DE19846533A1 - Verfahren zum Herstellen eines einbrennlackierten Formbauteils - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines einbrennlackierten Formbauteils

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines einbrennlackierten Formbauteils aus einem Doppellagenblech mit zwei Deckblechen mit einer mit den Deckblechen verklebten Zwischenlage aus Epoxidharz. Um einerseits zur Erzielung einer hohen Beulsteifigkeit bei niedrigem Flächengewicht eine adhäsive Verbindung zwischen den Deckblechen und der Zwischenlage zu erhalten und andererseits die Umformung des Doppellagenbleches, insbesondere durch Tiefziehen, ohne Überbelastung der Deckbleche zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß ein Epoxidharz verwendet wird, das erst bei Lackeinbrenntemperaturen polymerisiert, beim Umformen des Doppellagenbleches kohärent, aber noch nicht polymerisiert ist und daß erst nach dem Lackieren des umgeformten Bauteils das Einbrennen des Lackes bei einer Temperatur erfolgt, bei der gleichzeitig auch die Polymerisation des Epoxidharzes der Zwischenlage erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines einbrennlackierten Formbauteils aus einem Doppellagenblech mit einer mit dessen Deckblechen verklebten Zwischenlage aus einem Epoxidharz in Form eines Hotmelts.
Solche Formbauteile, die zum Beispiel im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sollen ein möglichst geringes Flächengewicht bei einer hohen Beulsteifigkeit haben. Außerdem soll das Doppellagenblech gut umformbar, insbesondere gut tiefziehfähig sein. Schließlich soll das Formbauteil bei der Lackierung, insbesondere einer kathodischen Tauchlackierung und einem anschließenden Einbrennen des Lackes, keine Probleme erzeugen.
Aus der US 4,594,292 A1 ist das Problem bekannt, daß bei einem Doppellagenblech mit einer Zwischenlage aus einem Harz, die mit den Deckblechen verklebt ist, die Klebeverbindung zwischen der Zwischenlage und den Deckblechen bei hohen Verformungen durch Ablösung aufgehoben wird. Um diesem unerwünschten Phänomen zu begegnen und gleichzeitig sicherzustellen, daß die Zwischenlage während der Umformung nicht so stark gegen die Deckbleche drückt, daß diese in ihren äußeren Bereichen rissig werden, ist vorgesehen, daß die Zwischenlage aus drei verschiedenen Harzschichten mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften besteht. Die Kernschicht weist ein plastisches Verhalten auf, während die äußeren Schichten aus einem duktilen Harz bestehen, das unter den auftretenden Umformbelastungen nicht fließt und somit nicht gegen die Deckbleche des Doppellagenbleches drückt. Auf diese Weise sollen extreme Umformungen bei Biegungen um bis zu 180° erreicht werden, ohne daß die Zwischenlage sich von den Deckblechen ablöst und/oder Risse in den Deckblechen entstehen.
Formbauteile, die aus einem solchen Doppellagenblech hergestellt sind, sind allerdings nicht für das Einbrennlackieren geeignet, da die äußeren Schichten der Zwischenlage aus einer Mischung aus Polyäthylen und Polypropylen, also Thermoplasten bestehen, die bei Temperaturen von oberhalb 160°C flüssig werden. Beim Einbrennen des Lackes während einer Einbrennlackierung, die typischerweise bei Temperaturen von 180°C und darüber und über eine Zeitdauer von mindestens 30 Minuten erfolgt, würde die Zwischenlage teilweise auslaufen und die für die Beulsteifigkeit des Formbauteils wichtige Klebeverbindung zwischen den Deckblechen und der Zwischenlage verloren gehen.
Ferner ist ein Doppellagenblech bekannt (EP 0 598 428 A1), bei dem eine Zwischenlage aus Polypropylen mit Klebstoff an den Deckblechen klebt. Ein solches Doppellagenblech soll für das Kaltumformen zu einem Formbauteil geeignet sein. Das Formbauteil soll nach einer Wärmebehandlung mit mindestens 135°C eine hohe Formstabilität haben. Da Polypropylen als Thermoplast bei Temperaturen oberhalb 160°C flüssig wird, gilt für ein solches Bauteil das gleiche wie bei dem vorigen Bauteil, nämlich, daß die Klebeverbindung zwischen den Deckblechen und der Zwischenlage bei einer Behandlungszeit von 30 Minuten mit einer Temperatur von mindestes 180°C, wie sie beim Lackeinbrennen üblich ist, verloren geht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines einbrennlackierten Formbauteils aus einem Doppellagenblech mit einer mit dessen Deckblechen verklebten Zwischenlage aus Epoxidharz in Form eines Hotmelts zu schaffen.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Doppellagenblech zu schaffen, das sowohl tiefziehfähig ist als auch sich zum Einbrennlackieren eignet.
Insbesondere soll dieses Doppellagenblech für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines einbrennlackierten Formbauteils geeignet sein.
Diese Aufgabe wird durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
  • a) Nach Einbringen der Zwischenlage aus einem Epoxidharz, das erst bei Lackeinbrenntemperaturen oberhalb 180°C polymerisiert (vernetzt), zwischen die Deckbleche und räumlicher Fixierung der Deckbleche zueinander wird das Doppellagenblech bei kohärentem aber noch nicht polymerisierten (vernetzten) Epoxidharz in die Form des Bauteils umgeformt,
  • b) nach dem Lackieren des umgeformten Bauteils erfolgt das Einbrennen des Lackes bei einer Temperatur, bei der auch gleichzeitig die Polymerisation (Vernetzung) des Epoxidharzes erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Wahl eines bestimmten Epoxidharzes in einem bestimmten Zustand gewährleistet, daß bei der Umformung des Doppellagenbleches zum Formbauteil, insbesondere durch Tiefziehen, die Zwischenlage wegen des noch nicht vernetzten Epoxidharzes die Verformungen mitmacht und die Deckbleche nicht unzulässig hoch belastet werden und/oder es zum Ablösen der Deckbleche von der Zwischenlage kommt. Gleichzeitig ist auch sichergestellt, daß das Zwischenlagenmaterial wegen seines festen Zustands beim Umformen nicht zwischen den Deckblechen herausgedrückt wird. Ferner ist gewährleistet, daß das Epoxidharz nicht bei den beim Einbrennen üblichen höheren und für eine längere Zeit einwirkenden Temperaturen aufschmilzt und ausläuft, sondern polymerisiert, wodurch erst die endgültige feste Verklebung der Deckbleche mit der Zwischenlage eintritt und das Formbauteil nach Erkalten des Epoxidharzes eine optimale Beulsteifigkeit erhält.
Es wurde gefunden, daß ein Doppellagenblech mit einer Zwischenlage aus Epoxidharz folgender Rezeptur besonders geeignet ist:
Zusammensetzung des Bindemittelsystems (in Massenprozent)
Auf die rheologischen Eigenschaften des Materials der Zwischenlage kann über seine Zusatzstoffe Einfluß genommen werden. Zum Beispiel läßt sich dies mit einem das Fließverhalten bei erhöhten Temperaturen vermindernden Stoff, wie hochdisperser Kieselsäure, erreichen. Aber auch über die Mikrohohlkugeln kann darauf wirksam Einfluß genommen werden. Mit diesen Zusatzstoffen kann das Material der Zwischenlage im Temperaturbereich bis 230°C thixotrop eingestellt werden. Dadurch wird gewährleistet, daß das Material der Zwischenlage beim Lackeinbrennen nicht zwischen den Deckblechen ausläuft.
Auf einen Beschleuniger kann verzichtet werden, da die Härtung des Materials erst beim Lackeinbrennen erfolgt. Als Härter eignet sich beispielsweise Dicyandiamid.
Grundsätzlich ist es zwar möglich, als Zwischenlage nur Epoxidharz zu verwenden, doch wäre das mit hohen Materialkosten und einem hohen Gewicht des Bauteils verbunden. Um das Gewicht zu vermindern, ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß dem Epoxidharzgemisch Füllstoffe mit einer Dichte beigemischt werden, die wesentlich kleiner als die Dichte des Epoxidharzes ist. Dafür eignen sich verschiedene Stoffe, wie Cellulosefasern, Holzmehl, poröses Recylingglas, vor allem aber Mikrohohlkugeln. Solche Mikrohohlkugeln haben vorzugsweise einen Durchmesser von 10 bis 100 µm. Als Material für diese Mikrohohlkugeln können Thermoplaste, Duroplaste, keramische Materialien oder Glas Verwendung finden. Die besten Ergebnisse werden mit Glashohlkugeln erzielt. Auf diese Art und Weise lassen sich Dichten der Zwischenlage von 0,6 g/cm3 erreichen.
Die Beulsteifigkeit des Formbauteils ist unter anderem auch abhängig von der Haftung der Zwischenlage an den Deckblechen. Dies gilt sowohl für Formbauteile, die aus Doppellagenblechen mit flachen Deckblechen als auch für Formbauteile, die aus Deckblechen mit einem Noppenblech hergestellt sind. Im letzteren Fall kann die Anzahl der Noppen in dem Maß verringert werden, in dem die Haftung der Zwischenlage an den Deckblechen steigt. Um diese Haftung zu verbessern, kann dem Epoxidharzgemisch ein die adhäsive Haftung verbessernder Stoff, wie Talkum, beigemischt werden. Weiter kann die Beulsteifigkeit dadurch verbessert werden, daß ein die kohäsive Haftung verbessernder Stoff, wie Wollastonit, dem Epoxidharzgemisch beigemischt wird. Schließlich ist von Vorteil, wenn dem Epoxidharzgemisch mindestens ein Korrosionsinhibitor beigemischt ist, der verhindert, daß es zu Korrosionen an den Innenseiten der nicht zugänglichen Deckbleche kommt.
Die Zwischenlage kann auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden.
Nach einer ersten Alternative wird als Zwischenlage eine Folie verwendet, an der die Deckbleche angeklebt werden. Das Ankleben kann mittels eines zum Beispiel auf die Deckbleche aufgestrichenen Primers erfolgen, der insbesondere nach Auflegen der Deckbleche unter Druck die Folie an die Deckbleche anklebt. Der Einsatz einer angeklebten Folie ist vor allem dann von Vorteil, wenn als Deckbleche Flachbleche verwendet werden. In diesem Fall dient die angeklebte Folie auch zur räumlichen Fixierung der Deckbleche während der Weiterverarbeitung.
Alternativ ist es allerdings auch möglich, daß das Epoxidharzgemisch als Zwischenlage unmittelbar auf ein Deckblech aufextrudiert wird.
Das Verkleben der Deckbleche mit der Zwischenlage kann auch durch Erwärmen des Verbundes aus den Deckblechen und der Zwischenlage auf Schmelztemperatur (ca. 100°C) des Epoxidharzes z. B. in einer Heißpresse erfolgen. Dabei tritt aber noch keine Polymerisation (Vernetzung) des Epoxidharzes ein.
Sofern als Deckbleche Flachbleche verwendet werden, übernimmt die an den Deckblechen angeklebte Zwischenlage die räumliche Fixierung der Deckbleche. Werden jedoch ein Noppenblech und ein Flachblech verwendet, dann erfolgt die Fixierung des Noppenbleches an das Flachblech durch Anschweißen seiner Noppen bei aufliegender Zwischenlage.
Vorzugsweise erfolgt das Anschweißen durch Widerstandsschweißen. Dabei wird die als geschlossene Folie aufgelegte oder aufextrudierte Zwischenlage im Bereich der Noppen entfernt, indem sie durch den Elektrodendruck verdrängt wird. Das Epoxidharz weicht also dem Druck beim Anschweißen aus. Von Vorteil ist, daß dabei, anders als bei einer für den Durchtritt der Noppen gelochten Zwischenlage, der Zwischenraum zwischen den Deckblechen voll volumetrisch ausgefüllt bleibt. Das Entfernen von Epoxidharz aus dem Bereich der Noppen wird erleichtert, wenn gleichzeitig Druck und Wärme wirksam sind. Die Erwärmung kann z. B. durch eine beheizbare Schweißtischplatte realisiert werden, über die das auf ihr liegende Flachblech und somit auch die Zwischenlage erwärmt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch den Herstellungsprozeß eines einbrennlackierten Formbauteils ausgehend von der Phase der Herstellung eines Doppellagenbleches.
In einen Extruder 1 werden als Komponenten für ein eine Zwischenlage bildendes Bindemittelsystem als Komponente K1 ein Gemisch aus Festharz, Thixotrohpiehilfsmittel, Mittel zum thermischen Aushärten, als Komponente K2 Mikrohohlkugeln und gegebenfalls als Komponente K3 Flüssigharz gegeben. Weitere Komponenten wie Fasermaterial, Holzmehl, Wollastonit und Silane etc. können zugegeben werden. Eine in der Praxis bewährte Rezeptur ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
Zusammensetzung des Bindemittelsystems (in Massenprozent)
Das feste Epoxidharz kann modifiziert oder unmodifiziert sein. Vorzugsweise hat es eine Bisphenol-A-oder F-Basis. Entsprechendes gilt für das flüssige Epoxidharz. Als Mittel zum thermischen Aushärten eignet sich Dicyandiamid. Als Thixotrophiehilfsmittel hat sich hochdisperse Kieselsäure bewährt (Aerosil®).
Die aus Komponenten K1, K2, K3 extrudierte Folie 2 wird als Zwischenlage auf ein Flachblech 3 abgelegt. Auf die Folie 2 wird von oben ein Noppenblech 4 aufgelegt. Aus der extrudierten Folie 2, dem Flachblech 3 und dem Noppenblech 4 wird ein Doppellagenblech mit der extrudierten Folie 2 als Zwischenlage und den Blechen 3 und 4 als Deckbleche gebildet. Sofern beide Deckbleche 3, 4 als Flachbleche ausgebildet sind, sollten zur vorübergehenden Fixierung des Verbundes die Bleche 3 und 4 auf ihrer der Zwischenlage 2 zugekehrten Seite mit einem Primer versehen sein, der bei Druckbeaufschlagung des Verbundes dazu führt, daß die Deckbleche 3, 4 und die Zwischenlage 2 aufeinander fixiert werden. Alternativ kann die Zwischenlage 2 mittels eines Kalanders aufgebracht werden.
Als Deckbleche 3, 4 eignen sich Stahlbleche mit einer Dicke von 0,1 mm bis 2,0 mm. Die Deckbleche 3, 4 sind vorzugsweise verzinkt. Die Zwischenlage 2 hat vorzugsweise eine Dicke von 1 mm bis 10 mm.
Der so für die Herstellung des Doppellagenbleches vorbereitete Verbund 2, 3, 4 wird einer Heißpresse 5 zugeführt. Unter Zufuhr von Wärme und Druck wird das Noppenblech 4 mit seinen Noppen in die aufgeweichte Zwischenlage 2 eingedrückt. Die dabei wirksame Temperatur sollte mindestens 100°C betragen, aber unterhalb der Temperatur liegen, die zu einer Polymerisation des Epoxidharzes der Zwischenlage 2 führt. Bei einer solchen Temperatur wird das Epoxidharz im Bereich der Noppen verdrängt, so daß das gesamte Volumen zwischen den Deckblechen ausgefüllt wird. Die Noppen wirken dabei als Distanzhalter. Die durch das Pressen aufeinander gedrückten Deckbleche kontaktieren an den Stirnseiten der Noppen, so daß in einer nachfolgenden Punktschweißanlage 7 die beiden Deckbleche 3, 4 an den Stirnseiten der Noppen verschweißt werden können. Neben der Fixierung der Deckbleche 3, 4 über die Klebeverbindung zwischen der Zwischenlage 2 und den Deckblechen 3, 4 ergibt sich durch die Schweißverbindung eine zusätzliche Fixierung der beiden Deckbleche 3, 4 untereinander.
Das so hergestellte Doppellagenblech 6 wird nach gegebenenfalls vorgesehenem Zuschneiden einer Tiefziehanlage 8 zugeführt. Die Umformung des Doppellagenbleches 6 zu dem gewünschten Formbauteil ist ohne Probleme möglich, das heißt, ohne daß es zu einem Ablösen der Klebeverbindung zwischen der Zwischenlage 2 und den Deckblechen 3, 4 oder einer Überbeanspruchung der Deckbleche 3, 4 kommt, weil das noch nicht polymerisierte Epoxidharz der Zwischenlage 2 solche Umformungen mitmacht. Auch kommt es nicht zu einem Herausquetschen der Zwischenlage 2 über die Ränder der Deckbleche 3, 4 hinaus.
Das so hergestellte Formbauteil 9 wird, nachdem es in der Regel in eine Karosserie eingebaut ist, einer Anlage zur kathodischen Tauchlackierung (KTL) 10 zugeführt. Das tauchlackierte Formbauteil 11 wird abschließend in einem Brennofen 12 bei einer Temperatur von mindestens 180°C für mindestens 30 Minuten behandelt. Höhere Temperaturen mit kürzeren Behandlungszeiten sind allerdings auch möglich. Dabei wird der Lack eingebrannt und gleichzeitig erfolgt eine Polymerisierung des Epoxidharzes der Zwischenlage 2. Diese hohe Temperatur und die verhältnismäßig lang andauernde, aber auch eine länger andauernde Behandlung übersteht das Epoxidharz problemlos. Insbesondere kommt es nicht zum Ablösen der Zwischenlage von den Deckblechen oder zum Ausfließen des Epoxidharzes. Nach Erkalten hat das Formbauteil die gewünschte hohe Beulsteifigkeit bei niedrigem Flächengewicht.
Die Rezeptur der Zwischenlage übersteht erfahrungsgemäß auch ohne Schaden einen Störfall beim Einbrennlackieren, wenn z. B. das Bauteil im Brennofen einer Temperatur von 230°C für eine die Einbrennzeit wesentlich überschreibende Zeit von bis zu 10 Minuten ausgesetzt ist.

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen eines einbrennlackierten Formbauteils aus einem Doppellagenblech mit einer mit dessen Deckblechen verklebten Zwischenlage aus einem Epoxidharz in Form eines Hotmelts, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) Nach Einbringen der Zwischenlage aus einem Epoxidharz, das erst bei Lackeinbrenntemperaturen polymerisiert (vernetzt), zwischen die Deckbleche und räumlicher Fixierung der Deckbleche zueinander wird das Doppellagenblech bei kohärentem aber noch nicht polymerisiertem (vernetztem) Epoxidharz in die Form des Bauteils umgeformt,
  • b) nach dem Lackieren des umgeformten Bauteils erfolgt das Einbrennen des Lackes bei einer Temperatur, bei der gleichzeitig auch die Polymerisation des Epoxidharzes erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Epoxidharz ein Gemisch aus Fest- und Flüssigharz mit einem Verhältnis von 100 : 20 bis 100 : 10 und einem Härter verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Epoxidharzgemisch ein das Fließverhalten bei erhöhten Temperaturen vermindernder Stoff, wie hochdisperse Kieselsäure, beigemischt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Epoxidharzgemisch Füllstoffe mit einer Dichte beigemischt sind, die kleiner ist als die Dichte des Epoxidharzes.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoffe Mikrohohlkugeln verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Epoxidharzgemisch ein die adhäsive Haftung verbessernder Stoff, wie Talkum, beigemischt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß dem Epoxidharzgemisch ein die kohäsive Haftung verbessernder Stoff, wie Wollastonit, beigemischt ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Epoxidharzgemisch mindestens ein Korrosionsinhibitor beigemischt ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenlage eine Folie verwendet wird, an der die Deckbleche angeklebt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenlage das Epoxidharzgemisch unmittelbar auf ein Deckblech aufextrudiert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckbleche mit der Zwischenlage durch Erwärmen des Verbundes aus den Deckblechen und der Zwischenlage auf eine unter der Vernetzungstemperatur liegende Schmelztemperatur des Epoxidharzes verklebt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckbleche ein Noppenblech und ein Flachblech verwendet werden, wobei das Noppenblech mit seinen Noppen an das Flachblech angeschweißt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschweißen durch Widerstandsschweißen erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflegen des Noppenbleches unter gleichzeitiger Anwendung von Druck und Wärme erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschweißen des Noppenblechs mit dem Flachblech das Flachblech auf einem beheizbaren Schweißtisch aufliegt, so daß Wärme vom Schweißtisch über das Flachblech in die Zwischenlage geleitet wird.
16. Tiefziehfähiges Doppellagenblech mit zwei Deckblechen aus Metall und einer zwischen den Deckblechen angeordneten Zwischenlage aus Epoxidharz, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
Zusammensetzung des Bindemittelsystems (in Massenprozent)
17. Doppellagenblech nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Deckbleche ein Noppenblech ist, dessen Noppenspitzen mit dem ebenen anderen Deckblech verschweißt sind.
18. Doppellagenblech nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppellagenblech ein Sandwichblech mit zwei ebenen Deckblechen ist.
19. Doppellagenblech nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Noppenblech nur an seinem äußeren Rand Noppen aufweist, die mit dem ebenen anderen Deckblech an den Noppenspitzen verschweißt sind, während die übrige Fläche des Noppenblechs eben ist.
20. Doppellagenblech nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagenfolie mit den beiden ebenen Deckblechen durch einen Klebstoff verklebt ist.
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