DE2250587A1 - Formung eines hohlen kompositmetallgegenstandes - Google Patents

Formung eines hohlen kompositmetallgegenstandes

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Description

A 1325
PATEN TAHW
Dr.-lng.HA::r
Dipi.-lrai.iK"..-.. \ 1JLAR
. us-: r. L 1.1 r.j
Au.-juslo-Viktaria-Str«!« ff»
Aluminum Company of America, Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A,
Formung eines hohlen Kompositmetallgegenstandes
Die Erfindung betrifft einen hohlen Kompositmetallgegenstand und einen Metallrohling zur Verwendung beim Formen zwecks Herstellung eines solchen Metallgegenstandes.
Esist bekannt, verschiedene Arten von schalenähnlichen Metallgegenständen durch Deformierung allgemein flacher, blattartiger Metallelemente zu hohlen schalenähnlichen Gegenständen auszuformen. Solche Stanzformoperationen werden häufig bei der Erzeugung von Behältern verwendet, wie Folientortenformen und gezogenen Büchsen. Daneben werden solche Systeme häufig verwendet, um hohle schalenartige Gegenstände herzustellen, die andere Verwendung haben, wie zum Beispiel Deckelklappen für Aerosolbüchsen. '
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Es ist üblich rüi· die meisten Endzwecke, den Metallrohling, iiw in die hohlen schalenartigen Gegenstände umgewandelt werden soll, mit verschiedenen Arten von Schutzüberzugsmaterialien zu überziehen. Eine der erwünschten und häufig wesentlichen Eigenschaften solcher Sohutzüberzugsmaterialien ist, dass sie die starken Metallbearbeitungskräfte, die während der Verarbeitung des Rohlings zu den schalenartigen Konfigurationen angreifen, überstehen. Wenn die Endverwendung des schalenartigen Gegenstandes derart ist, dass ein Korrosionsarigriff auf das Metall eintreten kann, wenn ein solcher Schutz nicht vorgegeben ist, muss die Integrität solcher Schutzüberzüge entweder erhalten bleiben oder nachfolgend wieder hergestellt werden. Eine typische Endverwendung, wo ein solcher Schutz benötigt wird, stellt der gezogene nahtlose Behälter dar, welcher in Verbindung mit Nahrungsmittelprodukten verwendet werden soll, von denen viele potentiell korrodierend sind. Daneben muss die Integrität des Schutzüberzuges, wo bimetallische Behälter verwendet werden, gegeben sein, um die Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung durch galvanischen Korrosion zu eliminieren.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Gegenstand mit einer wirksamen Schutzschicht, welche den oben beschriebenen Spezifikationen genügt und die gewünschte Festigkeit gegenüber widriger Schutzschichtzerstörung während der Verarbeitung des Metallrohlings zu einem hohlen schalenartigen Gegenstand bietet.
Metall-
Erfindungsgemäss wird ein hohler schal enartLger/Gegenstand vorgeschlagen, welcher einen einstückigen nahtlosen Metallkörper mit einem Basisteil und einer peripheren Wand enthält, wobei dieser Metallkörper eine EpoxyT Polyester oder Polyurethan enthaltende Klebstoff- bzw. Haftschicht trägt, die an der inneren Oberfläche desseLben sitzt, sowie eine zusammenhängende Schicht aus einem Sperrmaterial, die an diesem Metallkörper mittels dieses Klebstoffs befestigt ist, wobei dieses Sperrmaterial Polypropylen, Copolymerisate aus Polypropylen und Äthylen oder lonomere von Polyolefinen enthält und eine Dicke von etwa 0,025 bis 0,1 mm aufweist.
3 Ü 9 8 1 9 / 1 0 0 H
BAU ORIGINAL
— '5 mm
Die Erfindung wird nun im einzelnen anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen
Figur 1 eine angebrochene Querschnittsansicht einer Form des Kompositmetallrohlings ist, der in dieser Erfindung verwendet wird;
Figur 2 eine angebrochene, etwas- schematische Querschnittsansicht im Aufriss von zwei Herstellungsstufen eines schalenartigen Metallgegenstandes dieser Erfindung darstellt;
Figur 3 eine Querschnitts-Aufrissansicht eines nach dem Verfahren dieser Erfindung geformten hohlen schalenartigen Gegenstandes ist.
Der hier benutzte Begriff "Metallblatt" und Worte ähnlichen Inhalts sollen zweckmässigerweise verwendet werden, um allgemein flache, blattartige Metallgegenstände zusammengefasst zu bezeichnen,und Metall einschliessen, welches technisch als Folie, Blatt oder Platte zu betrachten ist. Der Begriff "Metallrohling"' soll verwendet werden, um die Metallblattelemente zu bezeichnen, die in einen einzelnen hohlen schalenartigen Metallgegenstand verwandelt werden sollen, und Rohlinge verschiedenster Konfigurationen einschliessen, einschliesslicher runder, rechteckiger und ovaler Rohlinge.
In Figur 1 ist ein Metallblatt 2 gezeigt, welches eine Klebeschicht 4 aufweist, die vorzugsweise zusammenhängend das Metallblatt 2 bedeckt und zur Befestigung der äusseren Sparschicht 6 an dem Metallblatt 2 dient. Diese Kompositstruktur liefert einen Metallrohling, der beim Verfahren der Erfindung zur Herstellung eines hohlen, nahtlosen, schalenartigen Metallgegenstandes in einer unten zu beschreibenden Weise verwendet wird.
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Das Metallblatt 2 kann aus einer grossen Anzahl von Materialien zusammengesetzt sein, welche zu hohlen, schalenartigen Gegenständen ausgeformt werden können. Zu den bevorzugten Materialien zählen Aluminium und Stahl, wie auch Legierungen derselben. Der Zweckmässigkeit halber soll der hier benutzte Begriff "Aluminium" jede Qualität von Aluminium und Legierungen auf Aluminiumbasis bedeuten, worin das Aluminium nicht weniger als 80 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung ausmacht. Beispiele für Aluminiummaterialien, welche wirksam zur Ausformung solcher hohlen, schalenartigen Gegenstände verwendet werden können, sind die Aluminium- -Mangan-Legierungen (j5XXX), wie 3OOJ, und die Aluminium-Magnesium-Legierungen (5XXX), wie 5052 und 5454. Es versteht sich, dass jedoch auch andere Legierungen bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendet werden können.
Die Klebeschicht 4 ist vorzugsweise in Form eines Überzugs vorgegeben, der ein Überzugsgewicht von etwa 1,0 bis 5*0 mg/6,45 cm besitzt, wobei 1,0 bis 3*0 mg/ 6,45 cro bevorzugt werden. Die bevorzugten Klebematerialien sind Epoxy, Polyester oder Polyurethan. Es versteht sich, dass diese Klebstoffe mit Zusätzen versehen sein können, welche zur Modifizierung der Klebstoffeigenschaften dienen. Zum Beispiel kann ein Polyurethan-Klebstoff Epoxymodifiziert sein, umdie gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Es können auch Katalysatoren desüblichen Typs mit speziellen Klebstoffen gegebenenfalls verwendet werden.
Die Sperrschicht 6 ist vorzugsweise in Form eines Filmes vorgegeben, kann jedoch auch als überzug vorliegen. Die Sperrschicht 6 hat vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,025 bis 0,1 mm, wobei die bevorzugte Dicke bei etwa 0,0625 bis 0,0875 mm liegt. Die Sperrschicht 6 setzt sich vorzugsweise aus Polypropylen oder Polypropylen-äthylen-Copolymerisaten oder Ionomeren aus Polyolfftin zusammen. Ein bevorzugter Bereich des Äthylenbestandteils in dem Polypropylen-äthylen-Copolymerisat sind etwa 2 bis 10 Gew.-% Äthylen, wobei etwa 2 bis 5 % den bevorzugten Bereich darstellen.
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Bei der Herstellung der Kompositstruktur der Figur 1 wird es bevorzugt, das Sperrschichtmaterial 6 einer elektrostatischen Entladungsbehandlung in herkömmlicher Weise zu unterwerfen, um die Klebe- bzw. Hafteigenschaften der Oberfläche der Sperrschicht 6 zu verbessern und das Verbinden mit dem Metallblatt wirksamer zu erleichtern. Jede geeignete Massnahme zur Ausführung dieser Behandlung kann verwendet werden, wie z.B. die in der US-Patentschrift 3 223 757 vorgeschlagene.
Obwohl die Kompositstruktur dieser Erfindung zur Herstellung verschiedener Arten von geformten Behältern, wie Tortenformen und anderen einstückiggeformten Behältern, angewendet werden kann, bietet sie besondere Vorteile beim Einsatz zur Formung von gezogenen Metallbehältern, wie gezeogenen Aluminiumbehältern, welche entweder durch eine Einzelstufen- oder Mehrfachstufen- -Ziehoperation ausgeformt werden können. Selbstverständlich ist sie auch zum Einsatz bei der Formung anderer Arten von nahtlosen, hohlen, schal^enartigen Metallgegenständen, wie Verschlusskappen, die mit Aerosolbehältern verwendet werden, geeignet.
Wenn die Kompositstruktur dieser Erfindung hergestellt und ein Metallrohling von einem Stammvorrat abgetrennt worden ist, kann die Ausformung in üblicher Weise erfolgen. Der Metallrohling wird zwischen sich ergänzende Stanzteile gesetzt, Vielehe einer relativen Schliessbewegung von den gegenüberliegenden Seiten des Metallblattes 2 unterworfen werden, um dasselbe entweder zum endgültigen schal^enartigen Gegenstand oder zu einer Zwischenstufe, die zur nachfolgenden Verformung geeignet ist, auszuformen. Zum Zwecke der Erläuterung sei eine Ziehoperation angenommen. Im linken Teil der Figur 2 ist ein Metallrohling 10 gezeigt, der aus der Kompositstruktur dieser Erfindung gebildet wird. Das Sperrschichtmaterial 6 (in dieser Figur nicht gezeigt) zeigt nach oben gegen den Dorn 26. Der Metallrohling 10 ist mit seinem äusseren Umfang zwischen einem Gesenk 12 und der tieferen Oberfläche 14 des Rohlinghalters l6 befestigt. Ein Abstreifring sitzt innerhalb des Stanzelementes 22 und soll der Trennung des
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ausgeformten schalenartigen Gegenstandes 24 vom Dorn 2£j dienen. Eine tiefere Aufspannplatte 28 (i. Orig. bolster plate) und eine Druckplatte 30 sind an den gegenüberliegenden Enden der Anordnung vorgesehen. Bei der Ausführung der Verformung zwecks Herstellung des hohlen schalenartigen Gegenstandes 24 mittels einer Ziehoperation wird der Rohling teilweise zwischen dem Gesenk 12 und dem Rohlinghalter 16 zurückgehalten. Die relative Schliessbewegung zwischen dem axial ausgerichteten Gesenk 12 und Dorn 26 wird vorgenommen, um den gezogenen, hohlen, schalenartigen Gegenstand 24, der im rechten Teil der Figur 2 gezeigt ist, herzustellen. Es versteht sich, dass der schalenartige Gegenstand 24 im allgemeinen ohne merkliche Reduktion der Dicke des Metallblattes 2 ausgeformt wird. Zusätzlich gestattet die Kotnpositstruktur der vorliegenden Erfindung diese Ausformung ohne eine Zerstörung oder bedeutsame Beeinträchtigung der Schutzeigenschaften des Sperrschichtmaterials 6, selbst in Bereichen einer starken Verformung.
In Figur j5 ist ein einstückiger, nahtloser, gezogener Metalldosenkörper gezeigt mit einem Basisteil 40 und einem verbindenden peripheren Wandteil 42, v/elcher gleichzeitig das Innere 44 eines hohlen Behälters definiert. In der gzeigten Form endet der periphere Wandteil 42 in einem nach aussen weisenden Flansch 46. Der Behälter ist aus einem geschichteten Material zusammengesetzt, im allgemeinen der in Figur 1 gezeigten Art, dessen Metallschicht 50 vorzugsweise zusammenhängend mittels einer Klebstoffschicht 54 an das Sperrschichtmaterial 52 gebunden ist.
Der durch eine Einstufenformung hergestellte Behälter besitzt vorzugsweise eine diagonale Innenabmessung D und eine Innenhähe H, die vorzugsweise so zueinander in Beziehung stehen, dass das Verhältnis von Durchmesser zur Höhe mindestens 1 zu 1 ist. Trotz der bei der Herstellung anes Behälters dieser Proportionen verwendeten, starken Formung ist festzustellen, dass das Sperrschiehtmaterial praktisch zusammenhängend (i. Orig. continuous) bleibt, selbst in den Bereichen der stärksten Verformung, wie der ringförmigen Kante 56, an welcher das Bas isteil 40 mit dem
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BAD
peripheren Wandteil 42 verbunden ist. Das gleiche trifft hinsieht- , lieh des Übergangsteils 60 zu, welcher den peripheren Wandteil 42 mit dem Plansch 46 verbindet. Es wurde gefunden,- dass das erfindungsgemässe Kompositmaterial von einer solchen Ausgestaltung ist, dass es diesen Verformungsspannungen standhält, und zwar nicht nur ohne Bruch oder übermässiges Dünnwerden des Sperrschichtmaterials 52,sondern auch ohne Verlust der wirksamen Klebebindung des Sperrschichtmaterials 52 an dem Metall 50. Diese Bindung ist vorzugsweise praktisch zusammenhängend zwischen dem Sperrschichtmaterial 52 und dem Metall 50 realisiert, wobei die Kontinuität die starke Formungsoperation übersteht.
Es wurde gefunden, dass hinsichtlich bestimmter erfindungsgemäss verwendeter Materialarten eine zusätzliche günstige Eigenschaft erzielt werden kann und verbesserte Sperrschichtmaterialeigenschaften erreicht werden können mittels einer speziellen thermischen Entspannungsnachbehandlung. Obwohl das Kompositmaterial dieser Erfindung wesentlichen Verformungsspannungen ohne Auftreten von Rissen oder Brechen des Sperrschichtmaterials 52 im gesamten Material widersteht, können bestimmte mikroskopische Hohlräume oder Poren innerhalb der ersteren Schicht gebildet werden. Obwohl solche Hohlräume keine Öffnung durch die Sperrschicht 52 erzeugen, reduzieren sie nichtsdestotrotz die Dicke des Materials, die zur Verfügung steht, um dem Druchtritt von potentiell karidierenden Materialien zu widerstehen. Es wird angenommen, dass die Mikrohohlräume in Materialien, wie einem Polypropylen-äthylen-Copolymerisat das Ergebnis einer reläiven Diffentialbewegung der amorphen und kristallinen Phase der Struktur unter den angreifenden Kräften sind. Diese resultiert in der Erzeugung solcher Hohlräume. Eine Erwärmung des Gegenstandes nach der Formung auf eine Temperatur von etwa 1J55 bis 190,6 C für etwa 0,2 Sekunden bis 4 Minuten und vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 148,9 bis 167,7 C für etwa 0,5 bis 3 Minuten hat sich als sehr wirksam erwiesen, um die unerwünschten Mikrohohlraumstrukturen praktisch vollstänidg zu eliminieren. Bei einer technisch vorteilhaften praktischen Durchführung dieser
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ORtQlNAUNSPECTED
Erfindung wird die thermische Behandlung nach dem Formen durch Induktionsheizung bewerkstelligt, das ein Mittel ist, um die erforderliche Zeit der Wärmebehandlung auf nur Bruchteile einer Sekunde, je nach der verwendeten Temperatur, zu reduzieren. Die günstigen Ergebnisse sind für die meisten Zwecke innerhalb des bevorzugten Be^iches optimal, wesentliche Vorteile der Erfindung können aber auch innerhalb der oben angeführten breiteren Temperatur- und Zeitbereiche erzielt werden. Eine bevorzugte praktische Ausführungsform dieser Erfindung besteht daher in der Anwendung einer solchen thermischen Nachbehandlung, um eine weitere Verbesserung des Gegenstandes zu erreichen.
Es versteht sich, dass es nach Ausformung des schalenartigen Metallgegenstandes dieser Erfindung erwünscht oder notwendig sein kann, zusätzliche Fabrikationsschritte, wie Pressbügeln (i. Orig. ironing) oder andere zusätzliche Herstellungsverfahrensstufen, zu durchlaufen, die zu einer weiteren Umwandlung des Gegenstandes führen. Daneben sind für eine Anzahl von Endverwendungen ein Zuschneiden und Dekorieren vorgesehen. Das Kompositmaterial dieser Erfindung hält einer solchen weiteren Behandlung stand, ohne dass eine Zerstörung oder übermässes Dünnwerden des Sperrschichtmaterials 52 eintritt.
Beispiel
Um zu erläutern, wie die vorliegende Erfindung praktisch durchgeführt werden kann, wird das folgende Beispiel gegeben. Ein Blatt aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung mit extra hartem HI9 Tempergrad (5O52-H19) und einer Dicke von etwa 0,242 mm wird mit einem überzug aus einem Polyurethan-Klebstoff in einer Menge von 3 mg/6^5 cm versehen, der praktisch zusammenhängend über dem Blatt aufliegt. Ein 0,075 mm-Film aus einem Polypropylen- -äthylen-Copolymerisat mit einem Äthylengehalt von etwa J5 Gew.-^ wird an dem Aluminiumblatt mittels desKlebstoffs bei einer Schichtwalzentemperatur yon etwa 148,9° C befestigt. Vor Ausführung der Schichtung wird der Copolymerisat-Film einer elektro-
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ORIGINAL INSPECTED
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statischen Behandlung in herkömmlicher Weise unterworfen, um für eine^fiesserte Aufnahmefähigkeit der Filmoberfläche für die Klebebindung zu sorgen. Ein runder Behälterrohling mit einem Durchmesser von 14,29 cm wird von einem Stammvorrat abgetrennt. Der Rohling wird in Bezug auf den Ziehdorn und das Gesenk so orientiert, dass der Sperrmaterial-FiIm sich an der Innenfläche des Behälters befindet. Der Rohling wird einer ersten Ziehstufe unterzogen, welche zur Formung eines schalenartigen Gegenstandes mit einem Durchmesser von 7*78 cm und einer Höhe von 3,^1 cm führt. Der schalenartige Gegenstand wird dann einem zweiten Ziehschritt unterworfen, welcher eine gezogene Dose mit einem Durchmesser von 6,19 cm und einer Höhe von 6,19 cm ergibt. Der fertige Behälter wird einer thermischen Entspannungsbehandlung durch Erhitzen desselben auf etwa 162,8° C für etwa 2 Minuten unterzogen. Der verformte gezogene Behälter besitzt eine gleichmassige zusammenhängende Sperrschicht in seinem Inneren. Die Sperrschicht hat praktisch die gleichen Sperrschichteigenschaften in den Beziehen einer extremen Verformung, wie dem Übergang zwischen der Behälterbasiswand und der peripheren Wand, wie im gesamten übrigen Bereich desselben. Dieses Beispiel ist bezeichnend für eine Anzahl spezieller praktischer Endausführungsformen dieser Erfindung und liefert die günstigen Ergebnisse derselben.
Es ist daher selbstverständlich, dass das erfindungsgemasse Verfahren und erhaltene Produkt einen hohlen schalenartigen Gegenstand liefert, welcher einen zusammenhängenden Schutzdecküberzug aus Sperrschichtmaterial besitzt, das einem korrodierenden Angriff auf die Metalloberfläche widerstehen kann. Das Sperrschichtmaterial ist haftend an dem Metall gebunden;seine Integrität bleibt während starker Verformungsoperationen erhalten, wodurch die Notwendigkeit für eine Reparaturbehandlung entfällt. Dies wird alles erreicht, während man den geschichteten Metallrohling in einem im wesentlichen herkömmlichen Fabrikationsverfahren verwendet. Gegebenenfalls können verbesserte Sperrschichteigenschaften durch thermische Behandlung des Gegenstandes erhalten werden, nachdem derselbe ausgeformt wurde, um das Sperrschichtmaterial spannungsfrei zu machen.
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ORIGINAL INSPECTED
- ίο - ??SnS87A 132'j,
Wenn auch zum Zwecke einer bequemen Beschreibung hier Bezug auf einen gezogenen Behälter1, wie eine Dose, genommen wurde,, ist es selbstverständlich, dass andere Formen von Behältern, wie Torten· formen und Aerosoldeckelkappen und ähnliche, erfindungsgemäs::; hergestellt werden können.
Obwohl zum Zwecke der Erläuterung hler Bezug genommen wurde auf Behälter mit einem kreisrunden Grundriss, versteht es sich* dass andere Profile bei der praktischen Durchführung der Erfindung anwendbar sind, einschliesslich zum Beispiel rechteckiger und ovaler Konfigurationen.
- Patentansprüche -
BAU ORIGINAL
O 309819/10 06

Claims (5)

  1. - Ii - ο ο κ η γ; ρ 7 A
    Patentansprüche :
    . Hohler, schalenartiger Metallgegenstand, welcher einen einstüekigen nahtlosen Metallkörper mit einem Basisteil und einer" peripher en Viand enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Metallkörper eine Epoxy, Polyester oder Polyurethan enthaltende Klebstoffschicht bzw. Haftschicht trägt, die an der inneren Oberfläche desselben sitzt, sowie eine zusammenhängende Schicht aus einem Sperrmaterial, die an diesem Metallkörper mittels die%s Klebstoffs befestigt ist, wobei dieses Sperrmaterial Polypropylen, Copolymerisate aus Polypropylen und Äthylen oder Ionomere von Polyolefinen enthält und eine Dicke von etwa 0,025 bis 0,1 mm aufweist.
  2. 2. Hohler, schalenartiger Metallgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Sperrmaterial Polypropylen oder ein Polypropylen-äthylen-Copolymerisat mit einem Äthylengehalt von etwa 2 bis 10 Gew.-% enthält, wobei dieses Sperrmaterial ein Film mit einer Dicke von etwa 0,0625 bis 0,0875 mm und der hohle schalenartige Metallgegenstand als gezogener Behälter mit einem Verhältnis von Innerdurchmesser zu Innenhöhe von etwa 1 zu 1 ist.
  3. 3. Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Metallkörper Aluminium ist.
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  4. 4. Gegenstand nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht über praktisch gleiohmässige Sperrschichteigenschaften innerhalb des gesamten Films als Folge einer thermischen Entspannung verfügt, die nach dem Ziehen dieses Behälters durch Erhitzen dieses Behälters auf etwa 148,9 bis 176,7° C für etwa 0,5 bis 3 Minuten vorgenommen wird, um praktisch vollständig Mikrohohlraumstellen innerhalb dieses Sperrmaterials zu eliminieren und eine gleichmassigere Sperrschichtstruktur als inden nicht thermisch auf diese Weise entspFannten, gezogenen Behältern zu erzielen.
  5. 5. Metallrohling zur Verwendung bei einer Ausformung zwecks Herstellung eines hohlen, schalenartigen Metallgegenstandes nach Ansprueh 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Rohling eine Kompositstruktur aufweist, die durch ein Metallblatt, eine Epoxy, Polyester oder Polyurethan enthaltende Klebstoffschicht, die an einer Oberfläche dieses Blattes sitzt, und eine zusammenhängende Schicht aus einem Sperrmaterial gebildet wird, das über diesem Klebstoff liegt undduroh ihn an dem Metallblatt befestigt ist, wobei
    dieses Sperrmaterial Polypropylen, Copolymerisate aus Polypropylen und Äthylen oder Ionomere von Polyolefinen enthält und eine Dicke von etwa 0,025 bis 0,1 mm aufweist.
    Ro./Br.
    309819/1006
DE2250587A 1971-10-19 1972-10-11 Formung eines hohlen kompositmetallgegenstandes Pending DE2250587A1 (de)

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