DE4028133C2 - Beschichtetes metallisches Befestigungselement und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein metallisches Befesti­ gungselement, sowie einen Nagel, eine Krampe oder eine Trägerplatte, welches hervorragende Eigenschaften zeigt, einschließlich einer verringerten Eindringkraft, einer vergrößerten Auszugskraft, und einer verringerten Korro­ sionsneigung. Diese Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Beschichten eines solchen Befestigungsele­ mentes, um so die vorstehenden Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.

Allgemein ist es bekannt, verschiedene metallische Be­ festigungselemente und andere metallische Gegenstände gegen Korrosion durch galvanische Oberflächenbehandlung mit Zink und durch Chromatieren der galvanisch behandelten Oberflä­ chen zu schützen. Außerdem ist es bekannt, die chromatier­ ten Oberflächen mit polymeren Materialien zu beschichten.

In dem US-Patent Nr. 3 790 355 und Nr. 3 977 839 von Jalisin, Jr., werden hydrophobe, wärmeaushärtende Polymere hergestellt aus Beschichtungszusammensetzungen, die Hexa­ methoxymethylmelamin enthalten vorgeschlagen, um solche chromatierte Oberflächen zu bedecken. In dem US-Patent Nr. 4 003 760 von Labenski et al. werden sogenannte fluoro­ plastische Materialien, so wie Polytetrafluorethylen, vor­ geschlagen, um solche chromatierte Oberflächen abzudec­ ken.

Das US-Patent Nr. 3 853 606 von Parkinson et al. offenbart eine Beschichtungszusammensetzung, die darin so beschrie­ ben ist, daß sie die Eigenschaften einer vergrößerten Haltekraft, Korrosionswiderstandes und Schmierung kombi­ niert. Die Beschichtungszusammensetzung enthält zwei thermoplastische Harze, namentlich ein flexibles Carboxyl oder substituiertes Carboxyl enthaltendes Harz und ein terpentinharzähnliches Harz. Ein organisches Lösungsmittel ist erforderlich, welches in einer industriellen Umgebung unerwünscht ist, weil ein solches Lösungsmittel gefährli­ che Dämpfe und gefährliche Abfälle erzeugt.

Metallische Befestigungselemente, die im Holzbau benutzt werden, zeigen spezielle Anforderungen, für die polymere Materialien, welche zum Schutz metallischer Gegenstände anderer Art benutzt werden, nicht gut geeignet sein kön­ nen. Diese Befestigungselemente schließen Nägel, Krampen und Trägerplatten ein. Typischerweise ist das Metall sol­ cher Befestigungselemente ein Kohlenstoffstahl.

Wünschenswerterweise sollte ein polymeres Material, wel­ ches ein im Holzbau benutztes metallisches Befestigungs­ element abdeckt, nicht nur zum Schutz des Befestigungs­ elementes gegen Korrosion, aber auch dazu dienen, das Be­ festigungselement zu bewegen, eine vergrößerte Auszugs­ kraft aufzuweisen, wenn das Befestigungselement in das hölzerne Arbeitsstück eingetrieben ist. Die Auszugskraft, die auch in Ausdrücken der Haltekraft diskutiert werden kann, ist die Kraft, die erforderlich ist, um ein solches Befestigungselement aus einem gegebenen Werkstück auszu­ ziehen.

Außerdem solltes ein polymeres Material, welches ein im Holzbau benutztes metallisches Befestigungselement ab­ deckt, einem Abmeißeln oder Abreißen widerstehen, insbe­ sondere wenn das Befestigungselement von einem Antriebs­ element eines pneumatisch angetriebenen, verbrennungsan­ getriebenen, oder anderen schnell bewegten Eintreibwerk­ zeug für Befestigungselemente eingeschlagen wird.

Günstigstenfalls würde ein polymeres Material, welches ein im Holzbau benutztes Befestigungselement abdeckt, außerdem dazu dienen, das Befestigungselement zu veranlassen, eine verminderte Eindringkraft zu zeigen, wenn das Befesti­ gungselement in ein hölzernes Arbeitsstück eingetrieben wird. Die Eindringkraft ist die Kraft die erforderlich ist, um ein solches Befestigungselement in ein gegebenes Arbeitsstück einzutreiben.

Jedoch ist es schwierig, ein polymeres Material zu iden­ tifizieren, welches kein organisches Lösungsmittel verlan­ gen würde, wenn es auf ein solches Befestigungselement an­ gewandt wird und das nicht nur zum Schutz des Befesti­ gungselements gegen Korrosion dienen würde, um das Be­ festigungselement zu bewegen, eine vergrößerte Auszugs­ kraft zu zeigen, und um einem Abmeißeln oder Abreißen zu widerstehen, aber auch das Befestigungselement zu veran­ lassen, eine verringerte Eindringkraft zu zeigen.

Obwohl bekannte Beschichtungen für metallische Gegenstände im wesentlichen in vielen Anwendungen befriedigend sind, hat es ein Bedürfnis gegeben, auf das sich diese Erfindung richtet, für verbesserte Beschichtungen von metallischen Befestigungselementen, insbesondere für metallische Be­ festigungselemente geeignet für den Holzbau, sowie Nägel, Krampen oder Trägerplatten.

Diese Erfindung stellt ein metallisches Befestigungsele­ ment zur Verfügung, welches eine Beschichtung hat, die nicht ein organisches Lösungsmittel benötigt, wenn sie an dem Befestigungselement angebracht wird und die die Eindringkraft reduziert, die Auszugskraft erhöht, einem Abmeißeln oder Abreißen widersteht und gegen Korrosion schützt. Diese Erfindung stellt auch ein Verfahren zum An­ legen einer solchen Beschichtung an ein metallisches Be­ festigungselement zur Verfügung.

Diese Erfindung ist insbesondere aber nicht ausschließlich bei metallischen Befestigungselementen von dem Typ herge­ stellt aus Kohlenstoffstahl anwendbar und geeignet für den Holzbau. Vorzugsweise ist das Befestigungselement ein Nagel, eine Krampe oder eine Trägerplatte. Jedoch sind Befestigungselemente hergestellt aus Aluminium und Be­ festigungselemente hergestellt aus Kupferlegierungen, so­ wie Bronze in gleicher Weise gut geeignet für die Anwen­ dung dieser Erfindung.

Gemäß dieser Erfindung wird das Befestigungselement mit einem thermoplastischen, polymeren Rückstand beschichtet, welcher ein überwiegend aliphatisches Polyurethan enthält. Der thermoplastische, polymere Rückstand sorgt für eine feste, anhängende Beschichtung, welche die Eindringkraft verringert, die Auszugskraft erhöht, einem Abmeißeln oder Abreißen widersteht und gegen Korrosion schützt. Der thermoplastische, polymere Rückstand wird erzeugt durch Trocknen eines filmbildenden, überwiegend aliphatischen Polyurethanharzes, welches an das Befestigungselement in einem flüssigen Medium angelegt wird, vorzugsweise in einem wäßrigen Medium. So bedarf die polymere Beschichtung nicht eines organischen Lösungsmittels, wenn sie an das Befestigungsmittel angelegt wird.

Das flüssige Medium, welches das Harz enthält, wird ange­ legt, wie durch Eintauchen, Aufsprühen, Walzbeschichtung oder dergleichen Hilfsmittel, um einen wesentlichen Teil des Befestigungselementes zu beschichten, vorzugsweise das gesamte Befestigungselement. Die Flüssigkeit wird dann bei einer erhöhten Temperatur entfernt, um so einen Film aus dem Harz zu formen, der auf dem Befestigungselement vor­ liegt. Wasser ist das bevorzugte flüssige Medium für das Harz.

Für verstärkte Antikorrosionseigenschaften wird ein metallisches Befestigungselement gemäß der vorliegenden Erfindung in einem galvanisierenden Oberflächenbehand­ lungs- oder Schmelztauchverfahren galvanisiert oder in einer anderen Weise vor dem Auftrag der thermoplastischen, überwiegend aliphatischen Polyurethanbeschichtung mit einer Zinkschicht vorbeschichtet. Über der Zinkschicht ist vor dem Aufbringen der äußersten oder äußeren Polyurethanbeschichtung der hier zuvor beschriebenen Art auf dem metallischen Befestigungselement eine Chromatumwandlungsschicht vorge­ sehen.

Die Zink- und Chromatumwandlungsschichten dienen dazu, einen Korrosionsschutz zur Verfügung zu stellen in dem Fall, daß örtliches Abmeißeln oder Abreißen der vor­ bezeichneten aliphatischen Polyurethanaußenschicht eintritt, wenn das metallische Be­ festigungselement gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Solche Schichten sorgen auch für Korrosionsschutz, wenn und wo eine solche äußerste oder äußere Be­ schichtung nicht vollständig das metallische Befesti­ gungselement abdeckt.

Ein beschichtetes Befestigungselement gemäß dieser Erfin­ dung zeigt hervorragende Eigenschaften einschließlich ei­ ner verringerten Eindringkraft, einer vergrößerten Aus­ zugskraft, und einen exzellenten Schutz gegen Korrosion. Die vorliegenden Befestigungselemente sind besonders gut geeignet für die Benutzung bei Holz, das leicht gespren­ kelt sein kann, sowie Zeder oder Redwood, und bei Holz, das chemisch behandelt ist, z. B. Kupfer-Chrom-Arsenat be­ handelt.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Nagels, der ein bevor­ zugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung bildet.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht in einem etwas ver­ größerten Maßstab, genommen entlang der Ebene 2-2 der Fig. 1 in einer Richtung, die durch Pfeile an­ gezeigt ist.

Fig. 3 ist eine bruchstückhafte Vorderansicht in einem ge­ ringfügig kleineren Maßstab, die einen zusammenge­ faßten Streifen von Nägeln entsprechend dem Nagel von Fig. 1 zeigt.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Krampe, die ein alternatives Ausführungsbeispiel dieser Erfin­ dung bildet.

Fig. 5 ist eine vereinfachte, perspektivische Ansicht ei­ ner Trägerplatte, die ein weiteres Ausführungsbei­ spiel dieser Erfindung bildet.

Gemäß dieser Erfindung hat ein metallisches Befestigungs­ element, welches geeignet für die Benutzung im Holzbau ist, eine thermoplastische, überwiegend aliphatische Poly­ urethanbeschichtung über im wesentlichen seine gesamte me­ tallische Oberfläche. Die Beschichtung widersteht einem Abmeißeln oder Abreißen und veranlaßt das Befestigungs­ element, hervorragende Eigenschaften zu zeigen, ein­ schließlich einer verringerten Eindringkraft, einer ver­ größerten Auszugskraft und einer verminderten Korrosions­ tendenz. Das beschichtete Befestigungselement ist beson­ ders gut geeignet für die Benutzung mit Holz, das leicht gefleckt sein kann, sowie Zeder oder Redwood, und mit Holz, das chemisch behandelt worden ist, z. B. Kupfer- Chrom-Arsenat behandelt.

Die Polyurethanbeschichtung ist ein polymerer Rückstand, der durch Entfernen von Wasser aus einer wäßrigen Lösung eines filmbildenden, thermoplastischen, überwiegend aliphati­ schen Polyurethanharzes erzeugt wird, wie unten spezifi­ ziert.

Vorzugsweise wird die wäßrige Dispersion angewandt, durch Eintauchen des Nagel in die wäßriges Dispersion, um so das Befestigungselement zu bedecken. Die wäßrige Dispersion kann alternativ durch Sprühen, Walzauftrag oder derglei­ chen Hilfsmittel angewandt werden, um so das Befestigungs­ element zu bedecken.

Nachdem das Befestigungselement mit der wäßrigen Disper­ sion beschichtet worden ist, wird das beschichtete Be­ festigungselement aufgeheizt, um so das Wasser von der wäßrigen Dispersion zu entfernen, um dadurch einen Film des polymeren Rückstandes zu bilden. Der polymere Rück­ stand sorgt für einen harten, anhaftenden, polymeren Film, der das Befestigungselement gegen Korrosion schützt, ei­ nem Abmeißeln oder Abreißen widersteht und das Befesti­ gungselement veranlaßt, eine verringerte Eindringkraft so­ wie eine vergrößerte Auszugskraft zu zeigen.

Das Befestigungselement wird, bevor die polymere Beschichtung darauf angewandt wird, in einem galvanischen Überzugsverfahren oder durch Schmelztauchen galvanisiert oder anders mit einer Zinkschicht vorbeschichtet, über die eine Chromatumwandlungsschicht gelegt wird. Die Zink- und Chromatumwandlungsschichten auf dem Befestigungselement schützen das Befestigungselement gegen Korrosion im Falle eines örtlichen Abmeißelns oder Abreißens der thermoplastischen überwiegend aliphatischen Polyurethanbeschichtung, welche die äußerste oder äußere Beschichtung des Befestigungselementes bilden. Die Zink- und Chromatumwandlungsschichten schützen das Befestigungselement auch gegen Korrosion, wo eine solche äußere oder äußerste Beschichtung das Befestigungselement nicht vollständig abdeckt.

Die Zinkschicht kann herkömmlicherweise durch ein bekanntes galvanisches Überzugsverfahren angewandt werden. Vorzugsweise hat die Zinkschicht eine Dicke von ungefähr 5,08 × 10^-3 bis ungefähr 15,2 × 10^-3 mm (ungefähr 0,2 bis ungefähr 0,6 mil), mehr bevorzugt von ungefähr 12,7 × 10^-3 mm (0,5 mil), um so dem Federal Building Code FF-N-105B zu entsprechen, der von der American Society for Testing Materials (ASTM) Spezifikation A641, Klasse 1, Typ 2 in bezug genommen wird. Geeignete galvanische Überzugsverfah­ ren sind im Stand der Technik bekannt. Siehe z. B. Lowen­ heim, Ed., Modern Electroplating, John Wiley & Sons, Inc., New York (1974) in Kapitel 16.

Die Chromatumwandlungsschicht kann in herkömmlicher Weise durch ein bekanntes Chromatisierungsverfahren angebracht werden. Vorzugsweise wird goldgelbe (gelb schimmernde) Chromatumwandlungsschicht angebracht. Eine dunkle braun­ olive oder dunkle schwarze Chromatumwandlungsschicht kann alternativ angebracht werden, falls gewünscht. Geeignete Chromatierungsprozesse sind im Stand der Technik bekannt. Siehe z. B. Mohler, Electroplating and Related Processes, Chemical Publishing Co., Inc., New York (1969) in Kapitel 14. Auch geeignet für diesen Zweck ist die Chromatumwand­ lungsschicht, die durch das Alodine Verfahren zur Verfü­ gung gestellt wird, beschrieben im US-Patent Nr. 2 438 877 von Spruance, Jr.

Vorzugsweise wird die polymerische Beschichtung innerhalb von zwei Wochen nach den Zink- und Chromatumwandlungs­ schichten angelegt. In einigen Fällen, wenn die polymeri­ sche Beschichtung nicht später als ungefähr zwei Wochen nach den Zink- und Chromatumwandlungsschichten angebracht wird, neigt eine Bindung von verringerter Haftkraft dazu, sich zwischen der Chromatumwandlungsschicht und der poly­ meren Beschichtung auszubilden. Die aufgebrachte Chromat­ umwandlungsschicht kann jedoch, wenn sie mehr als zwei Wochen alt ist, durch eine chemische Nachbehandlung ver­ jüngt werden. Zu diesem Zweck kann ein Bad von wäßriger Schwefelsäure oder eine wäßrige Lösung von Natriumdichro­ mat angesäuert mit Schwefelsäure verwendet werden.

Es wird angenommen, daß die polymere Beschichtung, die thermoplastisch ist, teilweise schmilzt, wenn der Nagel oder ein anderes Befestigungselement eingetrieben wird, aufgrund der reibungserzeugten Wärme, sich aber schnell wiederverfestigt. Es wird auch angenommen, daß, während sie teilweise schmilzt, die polymerische Beschichtung als ein Schmiermittel wirkt, um die Eindringkraft herabzu­ setzen. Es wird ferner angenommen, daß, wenn die polymere Beschichtung sich wiederverfestigt, die polymere Be­ schichtung mechanisch mit den Holzfasern verklebt, welche das Befestigungselement umgeben, um so die Auszugskraft zu erhöhen.

Wo die polymere Beschichtung unversehrt bleibt, schützt die polymere Beschichtung zusammen mit den Zink- und Chro­ matumwandlungsschichten den Nagel oder andere Befesti­ gungselemente gegen Korrosion. In Bereichen, wo die polymere Beschichtung weggemeißelt oder weggerissen worden ist, z. B. wo der Nagel oder ein anderes Befestigungselement von einem Eintreibelement eines Eintreibwerkzeuges für ein Befestigungselement getroffen worden ist, schützen die Zink- und chromatischen Umwandlungsschichten nichts desto trotz den Nagel oder das andere Befestigungselement gegen Korrosion.

Als Zusatz zu solchen Zink- und chromatischen Umwandlungsschichten kann eine Schutzbeschichtung einer anderen Art angelegt werden, um so die Metalloberflächen des Nagels oder eines anderen Befestigungselementes zu bedecken, bevor die oben erwähnte polymere Beschichtung angelegt wird. Diese schützende Beschichtung kann eine Zinkphosphatschicht oder eine Eisenphosphatschicht sein. Solch eine Phosphatschicht kann durch Eintauchen des Nagels oder anderen Befestigungselementes in ein Phosphatierungsbad einer geeigneten Zusammensetzung aufgebracht werden. Alternativ kann die Schutzschicht eine Schicht aus Zinn, Zink, Aluminium oder rostfreiem Stahl sein, wie sie auf die metallischen Oberflächen des Nagels oder anderen Befestigungselementes mittels eines Flammsprüh- oder Plasmasprühverfahrens aufgebracht werden kann.

Die polymere Beschichtung kann vorteilhafterweise mit ir­ gendeiner Art von Holz benutzt werden. Die polymere Be­ schichtung sorgt für hervorragende Resultate bei Holz, welches leicht Flecken bildet, sowie Zeder oder Redwood und bei Holz, welches chemisch behandelt ist, z. B. Kupfer- Chrom-Arsenat behandelt.

Ein beschichtetes Befestigungselement gemäß dieser Erfin­ dung ist anderen im Holzbau benutzten Befestigungselemen­ ten darin überlegen, daß ein beschichtetes Befestigungs­ element gemäß dieser Erfindung eine verringerte Eindring­ kraft, eine vergrößerte Auszugskraft und eine reduzierte Korrosionstendenz aufweist.

Ein beschichteter Nagel 10, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, bildet ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel dieser Erfindung.

Der beschichtete Nagel 10 hat einen metallischen Körper 12, der aus einem Kohlenstoffstahl hergestellt ist, vor­ zugsweise aus AISI C 1008 Stahl. Seine metallischen Ober­ flächen sind vollständig mit einer inneren Zinkschicht 14 bedeckt, einer dazwischenliegenden Chromatumwandlungs­ schicht 16, und einer äußeren, thermoplastischen, überwie­ gend aliphatischen Polyurethanbeschichtung 18.

Die innere Zinkschicht 14 hat, weil sie mittels eines be­ kannten galvanischen Oberflächenbehandlungsverfahrens an­ gelegt wird, eine Dicke von zumindest 12,7 × 10^-3 mm (0,5 mil), so daß sie dem Federal Building Code FF-N-105B ent­ spricht, der auf die ASTM Spezifikation A641, Klasse 1, Typ 2 bezogen ist. Vorzugsweise ist die Chromatumwand­ lungsschicht 16, wie sie der inneren Zinkschicht 14 aufge­ legt ist, eine goldgelbe (Tropäolin 0) (gelb irisierende) Chromatumwandlungsschicht. Eine dunkle braunolive oder dunkle schwarze Chromatumwandlungsschicht kann alternativ über die Zinkschicht 14 gelegt werden, falls gewünscht.

Indem sie über die Zink- und Chromatumwandlungsschichten mittels des hier beschriebenen Verfahrens gelegt wird, hat die äußere Polyurethanschicht 18, vorzugsweise innerhalb von zwei Wochen nachdem solche Schichten aufgelegt sind, eine Dicke von ungefähr 12,7 × 10^-3 mm (0,5 mil).

Wie in der Fig. 3 gezeigt ist, sind eine Mehrzahl von be­ schichteten Nägeln 20, von denen jeder ähnlich dem be­ schichteten Nagel 10 ist, zu einem Streifen zusammengefaßt, der zu einem Magazin (nicht dargestellt) eines Eintreib­ werkzeuges für Befestigungsmittel paßt, mittels eines Paares von zusammenfassenden Streifen 22 (eines darge­ stellt), wie dies allgemein in dem US-Patent Nr. 3 276 576 von Langas et al. beschrieben ist. Die beschichteten Nägel 20 sind zwischen den zusammenfassenden Streifen 22 ange­ ordnet und klebend damit verbunden.

Die metallischen Oberflächen von jedem beschichteten Nagel 20 sind vollständig mit einer inneren Zinkschicht 14 be­ deckt, wie oben beschrieben, und mit einer zwischenliegen­ den Chromumwandlungsschicht, wie oben beschrieben. Die Zink- und Chromatumwandlungsschichten werden jedem be­ schichteten Nagel 20 aufgelegt, bevor ein solcher be­ schichteter Nagel zwischen den zusammenfassenden Bändern angeordnet und klebend mit diesen verbunden wird.

Außerdem sind die metallischen Oberflächen jedes be­ schichteten Nagels 20 zumindest im wesentlichen mit einer äußeren, thermoplastischen, im wesentlichen aliphatischen Polyurethanbeschichtung bedeckt, wie oben beschrieben. Vorzugsweise wird eine zusammenhängende äußere Polyure­ thanbeschichtung jedem beschichteten Nagel 20 aufgelegt, bevor ein solcher beschichteter Nagel 20 klebend an und zwischen den zusammenfassenden Streifen 22 befestigt wird. Jedoch kann die äußere Polyurethanbeschichtung alternativ auch jedem beschichteten Nagel 20 aufgelegt werden, nach­ dem ein solcher beschichteter Nagel 20 klebend an und zwi­ schen den zusammenfassenden Streifen 22 befestigt ist, in welchem Fall die äußere Polyurethanbeschichtung auf einem solchen beschichteten Nagel 20 in den Bereichen unzusam­ menhängend ist, in denen ein solcher beschichteter Nagel 20 durch Klebstoff auf den zusammenfassenden Streifen 22 abgedeckt wird.

Weiterhin kann diese Erfindung vorteilhafterweise bei sol­ chen beschichteten Nägeln (nicht dargestellt) angewandt werden, die mittels anderer bekannter Typen von zusammen­ fassenden Medien zusammengefaßt sind, sowie polymere Zu­ sammenfassungsmedien oder geschweißte Zusammenfassung­ drähte.

Eine beschichtete Drahtklammer oder Krampe 30, wie in der Fig. 4 gezeigt, bildet noch ein anderes Ausführungsbei­ spiel dieser Erfindung.

Die beschichtete Krampe 30 hat einen metallischen Körper, der aus Kohlstoffstahl hergestellt ist, vorzugsweise aus AISI C 1008 Stahl. Seine metallischen Oberflächen sind vollständig mit einer inneren Zinkschicht bedeckt, wie oben beschrieben, einer dazwischenliegenden Chromatumwand­ lungsschicht, wie oben beschrieben, und einer äußeren, thermoplastischen, überwiegend aliphatischen Polyurethan­ beschichtung, wie oben beschrieben.

Die beschichtete Krampe 30 kann eine aus einer Serie (nicht dargestellt) von gleichen Krampen sein, die zu­ sammengefaßt sind. Die äußere, thermoplastische, überwie­ gend aliphatische Polyurethanbeschichtung auf jeder einer solchen Krampe einschließlich der beschichteten Krampe 30 kann vorteilhafterweise genutzt werden, um solche Krampen zusammenzufassen, indem sie auf solche Krampen aufgebracht wird, nachdem solche Krampen in einer Reihe plaziert wor­ den sind, in Beziehung Seite an Seite zueinander.

Eine beschichtete Trägerplatte 40, wie in der Fig. 5 ge­ zeigt, bildet noch ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Die beschichtete Trägerplatte 40 ist aus einem ebenen Glied 42 gebildet, von dem eine Mehrzahl angespitzter Zähne 44 ausgeschlagen ist. Die Trägerplatte 40 ist ge­ wöhnlich aus Kohlenstoffstahl hergestellt, sowie AISI C 1008 Stahl. Vorzugsweise ist die Trägerplatte 40 in ihrer Gesamtheit mit einer inneren Zinkschicht abgedeckt, wie oben beschrieben, einer zwischenliegenden Chromumwand­ lungsschicht, wie oben beschrieben, und einer äußeren, thermoplastischen, überwiegend aliphatischen Polyurethan­ beschichtung, wie oben beschrieben.

Die beschichte Trägerplatte 40 kann alternativ aus einer galvanisierten, d. h. zinkbeschichteten, Stahlplatte hergestellt werden, welche Stahlplatte in einem Schmelztauch- oder einem anderen Verfahren galvanisiert worden ist. Wenn die Zähne 44 von dem ebenen Glied 42 ausgeschlagen werden, sind die Kanten der Zähne 44 und die Kanten der in dem ebenen Glied 42 von den Zähnen 44 zurückgelassenen Öffnungen bloßgelegt ohne irgendeine Zinkbeschichtung auf den bloßgelegten Kanten. Um einen Korrosionsschutz für die bloßgelegten Kanten zur Verfügung zu stellen, kann die Trägerplatte 40 dann in ein Phosphatbad eingetaucht werden, um eine Phosphatbeschichtung auf die bloßgelegten Kanten sowie auf die anderen Teile des metallischen Körpers aufzubringen. Eine Zinkphosphatbeschichtung wird bevorzugt. Eine Eisenphosphatbeschichtung kann alternativ aufgebracht werden. Als nächstes werden eine dazwischenliegende Chromatumwandlungsschicht, wie oben beschrieben, und eine äußere, thermoplastische, überwiegend aliphatische Polyurethanbeschichtung, wie oben beschrieben, auf die Trägerplatte 40 in ihrer Gesamtheit aufgebracht.

Die bevorzugten polymeren Beschichtungsmaterialien, welche von dieser Erfindung in Erwägung gezogen werden, sind in Wasser dispergierbare, thermoplastische Polymere, die als einen Hauptbestandteil einen filmbildendes, aliphatisches Polyurethan enthalten, das neutralisiert sein darf oder nicht. Die neuen Befestigungsmittel, die diese Erfindung verkörpern, haben, wie oben erwähnt, ihre Oberflächen in Berührung mit dem erzeugten polymeren Rückstand, in dem das Wasser von der wäßrigen Dispersion des filmbildenden, thermoplastischen, überwiegend aliphatischen Polyurethan­ harzes abgezogen wird. Der Ausdruck "aliphatisch", wie er hierin und in den anhängenden Ansprüchen benutzt wird, um­ faßt gradkettige aliphatische sowie alizyklische oder zykloaliphatische Polyurethanharze. Nach dem Trocknen bei einer erhöhten Temperatur bilden diese aliphatischen Poly­ urethanharze einen Film, der vernetzte aliphatische Poly­ urethanketten enthalten kann.

Die filmbildenden, thermoplastischen Polyurethanharzzu­ sammensetzungen, die auf überwiegend aliphatischen Kompo­ nenten basieren und so geeignet zur Ausführung der vorlie­ genden Erfindung sind, sind wäßrige Dispersionen, d. h. Emulsionen oder Lösungen, von aliphatischen Polyurethan­ polymeren, welche die Reaktionsprodukte eines linearen, verzweigten oder zyklischen aliphatischen Isocyanates mit einer linearen, verzweigten oder zyklischen aliphatischen polyhydroxylierten organischen Verbindung sind, z. B. einem Polyol sowie Ethylenglykol, Penetanediol, Diethylenglykol und dergleichen, oder eines hydroxyl-abgeschlossenen Polyethers oder Polyesters, sowie Poly(oxytetramethylen) diol und dergleichen. Der Ausdruck "überwiegend aliphatisch", wie er hier und in dem anhängenden Ausdruck benutzt wird, bezeichnet ein Harz, das eine kleine Menge eines aromatischen Materials enthalten kann, solange wie das Material keinen Licht-Abbau des Polyurethans erlaubt, um so einen unannehmbaren oder unästhetischen Grad der Entfärbung oder Beschichtungsdiskonuität zu bewirken. Anionische oder nicht-ionische oberflächenaktive Mittel liegen üblicherweise in diesen Dispersionen vor.

Besonders geeignete wäßrige aliphatische, Polyurethanharz enthaltende Dispersionen geeignet zu den vorliegenden Zwe­ cken enthaltend NeOReZ der Zeichen XR-9637^TM wäßrige Dis­ persionen und Gemische von NeOReZ XR-9637^TM mit einer kleinen Menge von NeoCryl A-600^TM Serien wäßriger Acryl­ dispersionen, die alle kommerziell verfügbar sind von ICI Resiins (Polyvinyl Chemical Industries), Wilmington, Massachusetts. Diese Dispersionen werden durch Lösen des filmbildenden aliphatischen Polyurethanharzes oder Vor­ polymer in einer geeigneten, nicht reagierenden organi­ schen Lösung des Harzes gebildet, wobei eine ausreichende Menge des oberflächenaktiven Mittels hinzugefügt wird, welches den passenden hydrophil-lipophil Gleichgewichts- (HLB) Wert hat, und in dem dann die erhaltene Lösung nach und nach mit einer ausreichenden Menge Wasser gemischt wird, um eine stabile Emulsion von Tropfen der erzeugten Lösung in Wasser zu bilden. Die Emulsion darf Beschleuni­ ger enthalten, falls gewünscht, sowie wahlweise Vernet­ zungsmittel, sowie wasser-reduzierbare hexamethoxylatierte Melaminharze oder dergleichen.

Die voranstehenden Dispersionen sind thermoplastische Polyurethanharzkristalle von einem relativ hohen Moleku­ largewicht, aliphatische, auf Isocyanat basierende, film­ bildende thermoplastische Elastomere in einer wäßrigen Dispersion mit einem anionischen oder nichtionischen oberflächenaktiven Mittel.

Neutralisierte filmbildende aliphatische Polyurethanharze geeignet für die vorliegenden Zwecke werden gebildet durch die Reaktion eines aliphatischen Polyisocyanates, z. B. 1,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI), 4'-Diisocyanatdicyclo­ hexylmethan (HMDI), Isophorondiisocyanat (IPDI) oder der­ gleichen, Addukte von Polyol oder hydroxylabgeschlossene Polyester oder hydroxylabgeschlossene Polyesterharze mit einer entneutralisierenden Verbindung, welche aktive Was­ serstoffatome enthält, sowie ein Amid oder ein Polyamid, in Übereinstimmung mit herkömmlichen Techniken für die Herstellung von neutralisierten Polyurethanharzen. Bei­ spiele für diese Harze sind Rucothane Latexe 2010L, 2030L, 2040L und 2060L, die alle kommerziell verfügbar bei Ruco Division of Hooker Chemical Corporation, Niagara Falls, N. Y. sind, und dergleichen.

Die Menge von filmbildendem aliphatischen Polyurethanharz, welches in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung vor­ liegt, liegt im Bereich von ungefähr 10 zu ungefähr 50 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht der Beschichtungszusam­ mensetzung. Der Feststoffgehalt kann eingestellt werden, um die gewünschte Viskosität für die Beschichtungszusam­ mensetzung zuerhalten. Vorzugsweise enthält eine Beschich­ tungszusammensetzung geeignet zum Eintauchen etwa 20 bis etwa 23 Gew.-% des aliphatischen Polyurethanharzes, basie­ rend auf dem Gewicht der Beschichtungszusammensetzung.

Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung kann auf das Be­ festigungsmittel in irgendeiner herkömmlichen Weise ange­ wandt werden, z. B. durch Eintauchen, Sprühen, Walzenauf­ trag, oder dergleichen Hilfsmittel, in Abhängigkeit von der Art und Konfiguration der betroffenen Befestigungs­ mittel. Ein bevorzugtes Auftragverfahren, geeignet für die Benutzung einer großen Vielfalt von Befestigern, ist das Eintauchen. Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung wird auf das Befestigungsmittel aufgetragen, um nach dem Trocknen eines filmähnliche Feststoffablagerung zur Ver­ fügung zu stellen, die auf dem Befestigungsmittel als ein im wesentlichen zusammenhängender Film vorliegt, welcher das Befestigungsmittel ummantelt und eine Dicke von unge­ fähr 5,08 × 10^-3 mm (0,2 mil) bis ungefähr 50,8 × 10^-3 mm (2 mil) hat. Eine bevorzugte Beschichtungsdicke beträgt ungefähr 12,7 × 10^-3 mm (0,5 mil).

Das Trocknen und ein mögliches Aushärten des aliphatischen Polyurethanharzes abgelagert auf dem Befestigungsmittel wird durch Trocknen des beschichteten Befestigungsmittels bei einer Temperatur von ungefähr 62,8°C (145°F) oder höher bewirkt, aber unter der Abbautemperatur des ausge­ härteten aliphatischen Polyurethans. Vorzugsweise befindet sich die Temperatur in einem Bereich von ungefähr 62,8°C (145°F) bis ungefähr 68,3°C (155°F). Weiter bevorzugt be­ trägt die Temperatur ungefähr 65,6°C (150°F). Der Grad von Vernetzung in einem bestimmten Augenblick hängt von der spezifischen Zusammensetzung der wäßrigen Dispersion des filmbildenden aliphatischen Polyurethanharzes und dem ver­ netzenden Mittel und/oder den Beschleunigern ab, die vor­ liegen dürfen.

Ein Beispiel der Ausführung des verbesserten Verfahrens gemäß dieser Erfindung ist nachfolgend beschrieben. Nägel, hergestellt aus AISI C 1008 Stahl werden in einem alkali­ schen Bad gereinigt, abgespült, in einem Säurebad gebeizt, abgespült, galvanisiert und abgespült. Die Nägel werden galvanisiert, so daß sie der ASTM Spezifikation A641, Klasse 1, Typ genügen. Als nächstes wird eine chromatische Umwandlungsschicht auf die Nägel aufgetragen. Danach wer­ den die so behandelten Nägel abgespült und überhärtet.

Als nächstes werden diese Nägel in Streifen zusammengefaßt, mittels klebender Streifen. Die zusammengefaßten Nägel werden in einer Vorheizzone vorgeheizt bei Temperaturen in einem Bereich von ungefähr 40,6°C (105°F) bis ungefähr 60°C (140°F). Die vorgeheizten Streifen werden in eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung getaucht, die unge­ fähr 20 bis ungefähr 23 Gew.-% des aliphatischen Polyure­ thanharzes (NeORez XR-9637^TM) enthalten, basierend auf dem Gewicht der Beschichtungszusammensetzung, um eine trockene Beschichtungsdicke von ungefähr 8,89 × 10^-3 mm (0,35 mil) bis ungefähr 13,97 × 10^-3 mm (0,55 mil) zur Verfügung zu stellen. Die Beschichtungszusammensetzung hat eine Visko­ sität von ungefähr 34 bis ungefähr 38 Sekunden, gemessen mittels eines No. 1 Zahnbechers. Luftdüsen werden benutzt, um einen Überschuß der Beschichtungszusammensetzung zu entfernen und auch die Beschichtungszusammensetzung in Be­ reiche vorzutreiben, die durch die zusammenfassenden Streifen abgedeckt sind.

Die zusammengefaßten Nägel, wie sie durch die oben erwähn­ te Beschichtungszusammensetzung beschichtet sind, werden in einer Heizzone aufgeheizt, mittels Infrarotlampen, auf eine Temperatur von ungefähr 62,8°C (145°F) bis ungefähr 68,3°C (155°F). Die Verweilzeit in der Heizzone beträgt ungefähr 15 Sekunden. Eine rauhe, anhängende Schicht wird auf den Nägeln während des Heizens geformt.

Als nächstes werden die zusammenhängenden Nägel von der Heizzone entfernt und in einer Kühlzone mittels bei Raum­ temperatur zirkulierender Luft gekühlt. Die Zirkulation wird durch Gebläse bewirkt. Die zusammengefaßten und ge­ kühlten Nägel werden dann abgepackt.

Verschiedene Abwandlungen des neuen Befestigungsmittels gemäß dieser Erfindung oder des neuen Verfahrens gemäß dieser Erfindung können ebenfalls gemacht werden, ohne den Bereich und die Idee dieser Erfindung zu verlassen, wie sie in den anhängenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (16)

1. Metallisches Befestigungselement für den Einsatz im Holzbau, das eine thermoplasti­ sche, überwiegend aliphatische Polyurethanbeschichtung über im wesentlichen seine gesamte metallische Oberfläche hat und eine Zinkschicht und eine Chromatum­ wandlungsschicht zwischen der Polyurethanbeschichtung und der metallischen Ober­ fläche, wobei die Zinkschicht unmittelbar an der metallischen Oberfläche angrenzt.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei die Polyurethanbeschichtung ungefähr 5,08 × 10^-3 mm dick ist.

3. Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei die Polyurethanbeschichtung ungefähr 12,7 × 10^-3 mm dick ist.

4. Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei die Polyurethanbeschichtung zusam­ menhängend ist.

5. Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei die Polyurethanbeschichtung unzu­ sammenhängend ist.

6. Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei die Zinkschicht eine Dicke von etwa 5,08 × 10^-3 mm bis etwa 15,24 × 10^-3 mm hat.

7. Befestigungselement nach Anspruch 1, das als Nagel geformt ist.

8. Befestigungselement nach Anspruch 1, das als Krampe geformt ist.

9. Befestigungselement nach Anspruch 1, das als eine Trägerplatte geformt ist.

10. Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei das Metall ein Kohlenstoffstahl ist.

11. Verfahren zum Herstellen eines beschichteten metallischen Befestigungselements, insbesondere eines Befestigungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das folgende Schritte umfaßt:

• 1. Aufbringen einer Zinkschicht auf im wesentlichen die gesamte metallische Oberfläche des Befestigungselements
• 2. Aufbringen einer Chromatumwandlungsschicht auf der Zinkschicht
• 3. Aufbringen einer wäßrigen Dispersion auf die Chromatschicht, die ein filmbil­ dendes, überwiegend aliphatisches Polyurethanharz enthält und
• 4. Erwärmen des Befestigungselements auf eine Temperatur höher als Raumtem­ peratur, um Wasser aus der wäßrigen Dispersionsschicht zu entfernen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Temperatur im Bereich von 62,8°C bis unterhalb der thermischen Abbautemperatur des Harzes liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Temperatur im Bereich von ungefähr 62,8°C bis ungefähr 68,3°C liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Temperatur ungefähr 65,6°C beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Dispersion durch Eintauchen aufgebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Chromatumwandlungsschicht nicht mehr als zwei Wochen vor dem Aufbringen der wäßrigen Dispersion, die das Polyurethan enthält und dem anschließenden Erwärmen aufgebracht wird.