DE4018108A1

DE4018108A1 - Metallkomponenten fuer die herstellung von metallverstaerkten kunststoffgegenstaenden sowie verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE4018108A1
Application number: DE19904018108
Authority: DE
Inventors: Alfred Konrad; Margarete Konrad
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-06
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1991-12-12

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Metallkomponenten aus einem geformten Metallsubstrat mit einer Kautschukbeschich tung für die Herstellung von Kunststoffgegenständen, ins besondere Metallkomponenten für die Herstellung von Kunst stoffskiern in Form von Unter- bzw. Oberzügen, Kanten und Endenschonern, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Für die Herstellung einer Reihe von Kunststoffgegenständen mit hoher Festigkeit und Elastizitat werden Kunststoff materialien mit Metallkomponenten verklebt, z. B. laminiert. Um die erforderliche Haftung des Kunststoffmaterials an den Metalloberflächen zu gewährleisten und um die in der Grenz schicht zwischen Kunststoff und Metallkomponente bei elasti schen Verformungen auftretenden Spannungen elastisch auf fangen zu können, ist es bereits üblich, auf die geformten Metallsubstrate auf denjenigen Flächenbereichen, an denen das Kunststoffmaterial haften muß, Kautschukbeschichtungen aufzubringen. Insbesondere werden derartige Metallkomponen ten aus einem geformten Metallsubstrat mit einer Kautschuk beschichtung für die Herstellung von Kunststoffskiern benö tigt. Die Metallkomponenten sind in diesem Falle insbesonde re sogenannte Unter- bzw. Oberzüge, d. h. feste geformte Metallbleche in Skiform, die sich im fertigen Kunststoffski als Verstärkungsschicht(en) durch den ganzen Ski ziehen, sowie Kanten und Endenschoner. Derartige Metallkomponenten weisen auf denjenigen Oberflächen, über die sie mit dem Kunststoffverbund des Skis in Verbindung stehen, aus den obigen Gründen Kautschukbeschichtungen auf. Diese werden bisher dadurch aufgebracht, daß entsprechend zugeschnittene und geformte Folien aus einem vulkanisierten Kautschukmate rial mit Hilfe eines Bindemittels oder Klebers für die Verbindung von Kautschukmaterialien mit Metallsubstraten auf das Metallsubstrat aufgeklebt werden. Die auf diese Weise hergestellten Metallkomponenten mit Kautschukbeschichtung weisen als wichtigsten Nachteil auf, daß die durch die Verklebungen erzeugten Haftfestigkeiten beschränkt waren und nur Haftfestigkeiten bis maximal 350 N/cm² lieferten. Ver suche, Kautschukbeschichtungen durch Aufvulkanisieren unvul kanisierter Kautschukfolien unter Verwendung eines handels üblichen Bindemittels aufzubringen, schlugen fehl bzw. ergaben keine Vorteile gegenüber den durch Aufkleben von Kautschukfolien erzeugten Metallkomponenten. Im Falle von Metallsubstraten aus der in der Ski-Industrie häufig ver wendeten Titan-Aluminium-Legierung mit der Bezeichnung Titanal trat das zusätzliche gravierende Problem auf, daß unter den üblichen Vulkanisierbedingungen, bei denen die Vulkanisiertemperaturen von 170 bis 200°C für einen Zeitraum von etwa 300 s aufrechterhalten werden mußten, das Gefüge und damit die Festigkeit der Titan-Aluminium-Legierung stark beeinträchtigt wurden, so daß derartige Produkte für die Ski-Industrie unbrauchbar wurden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Metallkomponenten aus einem geformten Metallsubstrat, ins besondere aus Titan-Aluminium-Legierungen, Stahl und auch titanfreien Aluminiumlegierungen, mit einer Kautschukbe schichtung für die Herstellung von metallverstärkten Kunst stoffgegenständen zu schaffen, die sich durch eine gegenüber aufgeklebten Kautschukschichten verbesserte Haftfestigkeit auszeichnet, ohne daß im Falle von Titan-Aluminium-Legierun gen eine Schädigung des Legierungsgefüges aufgrund des Bindungsvorgangs erhalten wird.

Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren zur Herstellung derartiger Metallkomponenten anzuge ben.

Diese Aufgaben werden durch Metallkomponenten gemäß Oberbe griff von Patentanspruch 1 gelöst, die dadurch gekennzeich net sind, daß sie eine auf das Metallsubstrat aufvulkani sierte Synthesekautschukschicht mit einer Haftfestigkeit von mindestens 400 N/cm² aufweisen.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung derartiger Metallkomponenten gelöst, das gekennzeichnet ist durch die Schritte

a. Reinigen und Entfetten des Metallsubstrats durch Säurebeize und Schleifen und/oder Sandstrahlen,
b. Aufbringen einer Schicht eines ersten Bindemittels für die Bindung von Elastomeren an Metalle, wobei das Binde mittel frei von Isocyanatgruppen ist, und Trocknenlassen der aufgebrachten Bindemittelschicht,
c. Aufbringen einer weiteren Schicht eines zweiten Bindemittels für die Bindung von Elastomeren an Metalle auf die erste Bindemittelschicht, wobei dieses zweite Binde mittel ein nichtflüchtiges Polyisocyanat enthält, und Trock nenlassen dieser weiteren Bindemittelschicht,
d. Auflegen eines geformten Folienstreifens aus einem unvulkanisierten Synthesekautschuk auf das mit den Binde mittelschichten versehene Metallsubstrat, Aufheizen des gebildeten Verbands unter Druck auf eine Temperatur von 150 bis 200°C und Aufrechterhalten eines Preßdrucks von 10 bis 40 N/cm², insbesondere von 25 bis 40 N/cm², für eine Zeit von 120 s bis 350 s, insbesondere von 130 bis 190 s, und
e. Entnahme des abgekühlten Metallsubstrats mit der aufvulkanisierten Synthesekautschukschicht aus dem Preßwerk zeug.

Bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen 2 bis 4 sowie 6 zu entnehmen.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Metallsubstrate aufvulkanisierten Synthesekautschukschichten weisen Haftfe stigkeiten von mindestens 400 N/cm² auf, wobei Haftfestigkei ten bis zu 480 N/cm² ohne Schwierigkeiten erreicht werden.

Da sich gezeigt hat, daß beispielsweise unter Verwendung von hellem oder schwarzem Naturkautschuk beliebiger Härte beim Vulkanisieren keine befriedigende Bindung erhalten wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Synthesekautschuk verwendet. Vorzugsweise wird als Synthesekautschuk ein Nitrilkautschuk verwendet, insbesondere ein Nitrilkautschuk, der von dem Hersteller Gummiwerk Kraiburg GmbH & Co. unter dem Handelsnamen "Perbunan" (Wz) vertrieben wird, wobei Qualitäten mit Shore-A-Härten von 35 bis 55, insbesondere von etwa 40, besonders bevorzugt sind.

Es ist ein besonderes erfindungswesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß ein derartiger Nitrilkautschuk an das Metallsubstrat, insbesondere das Metallsubstrat aus der Titan-Aluminium-Legierung Titanal, über eine doppelte Bindemittelschicht gebunden ist.

Bindemittel für die Bindung von Elastomeren an Metalle sind in zahlreichen Typen im Handel erhältlich. Insbesondere gehören dazu die von der Henkel KGaA unter der Handelsbe zeichnung "Chemosil" vertriebenen Bindemittel. Diese Binde mittel enthalten gelöste organische Polymere, Vernetzer und dispergierte Feststoffe in Xylol und chlorierten Lösungs mitteln als Lösungsmittel, wobei auch chlorkohlenwasser stoffreie entsprechende Produkte erhältlich sind. Sie werden in der Regel unverdünnt oder verdünnt, beispielsweise mit Xylol oder Toluol verdünnt, nach bekannten Anstrichtech niken auf ein Metallsubstrat aufgebracht, beispielsweise durch Streichen oder Walzen, Tauchen oder Spritzen. Nach einer von dem jeweiligen Typ abhängigen Trocknungszeit bilden diese Bindemittel einen festen und klebfreien Film, auf den dann ein Kautschuk aufvulkanisiert werden kann.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Produkte wird als erstes ein derartiges Bindemittel für die Bindung von Ela stomeren an Metalle aufgebracht, das frei von Isocyanat gruppen ist. Ein derartiges Bindemittel ist beispielsweise das Handelsprodukt Chemosil 220, das üblicherweise als alleiniges Universalbindemittel oder in Kombination mit einem speziellen Haftprimer verwendet wird. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein derartiges Univer salbindemittel zur Erzeugung einer ersten Bindemittelschicht verwendet. Auf diese wird nunmehr jedoch nicht direkt der Synthesekautschuk, insbesondere der Nitrilkautschauk, auf vulkanisiert, sondern es wird vorher noch ein zweites Binde mittel für die Haftung von Elastomeren an Metalle aufgetra gen, wobei diesmal ein solches Produkt gewählt wird, das Isocyanatgruppen in Form eines nichtflüchtigen Polyisocya nats enthält. Ein derartiges Produkt ist beispielsweise das Universalbindemittel Chemosil 231. Nach Auftrocknen der zweiten Bindemittelschicht auf die darunterliegende, bereits vorher getrocknete erste Bindemittelschicht wird die Kautschukschicht aufgebracht. Dazu wird eine Folie aus einem unvernetzten Kautschuk, vorzugsweise einem Nitrilkautschuk der bereits näher erläuterten Qualität, aufgelegt, und die Vulkanisation erfolgt unter Druck bei erhöhter Temperatur.

Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung der genannten Binde mittel sowie von Nitrilkautschuk eine Vulkanisationstempera tur um 180°C und bei dieser Temperatur Preßzeiten von 120 bis 150 s, insbesondere von 130 s, bei einem Preßdruck von bis zu 30 N/cm² ausreichen, eine außergewöhnlich gute Haftung des vulkanisierten Nitrilkautschuks auf dem Metallsubstrat zu erreichen.

Diese Haftung ist sowohl auf Stahl und titanfreien Alumini umsubstraten hervorragend, jedoch auch auf Titan-Aluminium- Legierungen. Die zuletzt genannten Titan-Aluminium-Legierun gen erleiden während des Vulkanisationsvorgangs aufgrund der kurzen Vulkanisationszeiten keinerlei Gefügeveränderungen und werden in ihrer Festigkeit nicht nachteilig verändert. Das stellt einen erheblichen Vorteil dar, der insbesondere derartige Produkte zu gefragten, hochwertigen Metallkom ponenten der Ski-Industrie macht.

Beim Vulkanisieren wird von Folien aus dem unvulkanisierten Synthesekautschuk, insbesondere unvulkanisierten Nitrilkau tschuk einer Dicke von 0,3 bis 1 mm ausgegangen, wobei Foliendicken von etwa 0,5 mm bevorzugt sind. Bei dem lang samen Fressen während des Vulkanisationsvorgangs kommt es zu einer Flächenvergrößerung unter Verminderung der Dicke des Nitrilkautschuks, so daß die aufvulkanisierten Synthesekau tschukschichten nur noch Dicken im Bereich von etwa 0,1 bis 0,3 mm aufweisen.

Zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird noch auf eine Figur verwiesen, die schematisch den Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen Metallkomponente darstellt. In der Figur ist ein Metallsubstrat 1, das insbesondere ein Unter- oder Oberzug aus einer Titan-Aluminium-Legierung ist, jedoch beispielsweise auch ein Endenschoner aus einer titanfreien Aluminiumlegierung oder eine Stahlkante aus gehärtetem Stahl sein kann, unter Vermittlung einer ersten Bindemittelschicht 2 aus einem Bindemittel ohne Isocyanatgruppen sowie einer zweiten Bindemittelschicht 3 aus einem Bindemittel, das ein Polyisocyanat enthält, mit einer Synthesekautschukschicht 4 verbunden, die vorzugsweise eine Nitrilkautschukschicht ist. Nach dem Aufvulkanisieren des Nitrilkautschuks sind die Bindemittelschichten 2 und 3 innig miteinander verbunden und bilden i. d. R. eine einheitlich erscheinende, in die Kau tschukschicht übergehende Schicht, für die ein schichtförmi ger Aufbau nur mit verfeinerten Analysemethoden bzw. kaum noch feststellbar ist. Die Figur ist als rein schematische Darstellung zu verstehen.

Aufgrund der erhöhten Haftfestigkeit sind die erfindungs gemäßen Metallkomponenten, insbesondere die Unter- oder Oberzüge, Endenschoner und Stahlkanten für die Herstellung von Kunststoffskiern den bisherigen, durch Verkleben herge stellten Produkten deutlich überlegen und führen auch zu einer Verbesserung der Qualität und Lebensdauer der unter ihrer Verwendung hergestellten Kunststoffskier.

Claims

1. Metallkomponenten aus einem geformten Metallsubstrat mit einer Kautschukbeschichtung für die Herstellung von metallverstärkten Kunststoffgegenständen, insbesondere Unter- bzw. Oberzüge, Kanten und Endenschoner für die Her stellung von Kunststoffskiern, gekennzeichnet durch eine auf das Metallsubstrat aufvulkanisierte Synthesekautschukschicht mit einer Haftfestigkeit von mindestens 400 N/cm².

2. Metallkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Synthesekautschuk ein Nitrilkautschuk mit einer Shore A-Härte von 30 bis 90, insbesondere von 35 bis 55, ist und daß zwischen dem Nitrilkautschuk und dem Metall substrat eine doppelte Bindemittelschicht angeordnet ist.

3. Metallkomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsubstrat ein Unterzug aus einer Titan-Aluminiumlegierung ist und diese Legierung keine durch den Vulkanisationsvorgang bewirkten Gefügeveränderun gen aufweist.

4. Metallkomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsubstrat ein Kante oder ein Endenschoner aus Stahl oder einer titanfreien Aluminiumle gierung ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Metallkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Schritte

a. Reinigen und Entfetten des Metallsubstrats durch Säurebeize und Schleifen und/oder Sandstrahlen,
b. Aufbringen einer Schicht eines ersten Bindemittels für die Bindung von Elastomeren an Metalle wobei das Binde mittel frei von Isocyanatgruppen ist, und Trocknenlassen der aufgebrachten Bindemittelschicht,
c. Aufbringen einer weiteren Schicht eines zweiten Bindemittels für die Bindung von Elastomeren an Metalle auf die erste Bindemittelschicht, wobei dieses zweite Binde mittel ein nichtflüchtiges Polyisocyanat enthält, und Trock nenlassen dieser weiteren Bindemittelschicht,
d. Auflegen eines geformten Folienstreifens aus einem unvulkanisierten Synthesekautschuk auf das mit den Binde mittelschichten versehene Metallsubstrat, Aufheizen des gebildeten Verbands unter Druck auf eine Temperatur von 150 bis 200°C und Aufrechterhalten eines Preßdrucks von 10 bis 40 N/cm², insbesondere von 25 bis 40 N/cm², für eine Zeit von 120 s bis 350 s, insbesondere von 130 bis 190 s,
e. Entnahme des abgekühlten Metallsubstrats mit der auf vulkanisierten Synthesekautschukschicht aus dem Preßwerk zeug.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallsubstrat ein Unter- oder Oberzug aus einer Titan-Aluminium-Legierung, als Synthesekautschuk ein Nitril kautschuk mit einer Shore A-Härte von 35 bis 55 und ein Folienstreifen aus dem unvulkanisierten Nitrilkautschuk mit einer Dicke zwischen 0,3 und 1 mm verwendet werden, daß das Aufheizen auf eine Temperatur von 180°C erfolgt und das Pressen bei dieser Temperatur für einen Zeitraum von 130 s und bis zu einem Preßdruck von 30 N/cm² durchgeführt wird.

7. Verwendung einer Metallkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Form eines Unter- oder Oberzugs, einer Stahlkante oder eines Endenschoners zur Herstellung von Kunststoffskiern.