EP3302824A1 - Herstellung von verbundmaterial mittels plasmabeschichtung - Google Patents

Herstellung von verbundmaterial mittels plasmabeschichtung

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EP3302824A1
EP3302824A1 EP16727645.0A EP16727645A EP3302824A1 EP 3302824 A1 EP3302824 A1 EP 3302824A1 EP 16727645 A EP16727645 A EP 16727645A EP 3302824 A1 EP3302824 A1 EP 3302824A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
plasma
metallic substrate
plasma coating
plastic layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16727645.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus-Peter Koch
Bernd Schuhmacher
Michael Strack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3302824A1 publication Critical patent/EP3302824A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2311/00—Metals, their alloys or their compounds

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a layered composite material comprising at least one metallic substrate and at least one
  • Plastic layer and a device for producing a composite layer material comprising at least one metallic substrate and at least one
  • the invention relates to a layered composite material comprising at least one metallic substrate, at least one plastic layer and at least one adhesion promoter layer arranged therebetween.
  • a layered composite material comprising at least one metallic substrate, at least one plastic layer and at least one adhesion promoter layer arranged therebetween.
  • sandwich sheets which between two metallic thin
  • Cover layers have a thermoplastic resin layer is in the
  • the composite laminates can be sound-absorbing and provide high rigidity.
  • an adhesion promoter layer may be provided between the metallic substrate and the plastic layer.
  • the primer layer is prepared using, for example, wet-chemical methods such as roll coating, spraying or
  • the present invention has the object of specifying a method, a device and a layered composite material, wherein in a simple and process-reliable manner tailored to the particular application adaptation of properties of the layered composite material can be achieved.
  • the object is according to a first teaching of the invention in a
  • Plasma coating by a plasma coating system wherein the
  • the plasma coating system during the plasma coating is driven such that at least
  • Metallic substrate and / or the plastic layer by means of plasma coating is first achieved that very high adhesive properties between the individual layers of the composite material can be achieved.
  • Adhesive properties could hitherto not be achieved with conventional primer layers, for example by wet-chemical processes, such as roll coating, spraying or dip coating.
  • the properties of the adhesion promoter layer for example the thickness of the adhesion promoter layer, the density of the adhesion promoter layer, the
  • composition of the primer layer, the surface structure of the surface structure of the surface structure of the surface structure of the primer layer Composition of the primer layer, the surface structure of the surface structure of the primer layer
  • Adhesive layer etc.) along the surface of the metallic substrate and / or the plastic layer can be adjusted specifically. As a result, the resulting adhesive strength can be set locally accurate and resource-efficient.
  • the setting of the targeted profile of the adhesion promoter layer can be based, for example, on specifications for certain properties of the adhesion promoter layer. It is also conceivable that specifications are made for the adhesion, on the basis of which the control of the plasma coating plant takes place.
  • the coating along the surface can be achieved for example by a relative movement of the metallic substrate and / or the plastic layer and the plasma coating system.
  • the layered composite material may also have more than one metallic substrate and / or more than one plastic layer.
  • the metallic substrate is to be understood as at least one metallic substrate.
  • the layer composite material is, for example, a sandwich sheet, which has two metallic cover layers as metallic substrates and an interposed therebetween, for example
  • thermoplastic resin layer having thermoplastic resin layer.
  • the plasma coating plant is to be understood as at least one plasma coating plant.
  • the metallic substrate is for example a circuit board or band-shaped, for example a metal band.
  • a tape may be provided by a coil from which it is unwound.
  • the coating of the strip takes place in-line with the step of bonding the individual layers, for example in a laminating plant.
  • the metallic substrate is, for example, an uncoated or coated substrate.
  • the metallic substrate is made of steel, in particular
  • Magnesium alloy zinc, copper, titanium, or combinations thereof.
  • Coated metallic substrate may be zinc-coated, zinc-magnesium coated, chromium-coated or aluminum-based.
  • the metallic substrate is electrolytically galvanized, electrolytically chromium plated or hot dip coated on a zinc or aluminum based base.
  • the plastic layer is for example a polymer, preferably a thermoplastic polymer.
  • the specific profile of the adhesion promoter layer along the surface of the metallic substrate and / or the plastic layer is a profile that is uniformly or specifically varying along the surface.
  • Belt speed can be achieved so that resources, such as precursor material, are used optimally.
  • a profile of the adhesion promoter layer varying in a targeted manner along the surface is provided, intentionally inhomogeneous adhesive strengths can be set precisely.
  • areas of the layered composite material which are (later) subjected to increased reshaping can be provided with increased adhesive strength in order to avoid detachment of the individual layers.
  • areas of a layer composite material used as a body element, which are to delaminate selectively in the event of a crash can be selectively provided with a reduced adhesive strength.
  • the plasma coating plant comprises a plurality of plasma modules and the driving of the plasma coating plant comprises an at least partially separate driving of the plasma modules.
  • the plurality of plasma modules along the surface of the metallic substrate and / or the plastic layer adjacent to each other in particular arranged like a matrix.
  • Plasma coating system can be achieved.
  • two or more plasma modules may be located adjacent.
  • two or more plasma modules may be juxtaposed in a first direction and / or two or more plasma modules may be juxtaposed in a second direction (eg, transverse to the first direction).
  • the plasma modules are arranged in matrix form in a 2 ⁇ 1 matrix, 1 ⁇ 2 matrix, 2 ⁇ 2 matrix, etc. Is the metallic substrate and / or the plastic layer
  • the plasma modules can be seen in the longitudinal direction, for example, arranged one behind the other and / or next to each other.
  • the plasma coating equipment or a portion thereof, such as a plasma module may be moved during coating. Basically, this is
  • the plasma coating comprises one or more of the steps:
  • the plasma coating is carried out under atmospheric pressure. As a result, the plasma coating can be realized comparatively easily, since no
  • Vacuum chamber or pressure chamber must be provided.
  • the plasma may be generated between a first electrode and a second electrode.
  • the metallic substrate can advantageously also represent one of the electrodes.
  • the thickness of the primer layer may for example be between 2 and 50 nm or vary between these values, which leads to a reliable adhesive strength and a sufficient freedom in the adjustment of the adhesive strength.
  • the precursor can be, for example, pulverulent, liquid or gaseous.
  • a liquid precursor can be atomized and with a
  • Carrier gas can be fed as an aerosol.
  • the precursor includes, for example, an organic acid, especially an organic carboxylic acid, preferably
  • Acrylic acid or methacrylic acid may be, for example, allylamine, Allyl methacrylates, hydroxyethyl acrylate, (3-aminopropyl) triethoxysilane and / or (3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane.
  • the process gas includes, for example, N 2 , C0 2 , Ar and / or He. Furthermore, the process gas may comprise hydrogen as the reactive gas (for example, at most 5%).
  • the activation of the plasma coating installation causes a change of one or more process parameters of the plasma coating installation, in particular one or more plasma modules, in particular of a process parameter with respect to one
  • Plasma power a Päzursoreinspeisung and / or a process gas.
  • a process parameter relating to the plasma power may, for example, be the change in the electrode voltage.
  • a change in a process parameter with respect to the precursor feed may be a change in the composition of the precursor or the flow rate of the precursor.
  • a change of a process parameter with respect to the process gas may be, for example, a change in the composition of the process gas or the flow rate of the process gas.
  • the activation of the plasma coating installation may involve a change of one or more process parameters of only a part of a plasma module of a
  • the plasma coating installation in particular one or more plasma modules of the plasma coating installation, has a plurality of feed locations, and the activation of the
  • Plasma coating plant comprises an at least partially separate control of the feed at the multiple feed points. This can continue one increased spatial resolution of the targeted profile of the adhesive layer can be achieved.
  • a change of feed parameters can be achieved, for example, the
  • Precursor composition or amount the process gas composition or amount.
  • control of the plasma coating system is carried out as a function of an at least partially predetermined adhesion profile.
  • a spatially resolved adhesion profile can be specified, from which the targeted profile of the adhesion promoter layer is determined. For example, this is a
  • Control unit is provided which at least partially controls the
  • Plasma coating plant performs.
  • the determination of the activation of the plasma coating installation for producing the specific profile of the adhesion promoter layer can be carried out on the basis of one or more characteristic curves and / or one or more calculation models.
  • the current can be carried out on the basis of one or more characteristic curves and / or one or more calculation models.
  • the composite layer material comprises a first metallic substrate and a second metallic substrate, wherein the plastic layer between the first and the second metallic substrate is arranged, and the adhesive layer on the first and / or the second metallic substrate and / or the
  • the embodiment of the method according to the invention can be used in particular for the production of sandwich panels.
  • the statements on the previously described metallic substrate apply.
  • the first and the second metallic substrate may be the same or different. It can also be provided more than two metallic substrates. According to a further advantageous embodiment of the invention
  • Coated plasma coating system and coated the second metallic substrate by means of a second plasma coating system Coated plasma coating system and coated the second metallic substrate by means of a second plasma coating system.
  • first and / or second plasma coating plant a previously described
  • Plasma coating systems as described above, be provided.
  • the plasma coating systems can also independently of each other have individual of the features described above.
  • the plasma coating systems can also independently of each other have individual of the features described above.
  • the plasma coating systems can also independently of each other have individual of the features described above.
  • Plasma coating equipment the same or different.
  • the adhesive strength be adjusted in a planar manner (in other words 2-dimensional) between two layers of the layered composite material, but it can also be the
  • Adhesive strength can be adjusted with respect to different layers of the layer composite material, ie with respect to a further dimension (ie 3-dimensional). For example, not only can it be set at which point a layer should delaminate selectively, but also which of the layers should delaminate selectively under load.
  • the method according to the invention achieves the aforementioned object by the device comprising: a device for providing the metallic substrate and the device
  • a plasma coating apparatus for applying a primer layer along a surface of the metallic substrate and / or the
  • Plastic layer by means of plasma coating a control unit for controlling the plasma coating system during the plasma coating to produce the adhesion promoter layer, so that at least in some areas a specific profile of the adhesion promoter layer can be adjusted along the surface of the metallic substrate and / or the plastic layer, and
  • Adhesive layer having surface of the metallic substrate and / or connecting the metallic substrate with the
  • Adhesive layer having surface of the plastic layer for producing the composite layer material.
  • the application of the adhesion promoter layer along the surface of the metallic substrate and / or the plastic layer by means of plasma coating achieves very high adhesive properties between the individual layers of the layered composite material.
  • the provision of a control unit achieves activation of the plasma coating system during the plasma coating, so that a precise influencing of the generation of the adhesion promoter layer during the coating can be achieved.
  • the resulting adhesive strength can be set locally accurate and resource-efficient.
  • Method steps according to preferred embodiments of the method also be disclosed means or means for performing the method steps by preferred embodiments of the device. Likewise, by the disclosure of means for carrying out a method step, the corresponding method step should be disclosed. According to a third teaching of the method according to the invention, the object mentioned in the case of a generic layered composite material is achieved in that the layered composite material is produced by a method according to the invention.
  • the specific profile of the adhesion promoter layer has a specifically varying profile along the surface of the metallic substrate and / or the plastic layer, so that the layered composite material has regions with different adhesive strength.
  • embodiments of the composite material according to the invention have improved adhesive strengths.
  • embodiments of the layered composite material according to the invention have a precisely set varying adhesive strength, wherein the adhesive strength can not only be specifically adjusted locally within an adhesion promoter layer, but also different adhesion promoter layers can be specifically coordinated with one another.
  • Fig. L is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of the inventive multilayer composite material
  • Fig. 3 shows an embodiment of a plasma coating step
  • FIG. 6 is a schematic plan view of an alternative arrangement of
  • FIG. 7 is a schematic representation of a time course of controlled
  • Fig. 8 is a schematic representation of a metallic substrate with a
  • Adhesive layer with deliberately varying profile Adhesive layer with deliberately varying profile.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention for carrying out an embodiment of a method according to the invention.
  • a first and a second metal strip 1, 2 are provided, which of the coils, 2 'by a
  • Unwinding device (not shown) are unwound.
  • a thermoplastic intermediate layer 3 is provided on a third coil 3 '.
  • Each metal strip 1, 2 is plasma-coated by the plasma coating systems 4, 4 ', which serves to apply a bonding agent layer along the respective surfaces of the metal strips 1, 2 by means of plasma coating.
  • Plasma coating system 4, 4 ' in this case has two plasma modules 4a and 4b and 4a' and 4b ', respectively. These plasma modules 4a, 4b and 4a ', 4b' are in
  • Plasma modules are described in more detail below.
  • the plastic layer 3 facing surfaces of both metal strips 1, 2, the metal strips 1, 2 and the plastic layer 3 are connected to form a band-shaped layer composite material 5 by lamination. This is done by means of a laminating device 6, which serves as means for connecting the
  • Plastic layer 3 with the adhesion promoter layers having surfaces of the respective metal strip 1, 2 for the preparation of the composite layer material 5 is used and also shown schematically.
  • Metal strips 1, 2 with a plasma polymerized adhesion promoter layer an advantageous adhesion of the layer composite material 5 after lamination can be achieved by means of the laminator 6.
  • the device shown in Fig. 1 further comprises a control unit (not
  • This can be at least partially a targeted profile, for example, a selectively varying profile of the adhesive layer along the surface of the metal strips 1, 2 are set.
  • the plasma coating preferably proceeds at atmospheric pressure.
  • a process gas is provided, a plasma is generated, a precursor for producing the adhesion promoter layer is fed into the plasma or the plasma afterglow, and a plasma-polymerized adhesion promoter layer is deposited on the respective metal strip 1, 2.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of a composite layer material according to the invention in the form of a composite sheet 7 which has been produced from the band-shaped layer composite material 5.
  • the composite sheet 7 comprises 2 metallic cover sheets 1, 2, for example steel sheets. Both metallic cover sheets 1, 2 have one of the thermoplastic
  • Adhesive layers la, lb which have a locally specifically adapted to the application profile.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a plasma coating step, here by way of example for the metal strip 2. Plasma coating can thus take place
  • the process gas 8 flows between a first electrode 9 and a second electrode 10.
  • a plasma 12 is formed between the first and second electrodes 9, 10.
  • the Plasma afterglow may extend to the surface of the metal strip 2.
  • An aerosol 11 is fed to the plasma afterglow 13.
  • the aerosol is formed by a carrier gas and a liquid precursor and directed to the inside of the metal strip 2 together with the process gas 8 and the plasma.
  • the plasma-polymerized precursor is deposited on the metal strip 2 as adhesion promoter layer 2a.
  • the plasma 12 or the plasma afterglow 13 activates the surface of the metal strip 2 and the precursor contained in the aerosol.
  • the plasma-polymerized adhesion promoter layer 2a which may be, for example, 2 to 50 nm, preferably 5 to 30 nm thick.
  • the plasma 12 is produced by electrodes 9 ', 10' arranged on both sides of the metal strip 2.
  • the aerosol 11 is fed into the plasma 12, resulting in a deposition of a plasma polymerized adhesion promoter layer 2a on the
  • a gaseous precursor can be fed.
  • Fig. 5 shows a further alternative embodiment of a
  • Plasma coating step again exemplified for the metal strip 2.
  • the plasma 12 is generated between the first electrode 9 "and the metallic substrate 2, which acts as a second electrode.
  • Fig. 6 shows a schematic plan view of an alternative arrangement of
  • a plasma coating installation 14 comprising two plasma modules 14a, 14b is provided above a metallic substrate, which here is the metal strip 2, but may also be the metal strip 1.
  • the plasma modules may be constructed as shown in FIGS. 3-5 and employed as shown in FIG.
  • the plasma modules 14a, 14b are not consecutive but next to each other, that is, arranged transversely to the strip running direction shown by the arrow.
  • an adhesion promoter layer is applied along a surface of the metallic substrate 2 by means of plasma coating.
  • the plasma coating system 14 is controlled during the plasma coating in such a way that a selectively varying profile of the adhesion promoter layer along the surface of the metal strip 2 is set at least in regions.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a time profile of controlled process parameters.
  • the diagram shows the time along the x-axis 16 and the size of a process parameter 18a along the y-axis 17
  • Plasma module 14a and a process parameter 18b of the plasma module 14b are controlled in such a way that a change of a process parameter of the plasma modules 14a, 14b of the plasma coating plant 14 is achieved over time.
  • the process parameter can be determined by the
  • a high adhesive strength is achieved by a high value of the process parameter and a low adhesive strength by a low value of the process parameter.
  • the process parameter can relate, for example, to the plasma power, the precursor feed or the process gas.
  • the process parameter 18a of the plasma module 14a is in a low level in section I, in a middle level in sections II and III, and in a high level in section IV.
  • the process parameter 18b of the plasma module 14b is in a middle level in section I, in a high level in section II
  • the control of the plasma parameters 18a, 18b can be based, for example, on the fact that a specific profile of the adhesion promoter layer is derived from a desired adhesion profile and from this the control of the process parameters is created, for which purpose one or more characteristic curves and / or one or more calculation models can be used. Will the primer layer 2a applied with the targeted profile, this leads to the desired
  • FIG. 8 shows the metal strip 2 after coating with the plasma-polymerized adhesion promoter layer 2 a.
  • the metal strip 2 In the region coated by the plasma module 14a, the metal strip 2 has a low adhesive strength in Section Ia, an average adhesive strength in Section IIa and IIIa, and a high adhesive strength in Section IVa.
  • the metal strip 2 In the region coated by the plasma module 14b, the metal strip 2 has an average adhesive strength in Section Ib, a high adhesive strength in Section IIb, a high average adhesion in Section IIIb and a high one in Section IVb
  • Laminated composite material 5 and a composite sheet 7 are produced.
  • the primer layer according to a specific profile along the surface of the metal strips by means of plasma coating, the resulting
  • the adhesive strength can be set reliably in three dimensions (on superimposed surfaces of metallic substrates).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schichtverbundmaterials umfassend mindestens ein metallisches Substrat und mindestens eine Kunststoffschicht. Die Aufgabe, auf einfache und prozesssichere Weise eine an den jeweiligen Einsatzzweck maßgeschneiderte Anpassung von Eigenschaften eines Schichtverbundmaterials zu erreichen wird dadurch gelöst, dass das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen des metallischen Substrats und der Kunststoffschicht, Auftragen einer Haftvermittlerschicht entlang einer Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht mittels Plasmabeschichtens durch eine Plasmabeschichtungsanlage, wobei zur Erzeugung der Haftvermittlerschicht die Plasmabeschichtungsanlage während des Plasmabeschichtens derart angesteuert wird, dass zumindest bereichsweise ein gezieltes Profil der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht eingestellt wird und Verbinden der Kunststoffschicht mit der die Haftvermittlerschicht aufweisenden Oberfläche des metallischen Substrats und/oder Verbinden des metallischen Substrats mit der die Haftvermittlerschicht aufweisenden Oberfläche der Kunststoffschicht zur Herstellung des Verbundmaterials.

Description

Herstellung von Verbundmaterial mittels Plasmabeschichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schichtverbundmaterials umfassend mindestens ein metallisches Substrat und mindestens eine
Kunststoffschicht und eine Vorrichtung zur Herstellen eines Schichtverbundmaterials umfassend mindestens ein metallisches Substrat und mindestens eine
Kunststoffschicht. Zudem betrifft die Erfindung ein Schichtverbundmaterial umfassend mindestens ein metallisches Substrat, mindestens eine Kunststoffschicht und mindestens eine dazwischen angeordnete Haftvermittlerschicht. Die Verwendung von gattungsgemäßen Schichtverbundmaterialien, wie
beispielsweise Sandwichblechen, welche zwischen zwei metallischen dünnen
Deckschichten eine thermoplastische Kunststoffschicht aufweisen, ist bei der
Realisierung von Leichtbaukonzepten im Kraftfahrzeugbereich vorteilhaft. Unter Verwendung dieser Schichtverbundmaterialien können die
Gewichtseinsparungspotentiale im Kraftfahrzeugbau weiter vergrößert werden. Zudem können Schichtverbundmaterialien verschiedene vorteilhafte, sich häufig ausschließende Eigenschaften bereitstellen. So weisen gattungsgemäße
Schichtverbundmaterialien aufgrund der Kunststoffschicht ein deutlich geringeres Gewicht als Vollbleche auf und stellen gleichzeitig hohe Festigkeitswerte zur
Verfügung. Darüber hinaus können die Schichtverbundmaterialien schalldämpfend sein und eine hohe Steifigkeit bieten.
Zur Verbindung der Kunststoffschicht mit den metallischen Substraten kann eine Haftvermittlerschicht zwischen metallischen Substrat und Kunststoffschicht vorgesehen werden. Die Haftvermittlerschicht wird etwa unter Verwendung von nasschemischen Verfahren, wie etwa Walzbeschichten, Sprühen oder
Tauchbeschichten auf die metallischen Bänder aufgetragen. Allerdings kann es erforderlich sein, dass die Schichtverbundmaterialen in
Abhängigkeit von kundenspezifischen Erfordernissen Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften ausweisen sollen. Dies kann notwendig sein, da unterschiedliche Bereiche unterschiedlichen Anforderungen ausgesetzt sein können. Beispielsweise können bestimmte Bereiche höheren Umformgraden ausgesetzt sein als andere. Bei einem Einsatz der Schichtverbundmaterialien als Karosserieelemente können ebenfalls Bereiche wünschenswert sein, welche im Falle eines Unfalles bestimmte Eigenschaften haben oder ein bestimmtes Verhalten zeigen. Grundsätzlich wäre denkbar, dies mittels etwa entsprechend maßgeschneiderten Deckschichten oder Kunststoffschichten zu erreichen. Dies führt jedoch zu aufwendigen
Herstellungsverfahren.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Schichtverbundmaterial anzugeben, wobei auf einfache und prozesssichere Weise eine an den jeweiligen Einsatzzweck maßgeschneiderte Anpassung von Eigenschaften des Schichtverbundmaterials erreicht werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der Erfindung bei einem
gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Verfahren die Schritte umfasst:
Bereitstellen des metallischen Substrats und der Kunststoffschicht,
- Auftragen einer Haftvermittlerschicht entlang einer Oberfläche des
metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht mittels
Plasmabeschichtens durch eine Plasmabeschichtungsanlage, wobei zur
Erzeugung der Haftvermittlerschicht die Plasmabeschichtungsanlage während des Plasmabeschichtens derart angesteuert wird, dass zumindest
bereichsweise ein gezieltes Profil der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht eingestellt wird und
- Verbinden der Kunststoffschicht mit der die Haftvermittlerschicht
aufweisenden Oberfläche des metallischen Substrats und/oder Verbinden des metallischen Substrats mit der die Haftvermittlerschicht aufweisenden
Oberfläche der Kunststoffschicht zur Herstellung des Verbundmaterials.
Durch das Auftragen der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des
metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht mittels Plasmabeschichtens wird zunächst erreicht, dass sehr hohe Hafteigenschaften zwischen den einzelnen Schichten des Schichtverbundmaterials erreicht werden können. Derartige
Hafteigenschaften konnten bisher mit konventionellen Haftvermittlerschichten, beispielsweise durch nasschemische Verfahren, wie etwa Walzbeschichten, Sprühen oder Tauchbeschichten aufgetragen, nicht erreicht werden.
Gleichzeitig wird durch die Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage während des Plasmabeschichtens erreicht, dass eine präzise Beeinflussung der Erzeugung der Haftvermittlerschicht während des Beschichtens erreicht werden kann. Dies führt dazu, dass ein gezielt eingestelltes Profil der Haftvermittlerschicht entlang der
Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht erreicht wird, was mit bisherigen Verfahren nicht möglich war. Beispielsweise können auch erst während des Beschichtens auftretende Abweichungen (im Falle von Metallbändern beispielsweise eine Änderung der Bandlaufgeschwindigkeit) berücksichtigt werden.
Unter Einstellen eines gezielten Profils der Haftvermittlerschicht wird insbesondere verstanden, dass die Eigenschaften der Haftvermittlerschicht (beispielsweise die Dicke der Haftvermittlerschicht, die Dichte der Haftvermittlerschicht, die
Zusammensetzung der Haftvermittlerschicht, die Oberflächenstruktur der
Haftvermittlerschicht etc.) entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht gezielt eingestellt werden. Hierdurch kann die daraus resultierende Haftfestigkeit lokal präzise und ressourceneffizient eingestellt werden.
Das Einstellen des gezielten Profils der Haftvermittlerschicht kann beispielsweise auf Vorgaben für bestimmte Eigenschaften der Haftvermittlerschicht beruhen. Ebenfalls ist denkbar, dass Vorgaben für die der Haftfestigkeit gemacht werden, auf dessen Basis die Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage erfolgt. Die Beschichtung entlang der Oberfläche kann beispielsweise durch eine relative Bewegung des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht und der Plasmabeschichtungsanlage erreicht werden.
Das Schichtverbundmaterial kann auch mehr als ein metallisches Substrat und/oder mehr als eine Kunststoffschicht aufweisen. Insofern ist das metallische Substrat als mindestens ein metallisches Substrat zu verstehen. Das Schichtverbundmaterial ist beispielsweise ein Sandwichblech, welches zwei metallische Deckschichten als metallische Substrate und eine dazwischen angeordnete beispielsweise
thermoplastische Kunststoffschicht aufweist.
Ebenfalls kann mehr als eine Plasmabeschichtungsanlage vorgesehen sein. Insofern ist die Plasmabeschichtungsanlage als mindestens eine Plasmabeschichtungsanlage zu verstehen. Beispielsweise ist jeweils eine Plasmabeschichtungsanlage pro
metallisches Substrat und/oder Kunststoffschicht vorgesehen.
Das metallische Substrat ist beispielsweise eine Platine oder bandförmig ausgebildet, beispielsweise ein Metallband. Ein Band kann beispielsweise durch ein Coil, von dem es abgewickelt wird, bereitgestellt werden. Beispielsweise erfolgt die Beschichtung des Bandes in-line mit dem Schritt des Verbindens der einzelnen Schichten, beispielsweise in einer Laminieranlage.
Das metallische Substrat ist beispielsweise ein unbeschichtetes oder beschichtetes Substrat. Beispielsweise besteht das metallische Substrat aus Stahl, insbesondere
Edelstahl, Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Magnesium, einer
Magnesiumlegierung, Zink, Kupfer, Titan, oder Kombinationen hiervon. Ein
beschichtetes metallisches Substrat kann zink-beschichtet, zinkmagnesium- beschichtet, chrom-beschichtet oder auf Aluminiumbasis beschichtet sein.
Beispielsweise ist das metallische Substrat elektrolytisch verzinkt, elektrolytisch verchromt oder auf einer Zinkbasis oder Aluminiumbasis schmelztauchbeschichtet. Die Kunststoffschicht ist beispielsweise ein Polymer, bevorzugt ein thermoplastisches Polymer.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das gezielte Profil der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht ein entlang der Oberfläche gezielt gleichmäßiges oder gezielt variierendes Profil.
Ist ein entlang der Oberfläche gezielt gleichmäßiges Profil der Haftvermittlerschicht vorgesehen, kann eine Steigerung der Ressourceneffizienz erreicht werden.
Beispielsweise kann durch die Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage während des Plasmabeschichtens eine Anpassung der Beschichtung an die
Bandgeschwindigkeit erreicht werden, sodass Ressourcen, wie Präkursormaterial, optimal eingesetzt werden.
Ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ein entlang der Oberfläche gezielt variierendes Profil der Haftvermittlerschicht vorgesehen, können absichtlich inhomogene Haftfestigkeiten präzise eingestellt werden. Beispielsweise können Bereiche des Schichtverbundmaterials, welche (später) einer erhöhten Umformung ausgesetzt sind, mit einer erhöhten Haftfestigkeit versehen werden, um ein Ablösen der einzelnen Schichten zu vermeiden. Beispielsweise können Bereiche eines als Karosserieelement eingesetzten Schichtverbundmaterials, welche im Falle eines Crashs gezielt delaminieren sollen, selektiv mit einer verringerten Haftfestigkeit versehen werden. Durch die Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage können auch in diesem Fall während der Beschichtung auftretende Änderungen, wie eine
Änderung der Bandgeschwindigkeit, berücksichtigt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Plasmabeschichtungsanlage mehrere Plasmamodule und das Ansteuern der Plasmabeschichtungsanlage umfasst ein zumindest teilweise getrenntes Ansteuern der Plasmamodule. Hierdurch wird eine Möglichkeit, um insbesondere ein gezielt variierendes Profil der Haftvermittlerschicht zu erreichen, bereitgestellt. Die erforderliche örtliche Präzision beim Auftragen der Haftvermittlerschicht kann beispielsweise durch die Anordnung und die Anzahl der Plasmamodule erreicht werden. Je nach Anforderungen kann die Anordnung aufgrund der einzelnen Module flexibel geändert, erweitert oder reduziert werden. Mehrere Plasmamodule können zum Beispiel zwei Plasmamodule, drei Plasmamodule, vier Plasmamodule etc. sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die mehreren Plasmamodule entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht zueinander benachbart, insbesondere matrixartig, angeordnet. Hierdurch können auch komplexe Profile der Haftvermittlerschicht durch eine vergleichsweise einfache Anordnung der einzelnen Plasmamodule der
Plasmabeschichtungsanlage erreicht werden. Beispielsweise können zwei oder mehr Plasmamodule benachbart angeordnet werden. Beispielsweise können zwei oder mehr Plasmamodule in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet werden und/oder zwei oder mehr Plasmamodule in einer zweiten Richtung (beispielsweise quer zur ersten Richtung) nebeneinander angeordnet werden. Beispielsweise werden die Plasmamodule matrixförmig in einer 2xl-Matrix, Ix2-Matrix, 2x2-Matrix etc. angeordnet. Ist das metallische Substrat und/oder die Kunststoffschicht
beispielsweise länglich ausgebildet, können die Plasmamodule in Längsrichtung gesehen beispielsweise hintereinander und/oder nebeneinander angeordnet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkt das
Ansteuern der Plasmabeschichtungsanlage eine Änderung der relativen Position zumindest eines Teils der Plasmabeschichtungsanlage, insbesondere eines oder mehrerer Plasmamodule, zum metallischen Substrat und/oder zur Kunststoffschicht.
Hierdurch wird eine Möglichkeit, um insbesondere ein gezielt variierendes Profil der Haftvermittlerschicht zu erreichen, bereitgestellt, auch ohne Prozessparameter der Plasmabeschichtungsanlage oder einzelner Plasmamodule ändern zu müssen.
Stattdessen kann die Plasmabeschichtungsanlage oder ein Teil hiervon, etwa ein Plasmamodul, während des Beschichtens verfahren werden. Grundsätzlich ist diese
Ausgestaltung jedoch auch in Kombination mit anderen Ausgestaltungen der Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage zur Einstellung eines gezielten Profils möglich.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Plasmabeschichten einen oder mehrere der Schritte:
Bereitstellen eines Prozessgases,
Erzeugen eines Plasmas,
Einspeisen eines Präkursors zur Erzeugung der Haftvermittlerschicht in das Plasma oder das Plasmanachglühen und
- zumindest teilweises Abscheiden einer plasmapolymerisierten
Haftvermittlerschicht auf dem metallischen Substrat und/oder der
Kunststoffschicht. Es hat sich gezeigt, dass bei einem derartigen Plasmabeschichten eine effiziente und präzise Einstellung der Haftfestigkeit über die Haftvermittlerschicht möglich ist. Vorzugsweise erfolgt das Plasmabeschichten unter Atmosphärendruck. Dadurch kann das Plasmabeschichten vergleichsweise einfach realisiert werden, da keine
Vakuumkammer oder Druckkammer vorgesehen sein muss. Das Plasma kann beispielsweise zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode erzeugt werden. Dabei kann das metallische Substrat vorteilhaft ebenfalls eine der Elektroden darstellen. Die Dicke der Haftvermittlerschicht kann beispielsweise zwischen 2 und 50 nm betragen bzw. zwischen diesen Werten variieren, was zu einer verlässlichen Haftfestigkeit und einer ausreichenden Freiheit bei der Einstellung der Haftfestigkeit führt.
Der Präkursor kann beispielsweise pulverförmig, flüssig oder gasförmig sein.
Beispielsweise kann ein flüssiger Präkursor zerstäubt werden und mit einem
Trägergas als Aerosol eingespeist werden. Der Präkursor umfasst beispielsweise eine organische Säure, insbesondere eine organische Carbonsäure, vorzugsweise
Acrylsäure oder Methacrylsäure. Der Präkursor kann beispielsweise Allylamin, Allylmethacrylate, Hydroxyethylacrylat, (3-aminopropyl)triethoxysilan und/oder (3- glycidoxypropyl)trimethoxysilan umfassen.
Das Prozessgas umfasst beispielsweise N2, C02, Ar und/oder He. Weiterhin kann das Prozessgas Wasserstoff als reaktives Gas (beispielsweise max. 5%) umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkt das Ansteuern der Plasmabeschichtungsanlage eine Änderung eines oder mehrerer Prozessparameter der Plasmabeschichtungsanlage, insbesondere eines oder mehrere Plasmamodule, insbesondere eines Prozessparameters bezüglich einer
Plasmaleistung, einer Päkursoreinspeisung und/oder eines Prozessgases. Durch die Änderung eines oder mehrerer Prozessparameter während des Plasmabeschichtens wird eine Möglichkeit, um insbesondere ein gezielt variierendes Profil der
Haftvermittlerschicht zu erreichen, bereitgestellt. Wird ein Prozessparameter eines einzelnen Plasmamoduls geändert, kann eine weiterhin erhöhte Ortsauflösung des Profils der Haftvermittlerschicht erreicht werden. Ein Prozessparameter bezüglich der Plasmaleistung kann beispielsweise die Änderung der Elektrodenspannung sein. Eine Änderung eines Prozessparameters bezüglich der Präkursoreinspeisung kann beispielsweise eine Änderung der Zusammensetzung des Präkursors oder der Durchflussmenge des Präkursors sein. Eine Änderung eines Prozessparameters bezüglich des Prozessgases kann beispielsweise eine Änderung der Zusammensetzung des Prozessgases oder der Durchflussmenge des Prozessgases sein.
Ebenfalls kann das Ansteuern der Plasmabeschichtungsanlage eine Änderung eines oder mehrerer Prozessparameter nur eines Teils eines Plasmamoduls einer
Plasmabeschichtungsanlage bewirken, um die Ortsauflösung weiterhin zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Plasmabeschichtungsanlage, insbesondere ein oder mehrere Plasmamodule der Plasmabeschichtungsanlage, mehrere Einspeiseorte auf, und das Ansteuern der
Plasmabeschichtungsanlage umfasst ein zumindest teilweise getrenntes Ansteuern der Einspeisung an den mehreren Einspeiseorten. Hierdurch kann eine weiterhin erhöhte Ortsauflösung des gezielt eingestellten Profils der Haftvermittlerschicht erreicht werden. Durch die Ansteuerung der Einspeisung kann beispielsweise eine Änderung von Einspeiseparametern erreicht werden, beispielsweise der
Präkursorzusammensetzung oder -menge, der Prozessgaszusammensetzung oder -menge.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, erfolgt die Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage in Abhängigkeit eines zumindest teilweise vorgegebenen Haftfestigkeitsprofils. Es kann also beispielsweise ein ortsaufgelöstes Haftfestigkeitsprofil vorgegeben werden, aus dem dann das gezielte Profil der Haftvermittlerschicht ermittelt wird. Beispielsweise ist hierzu eine
Steuereinheit vorgesehen, welche zumindest teilweise die Ansteuerung der
Plasmabeschichtungsanlage durchführt. Beispielsweise kann die Ermittlung der Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage zur Erstellung des gezielten Profils der Haftvermittlerschicht auf Basis von einer oder mehreren Kennlinien und/oder einem oder mehreren Rechenmodellen erfolgen. Vorteilhaft kann dabei die aktuelle
Bandgeschwindigkeit im Falle eines bandförmigen metallischen Substrats und/oder Kunststoffschicht berücksichtigt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens umfasst das Schichtverbundmaterial ein erstes metallisches Substrat und ein zweites metallisches Substrat, wobei die Kunststoffschicht zwischen dem ersten und dem zweiten metallischen Substrat angeordnet ist, und die Haftvermittlerschicht auf das erste und/oder das zweite metallische Substrat und/oder die
Kunststoffschicht aufgetragen wird. Hierdurch kann die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere zur Herstellung von Sandwichblechen eingesetzt werden. Für das erste und das zweite metallische Substrat gelten die Ausführungen zum zuvor beschriebenen metallischen Substrat. Dabei können das erste und das zweite metallische Substrat gleich oder unterschiedlich sein. Es können auch mehr als zwei metallische Substrate vorgesehen sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird das erste metallische Substrat mittels einer ersten
Plasmabeschichtungsanlage beschichtet und das zweite metallische Substrat mittels einer zweiten Plasmabeschichtungsanlage beschichtet. Dabei kann die erste und/oder zweite Plasmabeschichtungsanlage eine zuvor beschriebene
Plasmabeschichtungsanlage sein. Es können auch weitere
Plasmabeschichtungsanlagen, wie zuvor beschrieben, vorgesehen sein. Dabei können die Plasmabeschichtungsanlagen auch unabhängig voneinander einzelne der zuvor beschriebenen Merkmale aufweise. Beispielsweise sind die
Plasmabeschichtungsanlagen gleich oder unterschiedlich.
Hierdurch ist ein gezieltes Abstimmen der Haftfestigkeiten der beiden metallischen Substrate zur dazwischen angeordneten Kunststoffschicht möglich. Somit kann nicht nur gezielt die Haftfestigkeit flächig (sprich 2-dimensional) zwischen zwei Schichten des Schichtverbundmaterials eingestellt werden, sondern es kann auch die
Haftfestigkeit bezüglich unterschiedlicher Schichten des Schichtverbundmaterials eingestellt werden, also bezüglich einer weiteren Dimension (sprich 3-dimensional). Beispielsweise kann nicht nur eingestellt werden, an welcher Stelle eine Schicht gezielt delaminieren soll, sondern auch welche der Schichten bei Belastung gezielt delaminieren soll.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird bei einer
gattungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens, die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung umfasst: eine Einrichtung zum Bereitstellen des metallischen Substrats und der
Kunststoffschicht,
eine Plasmabeschichtungsanlage zum Auftragen einer Haftvermittlerschicht entlang einer Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der
Kunststoffschicht mittels Plasmabeschichtens, eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage während des Plasmabeschichtens zur Erzeugung der Haftvermittlerschicht, sodass zumindest bereichsweise ein gezieltes Profil der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht eingestellt werden kann und
eine Einrichtung zum Verbinden der Kunststoffschicht mit der die
Haftvermittlerschicht aufweisenden Oberfläche des metallischen Substrats und/oder Verbinden des metallischen Substrats mit der die
Haftvermittlerschicht aufweisenden Oberfläche der Kunststoffschicht zur Herstellung des Schichtverbundmaterials.
Wie bereits ausgeführt, werden durch das Auftragen der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht mittels Plasmabeschichtens sehr hohe Hafteigenschaften zwischen den einzelnen Schichten des Schichtverbundmaterials erreicht. Zudem wird durch das Vorsehen einer Steuereinheit die Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage während des Plasmabeschichtens erreicht, sodass eine präzise Beeinflussung der Erzeugung Haftvermittlerschicht während des Beschichtens erreicht werden kann. Hierdurch kann die daraus resultierende Haftfestigkeit lokal präzise und ressourceneffizient eingestellt werden.
Bezüglich vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren und dessen
Ausgestaltungen verwiesen, welche für die Vorrichtung entsprechend gelten sollen.
Insbesondere sollen durch die vorherige und folgende Beschreibung von
Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens auch entsprechende Mittel oder Einrichtungen zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln zur Durchführung eines Verfahrensschrittes der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein. Gemäß einer dritten Lehre des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Schichtverbundmaterial dadurch gelöst, dass das Schichtverbundmaterial nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schichtverbundmaterials weist das gezielte Profil der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht ein gezielt variierendes Profil auf, sodass das Schichtverbundmaterial Bereiche mit unterschiedlicher Haftfestigkeit aufweist.
Im Gegensatz zu bekannten Schichtverbundmaterialien weisen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbundmaterials verbesserte Haftfestigkeiten auf. Zudem weisen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schichtverbundmaterials eine präzise eingestellte variierende Haftfestigkeit, wobei die Haftfestigkeit nicht nur örtlich innerhalb einer Haftvermittlerschicht gezielt eingestellt sein kann, sondern auch unterschiedlichen Haftvermittlerschichten gezielt aufeinander abgestimmt sein können.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
Fig. l eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels erfindungsgemäßen Schichtverbundmaterials;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Plasmabeschichtungsschrittes;
Fig. 4 - 5 unterschiedliche Ausführungsbeispiele von
Plasmabeschichtungsschritten; Fig. 6 eine schematische Draufsicht einer alternativen Anordnung der
Plasmamodule; Fig. 7 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von gesteuerten
Prozessparametern;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines metallischen Substrats mit einer
Haftvermittlerschicht mit gezielt variierendem Profil.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Als metallische Substrate sind ein erstes und ein zweites Metallband 1, 2 vorgesehen, welche von den Coils , 2' durch eine
Abwickelvorrichtung (nicht dargestellt) abgewickelt werden. Auf einem dritten Coil 3' wird eine thermoplastische Zwischenschicht 3 bereitgestellt. Hierdurch werden Einrichtungen zum Bereitstellen der metallischen Substrate und der Kunststoffschicht realisiert. Jedes Metallband 1, 2 wird durch die Plasmabeschichtungsanlagen 4, 4' plasmabeschichtet, welche zum Auftragen einer Haftvermittlerschicht entlang der jeweiligen Oberflächen der Metallbänder 1, 2 mittels Plasmabeschichtens dient.
Alternativ wäre auch denkbar, dass eine oder beide Plasmabeschichtungsanlagen 4, 4' die Kunststoffschicht 3 ein- bzw. beidseitig beschichten. Jede
Plasmabeschichtungsanlage 4, 4' weist in diesem Fall jeweils zwei Plasmamodule 4a und 4b bzw. 4a' und 4b' auf. Diese Plasmamodule 4a, 4b bzw. 4a', 4b' sind in
Bandlaufrichtung (wie durch die Pfeile dargestellt) hintereinander angeordnet. Die
Plasmamodule werden in weiteren Details weiter unten beschrieben. Nach dem Beschichten der jeweiligen inneren, der Kunststoffschicht 3 zugewandten Oberflächen beider Metallbänder 1, 2 werden die Metallbänder 1, 2 und die Kunststoffschicht 3 zu einem bandförmigen Schichtverbundmaterial 5 durch Laminieren verbunden. Dies erfolgt mittels einer Laminiereinrichtung 6, welche als Einrichtung zum Verbinden der
Kunststoffschicht 3 mit den die Haftvermittlerschichten aufweisenden Oberflächen des jeweiligen Metallbandes 1, 2 zur Herstellung des Schichtverbundmaterials 5 dient und ebenfalls schematisch dargestellt ist. Durch das Plasmabeschichten der
Metallbänder 1, 2 mit einer plasmapolymerisierten Haftvermittlerschicht kann eine vorteilhafte Haftfestigkeit des Schichtverbundmaterials 5 nach dem Laminieren mittels der Laminiereinrichtung 6 erreicht werden.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist weiterhin eine Steuereinheit (nicht
dargestellt) zur getrennten Ansteuerung der Plasmamodule der
Plasmabeschichtungsanlagen 4, 4' während des Plasmabeschichtens zur Erzeugung der Haftvermittlerschicht auf. Damit kann zumindest bereichsweise ein gezieltes Profil, beispielsweise ein gezielt variierendes Profil der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche der Metallbänder 1, 2 eingestellt werden.
Das Plasmabeschichten verläuft bevorzugt bei Atmosphärendruck. Dabei wird ein Prozessgases bereitgestellt, ein Plasma erzeugt, ein Präkursor zur Erzeugung der Haftvermittlerschicht in das Plasma oder das Plasmanachglühen eingespeist und eine plasmapolymerisierte Haftvermittlerschicht auf dem jeweiligen Metallband 1, 2 abgeschieden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schichtverbundmaterials in Form eines Verbundblechs 7, welches aus dem bandförmigen Schichtverbundmaterial 5 hergestellt wurde. Das Verbundblech 7 umfasst 2 metallische Deckbleche 1, 2, beispielsweise Stahlbleche. Beide metallische Deckbleche 1, 2 weisen eine der thermoplastischen
Kunststoffschicht 3 zugewandte Oberflächen mit plasmapolymerisierten
Haftvermittlerschichten la, lb auf, welche ein örtlich gezielt an den Einsatzbereich angepasstes Profil aufweisen.
Fig. 3 zeigt exemplarisch ein Ausführungsbeispiel eines Plasmabeschichtungsschrittes, hier exemplarisch für das Metallband 2. Das Plasmabeschichten kann so
beispielsweise in den Plasmamodulen 4', 4b, 4a', 4b' ablaufen. Das Prozessgas 8 strömt zwischen einer ersten Elektrode 9 und einer zweiten Elektrode 10 hindurch. Ein Plasma 12 wird zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 9, 10 gebildet. Das Plasmanachglühen kann sich bis auf die Oberfläche des Metallbandes 2 erstrecken. Ein Aerosol 11 wird in das Plasmanachglühen 13 eingespeist. Das Aerosol wird durch ein Trägergas und einen flüssigen Präkursor gebildet und zusammen mit dem Prozessgas 8 und dem Plasma auf die Innenseite des Metallbandes 2 gerichtet. Dadurch wird der plasmapolymerisierte Präkursor als Haftvermittlerschicht 2a auf das Metallband 2 abgeschieden. Das Plasma 12 bzw. das Plasmanachglühen 13 aktiviert die Oberfläche des Metallbandes 2 und den in dem Aerosol enthaltenen Präkursor. Durch die relative Bewegung von Metallband 2 und Plasmabeschichtungsanlage 4, 4' wird eine sehr dünne Beschichtung mittels der plasmapolymerisierten Haftvermittlerschicht 2a auf dem Metallband 2 aufgebaut, welche beispielsweise 2 bis 50 nm, bevorzugt 5 bis 30 nm dick sein kann.
Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Plasmabeschichtungsschrittes, hier exemplarisch für das Metallband 2. Das Plasma 12 ist in diesem Fall durch beidseitig des Metallbandes 2 angeordnete Elektroden 9', 10' erzeugt. Wie durch den Pfeil dargestellt wird das Aerosol 11 in das Plasma 12 eingespeist, was zu einer Abscheidung einer plasmapolymerisierten Haftvermittlerschicht 2a auf dem
Metallband führt. Anstelle eines Aerosols kann ein gasförmiger Präkursor eingespeist werden.
Fig. 5 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines
Plasmabeschichtungsschrittes, wiederum exemplarisch für das Metallband 2. Das Plasma 12 wird zwischen der ersten Elektrode 9" und dem metallischen Substrat 2, welches als zweite Elektrode fungiert, erzeugt.
Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht einer alternativen Anordnung der
Plasmamodule. Hierbei ist eine Plasmabeschichtungsanlage 14 umfassend zwei Plasmamodule 14a, 14b oberhalb eines metallischen Substrats vorgesehen, welches hier das Metallband 2 ist, jedoch auch das Metallband 1 sein kann. Die Plasmamodule können beispielsweise wie in den Fig. 3 - 5 gezeigt aufgebaut sein und wie in Fig. 1 gezeigt eingesetzt werden. Im Unterschied zu den in Fig. 1 gezeigten Plasmamodulen 4a, 4b, 4a', 4b' sind die Plasmamodule 14a, 14b nicht hintereinander sondern nebeneinander, sprich quer zur durch den Pfeil dargestellten Bandlaufrichtung, angeordnet. Durch die Plasmabeschichtungsanlage 14 erfolgt ein Auftragen einer Haftvermittlerschicht entlang einer Oberfläche des metallischen Substrats 2 mittels Plasmabeschichtens. Dabei wird zur Erzeugung der Haftvermittlerschicht 2a die Plasmabeschichtungsanlage 14 während des Plasmabeschichtens derart angesteuert, dass zumindest bereichsweise ein gezielt variierendes Profil der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des Metallbandes 2 eingestellt wird.
Hierzu zeigt Fig. 7 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von gesteuerten Prozessparametern. Das Diagramm zeigt entlang der x-Achse 16 die Zeit und entlang der y-Achse 17 die Größe eines Prozessparameters 18a des
Plasmamoduls 14a und eines Prozessparameters 18b des Plasmamoduls 14b. Die Plasmabeschichtungsanlage 14 wird derart angesteuert, dass eine Änderung eines Prozessparameters der Plasmamodule 14a, 14b der Plasmabeschichtungsanlage 14 über die Zeit erreicht wird. Der Prozessparameter kann die durch die
Haftvermittlerschicht erzielte Haftfestigkeit beeinflussen. Im diesem Fall wird durch einen hohen Wert des Prozessparameters eine hohe Haftfestigkeit und durch einen niedrigen Wert des Prozessparameters eine niedrige Haftfestigkeit erzielt. Der Prozessparameter kann beispielsweise die Plasmaleistung, die Präkursoreinspeisung oder das Prozessgas betreffen.
In diesem Beispiel ist der Prozessparameter 18a des Plasmamoduls 14a in Abschnitt I auf einem niedrigen Niveau, in Abschnitt II und III auf einem mittleren Niveau und in Abschnitt IV auf einem hohen Niveau. Der Prozessparameter 18b des Plasmamoduls 14b ist in Abschnitt I auf einem mittleren Niveau, in Abschnitt II auf einem hohen
Niveau, in Abschnitt III auf einem mittleren Niveau und in Abschnitt IV auf einem hohen Niveau. Es können natürlich entsprechend andere Verläufe vorgesehen werden. Die Steuerung der Plasmaparameter 18a, 18b kann beispielsweise darauf beruhen, dass aus einem gewünschten Haftfestigkeitsprofil ein gezieltes Profil der Haftvermittlerschicht abgeleitet wird und daraus die Steuerung der Prozessparameter erstellt wird, wozu beispielsweise eine oder mehrere Kennlinien und/oder ein oder mehrere Rechenmodelle verwendet werden können. Wird die Haftvermittlerschicht 2a mit dem gezielten Profil aufgetragen, führt dies zu dem gewünschten
Haftfestigkeitsprofil. Vorteilhaft kann dabei die aktuelle Bandgeschwindigkeit des Metallbandes 2 berücksichtigt werden. Fig. 8 zeigt das Metallband 2 nach der Beschichtung mit der plasmapolymerisierten Haftvermittlerschicht 2a. In dem durch das Plasmamodul 14a beschichteten Bereich weist das Metallband 2 in Abschnitt Ia eine geringe Haftfestigkeit, in Abschnitt IIa und lila eine mittlere Haftfestigkeit und in Abschnitt IVa eine hohe Haftfestigkeit auf. In dem durch das Plasmamodul 14b beschichteten Bereich weist das Metallband 2 in Abschnitt Ib eine mittlere Haftfestigkeit, in Abschnitt IIb eine hohe Haftfestigkeit, in Abschnitt Illb eine mittlere Haftfestigkeit und in Abschnitt IVb eine hohe
Haftfestigkeit auf.
Ein identisches oder abweichendes Profil der Haftvermittlerschicht kann
beispielsweise auf der Oberfläche des Metallbandes 1 eingestellt werden. Aus den Metallbändern 1, 2 und der Kunststoffschicht 3 kann wie beschrieben ein
Schichtverbundmaterial 5 bzw. ein Verbundblech 7 hergestellt werden. Durch das Auftragen der Haftvermittlerschicht gemäß einem gezielten Profil entlang der Oberfläche der Metallbänder mittels Plasmabeschichtens kann die daraus
resultierende Haftfestigkeit lokal präzise und ressourceneffizient eingestellt werden. Die Haftfestigkeit kann im Ergebnis in drei Dimensionen (auf übereinander angeordneten Oberflächen metallischer Substrate) prozesssicher eingestellt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Herstellen eines Schichtverbundmaterials umfassend mindestens ein metallisches Substrat und mindestens eine Kunststoffschicht, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- Bereitstellen des metallischen Substrats und der Kunststoffschicht,
- Auftragen einer Haftvermittlerschicht entlang einer Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht mittels Plasmabeschichtens durch eine Plasmabeschichtungsanlage, wobei zur Erzeugung der Haftvermittlerschicht die Plasmabeschichtungsanlage während des Plasmabeschichtens derart angesteuert wird, dass zumindest bereichsweise ein gezieltes Profil der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der
Kunststoffschicht eingestellt wird und
- Verbinden der Kunststoffschicht mit der die Haftvermittlerschicht aufweisenden Oberfläche des metallischen Substrats und/oder Verbinden des metallischen Substrats mit der die Haftvermittlerschicht aufweisenden Oberfläche der
Kunststoffschicht zur Herstellung des Verbundmaterials.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei das gezielte Profil der Haftvermittlerschicht entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht ein entlang der
Oberfläche gezielt gleichmäßiges oder gezielt variierendes Profil ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Plasmabeschichtungsanlage mehrere Plasmamodule umfasst und wobei das Ansteuern der Plasmabeschichtungsanlage ein zumindest teilweise getrenntes Ansteuern der Plasmamodule umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die mehreren Plasmamodule entlang der Oberfläche des metallischen Substrats und/oder der Kunststoffschicht zueinander benachbart, insbesondere matrixartig, angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei das Ansteuern der Plasmabeschichtungsanlage eine Änderung der relativen Position zumindest eines Teils der Plasmabeschichtungsanlage, insbesondere eines oder mehrerer Plasmamodule, zum metallischen Substrat und/oder zur Kunststoffschicht bewirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei das Plasmabeschichten einen oder mehrere der Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Prozessgases,
- Erzeugen eines Plasmas,
- Einspeisen eines Präkursors zur Erzeugung der Haftvermittlerschicht in das Plasma oder das Plasmanachglühen und
- zumindest teilweises Abscheiden einer plasmapolymerisierten
Haftvermittlerschicht auf dem metallischen Substrat und/oder der
Kunststoffschicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei das Ansteuern der Plasmabeschichtungsanlage eine Änderung eines oder mehrerer Prozessparameter der Plasmabeschichtungsanlage, insbesondere eines oder mehrerer Plasmamodule, bewirkt, insbesondere eines Prozessparameters bezüglich einer Plasmaleistung, einer Präkursoreinspeisung und/oder eines Prozessgases.
Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 7,
wobei die Plasmabeschichtungsanlage, insbesondere ein oder mehrere
Plasmamodule der Plasmabeschichtungsanlage, mehrere Einspeiseorte aufweist, und das Ansteuern der Plasmabeschichtungsanlage ein zumindest teilweise getrenntes Ansteuern der Einspeisung an den mehreren Einspeiseorten umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage in Abhängigkeit eines zumindest teilweise vorgegebenen Haftfestigkeitsprofils erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei das Schichtverbundmaterial ein erstes metallisches Substrat und ein zweites metallisches Substrat umfasst, wobei die Kunststoffschicht zwischen dem ersten und dem zweiten metallischen Substrat angeordnet ist, und die Haftvermittlerschicht auf das erste und/oder das zweite metallische Substrat und/oder auf die Kunststoffschicht aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 9,
wobei das erste metallische Substrat mittels einer ersten
Plasmabeschichtungsanlage beschichtet wird und das zweite metallische Substrat mittels einer zweiten Plasmabeschichtungsanlage beschichtet wird.
Vorrichtung zur Herstellen eines Schichtverbundmaterials (5, 7) umfassend mindestens ein metallisches Substrat (1, 2) und mindestens eine
Kunststoffschicht (3), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung umfasst:
eine Einrichtung zum Bereitstellen des metallischen Substrats (1, 2) und der Kunststoffschicht (3),
eine Plasmabeschichtungsanlage (4, 4', 14) zum Auftragen einer
Haftvermittlerschicht (2a) entlang einer Oberfläche des metallischen Substrats (1, 2) und/oder der Kunststoffschicht (3) mittels Plasmabeschichtens, eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Plasmabeschichtungsanlage (4, 4', 14) während des Plasmabeschichtens zur Erzeugung der Haftvermittlerschicht (2a), sodass zumindest bereichsweise ein gezieltes Profil der Haftvermittlerschicht (2a) entlang der Oberfläche des metallischen Substrats (1, 2) und/oder der Kunststoffschicht (3) eingestellt werden kann und - eine Einrichtung (6) zum Verbinden der Kunststoffschicht (3) mit der die
Haftvermittlerschicht (2a) aufweisenden Oberfläche des metallischen Substrats (1, 2) und/oder Verbinden des metallischen Substrats (1, 2) mit der die
Haftvermittlerschicht aufweisenden Oberfläche der Kunststoffschicht (3) zur Herstellung des Schichtverbundmaterials (5, 7).
13. Schichtverbundmaterial umfassend ein metallisches Substrat (1, 2), eine
Kunststoffschicht (3) und eine dazwischen angeordnete Haftvermittlerschicht (2a), wobei das Schichtverbundmaterial (5, 7) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.
14. Schichtverbundmaterial nach Anspruch 13, wobei das gezielte Profil der
Haftvermittlerschicht (2a) entlang der Oberfläche des metallischen Substrats (1, 2) und/oder der Kunststoffschicht (3) ein gezielt variierendes Profil ist, sodass das Schichtverbundmaterial (5, 7) Bereiche (Ia, IIa, lila, IVa, Ib, IIb, Illb, IVb,) mit unterschiedlicher Haftfestigkeit aufweist.
EP16727645.0A 2015-05-26 2016-05-19 Herstellung von verbundmaterial mittels plasmabeschichtung Withdrawn EP3302824A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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