NL9002022A

NL9002022A - Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een metaal-thermoplast-metaal laminaat, alsmede het aldus verkregen laminaat.

Info

Publication number: NL9002022A
Application number: NL9002022A
Authority: NL
Original assignee: Hoogovens Groep Bv
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-04-01
Also published as: ATE117243T1; GR3015669T3; EP0478039A3; JPH0725159B2; ES2066337T3; DK0478039T3; US5306566A; EP0478039B1; CA2051077A1; DE69106823D1; JPH04270658A; DE69106823T2; EP0478039A2

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET VERVAARDIGEN VAN EEN METAAL-THERMOPLAST-METAAL LAMINAAT, ALSMEDE HET ALDUS VERKREGEN LAMINAAT

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd:

Jan BOTTEMA te SANTPOORT-ZUID

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een metaal-thermoplast-metaal laminaat omvattende het aanbrengen van een thermoplastische tussenlaag tussen een eerste en een tweede metaallaag, waarna de thermoplastische tussenlaag hechtend verbonden wordt met de eerste en de tweede metaallaag door het naar elkaar persen van de eerste en de tweede metaallaag. Tevens heeft de uitvinding betrekking op het aldus verkregen laminaat.

Een dergelijke werkwijze en laminaat zijn bekend uit het Britse octrooischrift GB 2 038 239 A. Uit dit octrooischrift is bekend dat het naar elkaar persen van de eerste en de tweede metaallaag gedurende een periode van enige seconden tot ongeveer 30 minuten kan worden uitgevoerd. De temperatuur van het laminaat wordt tijdens persen volgens de bekende stand der techniek gehouden op een waarde liggende tussen 150° en 329°C (respectievelijk voorbeeld 19-21 en 155).

Het is gebleken dat de hechting van dergelijke laminaten voor sommige toepassingen onvoldoende is. In het bijzonder wanneer een dergelijk laminaat toepassing vindt als horizontaal of verticaal buitendeel van een automobiel, worden hoge eisen gesteld aan de kwaliteit van de hechting. Behalve het hechtingsniveau is met name de duurzaamheid van de hechting, ook bij gedurige inwerking van vocht en aanmerkelijke temperatuurschommelingen, een punt van zorg bij het bekende laminaat. Met de uitvinding wordt nu beoogd het hechtniveau en de duurzaamheid van de hechting van de laminaatlagen te verbeteren en verdere voordelen te bereiken in het navolgende zullen worden besproken.

Daartoe worden volgens de werkwijze volgens de uitvinding middelen toegepast voor het althans tijdens persen tegengaan van oxydatie aan de voor hechting aan de eerste en tweede metaallaag bestemde oppervlakken van de thermoplast, en wordt de toevoeging van smeermiddelen, zoals langstaartige amines, voorkomen. Het toepassen van een separaat hechtingsmiddel op bijvoorbeeld silaan-basis blijkt daarmee overbodig te zijn.

In een bepaalde uitvoeringsvorm is de werkwijze volgens de uitvinding erdoor gekenmerkt dat het naar elkaar persen van de eerste en de tweede metaallaag geschiedt in een zuurstofarme omgeving.

Dit kan worden gerealiseerd door de werkwijze uit te voeren in een omgeving met een voldoende sub-atmosferische druk.

Het heeft echter de voorkeur dat het naar elkaar persen van de eerste en de tweede metaallaag geschiedt onder gelijktijdige toevoer van een inert gas, bijvoorbeeld stikstof.

Met de uitvinding blijkt het voordeel bereikt te zijn dat de mate van hechting ongevoelig is voor de duur van het persen. Hiermee wordt een belangrijk voordeel in produktietijd verkregen. Volgens de bekende stand van de techniek is het voor een goed hechtgedrag nodig om gedurende enige tijd de laminaatstructuur op elkaar geperst te houden. Volgens de uitvinding is nu gevonden dat een duurzame hechting tussen de metaallagen en de thermoplastische laag tevens in het bijzonder bevorderd wordt door de hoeveelheid toe te passen anti-oxydant te beperken op 1 gew.%.

In een ander aspect van de uitvinding wordt deze erdoor gekenmerkt dat het anti-oxydant tenminste 0,01 gew.% uitmaakt van de thermoplastische tussenlaag. Het is gebleken dat deze maatregel gunstig uitwerkt op het handhaven van het niveau van de hechting dat te bereiken is tijdens fabricage van het laminaat doordat met deze maatregel corrodering en op termijn verbrossing van de thermoplastische tussenlaag wordt tegengegaan.

Bij voorkeur wordt de hoeveelheid anti-oxydant ingesteld op circa 0,2 gew.% van de thermoplastische tussenlaag. De duurzaam-heidsbevorderende werking is dan optimaal. Het is wenselijk als anti-oxydant een carbonzuur toe te passen, in het bijzonder één uit de groep stearinezuur, palmitinezuur, octadeceenzuur of een combinatie daarvan.

Het is gebleken dat indien voor de metaallagen aluminium wordt toegepast, het oppervlak van de aluminiumlaag aan de zijde welke naar de tussenlaag is gekeerd, voorafgaande aan het persen gepassiveerd wordt. Onder passiveren wordt begrepen het aanbrengen van een Cr VI-laag, een chroomfosfaat-laag of het aanbrengen van een tinlaag.

In een verder aspect van de uitvinding wordt de thermoplastische tussenlaag voorzien van tenminste 0,01 gew.% carbonzuur. Hiermee wordt bereikt dat een goede resistentie van de hechtings-kwaliteit wordt bereikt tegen de inwerking van vocht.

Bekend is het om de thermoplastische tussenlaag in geëxtrudeerde vorm tussen de eerste en tweede metaallaag aan te brengen. Het heeft echter de voorkeur dat de tussen de eerste en de tweede metaallaag aangebrachte thermoplastische tussenlaag tijdens persen door uitvloeien op een gewenste einddikte wordt gebracht. Hiermee wordt bereikt dat er een vrijwel uniforme verdeling in het thermoplastische materiaal wordt gerealiseerd van de genoemde additieven. In het bijzonder wordt de concentratie anti-oxydanten en carbonzuren aan het oppervlak van de thermoplast op een met de concentratie in de bulk overeenkomende waarde gebracht, althans wordt de concentratie in de bulk in evenwicht gebracht met de concentratie aan het oppervlak. Dit bevordert uiteraard de goede reproduceerbaarheid van een volgens de uitvinding vervaardigd laminaat. Maar vooral wordt gemeend dat dit positief uitwerkt op de kwaliteit van de hechting doordat er een doorlopende verversing van het thermoplastisch materiaal van de tussenlaag wordt gerealiseerd waardoor de invloed van oxydatie van het oppervlak van de thermoplast aan de omgevingslucht wordt beperkt.

Bij voorkeur wordt dit gerealiseerd door de eerste en de tweede metaallaag alsmede thermoplastisch materiaal geschikt en bestemd voor de tussenlaag bijeen te brengen tot in een kneep waarin de eerste en de tweede metaallaag naar elkaar toe worden geperst, waarbij zich tussen beide metaallagen het thermoplastische materiaal bevindt, en waarbij juist voor de kneep een bankvormige opstroping wordt gerealiseerd van het thermoplastische materiaal, welke bank gevoed wordt vanuit een opslaginrichting voor het thermoplastische materiaal, en vanuit welke bank het thermoplastische materiaal van de tussenlaag wordt betrokken.

In een alternatieve uitvoeringsvorm van deze werkwijze wordt de thermoplastische tussenlaag aangebracht door voorafgaand aan het persen thermoplastisch materiaal in granulaatvorm op de naar elkaar gerichte zijden van de eerste en tweede metaallaag aan te brengen. Dit heeft het voordeel dat extrusie van het thermoplastische materiaal voorafgaand aan het aanbrengen tussen de metaallagen overbodig wordt.

Het is gebleken dat in het bijzonder goede en duurzame hecht-resultaten worden verkregen indien voor de thermoplastische tussenlaag acrylonitrylbutadieenstyreen (ABS) wordt toegepast.

De uitvinding geeft over het gehele bekende temperatuur gebied van 150° tot circa 330°C betere resultaten, maar bij voorkeur wordt gewerkt met een temperatuur welke hoger is dan circa 175°. Bij voorkeur dient de temperatuur van de uitvloeiende thermoplast te liggen in het traject 180 - 200°C.

De uitvinding is voorts belichaamd in een inrichting voor het vervaardigen van een bandvormig metaal-thermoplast-metaal laminaat. Deze inrichting wordt er volgens de uitvinding door gekenmerkt dat deze opslaginrichtingen omvat voor bandvormig metaal en een inrichting voor afgifte van thermoplastisch materiaal, alsmede geleidingsinrichtingen voor het naar het thermoplastisch materiaal geleiden van het bandvormig metaal vanaf de opslaginrichtingen zodanig dat de thermoplast zich tussen de twee metaalbanden bevindt, en een walsinrichting voor het verwerken van de metaalbanden en de thermoplast zodanig dat het bandvormige thermoplastisch materiaal uitvloeit tot een gewenste einddikte onder vorming van een bank van opgestroopt thermoplastisch materiaal voor de kneep van de walsinrichting.

Bij voorkeur is de inrichting voor afgifte van thermoplastisch materiaal een extruder welke is voorzien van een spuitkop waarvan de monding tijdens bedrijf omgeven is door thermoplastisch materiaal dat de bank vormt. Hiermee wordt de invloed van blootstelling van het thermoplast aan eventuele zuurstof in de omgeving van de bank effectief tegengegaan.

Het is wenselijk dat de inrichting voorts is voorzien van middelen voor toevoer van een inert gas in de omgeving van de bank. Hiermee kan de nadelig invloed van oxydatie van de thermoplast verder worden voorkomen en een kwalitatief beter laminaat worden geproduceerd zoals in het voorgaande is toegelicht.

Bij voorkeur wordt een dergelijke inrichting voor vervaardiging van een metaal-thermoplast-metaal laminaat nog voorzien van middelen voor verwarming van het laminaat tijdens uitvloeien.

De uitvinding zal in het navolgende worden toegelicht aan de hand van een voorbeelden aan de hand van een tekening.

Fig. 1, 2, 3 en 4 tonen meetresultaten van proefnemingen aan laminaten volgens de uitvinding.

Fig. 5 toont een inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 6 toont een detail van de inrichting volgens de uitvinding.

VOORBEELD

Een laminaat is volgens de uitvinding geproduceerd bestaande uit twee aluminium huidplaten met een thermoplastische tussenlaag van acrylonitrylbutadieenstyreen (ABS). Voor de toe te passen ABS kan bijvoorbeeld gebruik gemaakt worden van de handelsprodukten Cycolac L.S. en Cycolac G.S.E. van Borg Warner Chemicals, voorzien van tenminste 0,05% anti-oxydant, in het bijzonder carbonzuren.

De aluminiumplaten zijn gechromateerd onder vorming van chroom (lil) fosfaat op het huidoppervlak van de platen. Vervolgens zijn de aluminiumplaten ontvet en gedroogd en is ook het ABS-materiaal gedroogd door deze gedurende twee uur op circa 80°C te brengen. Na het drogen van het ABS-materiaal is deze ontvet. Na deze voorbewerkingen is een kolom ABS-materiaal tussen de twee aluminiumplaten aangebracht en zijn de aluminiumplaten op elkaar geperst waarbij het ABS-materiaal uitvloeide tot zij een einddikte van circa 0,8 mm had bereikt en beide aluminiumplaten volledig werden bedekt. Dit samenpersen is bij diverse temperaturen herhaald.

Het hechtgedrag van de geproduceerde laminaten is vervolgens met een afpelproef gecontroleerd. Hiervoor is gebruik gemaakt van de bekende 180° afpelproef waarbij het laminaat aan een zijde wordt ingeklemd en één aluminiumhuidplaat over 180° wordt afgetrokken. De gemeten afpelkracht is een maat voor de kwaliteit van de hechting.

Gevarieerd is daarbij nog in het uitvoeren van de afpelproef zonder en met aanwezigheid van water.

Fig. 1 toont op de x-as de concentratie anti-oxydant in het thermoplastische materiaal. De optimale concentratie anti-oxydant blijkt 0,2 te bedragen. Zowel zonder als met water blijkt de benodigde afpelkracht hier het hoogst te zijn. De resultaten bij variatie van de concentratie anti-oxydant worden tevens in deze figuur getoond.

Fig. 2 toont de resultaten van de werkwijze in een ander aspect van de uitvinding. Dezelfde afpelproef is uitgevoerd waarbij gevarieerd is in de concentratie carbonzuur. Links in de figuur worden de resultaten van de afpelproef getoond bij afwezigheid van carbonzuur en het rechterdeel van de figuur toont de resultaten indien de concentratie carbonzuur is ingesteld op circa 0,2 gew.%.

In fig. 3 wordt de afpelkracht van het laminaat vervaardigd waarbij de thermoplast tot vloeien is gebracht (lijn l) vergeleken met de afpelkracht van een laminaat vervaardigd zonder vloeien van de thermoplast (lijn 2). De temperatuur van het ABS-materiaal tijdens het persen was in alle gevallen 200°C. De variabele grootheid is de toegepaste perstijd. Voor vervaardiging van het laminaat dat met vloeien van de thermoplast tot stand is gebracht, volstaat een zeer korte perstijd (zie lijn 1); de tijd benodigd om de thermoplastische tussenlaag van de begindikte op de einddikte te brengen is reeds voldoende.

In fig. 4 wordt het hechtgedrag van het laminaat met uitgevloeide thermoplastische tussenlaag (lijn 3) vergeleken met het hechtgedrag van een laminaat zonder een dergelijke tussenlaag (lijn 4). De laatste is telkens met een perstijd van twintig minuten vervaardigd. De variabele grootheid is hier de temperatuur van het ABS-materiaal tijdens persen. Deze is gevarieerd tussen 160°C en 250°C. Het laminaat voorzien van een uitgevloeide thermoplast blijkt in hoofdzaak betere hechtingsresultaten te geven. Tevens is er voorkeur voor temperaturen tijdens persen hoger dan circa 175°C, en in het bijzonder voor een temperatuur in het traject 180°- 200°C.

Fig. 5 toont een inrichting volgens de uitvinding voor het vervaardigen van een metaal-thermoplast-metaal laminaat. Door een extrusie-inrichting 5 wordt uit thermoplastisch materiaal in granulaatvorm 6 een thermoplast 7 geproduceerd. Van de opslag-inrichtingen 8 wordt een eerste metaalband 9 en een tweede metaalband 10 afgeleid, welke door geleidingsinrichtingen 11 naar de thermoplastische band 7 worden gevoerd. Het nog niet gerede laminaat wordt vervolgens door een walsinrichting 12 op de gewenste einddikte gebracht waarbij het thermoplastisch materiaal dat in een bank 7’ opstroopt voor de kneep van de walsinrichting 12, tot uitvloeien wordt gebracht. In de kneep wordt vervolgens de hechting tussen thermoplast 7 en beide metaalbanden 9 en 10 gerealiseerd.

In de omgeving van de bank 71 is een zuurstof arme atmosfeer gerealiseerd door ter plaatse stikstofgas toe te voeren. De middelen daarvoor zijn van algemene bekendheid en derhalve niet verder in de figuur getoond.

In fig. 6 wordt in detail getoond dat een spuitkop 13 van de extrusie-inrichting 5 uitmondt ter plaatse waar zich de bank 7' van thermoplastisch materiaal voor de kneep van de walsinrichting 12 bevindt. Contact van het thermoplastisch materiaal met in de omgeving aanwezige gassen wordt zodoende beperkt tot de directe omgeving van de bank 71.

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een metaal-thermoplast-metaal laminaat omvattende het aanbrengen van een thermoplastische tussenlaag tussen een eerste en een tweede metaallaag, waarna de thermoplastische tussenlaag hechtend verbonden wordt met de eerste en de tweede metaallaag door het naar elkaar persen van de eerste en de tweede metaallaag, met het kenmerk, dat middelen worden toegepast voor het althans tijdens persen tegengaan van oxydatie aan de voor hechting aan de eerste en tweede metaallaag bestemde oppervlakken van de thermoplast en dat de toevoeging van smeermiddelen, zoals langstaartige amines, wordt voorkomen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het naar elkaar persen van de eerste en de tweede metaallaag geschiedt in een zuurstofarme omgeving.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het naar elkaar persen van de eerste en de tweede metaallaag geschiedt onder gelijktijdige toevoer van een inert gas, bijvoorbeeld stikstof.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de thermoplastische tussenlaag wordt voorzien van ten hoogste 1 gew.% van een anti-oxydant.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het anti-oxydant tenminste 0,01 gew.% uitmaakt van de thermoplastische tussenlaag.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat het anti-oxydant circa 0,2 gew.% uitmaakt van de’ thermoplastische tussenlaag.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 4-6, met het kenmerk, dat de anti-oxydant een carbonzuur is, in het bijconder één uit de groep stearinezuur, palmitinezuur, octadeceenzuui of sen combinatie daarvan.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij de metaallaag een aluminiumlaag is, met het kenmerk, dat het oppervlak van de aluminiumlaag aan de zijde welke naar de tussenlaag is gekeerd, voorafgaande aan het persen gepassiveerd wordt.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de thermoplastische tussenlaag wordt voorzien van tenminste 0,01 gew.% carbonzuur.

10. Werkwijze volgens een der conclusies 1-9, met het kenmerk, dat de tussen de eerste en de tweede metaallaag aangebrachte thermoplastische tussenlaag tijdens persen door uitvloeien op een gewenste einddikte wordt gebracht.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de eerste en de tweede metaallaag alsmede thermoplastisch materiaal geschikt en bestemd voor de tussenlaag worden bijeengebracht tot in een kneep waarin de eerste en de tweede metaallaag naar elkaar toe worden geperst, waarbij zich tussen beide metaal-lagen het thermoplastische materiaal bevindt, en waarbij juist voor de kneep een bankvormige opstroping wordt gerealiseerd van het thermoplastische materiaal, welke bank gevoed wordt vanuit een opslaginrichting voor het thermoplastische materiaal, en vanuit welke bank het thermoplastische materiaal van de tussenlaag wordt betrokken.

12. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de thermoplastische tussenlaag wordt aangebracht door voorafgaand aan het persen thermoplastisch materiaal in granulaatvorm op de naar elkaar gerichte zijden van de eerste en tweede metaallaag aan te brengen.

13. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat voor de thermoplastische tussenlaag acrylonitryl-butadieenstyreen (ABS) wordt toegepast.

14. Werkwijze volgend conclusie 13, met het kenmerk, dat het uitvloeien bij een temperatuur geschiedt hoger dan circa 175°C.

15. Werkwijze volgens conclusie 13 of IA, met het kenmerk, dat het uitvloeien bij een temperatuur geschiedt liggend in het traject 180-200°C.

16. Inrichting voor het vervaardigen van een bandvormig metaal-thermoplast-metaal laminaat, met het kenmerk, dat deze opslag-inrichtingen omvat voor bandvormig metaal en een inrichting voor afgifte van thermoplastisch materiaal, alsmede geleidings-inrichtingen voor het naar het thermoplastische materiaal geleiden van het bandvormig metaal vanaf de opslaginrichtingen zodanig dat de thermoplast zich tussen de twee metaalbanden bevindt, en een walsinrichting voor het verwerken van de metaalbanden en de thermoplast zodanig dat het bandvormige thermoplastische materiaal uitvloeit tot een gewenste einddikte onder vorming van een bank van opgestroopt thermoplastisch materiaal voor de kneep van de walsinrichting.

17. Inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de inrichting voor afgifte van thermoplastisch materiaal een extruder is welke is voorzien van een spuitkop waarvan de monding tijdens bedrijf omgeven is door thermoplastisch materiaal dat de bank vormt.

18. Inrichting volgens conclusie 16 of 17, met het kenmerk, dat deze is voorzien van middelen voor toevoer van een inert gas in de omgeving van de bank.

19. Inrichting volgens een der conclusies 16-18, met het kenmerk, dat er middelen voorzien zijn voor verwarming van het laminaat tijdens uitvloeien van het thermoplastische materiaal.

20. Metaal-thermoplast-metaal laminaat, verkregen volgens de werkwijze van een der conclusies 1-15.