DE2125440B2 - Verfahren zum herstellen von kunststoff-metall-laminaten - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Metall-Laminaten, bestehend aus einem Metallblech, das ein- oder beidseitig mindestens eine ein Copolymeres aus Hexafluorpropylen und Tetrafluoräthylen enthaltende Kunststoffschicht aufweist, bei welchem Verfahren eine Folie aus dem Material der Kunststoffschicht mit dem Metallblech zusammengebracht und die Schichtung auf eine Hafttemperatur erwärmt wird, bei der das Kunststoffmaterial erweicht und zur Haftung kommt

Es ist bekannt, daß sich polymere Fluorkohlenwasserstoffe besonders gut als Schutzüberzüge von Metalloberflächen eignen, da sie vollkommen korrosionsbe- ständig sind und weniger der Verschmutzung und Verschlackung unterliegen als andere Kunststoffe. Solche Fluorkohlenwasserstoffe lassen sich aber nicht ohne weiteres wie andere Kunstoffe, beispielsweise eine Polyvinylchlorid-Folie, behandeln.

Das Beschichten mit polymeren Fluorkohlenwasserstoffen, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, wird nach bekannten Verfahren, die zu beschichtende Metalloberfläche durch Sandstrahlen, Äther oder Einwirkung chemischer Lösungsmittel sorgfältig gereinigt und präpariert und anschließend feinverteiltes Polytetrafluoräthylen, vorzugsweise suspendiert in destilliertem Wasser, aufgesprüht, aufgestrichen oder aufgebürstet und dann so lange erwärmt, bis die Partikeln des Kunststoffes zu einem filmartigen Belag verschmelzen. Je nach der gewünschten Stärke der Beschichtung muß dieses Verfahren Öfter wiederholt werden. Zum Schluß wird gesintert, um alle Schichten miteinander zu verschmelzen und fest mit dem Metall zu verbinden. Ein solches Verfahren ist aber sehr umständlich und zu aufwendig, um wirtschaftlich ausreichend genutzt zu werden.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren werden biegbare Metallplatten mit dazwischen eingeschlossenen Folien aus Polytetrafluoräthylen hergestellt, indem die Metallplatten durch mehrmaliges Eintauchen in eine wäßrige Suspension des Kunststoffes beschichtet werden. Nach jedem Eintauchen muß die aufgebrachte Suspension trocknen. Zum Schluß wird der Überzug durch Kalander geglättet

Die Ränder der so beschichteten Platten werden dann mit Polytetrafluoräthylen bepinselt und jeweils zwei Platten an diesen Rändern miteinander verbunden, so daß eine Hülle gebildet wird. Durch die öffnung dieser Hülle werden mehrere der beschichteten Folien eingeschoben und ein Vakuum zwischen den beiden äußeren Platten angelegt und durch Erwärmen die Folien miteinander verschweißt Um jedoch die gewünschte Verbindung sicherzustellen, muß von außen ein Druck einwirken, der auf alle Fälle größer ist als der in der Hülle herrschende Druck.

Aus der GB-PS 1049 584 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Beschichten von Metallblech mit einem Copolymeren aus Fluoräthylen und Fluorpropylen bekannt geworden, bei dem ein Metallsubstrat mit einer Folie aus dem Copolymerisat und einer FoEe aus Polytetrafluoräthylen belegt und diese Dreifachlage unter Druck und Erwärmen verbunden wird.

Bei allen bekannten Verfahren zum Beschichten einer Metalloberfläche mit polymeren oder copolymeren Fluorkohlenwasserstoffen wird mit Druck gearbeitet Abgesehen davon weisen alle Lehren aus dem Stand der Technik auf die Probleme beim Beschichten von Metall mit einem polymeren Fluorkohlenwasserstoff hin. So ist dem 1971 erschienenen Kunststoff-Handbuch, Band 11, Carl Hanser Verlag, München, zu entnehmen, daß das Polytetrafluoräthylen beim Schweißen größere Schwierigkeiten als andere Thermoplaste bereitet Es wird ausgeführt daß direktes Verbinden durch Druck und Hitze nur bei dünnen Querschnitten möglich sei. Da das Fluorpolymerisat außerordentlich haftungsabweisend wirkt läßt es sich nicht ohne weiteres verkleben. Es erfolgt daher eine rein mechanische Befestigung auf anderen Werkstoffen. Es wird besonders erwähnt daß eine direkte Verbindung mit Metall erst bei 400° C unter gleichzeitig hohem Druck möglich sei. Höhere Temperaturen und Drücke seien auch erforderlich, wenn als Bindemittel ein Mischpolymerisat aus Tetrafluoräthylen mit Hexafluorpropylen zum Einsatz gelangt

Ältere Druckschriften geben zwar auch geringere Drucke an, wobei jedoch bei dem aus der DT-AS 12 45 094 bekannten Verfahren auf die zu beschichtende Metalloberfläche Polytetrafluoräthylenpulver als Bindemittel verteilt und darauf ein kontinuierlicher Film aus Polytetrafluoräthylen unter Druck und Erhitzen bis oberhalb der Erweichungstemperatur des Kunststoffes aufgepreßt wird.

Aus der DT-AS 12 93 655 ist auch ein Verfahren zum Beschichten von im wesentlichen ebenen Plattenoberflächen mit thermoplastischen Kunststoff-Folien bekannt geworden, bei dem der Zwischenraum zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Kunststoff-Folie evakuiert wird, diese aber danach durch einseitigen Gasdruck auf die Plattenoberfläche aufgepreßt wird, wobei gleichzeitig auch der Raum, der an die von der Plattenoberfläche abgewandten Folienoberfläche angrenzt evakuiert wird. Auch bei diesem Verfahren wird neben einem Vakuum ebenfalls Druck angewandt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, daß Lufteinschlüsse mit Sicherheil vermieden werden und daß es einfacher und wirtschaftlicher als bekannte Verfahren durchführbar ist

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß bei dem eingangs beschriebenen Verfahren das Erwärmen auf die Hafttemperatur unter Einhaltung eines Zwischenstadiums im Bereich von etwa 149 bi; 232⁰C vorgenommen wird und daß ohne Ausüber besonderen Druckes unter Vakuum gearbeitet wird.

Bei diesem Verfahren werfen Kunststoff-MetaD-La- polymerem HexafluororopylemetraBuorathylen auf

iröiate gebadet, deren Schichtung außerordentfich fest einem Metallblech 2 haftet Das Laminat Hegt auf einer

haftet und vollteminenglatt und frei von Lufteinschlis- Unterlage 3. Die Kunststoff-Folie kann eine Stärke von

sen ist Das Kunststoffmatenal wirft sich im Bereich des 0.0127 mm bis 0.508 mm aufweisen, während das

ZwisctenstadSuins und gibt dabei KanSte oder Durch- 5 Metallblech mindestens 0,03048 mm dick ist Die FoHe 1

asse frei. «J»¹¹ Entfernen der Luft dank des und das Metallblech 2 sind vor und nach dem

angelegtenι Vakuums besonders forderlich sind. Es ist Heißverkleben im Vakuum bei einer Temperatur von

entgegen herrschender Auffassung davon abgesehen JQ^bisSiyCgeradeundeben;

worden, besonderen Druck, auch kernen Atmosphären- F i g. 2 zeigt eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht, die die

druck »rfzuUnagen. Em solches Druckausüben würde io Ausdehnung und das Werfen und Ausbeulen der

das Aufwerfen der Kunststoff-FoBe und damit die Kunststoff-Folie in einem Zwischenstadium des Erwär-

Freigabe der Kanäle oder Durchlässe so behindern, daß mens im Vakuum veranschaulicht Dieser Zustand tritt

das durch das Verfahren erreichte Ausmaß der bei emer mittleren Temperatur von etwa 149° bis232°C

Entfernung von Luiftnicht sichergestellt wäre. Es war auf, wobei die FoUe 1 ihre größte Ausdehnung vor dem

überraschend, daß sich trotzdem em sehr guter Verbund .5 Schrumpfen und Verkleben mit der Oberfläche des

•^fachen den Schichten ergibt und außerordentfich Metallbleches 2 aufweist Durch die Arbeit im Vakuum

saubere Laminate mit glatter Oberfläche erhalten wird die zwischen Folie und Metalloberfläche befindü-

werden. Es wurde gefunden, daß Walzen oder ehe Luft evakuiert Unter Aufrechterhalten des

Quetschen der erweichten Kunststoff-Folie nicht nur Vakuums und Ansteigen der Temperatur schrumpft

nicht erforderlich ist, sondern sich häufig ungünstig auf 20 dann, die Kunststoff-Folie 1 und legt sich glatt auf die

die Haftfestigkeit auswirkt Oberfläche des Metallbleches 2 (F i g. 1);

Es können sowohl nicht oxydierbare als auch Fig.3 zeigt eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht die

oxydierbare MeWtHe sowie ebene oder konvexe jedoch ein konvex gebogenes Laminat zeigt Die

Metalloberflächen in einfacher und äußerst wirtschaft«- Kunststoff-Folie 1 ist auf die konvex gebogene Seite des

eher Weise beschichtet werdea Es bereitet keine 25 Metallbleches 2 gelegt das seinerseits auf der konvexen

Schwierigkeiten, Folien in Stärken von etwa 0,127 mm Oberseite einer Unterlage 4 aufliegt. Folie und

bis 5.08mm und Breiten bis zu etwa 122mm zu Metallblech befinden sich in dieser Form vor dem

verarbeitea Die Folie haftet unmittelbar auf der Erwärmen und nach dem Heißvcrkleben, Vorgänge, die

Metalloberfläche, ohne irgendeine zwischenlieger de erst bei einer Temperatur von 232° bis 316° C auftreten. Haftschicht Gaseinschlüsse, die schwächende Blasen 30 im Vakuum;

bilden und physikalische Eigenschaften des Laminats F i g. 4 zeigt eine der F i g. 2 ähnliche Ansicht die ein

beeinträchtigen wurden, treten nicht auf und sind nicht Zwischenstadium der auf der konvexen Oberseite eines

zubefürchtea Metallbleches 2 liegenden Kunststoff-Folie 1 zeigt die

Im wesentlichen verläuft das erfindungsgemäße hier ausgedehnt und gewellt ist Das Metallblech 2 liegt Verfahren wie folgt: 35 auf einer entsprechend konvexen Unterlage 4 auf. Diese Eine Folie aus Polyhexafluorpropylen-tetrafluoräthy größte Ausdehnung hat die Folie 1 in einem

len wird auf ein Metallblech aufgelegt und die beiden Temperaturbereich zwischen 148° bis 232° C. Ähnlich

Schichten werden im Vakuum allmählich erwärmt Bei wie in Beispiel 2 wird die Luft evakuiert, um

einer Temperatur von 148° bis 232°C weist die Lufteinschlüsse zwischen Folie und Metallblech zu

Kunststoff-Folie ihre größte Ausdehnung auf und wirft 40 vermeiden und dann wird die Temperatur auf 232° bis

sich, wobei Kanäle bzw. Durchlässe zwischen Folie und 316°C erhöht wobei die Folie t schrumpft sich fest auf

zu beschichtender Oberfläche entstehen, die ein die Metalloberfläche legt und sich mit dieser verbindet;

Entweichen vorhandener Luft gestattea Bei weiterem F i g. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Temperaturanstieg erweicht das Kunststoffmaterial, Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zur

und bei etwa 316°C beginnt die Hafttemperauir, die bis 45 Herstellung eines Kunststoff-Metall-Laminats im Vaku-

zu 330⁰C reicht Die Verweilzeit bei der Hafttemperatur um und unter Erwärmen. Es sind im wesentlichen drei

variiert etwas und hängt im wesentlichen von der flüssigkeits- und gasdichte Kessel vorgesehen, die

Zeitspanne ab, die erforderlich ist um die maximale miteinander durch längliche Heizleitungen verbunden Hafttemperatur zwischen 316° und 330° C zu erreichen. sind. Das ganze System wird einem entsprechenden Die Beschichtung kann ein- oder beidseitig im so Vakuum unterworfen.

kontinuierlichen Arbeitsgang erfolgen. Es können eine Metallstreifen werden nacheinander von einem

oder mehrere Schichten aufgebracht werden, wobei die ersten Kessel durch eine erste Leitung zu einem zweiten

Dicke des Belages entsprechend den Erfordernissen Kessel und von hier durch eine zweite Leitung zu einem

eingestellt werden kann. Um zu verhindern, daß das dritten Kessel geführt. Die Kunststoff-Folie wird einer

Laminat an einer Unterlage anklebt, kann die eine 55 Seite oder den beiden gegenüberliegenden Seiten des

solche Unterlage berührende Seite des Laminats mit Metallbleches kontinuierlich zugeführt und bei Unter-

einem Antihaftbelag, beispielsweise einer Silikonverbin- druck unter Erwärmen damit verbunden,

dung, versehen werden. Haftkitte oder Haftzusätze Das gesamte Verfahren wird ohne eine Unterlage

zwischen der zu beschichtenden Metalloberfläche und oder Abstandstreifen und bei ausreichendem Unterder Kunststoff-Folie werden nicht benötigt Es lassen ho druck bzw. Vakuum durchgeführt. Es ist nicht ein

sich in der erfindungsgemäß einfachen Weise sowohl vollständiges Vakuum erforderlich, es muß nur ausrei-

ebene als auch konvexe Oberflächen einwandfrei chend sein, um ein im wesentlichen luftfreies Verkleben

beschichten. oder Verschweißen der Kunststoff-Folie mit dem

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen, in Metallstreifen zu erzielen, und zwar ohne Verwendung

denen einige Ausführungsbeispiele schematisch darge- (15 irgendwelcher Quetsch- oder Druckvorrichtungen,

stellt sind, näher erläutert Moderne Vakuumpumpen können ein Vakuum etwa

F i g. 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Kunst- 0,001 mm Hg schaffen. Solche extremen Drucke sind für stoff-Metall-Laminats, bei dem eine Folie 1 aus das vorliegende Verfahren nicht erforderlich und das

Vakuum kann für einen gegebenen Fall durch Versuche ermittelt werden. Ein Vakuum von 0,1 —0,01 mm Hg ist im allgemeinen zufriedenstellend Ein größeres Vakuum, das vielleicht zweckmäßig sein könnte, ist wirtschaftlich uninteressant und ein geringeres Vakuum könnte etwas Luft zwischen den Lagen lassen.

Drei Behälter 18, 19 und 20, die ein erforderliches Vakuum aushalten können, sind durch kanalartige Führungen 22 und 25 miteinander verbunden. Diese Führungen bestehen aus Metall und sind ausreichend ι ο weit, um maximal breite, auf Rollen aufgewickelte Metallblechstreifen aufnehmen zu können. An der Innenseite des Bodens der Führungen ist vorzugsweise eine leichte Konvexkrümmung vorgesehen. Diese stützt das sich bewegende Metallblech, um die Berührung der Kunststoff-Folie vor dem Verkleben mit dem Metallblech zu sichern. In gewissen Fällen kann eine flache Führung möglicherweise ausreichen, aber die gebogene Form ist besonders bevorzugt Diese Führungskanäle müssen ausreichend fest sein, um ein nahezu vollständiges Vakuum ohne innere Stützen auszuhalten. Eine mit einem Ventil versehene Leitung 21 führt zu einer Vakuumquelle (nicht dargestellt), die das gesamte System evakuiert Durch die Anlage werden zwei Lagen der Kunststoff-Folie auf jede Seite eines biegbaren Metallstreifens aufgebracht. Der Metallstreifen 30a wird von einer Rolle 30 im Kessel 18 in die Leitung 22 unterhalb der Stützrolle 32 gezogen, die den Streifen auf die gebogene Unterseite 33 der Führung 22 weiterbewegt Die Kunststoff-Folien 28a und 29a werden von den Rollen 28 und 29 im Kessel 18 abgezogen und auf den Metallstreifen aufgelegt Sie werden durch die Rollen 31 und 32 auf dem Metallstreifen gehalten. Die nicht miteinander verbundenen Lagen aus dem Metallstreifen 30a und den Kunststoff-Folien 28a und 29a werden durch eine Heizzone 23 bewegt und ausreichend erwärmt, um die Verbindung des Kunststoffes mit dem Metall zu schaffen (260°-316"C). Die Rollen aus biegsamen Metallstreifen müssen vor dem Einbringen in den Kessel 18 mit irgendwelchen bekannten Lösungsmitteln gereinigt werden, um fett- und staubfrei zu sein. Eine solche Vorbehandlung kann für eine gute HeiBverklebung zwischen dem Kunststoff und dem verwendeten Metall zweckmäßig sein.

Der Metallstreifen 30a mit den auf seiner Oberseite aufgeklebten zwei Kunststoff-Folien 28a und 29a wird durch eine Teil-Kühlzone 24 bewegt Bei bestimmten Fluorkohlenwasserstoffarten kann diese Kühlstufe weggelassen werden. Der so zusammengesetzte Streifen wird über eine Führungswalze 34 geleitet, die auch so als Aufbringer eines Silikons oder eines anderen nichtklebenden Stoffes dient, nah dem die KunststofT-oberfläche beschichtet wird, um ein nachfolgendes Ankleben der gebogenen Unterseite 39 der nächsten Heizzone 26 in der Führung 25 zu vermeiden. Die Einzelheiten der Walze 34 als Sflikonaufbringer sind nicht dargestellt, da sie ganz allgemein bekannt sind. Es soll erwähnt werden, daß gegebenenfalls eine Hohlwelle mit Dichtung erforderlich ist, die sich Mtch außen erstreckt, um SHikonöl oder dergleichen in der Walze nachzufüllen. Diese letztgenannte muß durchlöchert sein, mn das Silikon auf die Oberfläche der Kunststoff-Folie zu verteilen. Die das Silikon aufbringende Walze 34 dient auch dazu, den sich bewegenden Metall-Kunst stoff-Streifen gegen die gebogene Unterseite 33 der f>s Leitung 32 zu halten und ihn gegen die obere Walze oder Rolle 35 zu richten. Rollen 37 und 38 hn Kessel 19 liefern eine zweite Serie von zwei Lagen der

Kunststoff-Folie 37a und 38a, die auf die unbeschichtete obere Räche des Metallstreifens 30a an der Rolle 35 aufgelegt werden. Die Rolle 36 dient dazu, den Metallstreifen mit den beiden damit verklebten, nun auf der Unterseite mit einem Film aus Silikonöl oder dergleichen beschichteten Kunststoff-Folien 28a und 29a und seinen auf der Oberseite noch nicht festgeklebten, zwei neuen Kunststoff-Folien 37a und 38a an der Konvexseite der gebogenen Unterseite 39 der Leitung 25 zu halten. Der mit den vier Kunststoff-Folien belegte Metallstreifen 30a wird durch die Heizzone 26 geführt, wo die beiden noch nicht festhaftenden Lagen auf der Oberseite des Metallstreifens verklebt oder verschweißt werden. Der Silikonbelag auf der Unterseite des zusammengesetzten Streifens verhindert ein Ankleben der bereits festklebenden Kunststoff-Folie an der heißen, gebogenen Unterseite 39 der Heizzone 26. Der mit auf beiden Seiten mit je zwei Kunststoff-Folien beschichtete Metallstreifen 30a wird durch eine Kühlzone 27 und dann unter einer Führungsrolle 40 bewegt, die den zusammengesetzten Streifen gegen die Unterseite 39 hält und den fertigen Streifen auf die Rolle 41 im Kessel 20 rchtet Wenn der Metall-Kunststoff-Streifen als Verkleidung verwendet und auf der Oberfläche einer Rohrleitung oder eines Kessels (sei es innen oder außen) festgekittet werden soll, muß die letzte Lage der Kunststoff-Folie, die von de·· Rolle 38 aufgebracht wird, eine geätzte Seite aufweisen, die freiliegt um verkittet werden zu können. Dies ist dann erforderlich, wenn das Kunststoff-Metall-Laminat beispielsweise mit einer konkaven Fläche verbunden werden soll. Eine Schicht oder eine Lage der Kunststoff-Folie kann mit dieser Einrichtung aufgebracht werden. Es können, falls erwünscht mehrere Kunststoff-Folien aufgebracht werden, wobei dann mehr Rollen mit Folien in den Kesseln untergebracht werden. Der Grund, warum mehrere Schichten oder Lagen der Kunststoff-Folie verwendet werden, beispielsweise zwei Lagen mit einer Stärke von je 0,0254 mm, anstatt einer Schicht oder Lage mit einer Stärke von 0,0508 mm, die die gleiche Dicke ergibt liegt darin, daß die Gefahr der Gasporenbildung vermieden werden soll, die häufig in den Folien auftreten. Es ist nicht wahrscheinlich, daß zwei Gasporen in zwei Folienlagen zusammenfallen, während aber eine einzige dickere Lage sehr wohl Gasporen aufweisen kann. Es wurde gefunden, daß zwei Lagen des copolymeren Hexafluorpropylentetrafluoräthylen, jede 0,0508 mm stark und mit einem 0,127 mm starken Aluminiumstreifen verbunden, von konzentrierter HQ während eines Zeitraumes von drei Wochen nicht angegriffen werden. Nach dieser Zeit zeigten sie eine leichte Durchdringung. Der Versuch fand bei Zimmertemperatur und Atmosphärendruck statt Um eine nahezu korrosionsfreie Beschichtung zu erzielen, wird empfohlen, mehr als zwei Lagen von einer Stärke von 0,0508 nun zu verwendea Natürlich hängt dieses von der Art des zu behandelnden korrodierenden Mediums sowie von den Arbeitstemperaturen und -drucken ab. Es wurde gefunden, daß mit einem Ahiminiumstreifen von einer 0,127 mm bis 0,2032 mm Stärke mit auf jeder Sehe einer 0,0254 mm dicken Schicht des copolymeren Hexafhaorpropylentetrafhioräthyien die Materialkosten erheblich gesenkt werden können. Ein solcher Streuen ergibt ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 19,5 min mit 18.16 kg Betriebsdruck bei etwa 176°C Es eignet sich for daen wehen Anwendungsbereich bei niedrigen Drucksystemen in der Meerwasserdestillation. Ein sehr korrosions-

beständiges dünnes Kupfer-Nickel-Blech, anstelle eines erfindungsgemäß beschichteten Aluminiumbleches, ist weitaus kostspieliger. Das aus dem zusammengesetzten Laminat bestehende Rohr ist gegen Ablagerungen und Verschmutzung sowie gegen Korrosion geschützt. Fluorkohlenwasserstoff, beidseitig als 0,0254 mm dicker Belag aufgebracht, weist eine gute ölbefeuchtbarkeit auf, und es wird damit eine tropfenweise Kondensation auf der Dampfseite erreicht. Die Wärmeleitfähigkeit ist gut.

Die Kunststoff-Metall-Laminate können als solche zur Herstellung von Rohren oder als Auskleidungen von Rohren, Kesseln und anderen in der Großindustrie eingesetzten Behältnissen verwendet werden, die korrodierenden Einflüssen ausgesetzt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

W9 520/425

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Metall-Laminaten, bestehead aus einem Metallblech, das s en- oder beidseitig mindestens eine ein Copolymeres aus Kexafhiorpropylen und Tetrafluoräthylen enthaltende Kunststoffschicht aufweist, bei welchem Verfahren eine Folie aus dem Material der Kunststoffschicht mit dem Metallblech zusanunesgebracht imd die Schichtung auf eine Hafttemperatur erwärmt wird, bei der das Kunststoffmaterial erweicht und zur Haftung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwähnen auf die Hafttemperatur unter Einhaltuug eines Zwischenstadiums im Bereich von etwa 149 bis 232° C vorgenommen wird und daß ohne Ausüben besonderen Druckes unter Vakuum gearbeitet wird.