sehr hohe elektrische Isolationsleistung gefordert wird-.

Es ist bekannt,' daß bei einer sehr hohen Schichtstärke des Kunststoffes eine gewisse Wahrscheinlichkeit besteht, daß die durch Poren gebildeten Fehlstellen gegenseitig versetzt sind, so daß keine bis auf das Grundmetall durchgehende Poren vorhanden sind. Solch dicke Schichten können durch mehrmaliges Tauchen der zu beschichtenden Gegenstände in das Wirbelbett erzielt werden (vgl. österreichisches Patent 231 594, Anspruch 4).

Andererseits ist der Schichtstärke von Kunststoffüberzügen eine gewisse Grenze dadurch gesetzt, daß dicke Überzüge nicht nur sehr viel mehr Material erforderlich machen, sondern daß auch die Haftfestigkeit mit der Zunahme der Dicke des Überzuges nachläßt.

Es ist ferner bekannt, Kunststoffbeschichtungen nachzubehandeln, z. B. deren Oberfläche zu glätten. So können beispielswei s e durch Wi rb elsintern aufgebrachte Kunst stο ff überzüge, zwecks Glättung und Verdichtung, einer Kachsinterung unterzogen oder mit Hilfe einer Flamme nachgeglättet werden (siehe DBP 853 998, Seite 3, Zeilen 37 bis 44).

10 9 8 2 9/1341 - 3 -

Audi Schleifen und Polieren ist möglich (Der Plastverarbeiter, 9. Jahrg., Heft 3, 1958, Seite 6, linke Spalte, 1. Absatz). Durch diese Maßnahme wird nicht nur das Aussehen der Kunststoffüberzüge verbessert, sondern auch die oberflächlich vorhandenen Poren werden geschlossen, so daß der Korrosionsscliutzwert der Überzüge heraufgesetzt wird.

Zur Verbesserung der Qualität der durch Wirbelsintern aufgebrachten Überzüge ist auch vorgeschlagen worden, den Abkühlung sVorgang zu beeinflussen. Es ist bekannt, daß beisplels- ™ weise Polyamidüberzüge zweckmäßig mit warmem,Wasser oder Öl oder in einem kühlen luftstrom abgeschreckt werden. Auch bei Celluloseacetobutyratüberzügen wird ein Abkühlen in warmem Wasser von etwa 60 bis 80 ⁰G empfohlen, um Haarrisse in der Schicht zu vermeiden (Schweißen und Schneiden, 1J_, Heft 10, 1959, Seite 3, linke Spalte, 2. Absatz» Mitte). Dagegen ist ein Abschrecken von Polyäthylenüberzügen ungünstig, weil diese Behandlung die Nachporenbildung begünstigt (Der Plastverarbeiter, 9. Jahrg., Heft 3» 1958, Sonderdruck Seite 5, i rechte Spalte, 2, Absatz). .

Zur Erzielung besonderer Oberflächeneffekte, z. B. matter Oberflächen, ist es auch bekannt, beispielsweise bei celluloseacetobutyratüberzogenen Teilen, die Schichten kurz in !Toluol zu tauchen (Kunststoffe, 49, Heft 10, 1959, Seite 503, rechte Spalte, letzter Satz).
Diese bekannten Maßnahmen der Nachbehandlung wirbelgesinterter

10.9 829/1341 ".■ " ⁴ "

"^A " ~ ■■"■. . 16Λ6032

überzüge genügen nicht, um Deckschichten, zu erhalten, von denen eine besonders.hohe.elektrische Isolationsleistung gefordert wird. Prüft man solche Schichten mit dem Funkeninduktor, so treten immer noch zahlreiche Durchschläge auf.

Eine wesentliche Verbesserung ist durch einen nicht veröffentlichten Vorschlag erzielt worden. Hierbei wird die aufgebrachte Kunststoffschicht mit dem gleichen oder einem artgleichen , Kunststoff, der in. flüssiger oder gelöster Form vorliegt, überschichtet. Durch die.se Nachbehandlung werden bei Schichtdicken des Kunststoffes von etwa 400 bis _5.0.0 /u die Überzüge absolut durchschlagsfest. Während vor der Behandlung bei der-Prüfung mit dem Funkeninduktor zahlreiche Durchschläge auftraten, konnten nach der Behandlung mit den flüssigen oder gelösten Kunststoffen keine Durchschläge mehr festgestellt werden.

Es gelang nun, dieses Verfahren zu verbessern und zu vereinfachen. Überraschend wurde festgestellt, daß die Aufgabe, den elektrisqhen Isolati'onswert von nach dem Wirbelsinterverfahren aufgebrachter Kunststoffüberzüge auf Metallen zu erhöhen, auch dadurch gelöst werden kann, wenn der Überzug mit einem Lösungsmittel für den Kunststoff bei normaler oder erhöhter Temperatur behandelt wird.

Unter Lösungsmittel sind organische und wässrige Flüssigkeiten» die den Kunststoff zumindest teilweise lösen, zu verstehen.

109829/134 1

Als lösungsmittel können auch Flüssigkeiten verwendet werden, die auf den Kunststoff nur eine quellende Wirkung ausüben. Auch. Gemische von !lösungsmitteln, z. B. Gemische organischer Flüssigkeiten, sind brauchbar. In manchen Fällen haben sich Gemische von organischen Lösungsmitteln mit Wasser bewährt. Solche Gemische sind nützlich, wenn das verwendete organische Lösungsmittel ein besonders guter Löser für den Kunststoff ist. Bei der nachbehandlung von Cellulöseacetobutyratschichten hat sich beispielsweise ein Gemisch von Aceton mit Wasser als besonders günstig erwiesen. Für Polyamiddeckschichten kann bevorzugt eine Lösung von Ameisensäure in Wasser, in Alkohol oder in einem Wasser-Alkohol-Gemisch verwendet werden.

Die nach dem Wirbelsinterverfahren beschichteten Gegenstände werden kurze Zeit mit dem Lösungsmittel, ζ. B. durch Tauchen, in Berührung gebracht. Handelt es sieh um einen guten Löser, so beträgt die Behandlungszeit im allgemeinen nur Sekunden. Bei Anwendung von Lösungsmittelin, die den Kunststoff nur unmerklich lösen oder nur quellend wirken, kann die Einwirkzeit auf wenige Minuten verlängert werden.

Die Behandlung erfolgt bei Zimmertemperatur. Zur Beschleunigung der Wirkung ist es oft zweckmäßig, das Lösungsmittel zu erwärmen. Die Behandlung kann einmal oder auch mehrere Male durchgeführt werden. Die nach dem Wirbelsinterverfahren aufgebrachten Kunststoffüberzüge können erst abgekühlt oder in.noch warmem, noch nicht ganz erstarrtem Zustand, mit den Lösungsmitteln

109829/1341

in Belehrung gebracht werden. Nach der Behandlung der KiMsW stoff überzüge mit den Lösungsmitteln wird der Überzug bei Zimmertemperatur oder bei höherer Temperatur getrocknet. -

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher beschrieben.

Beispiel 1:

Ein Stahlrohr mit den Abmessungen 300 mm länge, 40 mm Außendurchmesser und5 mm Wandstärke wurde durch eine Säurebeizung vorbehandelt. Danach wurde das Rohr J> Minuten in einem Anwärmofen auf etwa 350 ⁰G erwärmt und für 6 Sekunden in eine Wirbelschicht, bestehend aus einem unpigmentierten, weiehgemachten PolyvinylChlorid-Wirbelsinterpulver, mehrmals eingetaucht. Zur besseren Haftvermittlung wurde das vorbehandelte Rohr mit einer Polyvinylchlorid-Grundierung besprüht. Der aufgeschmolBene Polyvinylchloridüberzug wurde an der Luft abgekühlt. Die erhaltene Schichtdicke lag bei etwa 600 /u. Die Porenprüfung wurde mit einem elektrischen Lae.kporensuchgerät üblicher Bauart bei einer Prüfspannung von 20 KV durchgeführt. Zur Messung wurde die Probe auf eine Gummiplatte gelegt und mit der Suchelektrode auf einer Breite von 180 mm abgetastet. Der Abstand zwischen Suchelektrode und Probekörper

betrug 20 mm. Es wurden 9 Durchschläge pro dm festgestellt.

Anschließend wurde das mit der wirbelgesinterten Polyvinylchlοridbeschichtung versehene Rohr in eine Flüssigkeit, bestehend aus einem Gemisch von Trichloräthylen mit aromatischen

- 7 -1Ό98 297.1 341

Kohlenwasserstoffen>,_:r wobei der Anteil an chlOriertem Kohlenwasserstoff,etwa401 Gew.jSbetragt, zweimal-im Abstand von _; 5 Minuten -je, -5 ,Sekunden lang eingetaucht,. Nach der Herausnanme aus der Behandlungsflüssigkeit wurde der Überzug 15 Minutenlang mit einem, etwa 80 °C warmen Luftstrom-getrocknet. .

Die durchgeführte Porenprüfung ergab bei einer Prüfspannung von 20 KV keine Durchschläge, ,, 'i '

Beispiel. .2: . * - . - . .

Ein'Prüfblech aus Flußstahl mit den Abmessungen 150 -x 100 χ 2 mm wurde durch Sandstrahlen vorbehandelt und anschließend nach dreiminütiger Erwärmung in einem,Wärmeschrank bei 400 ⁰G für 3 Sekunden in ein aus aufgewirbeltem GelluloseacetObutyrat bestehendes. Pulverbad getaucht. Nach völligem .Durchschmelzen des Kunststoffüberzuges wurde dieser abgekühlt. Die Schichtdicke des Überzuges betrug 500/U. Die analog Beispiel 1 durchgeführte Porenprüfung ergab bei einer Prüfspannung von 20 KV · 5 Durchschlage pro dm in der Kunststoff beschichtung. ,

Die Kunststoff beschichtung würde mit einer Flüssigkeit, be-, stehend aus einem Gemisch von £0 Gewi fi Aceton und 40 Gew. ft Wasser behandelt, wobei diese Flüssigkeit auf den erkalteten überzug allseitig dünn auf ge sprich t wurde* Nach einer Einwirkungszeit von 20 Sekunden wurde der Überzug in einem etwa 40 ⁰C warmen luftstrom getrocknet.

Bei der Prüfung 'mit dem lackporensuchgerät wurdenbei einer

109829/1341

Prüfspannung von 20 KV keine Durchschlage mehr ermittelt.

Beispiel

Ein PrUfblech aus. Flußstahl mit den Abmessungen 150 χ 100 χ 2 rom wurde gesandstrahlt und nach Erhitzen auf 400 ⁰C in einem Iriri-%--umwälzofen für 5 Minuten in ein Wirbelbett mit aufgewirbelisem Polyund.ecanamidpulver 4 Sekunden eingetaucht. Nach der. Heraas—; nähme aus dem Wirbelbett und völligem Durchschmelzen wurde deir Überzug durch Eintauchen in etwa 60 ⁰C warmem Wasser abgekSilii. Die Schichtdicke des Überzugs betrug 400 zu. Nach dem Trocknen, wurde der Überzug mit dem Lackporenprüfgerät untersucht. .Es wurden 5 Durch schlage .pro dm bei einer Prüfspannung votnr 20 KV ermittelt. '

Das Prpbebleeh wurde anschließend in eine Flüssigkeit, aus 80 Gew. $ Ameisensäure und 20 Gew. fo Wasser, dreimal füiir je 5 Sekunden eingetaucht. Nach dem Trocknen in einem etwa ⁰

50 ⁰G warmen Stickstoff strom wurde der Überzug auf Poren sucht., ...

Bei einer Prüfspannung von 20 KV konnten mit dem Lackporensucii— gerät keine Poren mehr festgestellt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es gelingt, auf eine sehr einfache Weise wirbelgesinterte Überzüge absolut porendicht zu machen, ohne daß eine Zunahme der Schichtdicke erfolgt.

1098 29/134 1

" ⁹ " 16A6032

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich wesentlich von den üblichen Hehrschichtlackierungen, bei denen es trotz zahlreicher Arbeitsgänge und auch "bei relativ hohen Schichtstärken nicht gelingt, porenfreie, d.h. durchsohlagsfeste, Überzüge zu erhalten.

Wie die Hatersuchungen zeigten, sind gemäß der Erfindung nachbehandelte Kunststoffüberzüge bei Schichtstärken von etwa 500 bis 600/U, bei Polyamidschichten bei etwa 400yu, absolut durchschiagsfest. Bei vergleichsweise durchgeführten Versuchen mit Kunststoffüberzügen, die nicht gemäß der Erfindung behandelt wurden, trat eine sichere Durchschlagsfes'tigkeit erst bei einer Schichtdicke von etwa 1500 /u auf.

Zwar ist zur Erzielung einer einwandfrei elektrisch durchschlagsfesten Schicht bei beispielsweise Überzügen aus Polyvinylchlorid oder Celluloseacetobutyrat eine etwas höhere Schichtstärke erforderlich, als wenn diese Überzüge mit einem flüssigen oder gelösten gleichen oder artgleichen Kunststoff übersehichtet werden, doch wird dies dadurch auegeglichen, dafl das vorliegende Verfahren einfacher ist und das Ziel, absolut durchschlagafeste Schichten zu erhalten, schneller erreicht wird.

Durch die schonende Behandlung der Wirbelsinterüberzüge gemäfl der Erfindung werden, im Gegensatz zu den bekannten Grlättungsmethoden durch lachsintern oder Hachbehandlung «it einer offenen Pia««·, keinerlei Veränderungen des Kunststoffes,

109829/1341 ~

beispielsweise infolge thermischen Abbaues oder einer Abspaltung von beispielsweise Salzsäure bei Polyvinylchlorid-Überzügen, verursacht. Nach dem Trocknen der mit den Flüssigkeiten behandelten !Flächen, die bei Zimmertemperatur oder auch bei höheren Temperaturen erfolgen kann,"werden Kunststoffschichten erhalten, die keine elektrischen Durchschläge mehr aufweisen. Solche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren überzogenenBleche. können in der Elektrotechnik für die verschiedensten Zwecke eingesetzt werden, wo es auf absolute dichte und porenfreie Beschichtung ankommt.

- 11 -Fat entanepruch

108829/1141

Claims

P a t entanspruch

Verfahren 2ur Erhöhung der^: elektrischen Durch.-- " ■■;

Schlagsfestigkeit' von.'aurch -Wirbelsintern auf ^ ; ·

Metälleiri/axtfgebf ächten^^ Kunst stoffü"b er zügeni durch· TJachbehattdiuag, dadurch geKennzeiehnet,.' daß :der -.·- Überzug mit einem Lösungsmittel für den Kunststoff bei normaler oder erhöhter Temperatur behaLnd.elt; wird.

109 823/1341