DE3720866A1 - Metallverbundblech - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Metallklebeverbundblech bzw. -tafel, wie es bspw. bei elektromagnetischen Reflektoren, bei Parabolreflektorantennen oder bei EMI(elektromagnetische Interferenz)-Abschirmungen verwendet werden kann.

Verbundkörper, die dadurch gebildet sind, daß ein faserverstärktes wärmehärtbares Harz (im folgenden abgekürzt als FRP bezeichnet) mit einem zweiten Material, wie bspw. Kohlenstoff-Faser, leitfähig gemachte organische Faser, aluminiumüberzogene Glasfaser oder Metallgitter kombiniert ist, werden bei elektromagnetischen Reflektoren von bspw. Parabolantennen verwendet. Darüberhinaus hat man stets metallintegrierte Verbundbleche bzw. -tafeln gefordert, die es ermöglichen, daß ein Metallblech mit einem ausgezeichneten Reflektionsgrad in die Reflektionsfläche eingebaut werden kann.

Ein herkömmliches Verfahren, das im allgemeinen beim Herstellen eines Verbundwerkstoffes aus FRP und einem Metallblech, wie bspw. einer Metallfolie angewendet worden ist, umfaßt das Überziehen sowohl eines vorgeformten FRP als auch eines Metallblechs mit einem Klebemittel, wie bspw. eines nicht überbrückten Polyurethans oder eines nicht überbrückten Epoxids durch Aufsprühen oder durch Verwenden einer Bürste. und dann das Vereinigen des FRP und des Metallblechs durch Verkleben. Bei diesem Verfahren erfordert jedoch das Herstellen des Verbundwerkstoffes, da das FRP mit dem Metallblech nachdem das FRP vorgeformt worden ist, vereinigt wird, sowohl zwei Verfahrensschritte als auch eine gesonderte Preßverklebungsvorrichtung.

Darüberhinaus wird, wenn man eine Schutzschicht auf die Oberfläche des Metallblechs des Verbundwerkstoffs bringen möchte, die Schutzschicht auf die Oberfläche des Metallblechs durch Sprühen oder Verwenden einer Bürste aufgebracht, nachdem das FRP und das Metallblech zuvor durch Verkleben miteinander vereinigt worden sind. Dies bedeutet, daß das Überziehen der Schutzschicht einen bestimmten Grad an Technologie erfordert und zu dem Problem führt, daß eine bestimmte Zeitdauer zum Trocknen und eine Trocknungsvorrichtung erforderlich sind.

Um demgemäß die Anzahl der Verfahrensschritte, die zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes aus FRP und einem Metallblech zu verringern, ist es möglich, einen einheitlichen Aufbau aus einem nicht abgebundenen bzw. nicht ausgehärteten FRP und einem Metallblech gleichzeitig zu formen. Möchte man jedoch einen einheitlichen Aufbau aus einem Metallblech, das mit einer Paste oder einem flüssigen Klebemittel, wie bspw. Epoxid, überzogen ist und einem nicht ausgehärteten FRP gleichzeitig formen, führt dies zu Problemen dahingehend, daß das nicht ausgehärtete FRP fließen kann, was bewirkt, daß das Klebemittel nach außerhalb des zu formenden Körpers gedrückt wird, und dahingehend, daß die Aushärte- bzw. Abbindegeschwindigkeit des Klebemittels und die des nicht ausgehärteten FRP unterschiedlich sein können, was eine Verringerung der Verklebefestigkeit zur Folge hat.

Will man einen einheitlichen Aufbau aus einem Metallblech, auf das ein thermoplastischer Harzklebefilm aufgebracht worden ist, und aus einem nicht ausgehärteten FRP gleichzeitig formen, führt dies andererseits zum Problem, daß Luft oder Styroldampf, der vom nicht ausgehärteten FRP innerhalb der Form erzeugt wird, mit dem thermoplastischen Harzklebefilm vermischt wird, der durch die Wärme, die von der Form während der gleichzeitigen Integrationsformung erzeugt wird und durch die Reaktionswärme des nicht ausgehärteten FRP weich gemacht und geschmolzen ist, woraus sich sowohl eine schlechte Verklebung als auch ein schlechtes Außeres bzw. Aussehenergibt. Wird die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Harzklebefilms erhöht, um dieses Problem zu beseitigen, so ist es möglich, daß sich der daraus ergebende Aufbau einige nicht verklebte Teile besitzt.

Das Überziehen kann durch Aufsprühen oder Verwenden einer Bürste erreicht werden, damit die äußere Metalloberfläche des geformten Körpers geschützt wird. Dieses Überziehen erfordert jedoch Substratbehandlungen und eine Grundierung bzw. Vorüberzug, bevor der Endüberzug durchgeführt werden kann, neben verschiedenen Überzugstechniken, einer Zeitdauer für das Trocknen und eine Trocknungsvorrichtung, was ein Anwachsen der Anzahl der Verfahrensschritte zur Folge hat.

Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es deshalb, ein Metallklebeverbundblech für das Herstellen eines metallblechintegrierten Verbundwerkstoffes zu schaffen, das in einfacherer Weise hergestellt werden kann, ohne daß besondere Anlagenteile erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Metallklebeverbundblech gemäß vorliegender Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch Verwenden des Metallklebeverbundblechs gemäß vorliegender Erfindung ist es möglich, einen Verbundwerkstoff zu erhalten, bei dem das Metallblech dadurch integriert ist, daß es gleichzeitig mit dem Aushärtevorgang des nicht abgebundenen bzw. ausgehärteten FRP mit diesem sehr fest verklebt wird, wodurch der metallblechintegrierte Verbundwerkstoff in einfacher und stabiler Weise erhalten wird.

Auf diese Weise kann des Metallklebeverbundblech gemäß vorliegender Erfindung derart verwendet werden, daß es auf ein wärmehärtbares Harz als Schicht aufgebracht wird, nachdem das brückenbildende bzw. überbrückbare Klebemittel, wie bspw. Polyurethanklebstoff überbrückt worden ist, im Gegensatz zum Stand der Technik, der einen überbrückbaren Polyurethanklebstoff in einem unüberbrückten Zustand zum Zeitpunkt des Formens verwendet. Deshalb kann das Merkmal vorliegender Erfindung verhindern, daß das Klebmittel aus dem zu formenden Körper während des Formungsvorganges herausgedrängt wird, und stellt sicher, daß der gebildete Körper eine glatte Oberfläche und eine hohe Klebefestigkeit aufweist.

Wird ein thermoplastischer Kunstharzfilm auf das Metallklebeverbundblech dadurch gebracht, daß es auf die Oberfläche des Metallblechs, die der mit dem Klebemittel überzogenen Fläche gegenüberliegt, laminiert wird, so kann eine Schutzschicht einer bspw. elektrische Wellen reflektrierenden Fläche vorgesehen werden.

Wird das Metallklebeverbundblech zusammen mit einem faserverstärkten wärmehärtbaren Harz gleichzeitig geformt, um einen einheitlichen Aufbau zu erreichen, nachdem das Blech durch Druckrollen bzw. -walzen in eine Form, die etwa gleich der des Produktes ist, vorgeformt ist, so kann eine genauere Oberflächenkonfiguration erreicht werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist. Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch ein Metallklebeverbundblech gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, und zwar bevor das Blech der Integrationsformung unterworfen ist.

Wie in der einzigen Zeichnung dargestellt, werden eine Metallklebeverbundtafel bzw. ein Metallklebeverbundblech 10 gemäß vorliegender Erfindung und ein faserverstärktes wärmehärtbares Harz 12 dazu verwendet, einen metallblechintegrierten Verbundwerkstoff in eine bestimmte äußere Form dadurch zu formen bzw. zu bringen, daß sie zu einem einheitlichen Aufbau bzw. Struktur gleichzeitig geformt werden.

Das Metallklebeverbundblech 10 enthält ein dünnes Metallblech 14, das aus einem Material, wie bpsw. einer Metallfolie oder einem dünnen Metallblech gebildet ist, und ein Klebemittel 16, wie bspw. einen Polyurethanklebstoff, der auf einer Seite des dünnen Metallblechs 14 als Schicht aufgebracht ist. Der Polyurethanklebstoff 16 ist ein Klebstoff überbrückbarer bzw. brückenbildender Art und wird dadurch überbrückt bzw. vernetzt, daß er, nachdem ein Trenn- bzw. Entformungsmittel 16 auf ihn laminiert worden ist, erhitzt wird. Der Vernetzungsgrad sollte nicht kleiner als 50%, vorzugsweise nicht kleiner als 70% sein, und zwar in Form des NCO-Reaktionsverhältnisses, wie es durch Infrarotanalyse gemessen ist.

Wird ein thermoplastischer Kunstharzfilm 20 als Schutzschicht auf die andere Oberfläche des Metallklebeverbundblechs 10 mit Hilfe eines Klebemittel 22 aufgebracht und der Film 20 dadurch befestigt, daß der Klebstoff 22 überbrückt wird, kann die elektromagnetische Wellen reflektierende Oberfläche des dünnen Metallblechs 14 geschützt werden.

Um das Metallverbundblech 10 und das faserverstärkte wärmehärtbare Kunstharz 12 miteinander zu vereinigen bzw. zu integrieren, wird das Trennmittel 18 zuerst abgeschiefert bzw. abgeblättert und das nicht ausgehärtete faserverstärkte wärmehärtbare Harz 12 wird auf das Blech 10 als Schicht aufgebracht, und das Blech 10 und das Harz 12 werden zu einem einheitlichen Aufbau vorgegebener äußerer Form dadurch gleichzeitig geformt, daß sie unter Druck erwärmt werden. Diese Verfahrensschritte ergeben einen metallblechintegrierten FRP-Verbundwerkstoff, dessen Rückfläche durch faserverstärktes wärmehärtbares Harz 12 verstärkt ist. Bei dem gleichzeitigen Integrations-Formungsverfahrensschritt besteht, da ja das Polyurethan-Klebemittel 16 bereits überbrückt bzw. vernetzt worden ist, keine Gefahr, daß dieses Polyurethan-Klebemittel 16 fließen kann, so daß ein metallblechintegrierter Verbundwerkstoff mit einer gewünschten äußeren Form, wie bspw. einer parabolischen Form in einfacher Weise durch eine einzige gleichzeitige Integrationsformung positiv erreich werden kann.

Der so erhaltene Verbundwerkstoff kann, wenn er in einer Parabolreflektorantenne verwendet wird, ausgezeichnete Reflektionseigenschaften besitzen, weil die elektrische Wellen reflektierende Oberfläche aus einem Metallblech, wie bspw. einem Metallblatt oder einer Metallfolie gebildet ist, so daß viel geringere Reflektionsverluste der elektromagnetischen Wellen auftreten, als im Falle eines Aufbaus, bei dem ein Material, wie bspw. Kohlenstoffaser, Metallnetz, aluminiumüberzogene Glasfaser oder leitfähig gemachte organische Fasern eingefügt ist.

Wird das Metallklebeverbundblech 10 durch Druckrollen bzw. -walzen in eine äußere Form, die etwa der Form des Produktes entspricht, vor der gleichzeitigen Integrationsformung vorgeformt, kann das Produkt genauer geformt werden.

Einige geeignete Beispiele für Metalle, die für das dünne Metallblech 14 verwendet werden können, sind Aluminium, Kupfer und Eisen. Einige geeignete Beispiele für das Klebematerial 16 sind ein vernetzbares Polyurethankunstharz und ein vernetzbares Acrylkunstharz. Einige geeignete Materialien für das Auslösematerial 18 sind ein Polyurethanfilm oder Parafinpapier.

Ein geeignetes Beispiel für einen thermoplastischen Harzfilm 20 ist ein poly-I-fluorierter Vinylfilm (Tedlar-Film). Einige Beispiele eines Klebemittels 22 sind Klebstoffe aus Urethan, Epoxid oder Akrylgruppen und Gummiklebstoffe. Einige geeignete Beispiele für das faserverstärkte wärmehärtbare Harz 12 sind ungesättigtes Polyester, Vinylester, Epoxidharz und Phenolharz.

Beispiel 1

Eine Oberfläche einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 150 µm, die als dünnes Metallblech bzw. -blatt 14 diente, wurde mit einem überbrückbaren Polyurethan-Klebemittel überzogen, das als Klebemittel 16 diente und zwar bis zu einer Dicke von etwa 10 µm und danach wurde ein Polyäthylenblatt bzw. -folie, das als Trennmittel 18 diente, darauf auflaminiert, und der daraus resultierende Aufbau wurde in einem Ofen bei 60°C 48 Stunden lang erwärmt, so daß das Klebemittel überbrückt werden konnte.

Eine Mischung, die man durch Mischen eines Hauptmittels aus Takerac A515 (Handelsname eines von der Firma Takeda Chemical Industries, Ltd. erzeugten Produktes) und eines Härters aus Takerac A50 (Handelsname eines von derselben Gesellschaft hergestellten Produkts) in einem Gewichtsverhältnis von 10:1 erhält, wurde als überbrückbares Polyurethan-Klebemittel verwendet. Bevorzugt sollte das Klebemittel in einer Menge überzogen werden, die ausreicht, um eine Dicke zwischen 5 und 30 µm zu erreichen. Die Erwärmungsbedingungen für das Überbrücken sollten vorzugsweise entweder 60°C und 24 bis 48 Stunden oder 80°C und 1 bis 2 Stunden sein. Diese bevorzugte Überzugsmenge an Klebemittel und die Wärmebedingungen für das Überbrücken bzw. Vernetzen sind auch bei den nachfolgenden Beispielen anwendbar.

Nach dem Erwärmen wurde das Polyäthylenblatt abgeblättert und dann wurde die Oberfläche des dünnen Metallblechs 14, auf dem der Polyurethanklebstoff als Schicht aufgebracht worden war, und ein nicht ausgehärtetes FRP (SMC: Folienformungsverbund), das als faserverstärktes wärmehärtbares Harz 12 diente, unter einen Druck von 55 kgf/cm² und bei einer Temperatur von 140°C innerhalb einer Plattenform, die durch 900 cm² Platten gebildet ist, erwärmt, so daß durch gleichzeitiges Integrationsformen ein aluminiumfolienintegrierter FRP-Verbundwerkstoff erreicht wurde.

Bei dem so erreichten Verbundwerkstoff, der eine Dicke von 4mm besitzt, ist die Aluminiumfolie sehr fest verklebt. Als Ergebnis eines Testes, bei dem die Aluminiumfolie einer Schäl- und Haftprüfung einem Winkel von 180° unterworfen worden ist, zeigte die Folie eine Festigkeit von 3,7 kgf pro 25 mm Breite.

Beispiel 2

Ein Tedlarfilm mit einer Dicke von 38 µm, der als thermoplastischer Harzfilm 20 diente, wurde auf eine Oberfläche einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 100 µm, die als dünnes Metallblech 14 diente, mit Hilfe eines Polyurethan-Klebemittels laminiert. Die andere Oberfläche der Aluminiumfolie wurde mit derselben Art von überbrückbarem Polyurethan-Klebemittel, wie beim Beispiel 1, das als Klebemittel 16 diente, auf eine Dicke von etwa 10 µm überzogen, und ein Polyäthylenfilm mit einer Dicke von 30 µm wurde ferner als Trennmittel 18 auflaminiert. Der sich daraus ergebende Aufbau wurde in einem Ofen bei 60°C 48 Stunden lang erwärmt, so daß der Klebstoff 16 überbrückt wurde. Danach wurde der Polyäthylenfilm, der als Trennmittel diente, abgeblättert und der sich daraus ergebende Aufbau wurde auf ein nicht ausgehärtetes FRP, das als das faserverstärkte wäremhärtbare Harz 12 diente, in einer Schicht aufgebracht, und diese wurden in einer Form bei 140°C und unter einem Druck von 55 kgf/cm² geformt. Der so erhaltene metallblechintegrierte Verbundwerkstoff besaß eine Dicke von 4 mm und die Metallfolie des Verbundwerkstoffs zeigte eine Festigkeit von 3, 7 kgf pro 25 mm Breite bei Schäl- und Haftprüfung.

Beispiel 3

Ein Tedlarfilm mit einer Dicke von 38 µm, der als thermoplastischer Harzfilm 20 diente, wurde auf eine Oberfläche einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 100 µm, die als das dünne Metallblech 14 diente, mit Hilfe eines Polyurethan-Klebemittels auflaminiert. Die andere Oberfläche der Aluminiumfolie wurde mit derselben Art von überbrückbarem Polyurethan-Klebemittel, wie beim Beispiel 1, das als das Klebemittel 16 diente, bis zu einer Dicke von etwa 10 µm aufgebracht, und ein Polyäthylenfilm mit einer Dicke von 30 µm wurde ferner als Formtrennmittel 18 auflaminiert. Der sich daraus ergebende Aufbau wurde in einem Ofen bei 60°C 41 Stunden lang erwärmt, so da8 das Klebemittel 16 überbrückt wurde. Die o.g. Verfahrensschritte bei diesem Beispiel entsprechen genau denen des Beispiels 2, jedoch wurde dieses Beispiel dann einem Verfahrensschritt unterworfen, bei dem mit einer Bürste eine Grundierung als überzug, in Form des Produktes 9036 (Handelsname der japanischen Syntetik-Rubber Co., Ltd.) bis zur Dicke von einigen um aufgebracht wurde, um die Bindungsfestigkeit zu erhöhen, nachdem der Polyäthylenfilm, d.h., das Trennmittel abgeblättert worden ist. Nachdem 30 Minuten vergangen waren, wurde der sich daraus ergebende Aufbau auf ein nicht ausgehärtetes FRP in derselben Weise wie beim Beispiel 2 als Schicht aufgebracht, und sie wurden in einer Form bei 140°C unter einem Druck von 55 kgf/cm² geformt.

Der so erhaltene metallblechintegrierte Verbundwerkstoff besaß eine Dicke von 4 mm und die Metallfolie des Verbundwerkstoffes zeigte eine Festigkeit von 5,5 kgf pro 25 mm Breite bei der Schäl- und Haftprüfung.

Die bei diesem Beispiel verwendete Grundierung kann eine Grundierung aus Isocyanid-Gruppen sein. Der Zeitraum zwischen dem Grundierungsüberzug und dem Formen sollten vorzugsweise mindestens 15 Minuten jedoch innerhalb von 16 Stunden, vorzugsweise zwischen 30 und 60 Minuten liegen.

Beispiel 4

Dieselbe Art eines nicht ausgehärteten FRP wie das in Beispiel 2 verwendete und dieselbe Art eines Metallklebeverbundbleches vor der gleichzeitigen Integrationsformung wie das im Beispiel in Fig. 2 verwendet wurde in eine parabolförmige Vorformungsvorrichtung eingebracht und unter einem Luftdruck von 2 kgf/cm² pressgerollt. Nachdem der Polyäthylenfilm, d.h. das Trennmittel abgeblättert worden war, wurde der sich daraus ergebende Aufbau in einer parabolförmigen Form bei einer Temperatur von 140°C und unter einem Druck von 55 kgf/cm² zusammen mit einem Stück eines Viktoria-Tuches und mit einem nicht ausgehärteten FRP geformt, so daß man einen Reflektor für eine Parabolantenne erhielt. Im Ergenis von Tests und Beobachtungen zeigte der metallblechintegrierte Verbundwerkstoff eine ausgezeichnete Festigkeit, Aussehen bzw. äußeres Erscheinungsbild und elektrische wellenreflektierende Leistungsfähigkeit.

Bei diesem Beispiel kann eine Grundierung auf den Polyurethan-Klebemittel aufgebracht werden, nachdem das Formtrennmittel abgeblättert worden ist und vor dem Formen, und zwar in derselben Weise wie beim Beispiel 3.

Vergleichsbeispiel 1

Ein metallblechintegrierter Verbundwerkstoff wurde in derselben Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Aluminiumfolie bei 140° unter einem Druck von 55 kgf/cm² in einer Form zusammen mit dem nicht ausgehärteten FRP (SMC) unmittelbar und direkt nachdem das überbrückbare Polyurethan-Klebmittel überzogen worden ist, erwärmt wurde. Als Ergebnis beim Schäl- und Haftversucht wurde herausgefunden, daß die Aluminiumfolie mit dem FRP nicht sehr gut verklebt war und leicht abblätterte.

Vergleichsbeispiel 2

Ein metallblechintegrierter Verbundwerkstoff wurde in derselben Weise wie beim Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Aluminiumfolienverbundblech einer gleichzeitigen Integrationsformung zusammen mit dem FRP unterworfen wurde, ohne daß es zu einer parabolischen Form vorgeformt wurde. Das geformte Produkt, das aus diesem Vergleichsbeispiel resultiert, zeigte keine guten Eigenschaften.

Vergleichsbeispiel 3

Metallblechverbundwerkstoffe wurden jeweils in derselben Weise wie beim Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein poly-2-fluorierter Vinylfilm (Kyner) oder ein poly-4-fluorierter Vinylfilm (Teflon) statt des Tedlarfilms verwendet wurde. Vergleichsbeispiele, die mit vergleichbaren thermoplastischen Harzfilmen versehen wurden, konnten durch Preßrollen nicht sehr gut vorgeformt werden und ergaben schlecht vorgeformte Körper.

Wie oben beschrieben, kann das Metallklebeverbundblech gemäß vorliegender Erfindung mit einem FRP gleichzeitig und einheitlich geformt werden, nachdem das überbrückbare Klebemittel, das auf das Metallblech in einer Schicht aufgebracht ist, überbrückt worden ist. Auf diesen Weise ist das Verbundblech gemäß vorliegender Erfindung vom herkömmlichen Verbundblech, das geformt ist, während der Klebstoff abbindet bzw. aushärtet, vollkommen unterschiedlich. Deshalb ermöglicht das Verbundblech gemäß vorliegender Erfindung, daß das Metallblech und ein nicht ausgehärtetes FRP gleichzeitig zu einer einheitlichen Struktur geformt werden, so daß der Vorteil erreicht ist, daß die Anzahl der Herstellungsschritte reduziert ist.

Claims (4)

1. Metallklebeverbundblech, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klebemittel (16) auf einer Oberfläche eines Metallblechs (14) in einer Schicht aufgebracht ist und daß das Klebemittel (16) durch Erwärmen überbrückt bzw. vernetzt ist.

2. Metallklebeverbundblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner ein Entformungsmittel (18) aufweist, das auf das Klebemittel (16) laminiert ist.

3. Metallverbundblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Vernetzung des Klebemittels (16) nicht unter 50% in Form des gemessenen NCO-Reaktionsverhältnisses ist.

4. Metallklebeverbundblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner einen thermoplastischen Harzfilm (20) aufweist, der auf die anderen Oberfläche des Metallblechs (14) laminiert ist.