DE2927983B2 - Verfahren zum Herstellen eines einen Oberflächenüberzug aufweisenden Formkörpers aus Kunststoff und dessen Anwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art und die Anwendung dieses Verfahrens.

Bei einem derartigen Herstellungsverfahren für Formkörper aus härtbarem Kunststoff ist es unter dem Kriterium eines besonders innigen, unlösbaren Verbundes zwischen dem Grundkörper des Formkörpers und seinem Oberflächenüberzug bekannt, ein Überzugsmittel mit beigemengtem Bindemittel zu verwenden, welches einen härtbaren Kunststoff enthält (DE-PS 22 18 320). Hier ist man somit auf einen Oberflächenüberzug beschränkt, welcher einen Anteil an dem für den Formkörper gewählten Kunststoff aufweist und folglich in aller Regel der Forderung nach Verschleißfestigkeit nicht in dem Maße wie ein reiner Metallüberzug nachzukommen vermag. Zum (reinen) Metallisieren von Kunststoffen wird man daher nach wie vor erst im Anschluß an die Formgebung des Kunststoffkörpers in einem gesonderten Arbeitsgang das Metall aufbringen können. Sofern dies für Metallüberzüge größerer Schichtdicke (z. B. von Millimetern) aus Gründen der Wirtschaftlichkeit durch thermisches Spritzen geschehen soll, ist man aber naturgemäß auf niedrig schmelzende Metalle beschränkt; sonst muß mit einer Verkokung des Kunststoffes gerechnet werden. Im übrigen erfordert das Spritzen auch bei Kunststoffen eine Werkstückvorbereitung: Eine gute Haftung des Oberflächenüberzuges läßt sich nur bei vorher beispielsweise durch Sandstrahlen aufgerauhter Oberfläche sicherstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Herstellen von Oberflächenüberzügen bei Formkörpern aus Kunststoff mit niedrigerem Schmelzpunkt als der des Überzugsmittels das thermische Spritzen uneingeschränkt, d. h. insbesondere ohne Beschränkung durch die Schmelztemperatur des Kunststoffs anwenden und somit auch Oberflächenüberzüge aus hoch

ίο schmelzenden Metallen, Oxiden, Karbiden und dergleichen herstellen zu kennen und hierzu auch ohne vorhergehende Haftgrund erzeugende Maßnahmen auszukommen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bei Anwendung der in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst Demnach erschöpft sich die Erfindung nicht in einem bloßen Rückgriff auf ein bekanntes Verfahren, welches seiner Natur nach offenbar nur für die Oberflächenvergütung hauptsächlich im Sinne einer dekorativen Gestaltung eines Formkörpers sinnvoll anwendbar ist Vielmehr setzt die Erfindung die Erkenntnis voraus, daß das Beschichten einer wärmefesten Fläche durch thermisches Spritzen

eines Überzugsmittels bei demgegenüber wesentlich geringerer Temperatur der Fläche zu einer hierauf erstarrenden Schicht führt, die zum einen mit dieser Fläche infolge des aus der Temperaturdifferenz resultierenden Abschreckungseffektes nur eine äußerst loje Bindung eingeht und die zum anderen an ihrer der Fläche abgewandten (freien) Oberfläche je nach Wahl der Korngröße der Spritzpartikel von solcher Rauhigkeit ist, daß diese rauhe Oberfläche ein idealer Haftgrund für Kunststoff bzw. für eine mechanische Bindung an einen erst beim Aufbringen von Kunststoff hieraus gebildeten Grundkörper ist. Erst mit solcher Erkenntnis konnte die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anwendung der durch thermisches Spritzen eines (gegenüber Kunststoff relativ hoch schmelzenden) Überzugsmittel beschichteten Fläche als präparierte Formfläche für den Grundkörper eines zu überziehenden Formkörpers aus Kunststoff einen Sinn haben, um schon mit dem Einbringen des Kunststoffes in die Form (frühestens bei Abkühlung des Überzugsmittels auf die Temperatur des Kunststoffes), also mit der Formgebung in einem einzigen Arbeitsgang einen innigen Verbund des Kunststoffs mit dem erstarrten Überzugsmittel zu bewirken. Das hat sich durch Versuche verdeutlichen lassen, in denen sich bei der beim ihermischen Spritzen auf einer kalten metallischen Formfläche sich bildenden Schicht an ihrer freien Oberfläche ohne weiteres Rauhtiefen bis zu 50 μιτι erreichen ließen. Maßgebend hierfür ist die Wahl der Korngröße der Spritzpartikel, d. h. mit zunehmender Korngröße wird auch die Rauhigkeit und Porosität der gespritzten Schicht größer. Für die Bindung dieser Schicht an die Formfläche hat sich gezeigt, daß bei ihrer Vorbereitung durch Polieren das Entformen des überzogenen Formkörpers keinerlei Schwierigkeiten bereitet.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat sich als zeitsparende und kostengünstige Herstellungsweise für Formkörper sowohl aus Duroplasten (u. U. mit Faserverstärkung) als auch aus Thermoplasten mit Oberflächenüberzügen aus allen nicht zersetzlichen Stoffen erwiesen. So kommen für den Oberflächenüberzug nicht nur Metalle uneingeschränkt, vor allem hoch schmelzende Metalle z. B. für einen besonderen Verschleiß- und Erosionsschutz, in Betracht, sondern auch z. B.

Oxide fur den Wärmeschutz des betreffenden Formkörpers oder Karbide, wenn zugleich Verschleiß- und Wärmeschutz gefordert wird. Eine bevorzugte Anwendung dient der Herstellung blitz- und/oder erosionsgeschützter Kunststoffkörper, wozu es Lekanntlich relativ großer Schichtdicken des Oberflächenüberzuges bedarf, wenn Schaden am Kunststoffgrundkörper des Formkörpers mit größter Sicherheit ausgeschlossen werden sollen. Für solche Schichtdicken unter Umständen bis zu Millimetern empfiehlt es sich, bei einem entsprechenden mehrlagigen Aufspritzen des Überzugsmittels auf der Formfläche zwischen den einzelnen Spritzphasen soweit zu kühlen, daß die einzelnen Spritzlagen auf ihrer Erstarrungstemperatur gehalten werden. Das kann je Spritzlage mitteis Druckluft geschehen und verhindert Eigenspannungen der einzelnen Spritzlagen.

Weitere bemerkenswerte Einzelheiten werden im nachfolgenden Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht, wozu die Zeichnung im Schnitt in einer Form 1 aus Metall einen hiermit gestalteten Formkörper 2 aus einem z. B. wärmehärtbaren Kunststoff, wie Kunstharz, u. U. auch als Matrixmaterial von verstärkenden (Glasoder Kohlenstoff-)Fasergewebelagen zeigt. Um diesen Formkörper 2 bzw. seinen Kunststoff-Grundkörper 2.1 beispielsweise aus Gründen des Erosionsschutzes mit einem Oberflächenüberzug 3 aus einem hoch schmelzenden Metall, z. B. Titan, zu versehen, wird vor dem Einbringen des Kunststoffes bzw. Materials aus dem der Grundkörper 2.1 geformt wird, in die Form zunächst deren Formfläche 1.1 mit dem metallischen Überzugsmittel 3 beschichtet. Das geschieht auf der durch Polieren vorbereiteten Formfläche 1.1 durch thermisches Spritzen des Überzugsmittels 3, beispielsweise durch Plasmaspritzen mittels eines sog. Plasmabrenners (Spritzpistole). Die beim Spritzen des Überzugsmittels 3 gegenüber den aufprallenden Spritzpartikeln kalte Formfläche 1.1 bewirkt ein Abschrecken der zumindest warmplastischen Spritzpartikel mit der Folge, daß die sich bildende Schicht des Überzugsmittels 3 mit der Formfläche 1.1 nur eine lose Bindung eingeht. Andererseits wird durch eine entsprechend gewählte Korngröße der Spritzpartikel, je nach Spritzmaterial wählbar etwa von 20 bis 70 μιτι, erreicht, daß die Schicht des Überzugsmittels 3 an ihrer der Formfläche 1.1 abgewandten Oberfläche eine Rauhigkeit mit Rauhtiefenwerten etwa zwischen 20 und 50 μπι aufweist. Hierauf kann auch durch entsprechendes Steuern der Spritzpartikelgeschwindigkeit Einfluß genommen werden. So i-.t es durchaus möglich, in der Schlußphase des Spritzens mit einer wesentlich geringeren Spritzpartikelgeschwindigkeit zu arbeiten als die Hochgeschwindigkeit, welche zum Erreichen einer besonders großen Dichte des Oberflächenüberzuges 3 nötig ist. Folglich weist die Schicht des Überzugsmittels 3 auf der Formfläche 1.1 einen geeigneten Haftgrund für den Kunststoff des Grundkörpers 2.1 auf, welcher dann in die Form 1 eingebracht wird, sobald die Schicht des Überzugsmittels 3 auf die Temperatur des Kunststoffs abgekühlt ist. Nach dem Aushärten des Kunststoffes u. U. unter Druck in einem Autoklaven wird der Form 1 der Formkörper 2 mit dem an seinem Grundkörper 2.1 festhaftenden Oberflächenüberzug 3 entnommen. Es besteht in der Regel eine in dem Maße innige Bindung des Oberflächenüberzuges 3, daß er sich selbst bei Verwindungen des Formkörpers 2 nicht löst.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines einen Oberflächenüberzug aufweisenden Formkörpers aus einem Kunststoff mit niedrigerem Schmelzpunkt als der des Überzugsmittels durch Einbringen des Kunststoffs in eine Form, auf deren wärmefester Formfläche zuvor das Überzugsmittel zu einer Schicht aufgetragen ist, welche sich mit dem aus dem Kunststoff geformten Grundkörper unmittelbar vereinigen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichten der Formfläche durch thermisches Spritzen des Überzugsmittels bei wesentlich geringerer Temperatur der Formfläche als die Temperatur des aufprallenden Überzugsmittels und das anschließende Einbringen des Kunststoffs in die Form frühestens bei Abkühlung des Überzugsmittels auf die Temperatur des Kunststoffs erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche für das Beschichten durch Polieren vorbereitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrlagigem Aufspritzen des Überzugsmittels zwischen den einzelnen Spritzphasen gekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen der jeweiligen Spritzlage durch Druckluft erfolgt.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 für Formkörper mit Oberflächenüberzügen aus hoch schmelzenden Metallen.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 für Formkörper mit metallischem Oberflächenüberzug mit einer für den Blitz- und/oder Erosionsschutz ausreichenden Schichtdicke.