WO2008125228A1 - Kontinuierliche herstellung eines verbundelementes mit nachvernetzung - Google Patents

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WO2008125228A1
WO2008125228A1 PCT/EP2008/002673 EP2008002673W WO2008125228A1 WO 2008125228 A1 WO2008125228 A1 WO 2008125228A1 EP 2008002673 W EP2008002673 W EP 2008002673W WO 2008125228 A1 WO2008125228 A1 WO 2008125228A1
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WO
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adhesive
crosslinking
composite element
post
producing
Prior art date
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PCT/EP2008/002673
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English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Fährrolfes
Michael Schiekel
Klemens Wesolowski
Original Assignee
Metawell Gmbh Metal Sandwich Technology
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/146—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers whereby one or more of the layers is a honeycomb structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/12—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by using adhesives
    • B32B37/1207—Heat-activated adhesive
    • B32B2037/1215—Hot-melt adhesive

Definitions

  • the invention relates to a continuous process for producing a composite element from a material according to claim 1 with a post-crosslinking of an adhesive, as well as the use of a post-crosslinking adhesive according to claim 10 in this process.
  • DE 42 05 860 A1 discloses the use of a mixture which describes one or more copolyamides as a reactive hotmelt adhesive and also materials bonded or coated with the reactive hotmelt adhesive. This document also discloses the use of hot melt adhesives in the automotive industry for the production of composite parts.
  • DE 199 63 585 A1 describes a polyurethane-based coating composition as a heat-reactive hot-melt adhesive for bonding various materials.
  • This document also describes a method for bonding various materials, in particular metal, with the hotmelt adhesive composition.
  • the hot-melt adhesive reacts after application by raising the temperature, i.e., the reaction temperature. for bonding and curing brought, wherein the melting of the adhesive can be effected by hot air, heat radiation, microwave radiation or by high frequency.
  • the crosslinking reaction associated with the melting of the adhesive takes place within a period of a few seconds, in which, depending on the type of melting, further curing of the adhesive takes place.
  • hot melt adhesives made from a mixture with an acidic polymer and a basic polymer and their use.
  • the hot melt adhesives described are thermally reversibly crosslinked, so that they remain processable in the melt after application and cooling and the properties a cross-linked adhesive.
  • curing steps may optionally be used. As such curing steps, the action of radiation, such as ultraviolet radiation or electron beams, on the adhesive is called.
  • DE 699 15 705 T2 describes a method of making a retroreflective article which includes the steps of applying a forming polymer to a reflective, coated, microstructured tool and transferring the reflective layer from the tool to the article. Further, retroreflective articles having a patterned surface and an aluminum reflective layer located on the surface are disclosed wherein the reflective layer adjacent to the patterned surface has atoms in a predominantly amorphous configuration.
  • an adhesive that reacts to a first soft-flexible adhesive mass is advantageous, so that any dimensional tolerances due to the flexibility of the adhesive are eliminated during the subsequent processing or installation of the bonded composite elements. can be the same.
  • an adhesive is required, which is crosslinked to a hard or tough-elastic adhesive.
  • the invention achieves the object by a method having the features according to claim 1 and by using a post-crosslinking adhesive according to claim 8.
  • a post-crosslinking and curing of the adhesive used at a freely selectable time to complete the product in a continuous process after bonding individual components to form a composite element.
  • post-crosslinking a high final strength and a final permanent fixation of the individual elements is achieved.
  • the temperature stability of the adhesive is increased by the Nachvernetzungsrea so that the composite element produced can withstand high thermal loads.
  • the bonded composite element can be treated relatively quickly after the bonding process, without the production process must be interrupted or slowed down. As a result, the production rate can be significantly increased and the cost of producing a composite element can be significantly reduced.
  • the hot melt adhesive which is also referred to as a so-called hot melt, applied in the molten state, and achieved by cooling the hot melt adhesive has a quite sufficient initial strength by the solidification of the adhesive. The final strength is then effected later by the targeted post-crosslinking.
  • Hot-melt adhesives are generally solvent-free and, at room temperature, more or less solid products, which are applied to the adhesive surface when hot and which establish the connection upon cooling.
  • This known group of adhesives is based on various chemical raw materials.
  • the melting points of the adhesives used are mainly in the range between 80 and 200 0 C.
  • the adhesion is achieved by the temperature increase, ie the melting, resulting in a reduction in viscosity. Due to the low viscosity, a sufficient wetting of the substrate can be ensured. Cohesion is effected by cooling the melt.
  • the base material for the hot melt adhesive a variety of base polymers can be used. These include in particular polyamides and polyethylenes with an application temperature of usually over 200 ° C.
  • amorphous poly- ⁇ -olefins with an application temperature of about 170 0 C, and ethylene-vinyl acetate copolymers having an application temperature of about 15O 0 C are commonly used.
  • polyester elastomers, polyurethane elastomers and copolyamide elastomers may also be used as hot melt adhesives.
  • additives such as resins, in particular rosin, terpenes and hydrocarbons, and also stabilizers, such as antioxidants of a primary type, such as e.g. Phenols, and secondary type, such as Peroxidzersetzer, and optionally metal deactivators for complex formation with metal ions and light stabilizers for use.
  • stabilizers such as antioxidants of a primary type, such as e.g. Phenols, and secondary type, such as Peroxidzersetzer, and optionally metal deactivators for complex formation with metal ions and light stabilizers for use.
  • natural and synthetic waxes can be mixed to improve consistency.
  • the addition of further nucleating agents is advantageous.
  • the hot melt adhesives are in a solid high molecular state at room temperature. By heating, they are put into the liquid state of aggregation and are able to wet the surfaces to be bonded. Immediately after cooling forces can be transmitted. Since the hot melt adhesives do not contain any solvents, there are no shrinkage processes.
  • Hot melt adhesives have a number of advantages because of their good processing properties. Since hot melt adhesives are one-component adhesives, no dosing and mixing is required. They usually contain no harmful monomers or solvents. In addition, a certain handling strength is achieved quickly.
  • a polyamide system is used as the hot melt adhesive.
  • Polyamide-based hotmelt adhesives are particularly temperature-resistant and, above all, suitable for metalworking.
  • polystyrene resin Most technically important polyamides are semi-crystalline thermoplastic polymers and are characterized by high strength, rigidity and toughness. They have good chemical resistance and processability. Many properties of the polyamides are largely dominated by the amide groups, which interact via hydrogen bonds.
  • polyamides have a high resistance to wear and good sliding properties.
  • the mechanical properties can be further improved, so that, for example, the strength and impact resistance can be matched to the application. Due to their resistance to lubricants and fuels, even at temperatures above 15O 0 C, polyamides are particularly suitable for use in vehicle construction for engine attachments such as intake systems, fuel lines and engine covers.
  • postcrosslinking can be effected in various ways.
  • the post-crosslinking can be induced, for example, by the addition of moisture, by increasing the temperature, by free-radical or radiation chemistry.
  • a post-crosslinking caused by radiation chemistry is particularly suitable.
  • the irradiated area can be precisely defined, so that only the desired adhesive areas cure. This allows the driving time and energy saving to be carried out.
  • the post-crosslinking time can be significantly reduced at a sufficiently high radiation intensity compared to other variants. This increases the production rate and reduces the production costs.
  • radiation types various possibilities are conceivable. Microwave, infrared, UV, X-ray and particle beams can be used.
  • gamma and electron beams are particularly preferred.
  • a particularly high energy density is transmitted, which leads to an effective crosslinking in a relatively short time and therefore reduces the required production time for the composite elements.
  • the time required for conventional multi-component reactive adhesives longer fixing time can be significantly reduced.
  • the generated radicals can be recombined, disproportionated or transferred to other polymer chains. Furthermore, the action of the high-energy radiation can cause a cleavage of C-C bonds. Depending on the probability of these reactions, which depends, for example, on the nature of the substituents bound to the polymer chain, the crosslinking of the polymer takes place and thus the hardening of the adhesive.
  • a particular advantage of radiation-chemical crosslinking is that the method does not require any auxiliary substances, such as crosslinking agents, initiators, etc., for the crosslinking reaction, so that this variant is of particular interest from the point of view of environmental protection or the health protection of the workforce, as is the case, for example Crosslinking, the residual monomers remaining in most cases have a high toxicity.
  • the radiation-chemical treatment also enables the crosslinking of polymers which can not be free-radically polymerized.
  • vinyl ethers can be polymerized only cationically, whereby a simultaneous polymerization and crosslinking of these polymers is not possible.
  • materials for the composite element to be produced it is possible to use all customary materials, such as, for example, wood, plastics or, in particular, metals and their alloys.
  • metals In the process, the use of metals according to the invention.
  • iron materials such as steel in various alloying stages and cast iron as gray, steel or malleable cast iron and non-ferrous metals are suitable as metallic materials.
  • non-ferrous metals pure metals or non-ferrous alloys such as wrought or cast alloys can be used.
  • Metals have a high thermal conductivity, are deformable especially at higher temperatures and relatively resistant to mechanical stress and chemical influences, so that stable and durable elements can be made from these materials.
  • the light metal aluminum quickly forms a thin and impermeable oxide layer in air, which makes the metal very corrosion resistant.
  • the protective oxide layer can be reinforced.
  • Aluminum is a relatively soft but tough metal that can be processed well.
  • so-called aluminum wrought alloys can be easily deformed, bent, pressed and forged even at low temperatures. Cold forming stresses can be removed by annealing at up to 250 ° C, which makes even duralumin temporarily deformable.
  • Alloys with 1 to 3% magnesium and / or silicon can be cast well (aluminum die casting) and machined.
  • Aluminum is used as a construction material, especially where mass has to be moved, especially in vehicle construction and aerospace. In alloys with magnesium, silicon and other metals, strengths are achieved that are only slightly inferior to those of steel. Therefore, the use of aluminum for weight reduction is appropriate wherever material costs play a minor role.
  • Aluminum can be formed by extrusion into complicated profiles, which is a great advantage in the production of hollow sections and heat sink profiles. Aluminum castings can be manufactured by die casting in complex shapes, and also the post-machining is well possible.
  • alloy form there are a variety of alloys that exhibit either easy ductility or good castability and machinability.
  • the alloying is carried out in particular with the metals copper, magnesium, manganese, silicon, iron, titanium, beryllium, chromium, zinc, zirconium and molybdenum in order to promote certain properties or to suppress undesirable properties.
  • a sandwich element is produced as the composite element. It is a component of two load-bearing cover layers, which are spaced apart by a shear-resistant core.
  • a shear-resistant composite By this shear-resistant composite, the area moment of inertia can be significantly increased.
  • plastics such as e.g. Polyethylene, polypropylene or polyurethanes, as well as natural materials such as paper and other fibrous materials.
  • a metallic core is particularly advantageous.
  • the metallic core can be used in different structural forms. It is conceivable to use a metal foam, a composite core, for example in a honeycomb form or in particular a molded core, e.g. in the form of a wave or a trapezoid. These structures provide high stability through an effective distribution of tensile and compressive forces with relatively low material usage and low cost.
  • the sandwich element is produced from at least one corrugated core element and at least one flat cover element.
  • the production of such components can be carried out inexpensively in a continuous process.
  • a very lightweight and extremely rigid sandwich element with a very flat surface and an extremely simple construction is created, which enables high weight savings, especially in large-scale applications.
  • the low material usage also allows easy processing even with conventional machines.
  • the corrugated core element itself already has a high inherent rigidity. Due to the optimized shape, the shaft is extremely harmoniously connected to the cover element. As a result, particularly high static and dynamic strengths are achieved. If the corrugated core element is connected to only one cover element on one side, a product is produced which is smooth on one side and provided with an attractive wave appearance on the other side. This element can easily be bent elastically or plastically depending on the direction and is ideal for the design of curved surfaces. Especially in combination with decorative surfaces there are many possibilities for shaping and design.
  • sandwich elements can be used in a wide variety of areas under construction, e.g. for air conditioning ceilings, facades, interior fittings, in traffic (rail, ship, road) and in general mechanical engineering.
  • cover and core elements can be manufactured with different thicknesses, surface coatings and wave heights. The continuous production of the plates allows the production of almost any length.
  • the compact geometry allows space-saving storage and cost-effective transport. Due to the good recyclability of the raw material aluminum, the used elements can be recycled after the useful life without separating and sorting.
  • the individual sandwich elements can also be connected to each other, so that they can be created depending on the number of cover elements or by the combination of several elements different property spectra.
  • Both the flat cover members and the corrugated core members can be custom cut to length in a continuous production from a roll in ribbon form.
  • the waveform is impressed, for example by means of toothed rollers in the core element, then applied the hot melt adhesive and the cover and core elements connected to each other by means of a press. After reaching a certain initial strength by solidification of the hot melt adhesive, the composite element can be processed immediately in a continuous process. Only at the end of the production process does the final post-crosslinking and the curing of the adhesive take place for the final fixing of the individual elements.
  • the composite element produced is expediently painted.
  • the cathodic dip coating (KTL) or the powder coating are suitable.
  • Cathodic dip painting is an electrochemical process in which the composite element is coated in a dip bath.
  • the method is particularly suitable for painting large numbers in an automated process.
  • the paint is deposited as a result of chemical reactions of the binder by a current flow from an outer anode via the conductive paint to Lackiergut as a cathode. Since water can be used as the solvent, the process is very environmentally friendly.
  • the paint yield is up to 95%, i. only 5% of the paint used is discharged.
  • the result of the cathodic dip coating is a very uniform coating of metal surfaces and cavities with good surface qualities. In addition, a high corrosion protection is achieved with this method, so that this application is particularly suitable for the automotive supply industry and vehicle construction.
  • the powder coating is the suitable process, if special emphasis is placed on a scratch and impact resistant surface coating with the highest corrosion protection. This process is mainly used for finishing and protecting metallic surfaces.
  • the parts to be coated are pretreated and coated with an epoxy polyester or a polyester powder in any color. After coating, the composite element can be further processed directly. It is in the powder coating is a very environmentally friendly alternative that works without solvents and heavy metals.
  • the post-crosslinking of the adhesive can be initiated by a corresponding increase in temperature during the painting or by the addition of moisture, especially in the KTL process already at this time.
  • the individual elements of the composite element are first connected to one another by the relatively rapid achievement of an initial strength.
  • the glued component can be processed relatively quickly after the gluing process.
  • the final fixation of the individual elements is achieved in a later step by the targeted post-crosslinking and reaching the final strength of the adhesive.
  • Postcrosslinking is accomplished either by moisture, temperature elevation or by exposure to radiation, e.g. caused by UV, electron beams or gamma rays.
  • a temperature increase can be conveniently achieved via a subsequent painting step.
  • hot melt adhesives are suitable as adhesives since they already achieve a sufficient initial strength as a result of the cooling after application in the molten state.
  • polyamides Due to their high strength, stiffness and toughness as well as good chemical resistance and processability, polyamides are particularly suitable as hot melt adhesives.

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  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Verbundelementes mit einer Nachvernetzung eines Klebstoffes. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines nachvernetzenden Klebstoffes in einem kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung eines Verbundelementes.

Description

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M 1775
KONTINUIERLICHE HERSTELLUNG EINES VERBUNDELEMENTES
MIT NACHVERNETZUNG
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Verbundelementes aus einem Werkstoff nach Anspruch 1 mit einer Nachvernetzung eines Klebstoffes, sowie die Verwendung eines nachvernetzenden Klebstoffes nach Anspruch 10 in diesem Verfahren.
Aus der DE 42 05 860 A1 ist die Verwendung eines Gemisches bekannt, welches ein oder mehrere Copolyamide als Reaktivschmelzkleber sowie mit dem Reaktivschmelzkleber verklebte oder beschichtete Materialien beschreibt. In dieser Druckschrift ist auch der Einsatz von Heißschmelzklebstoffen in der Automobilindustrie zur Herstellung von Verbundteilen offenbart.
Die DE 199 63 585 A1 beschreibt eine Beschichtungszusammensetzung auf Polyurethanbasis als wärmereaktiver Schmelzklebstoff für das Verbinden verschiedener Materialien. In dieser Druckschrift ist auch ein Verfahren zum Verkleben verschiedener Materialien, insbesondere Metall, mit der Schmelzklebstoff-Zusammensetzung beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der Schmelzklebstoff nach dem Auftrag durch Temperaturerhöhung zur Reaktion, d.h. zum Verkleben und Aushärten, gebracht, wobei das Aufschmelzen des Klebstoffes durch Heißluft, Wärmestrahlung, Mikrowellenstrahlung oder durch Hochfrequenz erfolgen kann. Die mit dem Aufschmelzen des Klebstoffes verbundene Vernetzungsreaktion erfolgt in einem Zeitraum von wenigen Sekunden, in der abhängig von der Art des Aufschmelzens eine weitere Aushärtung des Klebers erfolgt.
Die DE 698 31 356 T2 beschreibt Schmelzklebstoffe aus einer Mischung mit einem sauren Polymer und einem basischen Polymer sowie deren Anwendung. Die beschriebenen Schmelzklebstoffe werden thermisch reversibel vernetzt, so dass sie nach dem Auftragen und Abkühlen in der Schmelze verarbeitbar bleiben und die Eigenschaften eines vernetzten Klebstoffes behalten. Dabei können zusätzlich Härtungsschritte gegebenenfalls angewandt werden. Als derartige Härtungsschritte wird die Einwirkung von Strahlung, wie ultravioletter Strahlung oder Elektronenstrahlen, auf den Klebstoff genannt.
Die DE 699 15 705 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines retroreflektieren- den Gegenstandes, das die Schritte Aufbringen eines formenden Polymers auf ein reflektierendes, beschichtetes, mikrostrukturiertes Werkzeug und die Übertragung der reflektierenden Schicht vom Werkzeug auf den Gegenstand einschließt. Ferner sind retroreflektierende Gegenstände, die eine strukturierte Oberfläche und eine reflektierende Aluminiumschicht, die sich auf der Oberfläche befinden, aufweisen, wobei die reflektierende Schicht, die an die strukturierte Oberfläche angrenzt, Atome in einer vorherrschend amorphen Anordnung aufweist, offenbart.
In diesen Dokumenten ist jedoch weder ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Verbundelementes mit einer Nachvernetzung eines Klebstoffes noch die Verwendung eines nachvernetzenden Klebstoffes in einem kontinuierlichen Verfahren beschrieben.
Gerade bei der Verwendung von Klebstoffen im kontinuierlichen industriellen Fertigungsbereich, wie z.B. in der Automobilindustrie, besteht die Problematik einzelne Elemente zunächst zu einem Verbundelement zu verkleben, das anschließend unter Passung gefügt und eingebaut oder weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen wird. Die einzelnen Bauelemente können dabei aus verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Metall oder Kunststoff, bestehen. Häufig müssen dabei mehrere unterschiedliche Metall- oder Kunststoffmaterialien untereinander oder miteinander verbunden werden. Die technologischen Anforderungen an die Klebeverbindungen sind daher häufig sehr hoch. Die Verklebungen müssen hohen mechanischen und oftmals auch hohen chemischen Belastungen sowie nicht selten extremen Temperaturbeanspruchungen standhalten.
Für ein automatisches kontinuierliches Verfahren zur Herstellung der Verbundelemente ist ein zu einer zunächst weich-flexiblen Klebstoffmasse reagierender Klebstoff vorteilhaft, damit bei der nachfolgenden Verarbeitung oder dem Einbau der verklebten Verbundelemente etwaige Maßtoleranzen aufgrund der Flexibilität des Klebstoffes ausge- glichen werden können. Im Betriebszustand ist dagegen häufig ein Klebstoff erforderlich, der zu einer harten oder zäh-elastischen Klebemasse vernetzt ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines stabilen Verbundelementes bereitzustellen, bei dem die Fertigung automatisiert in schneller Reihenfolge und mit hoher Flexibilität erfolgen kann.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Verwendung eines nachvernetzenden Klebstoffes nach Anspruch 8.
Bei der Erfindung erfolgt in einem kontinuierlichen Verfahren nach einem Verkleben einzelner Bauelemente zu einem Verbundelement eine Nachvernetzung und ein Aushärten des verwendeten Klebestoffes zu einem frei wählbaren Zeitpunkt zur Fertigstellung des Produktes. Durch die Nachvernetzung wird eine hohe Endfestigkeit und eine endgültige dauerhafte Fixierung der Einzelelemente erreicht. Darüber hinaus wird durch den Nachvernetzungsprozess auch die Temperaturbeständigkeit des Klebstoffes erhöht, so dass das gefertigte Verbundelement hohen thermischen Belastungen standhalten kann. Ferner ist es bei diesem Verfahren möglich, vor der Nachvernetzung Justierungen und Anpassungen an den verklebten Elementen oder andere weiterverarbeitende Schritte durchzuführen. Dadurch wird eine gute Fehlertoleranz sowie eine hohe Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht.
Es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Verkleben relativ schnell eine bestimmte Anfangsfestigkeit des Klebstoffes erreicht, die zunächst ausreicht, um die Einzelelemente, die das Verbundelement bilden, in einer hinreichend stabilen Lage vorläufig zu fixieren. Die Endfestigkeit wird dann jedoch erst später gezielt durch die Nachvernetzung bewirkt. Somit kann das geklebte Verbundelement verhältnismäßig rasch nach dem Klebevorgang weiterbehandelt werden, ohne dass der Produktionsprozess unterbrochen oder verlangsamt werden muss. Dadurch kann die Produktionsrate deutlich gesteigert und der Kostenaufwand für die Herstellung eines Verbundelementes erheblich reduziert werden.
Weitere vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Unteransprüchen. So wird bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Verbundelementes vorgeschlagen, dass als Klebstoff ein Schmelzklebstoff verwendet wird. Dabei wird der Schmelzklebstoff, der auch als sogenannter Hotmelt bezeichnet wird, im geschmolzenen Zustand aufgetragen, und durch Abkühlung des Schmelzklebstoffes eine gewisse durchaus ausreichende Anfangsfestigkeit durch das Erstarren des Klebstoffes erreicht. Die Endfestigkeit wird dann später durch die gezielte Nachvernetzung bewirkt.
Schmelzklebstoffe sind im Allgemeinen lösungsmittelfrei und bei Raumtemperatur mehr oder weniger feste Produkte, die im heißen Zustand auf die Klebefläche aufgetragen werden und beim Abkühlen die Verbindung herstellen. Diese bekannte Gruppe von Klebstoffen basiert auf verschiedenen chemischen Rohstoffen. Die Schmelzpunkte der verwendeten Klebstoffe liegen hauptsächlich im Bereich zwischen 80 und 2000C. Die Adhäsion wird durch die Temperaturerhöhung, also das Schmelzen, erreicht, was eine Verringerung der Viskosität zur Folge hat. Durch die geringe Viskosität kann eine ausreichende Benetzung des Substrates gewährleistet werden. Die Kohäsion wird durch das Abkühlen der Schmelze bewirkt. Als Grundmaterial für den Schmelzklebstoff können eine Reihe verschiedener Basispolymere verwendet werden. Dazu zählen insbesondere Polyamide und Polyethylene mit einer Applikationstemperatur von zumeist ü- ber 200°C. Ferner werden amorphe Poly-α-olefine mit einer Applikationstemperatur von ca. 1700C und Ethylen-Vinylacetet-Copolymere mit einer Applikationstemperatur von etwa 15O0C häufig verwendet. Darüber hinaus können auch Polyester-Elastomere, Polyurethan-Elastomere sowie Copolyamid-Elastomere als Schmelzklebstoffe verwendet werden.
Neben den Basispolymeren kommen zumeist weitere Zusatzstoffe wie Harze, insbesondere Kolophonium, Terpene und Kohlenwasserstoffe, sowie Stabilisatoren wie Anti- oxidantien primärer Art, wie z.B. Phenole, und sekundärer Art, wie Peroxidzersetzer, und gegebenenfalls Metalldesaktivatoren zur Komplexbildung mit Metallionen und Lichtschutzmittel zum Einsatz. Zudem können natürliche und synthetische Wachse zur Konsistenzverbesserung beigemischt werden. Zur Unterstützung des Erstarrungsprozesses ist die Zugabe weiterer Nukleierungsmittel von Vorteil.
Die Schmelzklebstoffe befinden sich bei Raumtemperatur in einem festem hochmolekularem Zustand. Durch Erwärmung werden sie in den flüssigen Aggregatzustand versetzt und sind in der Lage die zu verklebenden Oberflächen zu benetzen. Sofort nach dem Abkühlen können Kräfte übertragen werden. Da die Schmelzklebstoffe keine Lösungsmittel enthalten treten auch keine Schwundprozesse auf.
Das Schmelzkleben ist unter prozesstechnischen Gesichtspunkten besonders vorteilhaft. Schmelzklebstoffe haben wegen ihrer guten Verarbeitungseigenschaften eine Reihe von Vorteilen. Da es sich bei Schmelzklebstoffen um einkomponentige Klebstoffe handelt, ist kein Dosieren und Mischen erforderlich. Sie enthalten zumeist keine gesundheitsschädlichen Monomere oder Lösungsmittel. Zudem wird eine bestimmte Handhabungsfestigkeit schnell erreicht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Schmelzklebstoff ein Polyamidsystem verwendet. Schmelzkleber auf Polyamidbasis sind insbesondere temperaturbeständig und vor allem für die Metallverarbeitung geeignet.
Die meisten technisch bedeutsamen Polyamide sind teilkristalline thermoplastische Polymere und zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit aus. Sie besitzen eine gute Chemikalienbeständigkeit und Verarbeitbarkeit. Viele Eigenschaften der Polyamide werden weitgehend durch die Amidgruppen dominiert, die über Wasserstoffbrückenbindungen miteinander wechselwirken.
Ferner weisen Polyamide einen hohen Verschleißwiderstand sowie gute Gleiteigenschaften auf. Durch Faserverbunde mit Glas- oder Kohlefasern lassen sich die mechanischen Eigenschaften weiter verbessern, so dass z.B. die Festigkeiten und die Schlagzähigkeit auf den Anwendungsfall abgestimmt werden können. Aufgrund ihrer Beständigkeit gegen Schmier- und Kraftstoffe, selbst bei Temperaturen bis über 15O0C sind Polyamide insbesondere für den Einsatz im Fahrzeugbau für Motoranbauteile wie Ansaugsysteme, Kraftstoffleitungen und Motorabdeckungen geeignet.
Grundsätzlich kann die Nachvernetzung auf verschiedene Arten bewirkt werden. So kann die Nachvernetzung beispielsweise durch Zufuhr von Feuchtigkeit, durch Temperaturerhöhung, radikalisch oder strahlenchemisch induziert werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist eine strahlenchemisch bewirkte Nachvernetzung besonders geeignet. Hierbei kann der bestrahlte Bereich genau definiert werden, so dass lediglich die gewünschten Klebstoffareale aushärten. Dadurch kann das Ver- fahren zeit- und energiesparend durchgeführt werden. Ferner kann die Nachvernetzungszeit bei einer ausreichend hohen Strahlungsintensität im Vergleich zu anderen Varianten deutlich reduziert werden. Damit wird die Produktionsrate gesteigert und die Herstellungskosten gesenkt. Als Strahlungstypen sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Es können Mikrowellen-, Infrarot-, UV-, Röntgen- und Teilchenstrahlen eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Gamma- und Elektronenstrahlen. Bei diesen Strahlungsarten wird eine besonders hohe Energiedichte übertragen, die zu einer effektiven Vernetzung in verhältnismäßig kurzer Zeit führt und daher die benötigte Herstellungszeit für die Verbundelemente verringert. Insbesondere kann die bei herkömmlichen mehrkomponentigen Reaktivklebstoffen notwendige längere Fixierzeit deutlich verkürzt werden.
In Folge der Einwirkung dieser hochenergetischen Strahlung werden hochreaktive Radikale erzeugt, die wiederum von der Polymerkette Wasserstoffatome abstrahieren und somit die Radikalstelle auf das Polymer übertragen.
Die erzeugten Radikale können Rekombinieren, Disproportionieren oder auf andere Polymerketten übertragen werden. Des Weiteren kann das Einwirken der hochenergetischen Strahlung eine Spaltung von C-C-Bindungen bewirken. In Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit dieser Reaktionen, die beispielsweise von der Art der an der Polymerkette gebunden Substituenten abhängig ist, erfolgt die Vernetzung des Polymers und damit das Verhärten des Klebstoffes.
Ein besonderer Vorteil der strahlenchemischen Vernetzung ist, dass die Methode keinerlei Hilfsstoffe, wie z.B. Vernetzungsmittel, Initiatoren usw. für die Vernetzungsreaktion benötigt, so dass diese Variante insbesondere unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes oder dem Gesundheitsschutz des Arbeitspersonals von Interesse ist, da beispielsweise bei einer radikalischen Vernetzung die noch vorhandenen Restmonome- re in den meisten Fällen eine hohe Toxizität aufweisen. Ferner ermöglicht die strahlenchemische Behandlung auch die Vernetzung von Polymeren, die nicht radikalisch po- lymerisiert werden können. Beispielsweise können Vinylether nur kationisch polymeri- siert werden, wodurch eine gleichzeitige Polymerisation und Vernetzung dieser Polymere nicht möglich ist. Als Werkstoffe für das herzustellende Verbundelement können sämtliche üblichen Materialien, wie beispielsweise Holz, Kunststoffe oder insbesondere Metalle und deren Legierungen verwendet werden.
Im Rahmen des Verfahrens ist die Verwendung von Metallen erfindungsgemäß. Als metallische Werkstoffe kommen insbesondere Eisenwerkstoffe wie Stahl in verschiedenen Legierungsstufen und Gusseisen als Grau-, Stahl- oder Temperguss sowie Nichteisenmetalle in Frage. Bei den Nichteisenmetallen können Reinmetalle oder Nichteisen- legierungen wie Knet- oder Gusslegierungen verwendet werden. Metalle weisen eine hohe Temperaturleitfähigkeit auf, sind insbesondere bei höheren Temperaturen verformbar und gegenüber mechanischen Belastungen sowie chemischen Einflüssen verhältnismäßig widerstandsfähig, so dass aus diesen Werkstoffen stabile und dauerhafte Elemente gefertigt werden können.
Es ist besonders zweckmäßig, als metallischen Werkstoff ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, zu verwenden.
Das Leichtmetall Aluminium bildet an Luft sehr schnell eine dünne und undurchlässige Oxidschicht, die das Metall sehr korrosionsbeständig macht. Durch elektrische Oxidati- on, dem Eloxieren, oder auf chemischem Wege kann die schützende Oxidschicht verstärkt werden. Aluminium ist ein relativ weiches aber dennoch zähes Metall, das gut verarbeitet werden kann. Insbesondere so genannte Aluminium-Knetlegierungen lassen sich auch bei niedrigen Temperaturen leicht verformen, biegen, pressen und schmieden. Durch Kaltverformen entstandene Spannungen können durch Weichglühen bei bis zu 2500C beseitigt werden, wodurch selbst Duraluminium vorübergehend verformbar wird.
Legierungen mit 1 bis 3% Magnesium und/oder Silizium lassen sich gut gießen (Alumi- nium-Druckguss) und spanabhebend bearbeiten.
Wegen seiner geringen Dichte ist Aluminium als Konstruktionswerkstoff insbesondere dort geeignet, wo Masse bewegt werden muss, vor allem im Fahrzeugbau und in der Luft- und Raumfahrt. In Legierungen mit Magnesium, Silizium und anderen Metallen werden Festigkeiten erreicht, die denen von Stahl nur wenig nachstehen. Daher ist die Verwendung von Aluminium zur Gewichtsreduzierung überall dort angebracht, wo Materialkosten eine untergeordnete Rolle spielen. Aluminium lässt sich durch Strangpressen in komplizierte Profile formen, worin ein großer Vorteil bei der Fertigung von Hohlprofilen und Kühlkörperprofilen liegt. Aluminium- Gussteile können durch Druckguss in komplizierten Formen gefertigt werden, und auch die spanende Nachbearbeitung ist gut möglich.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Aluminium in Legierungsform. Es gibt eine Vielzahl von Legierungen, die entweder eine leichte Verformbarkeit oder eine gute Gießbarkeit und spanende Bearbeitbarkeit zeigen. Die Legierungsbildung erfolgt insbesondere mit den Metallen Kupfer, Magnesium, Mangan, Silizium, Eisen, Titan, Beryllium, Chrom, Zink, Zirkon und Molybdän, um bestimmte Eigenschaften zu fördern oder unerwünschte Eigenschaften zu unterdrücken.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Verbundelement ein Sandwich-Element hergestellt. Dabei handelt es sich um ein Bauelement aus zwei tragfähigen Deckschichten, die über einen schubsteifen Kern voneinander beabstandet sind. Durch diesen schubsteifen Verbund kann das Flächenträgheitsmoment deutlich erhöht werden. Als Material für das Kernelement können Kunststoffe wie z.B. Polyethylen, Polypropylen oder Polyurethane sowie natürliche Materialien wie Papier und andere Faserstoffe eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines metallischen Kerns.
Der metallische Kern kann in unterschiedlichen strukturellen Formen eingesetzt werden. Denkbar ist der Einsatz eines Metallschaums, eines zusammengesetzten Kernes, beispielsweise in einer Wabenform oder insbesondere ein ausgeformter Kern, z.B. in Gestalt einer Welle oder eines Trapezes. Diese Strukturen liefern eine hohe Stabilität durch eine effektive Verteilung von Zug- und Druckkräften bei relativ geringem Materialeinsatz und geringem Kostenaufwand.
Erfindungsgemäß wird das Sandwich-Element aus zumindest einem gewellten Kernelement und zumindest einem ebenen Deckelement hergestellt. Auf diese Weise lässt sich eine an die Natur angelehnte optimierte Geometrie realisieren, die bei niedrigem Gewicht hohe Anforderungen an die Festigkeit, insbesondere bei großflächigen Anwendungen, erfüllt. Die Fertigung derartiger Bauelemente lässt sich in einem kontinuierlichen Prozess kostengünstig durchführen. Vor allem in Kombination mit dem Werkstoff Aluminium entsteht ein sehr leichtes und extrem biegesteifes Sandwich-Element mit einer sehr ebenen Oberfläche und einem äußerst einfachen Aufbau, was gerade im großflächigen Einsatz hohe Gewichtseinsparungen ermöglicht. Der geringe Materialeinsatz erlaubt zudem eine einfache Bearbeitung auch mit konventionellen Maschinen.
Das wellenförmige Kernelement besitzt selbst bereits eine hohe Eigensteifigkeit. Durch die optimierte Form wird die Welle mit dem Deckelement äußerst harmonisch verbunden. Dadurch werden besonders hohe statische und dynamische Festigkeiten erreicht. Wird das wellenförmige Kernelement mit nur einem Deckelement auf einer Seite verbunden, so entsteht ein auf einer Seite glattes und auf der anderen Seite mit ansprechender Wellenoptik versehenes Produkt. Dieses Element kann abhängig von der Richtung einfach elastisch oder plastisch gebogen werden und eignet sich hervorragend zur Gestaltung gekrümmter Flächen. Gerade auch in Kombination mit dekorativen Oberflächen bieten sich vielfältige Möglichkeiten zur Form- und Designgebung.
Des Weiteren können derartige Sandwich-Elemente in unterschiedlichsten Bereichen im Bau, z.B. für Klimadecken, Fassaden, Innenausbau, im Verkehr (Schiene, Schiff, Straße) und im allgemeinen Maschinenbau eingesetzt werden. Passend zum jeweiligen Einsatzzweck können die Deck- und Kernelemente mit verschiedenen Dicken, Oberflä- chenbeschichtungen und Wellenhöhen gefertigt werden. Die kontinuierliche Fertigung der Platten ermöglicht die Herstellung nahezu beliebiger Längen.
Die kompakte Geometrie erlaubt eine platzsparende Lagerung und einen kostengünstigen Transport. Aufgrund der guten Wiederverwertbarkeit des Rohstoffes Aluminium können die verwendeten Elemente nach der Nutzungsdauer ohne Trennen und Sortieren recycelt werden. Die einzelnen Sandwich-Elemente können zudem auch miteinander verbunden werden, so dass sie je nach Anzahl der Deckelemente oder durch den Verbund mehrerer Elemente verschiedene Eigenschaftsspektren erstellt werden können.
Sowohl die ebenen Deckelemente als auch die wellenförmigen Kernelemente können in einer kontinuierlichen Produktion von einer Rolle in Bandform kundenspezifisch abgelängt werden. Die Wellenform wird beispielsweise mittels Zahnwalzen in das Kernelement eingeprägt, anschließend der Schmelzklebstoff aufgetragen und die Deck- und Kernelemente mit Hilfe einer Presse miteinander verbunden. Nach dem Erreichen einer gewissen Anfangsfestigkeit durch Erstarren des Schmelzklebstoffes kann das Verbundelement in einem kontinuierlichen Verfahren sofort weiter verarbeitet werden. Erst am Ende des Herstellungsverfahrens erfolgt dann die endgültige Nachvernetzung und das Aushärten des Klebstoffes zum endgültigen Fixieren der einzelnen Elemente.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das hergestellte Verbundelement zweckmäßigerweise lackiert. Als Lackierverfahren sind insbesondere die kathodische Tauchlackie- rung (KTL) oder die Pulverlackierung geeignet. Die kathodische Tauchlackierung ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem das Verbundelement in einem Tauchbad beschichtet wird. Das Verfahren ist insbesondere für das Lackieren großer Stückzahlen in einem automatisierten Prozess geeignet. Die Lackabscheidung erfolgt hierbei in Folge von chemischen Umsetzungen des Bindemittels durch einen Stromfluss von einer äußeren Anode über den leitfähigen Lack zum Lackiergut als Kathode. Da als Lösungsmittel Wasser eingesetzt werden kann, ist das Verfahren sehr umweltfreundlich. Die Lackausbeute beträgt bis zu 95%, d.h. lediglich 5% des eingesetzten Lacks werden ausgetragen. Das Ergebnis der kathodischen Tauchlackierung ist eine sehr gleichmäßige Be- schichtung von Metalloberflächen und Hohlräumen mit guten Oberflächenqualitäten. Zudem wird bei diesem Verfahren ein hoher Korrosionsschutz erreicht, so dass sich diese Anwendung vor allem für die Automobil-Zulieferindustrie und den Fahrzeugbau eignet.
Daneben ist die Pulverlackierung das geeignete Verfahren, wenn besonderer Wert auf eine kratz- und schlagfeste Oberflächenbeschichtung mit höchstem Korrosionsschutz gelegt wird. Dieses Verfahren dient hauptsächlich zur Veredelung und zum Schutz von metallischen Oberflächen. Dabei werden die zu beschichtenden Teile vorbehandelt und mit einem Epoxy-Polyester oder einem Polyesterpulver in beliebiger Farbe beschichtet. Nach der Beschichtung kann das Verbundelement unmittelbar weiterverarbeitet werden. Es handelt sich bei der Pulverlackierung um eine sehr umweltfreundliche Alternative, die ohne Lösungsmittel und Schwermetalle auskommt.
Bei beiden Verfahren kann durch eine entsprechende Temperaturerhöhung während des Lackierens bzw. durch die Zugabe von Feuchtigkeit insbesondere bei dem KTL- Prozess bereits zu diesem Zeitpunkt die Nachvernetzung des Klebstoffes initiiert werden. Somit lassen sich zwei Verfahrensschritte, das Lackieren sowie das Aushärten des Klebstoffes, zeitsparend miteinander kombinieren und dadurch die Produktionskosten senken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Verwendung eines nachvernetzenden Klebstoffes mit den Merkmalen nach Anspruch 10 vorgeschlagen, der zur Durchführung des zuvor beschriebenen kontinuierlichen Verfahrens zum Herstellen eines Verbundelementes eingesetzt wird.
Bei dieser erfindungsgemäßen Verwendung eines nachvernetzenden Klebstoffes werden die einzelnen Elemente des Verbundelementes zunächst durch das relativ schnelle Erreichen einer Anfangsfestigkeit miteinander verbunden. Dadurch kann das geklebte Bauteil verhältnismäßig rasch nach dem Klebeprozess weiter verarbeitet werden. Die endgültige Fixierung der Einzelelemente wird in einem späteren Schritt durch die gezielte Nachvernetzung und dem Erreichen der Endfestigkeit des Klebstoffes erreicht.
Die Nachvernetzung wird entweder durch Feuchtigkeit, Temperaturerhöhung oder durch Strahlungseinwirkung, z.B. durch UV, Elektronenstrahlen oder Gammastrahlen bewirkt. Eine Temperaturerhöhung kann zweckmäßigerweise über einen nachfolgenden Lackierungsschritt erreicht werden.
Als Klebstoffe sind insbesondere Schmelzklebstoffe geeignet, da diese bereits durch die Abkühlung nach dem Auftragen im geschmolzenen Zustand eine ausreichende Anfangsfestigkeit erreichen.
Aufgrund ihrer hohen Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit sowie der guten Chemikalienbeständigkeit und Verarbeitbarkeit sind Polyamide als Schmelzklebstoffe besonders geeignet.

Claims

\Λ/ph)pr & Hpim Irmgαrdstrαsse3VVtfUtfl ÖC πeilll D-81479 MünchenDeutsche Patentanwälte Tel. +49-(0)89799047European Patent Attorneys Fax +49-(0)897915256European Trademark Attorneys mail@weber-heim.deM 1775PATENTANSPRÜCHE
1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Verbundelementes aus zumindest einem gewellten Kernelement aus zumindest einem metallischen Werkstoff sowie zumindest einem ebenen Deckelement mit einer Nachvernetzung eines zur Verbindung der Elemente eingesetzten Klebstoffes.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Klebstoff ein Schmelzklebstoff verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein Polyamid ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachvernetzung strahlenchemisch bewirkt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbundelement ein Sandwich-Element hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundelement anschließend, insbesondere in einem KTL-Prozess, lackiert wird oder einem Pulverlackierungsprozess unterzogen wird.
8. Verwendung eines nachvernetzenden Klebstoffes in einem kontinuierlichen Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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