WO2018087076A1 - Metallschaum-kunststoff-komposite - Google Patents

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WO2018087076A1
WO2018087076A1 PCT/EP2017/078447 EP2017078447W WO2018087076A1 WO 2018087076 A1 WO2018087076 A1 WO 2018087076A1 EP 2017078447 W EP2017078447 W EP 2017078447W WO 2018087076 A1 WO2018087076 A1 WO 2018087076A1
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plastic
metal foam
open
pore
filled
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Application number
PCT/EP2017/078447
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin BREITEN
Dietrich Scherzer
Christian Seitz
Achim BESSER
Frank Prissok
Original Assignee
Basf Se
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Filing date
Publication date
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Publication of WO2018087076A1 publication Critical patent/WO2018087076A1/de

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408—Light metal alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the present invention relates to a metal foam-plastic composite as such, which is produced from an open-pored metal foam and at least one plastic (A) and at least one plastic (B), characterized in that the pores of the open-pored metal foam with the at least one plastic (A) are filled and on the surface of the open-cell metal foam, the pores are filled with the at least one plastic (A), the at least one plastic (B) is applied. Furthermore, the present invention relates to a method for producing the metal foam-plastic composite and its use, for example in lightweight construction.
  • WO 98/48948 relates to a metal foam-plastic composite which is produced from a metal foam, which is impregnated in a first step with a reaction resin.
  • the reaction resin is cured to obtain the metal foam-plastic composite.
  • Aluminum foams and titanium foams are used as metal foams, for example epoxy resins or acrylic resins as reaction resins.
  • the metal foam-plastic composites according to WO 98/48948 have good noise insulation properties and can be used, for example, to isolate machine noise in submarines.
  • WO 98/49001 discloses metal foam-plastic composites consisting of a metal foam whose cells are filled with a phthalonitrile polymer. Aluminum foams as well as titanium foams are used as metal foams.
  • the metal foam-plastic composites according to WO 98/48948 in addition to good noise insulation properties and a good temperature resistance.
  • the object underlying the present invention is to provide new metal foam-plastic composites as such, or a corresponding method for producing such metal foam plastic composites.
  • the metal foam-plastic composites should preferably have a structured and / or functionalized surface.
  • a metal foam-plastic composite which is produced from an open-pore metal foam and at least one plastic (A) and at least one plastic (B), characterized in that the pores of the open-pore metal foam with the at least one plastic (A ) are filled and on the surface of the porous metal foam, whose pores with the at least one plastic (A) are filled, the at least one plastic (B) is applied.
  • the metal foam-plastic composites are characterized in that in them the properties of the metal foam with the properties of the plastics (A) and (B) are combined in an advantageous manner.
  • Metal foams as such have only about 10% to 70% of the density of the corresponding solid material (non-foamed metal) due to their high porosity. With reduced mass they are stiffer and deform much stronger and more uniform. In addition, the metal foams have a much higher specific strength, rigidity and a much higher energy absorption capacity than the corresponding solid materials. Further positive features are the complete recyclability, the electromagnetic shielding, the electrical conductivity, the high thermal conductivity and the low flammability. For example, plastics show properties such as low weight, high water resistance or high functional integration. They are also electrical insulators. By virtue of the ratio of metal foam to plastic, it is thus possible to set or "fine tune" certain properties, such as stiffness, deformability, energy dissipation, electronic properties and / or weight, specifically suited to the desired application.
  • the at least one further plastic (B) By applying the at least one further plastic (B) to the surface of the open-pore metal foam filled with the at least one plastic (A), special surface structuring or surface functionalization can be achieved.
  • structures such as ribs, nubs and / or assembly aids can be integrated into the surface of the at least one plastic (B).
  • composite or “composite material” is understood as meaning a material which is composed of various solid-state components (materials) which normally differ in their chemical nature from one another and / or due to their geometry have special physical-mechanical properties exhibit.
  • metal foam is understood to mean a three-dimensional, metallic, cellular structure having a large volume fraction of air-filled pores
  • Metal foams and their production are known to the person skilled in the art. MF Ashby, AG Evans, NA Spot, LJ Gibson, JW Hutchinson, HNG Wadley, Metal Foams: A Design Guide, Butterworth-Heinemann, 2000).
  • open-pored metal foam is understood to mean a metal foam which consists of a three-dimensional network of open pores which are interconnected and through which fluid media can flow.
  • the metal foam-plastic composite according to the invention and its production and use will be explained in more detail below.
  • the metal foam-plastic composite according to the invention is produced from an open-pored metal foam and at least one plastic (A) and at least one plastic (B), wherein the pores of the open-pored metal foam are filled with the at least one plastic (A) and onto the surface of the open-pore Metal foam whose pores are filled with the at least one plastic (A), the at least one plastic (B) is applied.
  • the open-pore metal foams used in the context of the present invention are preferably open-pored light-metal foams.
  • open-pore light-metal foams is meant open-pore metal foams consisting of metals such as aluminum, magnesium, titanium or their alloys. [Offen Im] In the context of the present invention, open-pored aluminum foams or open-pored magnesium foams are preferred.
  • the proportion of pores in the open-pored metal foam is preferably between 30 and 80% by volume, more preferably between 40 and 60% by volume, based on the total volume of the open-pored metal foam.
  • plastics (A) it is possible according to the invention to use all plastics known to the person skilled in the art.
  • the plastics (A) can be used as a mixture or as a single plastic.
  • the at least one plastic (A) is a reaction resin.
  • reaction resin is understood as meaning a liquid or liquefiable resin which hardens on its own or with reactants, for example hardeners or accelerators, without elimination of volatile components by polymerization or polyaddition. Reaction resins are known in principle to the person skilled in the art.
  • Suitable reaction resins in the context of the present invention are, for example, unsaturated polyester resins (UP resins), epoxy resins (EP resins), isocyanate resins, methacrylate resins (MA resins), phenacrylate resins (PHA resins) and spatially crosslinked polyurethane resins.
  • the reaction resin is an epoxy resin or a spatially crosslinked polyurethane resin.
  • the at least one plastic (A) is a foamed plastic.
  • Foamed plastics are known in principle to the person skilled in the art.
  • the foamed plastics can be used as a mixture or as individual foamed plastics.
  • the foamed plastics of the invention are preferably selected from the group consisting of polystyrene, styrene copolymers, polyvinyl chlorides, polycarbonates, polyolefins, polyurethanes, polyisocyanates, polycarbodiimides, polymethacrylimides, polyamides, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers or reaction resins.
  • the at least one plastic (A) is a foamed reaction resin, preferably a foamed epoxy resin or a foamed spatially crosslinked polyurethane resin.
  • the pores of the open-pore metal foam are filled with the at least one plastic (A).
  • the pores of the open-pore metal foam to at least 90 vol .-%, more preferably at least 99 vol .-%, based on the total volume of the pores of the open-cell metal foam, filled with the at least one plastic (A).
  • the at least one plastic (A) is at least partially, more preferably completely, cured.
  • Hardened in the context of the present invention means that the previously liquid plastic without solidification of volatile components has become solid by polymerization or polyaddition.
  • “Fully cured” in the context of the present invention means that the plastic no longer has any liquid components. "Partially cured” in the context of the present invention means that the plastic has not yet fully cured, that is to say that it has at least 30% by volume of liquid fractions and is therefore still deformable the at least one plastic (A) are filled, the at least one plastic (B) is applied.
  • the at least one plastic (B) is preferably applied to at least 50% of the surface of the open-pore metal foam whose pores are filled with the at least one plastic (A). Particularly preferably, the at least one plastic (B) encloses completely the surface of the open-pore metal foam whose pores are filled with the at least one plastic (A).
  • the term "surface of the open-pore metal foam” is understood to mean the sum of all outer surfaces of the three-dimensional open-pore metal foam Surface of the open-pore metal foam result.
  • plastics (B) it is possible according to the invention to use all plastics known to the person skilled in the art.
  • the plastics (B) can be used as a mixture or as a single plastic.
  • the at least one plastic (B) is preferably an injection molding polymer or a reaction resin.
  • the at least one plastic (B) is an injection-molded polymer.
  • the injection molding polymer is an amorphous or partially crystalline thermoplastic polymer.
  • the amorphous or partially crystalline thermoplastic polymers are preferably selected from polyoxymethylene (POM), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 6.10, polyamide 6.12, polyamide 11 or polyamide 12.
  • Polyamides are commercially available, for example as Ultramid ® from BASF SE.
  • the at least one plastic (B) is a reaction resin.
  • Reaction resins as such are known to the person skilled in the art. Preference is given to using epoxy resins or spatially crosslinked polyurethane resins.
  • the at least one plastic (B) is identical to the at least one plastic (A).
  • the at least one plastic (B) is at least partially, more preferably completely, cured.
  • the thickness with which the at least one plastic (B) is applied to the surface of the open-pore metal foam whose pores are filled with the at least one plastic (A) preferably corresponds to at least two, more preferably at least five, average pore diameters of the pores of the open-cell metal foam or is preferably between 0.5 and 10 mm.
  • the thickness with which the at least one plastic (B) is applied to the surface of the open-pored metal foam whose pores are filled with the at least one plastic (A) is preferably between 1 and 6 mm.
  • At least one plastic (B) preferably structures are integrated, preferably ribbing, nubs and / or assembly aids.
  • the metal foam-plastic composite preferably has a bulk density between 0.7 and 3.0 kg / dm 3 , preferably between 1 and 2.4 kg / dm 3 , more preferably between 1, 2 and 2 kg / dm 3 .
  • the term "apparent density” is understood as meaning the density of a porous solid which is based on the volume, including the pore spaces. wherein the pores of the open-pore metal foam are filled with the at least one plastic (A) and applied to the surface of the open-pore metal foam whose pores are filled with the at least one plastic (A), the at least one plastic (B).
  • the method comprises the following steps: a) providing an open-pored metal foam having a pore fraction between 30 and 80% by volume, preferably between 40 and 60% by volume, based on the
  • Total volume of the open-cell metal foam has, b) impregnating the open-pore metal foam with at least one plastic (A), preferably with at least one reaction resin, c) curing the at least one plastic (A) to obtain an open-pore metal foam whose pores are cured with the at least one
  • Plastic (A) are filled, wherein the curing is carried out at room temperature, in a heated tool (W1) or a heated furnace, d) applying the at least one plastic (B) on the surface of the open-cell metal foam, whose pores with the at least one plastic
  • step (A) are filled to obtain the metal foam-plastic composite, wherein the open-cell metal foam may optionally be deformed after step a) or after step b).
  • an open-pore metal foam is preferably provided which has a pore fraction of between 30 and 80% by volume, preferably between 40 and 60% by volume, based on the total volume of the open-pored metal foam.
  • the open-pored metal foam is subsequently impregnated in process step b), preferably with at least one plastic (A), more preferably with at least one reaction resin.
  • the "soaking" as such is known in the art.
  • the at least one plastic (A) is preferably cured to obtain an open-pored metal foam whose pores are filled with the at least one cured plastic (A), wherein the curing at room temperature, in a heated tool (W1) or a heated Oven is performed.
  • the heated tool (W1) or the heated furnace as such are known in the art.
  • the curing preferably takes place at temperatures in the range of 0 to 200 ° C, more preferably at temperatures in the range of 0 to 160 ° C, instead.
  • the at least one plastic (A) hardens completely.
  • the at least one plastic (B) is preferably applied to the surface of the open-pore metal foam, the pores of which are at least one of the pores Plastic (A) filled, applied to obtain the metal foam-plastic composite.
  • the open-pored metal foam may optionally be deformed after step a) or after step b).
  • Deformation as such is known to those skilled in the art. "Deformation” preferably means that the geometry of the open-pore metal foam is changed, for example, by completely or at least partially bending the corresponding open-pore metal foam.
  • the deformation of the open-pore metal foam is preferably a compression of the open-pored metal foam. "Compression” as such is known to the person skilled in the art.
  • the deformation is preferably carried out in a tool (W4).
  • the tool (W4) as such is known to the person skilled in the art.
  • it is a heated pressing tool in which, for example, both deformed (pressed) and can be heated.
  • the temperature of the tool (W4) is preferably in a range between 0 and 300 ° C. More preferably, the temperature of the tool (W4) is between 0 and 200 ° C, more preferably between 0 and 100 ° C.
  • method step d) comprises the following substeps d1) to d3): d1) introducing the metal foam from step c) into a tool (W2), d2) overmolding the metal foam from step d1) with at least one injection-molding polymer, preferably with at least one an amorphous or semi-crystalline thermoplastic polymer, in the tool (W2) to obtain the metal foam-plastic composite, d3) removal of the metal foam-plastic composite from the tool (W2).
  • the metal foam from process step c) is preferably introduced into a tool (W2).
  • the tool (W2) as such is known to the person skilled in the art.
  • it is a heatable injection molding tool in which, for example, both heated and overmoulded (for example with a polyamide) can be.
  • the tool (W2) both cavities for receiving the metal foam from step c), as well as cavities for receiving the injection molding polymer.
  • Such a tool (W2) preferably has a plurality of such cavities.
  • Those skilled in such tools are known. For example, such tools are in "Siegfried Stitz, Walter Keller; Injection Molding - Processing - Machine - Peripherals, Hanser ausbuch, 2nd edition. 09/2004 ".
  • the tool (W2) is an injection molding tool for injection molding polymers, more preferably the tool (W2) of the method of the present invention is an injection molding tool for amorphous or semi-crystalline thermoplastic polymers.
  • the metal foam from step d1) is preferably extrusion-coated with at least one injection-molding polymer, preferably with at least one amorphous or partially crystalline thermoplastic polymer, in the tool (W2) to obtain the metal foam-plastic composite.
  • the injection molding polymer used in step d2) is generally melted when it is introduced into the tool (W2) to carry out the overmolding.
  • the injection molding polymer used in sub-step d2) is an amorphous or a partially crystalline thermoplastic polymer.
  • the extrusion temperature in the tool (W2) in step d2) is preferably at least 60 ° C, more preferably at least 100 ° C, above the glass transition temperature of the at least one amorphous thermoplastic polymer, or preferably at least 50 ° C, more preferably at least 80 ° C above the melting temperature of the at least one semi-crystalline thermoplastic polymer.
  • the Umspritzdschreibe in the tool (W2) in sub-step d2) are preferably between 50 and 300 bar, more preferably between 100 and 200 bar.
  • the metal foam-plastic composite is preferably removed from the tool (W2).
  • process step d) comprises the following substeps d4) to d5): d4) casting over the metal foam from steps c) with at least one reaction resin, preferably with at least one epoxy resin or a spatially crosslinked polyurethane, d5) curing the at least one reaction resin Step d4) to obtain the metal foam-plastic composite, wherein the curing is carried out at room temperature, in a heated tool (W3) or a heated furnace.
  • the metal foam from process step c) is preferably encapsulated with at least one reaction resin.
  • thermoplastic polymers As opposed to overmolding with thermoplastic polymers, simpler tools such as light metals or resins can be used when encapsulating with reaction resins since the low viscosity reaction resins process at lower pressures and lower temperatures than the thermoplastic injection molding polymers become.
  • the at least one reaction resin is preferably an epoxy resin or a spatially crosslinked polyurethane resin.
  • the at least one reaction resin from step d4) is cured to obtain the metal foam-plastic composite, wherein the curing is carried out at room temperature, in a heated tool (W3) or a heated furnace.
  • the heated tool (W3) or the heated furnace as such are known in the art.
  • Another object of the present invention relates to the use of the metal foam-plastic composite in lightweight construction, preferably in means for Passenger transportation, in building construction, in exhibition stand construction and / or in housings for electronic applications, particularly preferably in motor vehicle construction, in rail vehicle construction, in container construction, in elevators, scaffolding and / or in escalators. All definitions which have been established for the metal foam-plastic composite according to the invention and for the method according to the invention for its production also apply to the use of the metal foam-plastic composite.
  • EXAMPLES Example 1 Escalator step made of open-pore aluminum foam (density 1.4 g / cm 3 )
  • the escalator stage has a low weight, which requires less energy to operate, the increased risk of contamination and the permeability of the open-pore aluminum foam are disadvantageous.
  • Escalator step made of open-pore aluminum foam filled to at least 90% by volume with at least one epoxy resin (Baxxodur® EC 5500, Hardener EC 5510)
  • the filling with the at least one epoxy resin reduces the risk of contamination and the permeability of the open-pore aluminum foam.
  • Escalator step of an open aluminum foam which at least 90 vol .-% with at least one epoxy resin (Baxxodur ® EC 5500; EC 5510 curing agent) is filled, and additionally with at least one plastic (B) is cast around it.
  • the plastic (B) is a polyurethane elastomer resin BASF SE (Elastocast ® TIE) based on polytetrahydrofuran and a Shore A hardness of 85 (DIN 53505).
  • a 70% open-pore aluminum foam (density 0.81 g / cm 3 ) of size 100 ⁇ 100 ⁇ 10 mm 3 is uniformly soaked with 50 g of freshly mixed rigid polyurethane foam system (Elastopor® H 5 2100/46 from BASF) at room temperature. In a drying cabinet, the foam is then cured in 30 minutes at 60 ° C.
  • the resulting composite with a density of 1.3 g / cm 3 is very stiff, sound-absorbing and shows a high energy dissipation during deformation.
  • a 70% open-pore aluminum foam (density 0.81 g / cm 3 ) of size 100 ⁇ 100 ⁇ 10 mm 3 is uniformly soaked with 75 g of freshly mixed polyurethane elastomer (Elastocast® TIE 15 BASF) at room temperature. In a drying cabinet, the polyurethane elastomer resin is then cured in 30 minutes at 60 ° C.
  • the resulting composite with a density of 1.6 g / cm 3 is stiff, sound-absorbing, shows a very high energy dissipation during deformation and has a non-slip surface.
  • a 50% open-pore aluminum foam (density 1, 4 g / cm 3 ) of size 100 ⁇ 100 ⁇ 25 ⁇ 10 mm 3 is soaked as evenly as possible with 55 g of freshly mixed epoxy resin (Baxxodur® EC 5500, Hardener EC 5510) at room temperature. In a drying oven, the reaction resin is then cured in 30 minutes at 100 ° C.
  • the resulting composite with a density of 1.9 g / cm 3 is extremely stiff, 30 sound-absorbing and shows a high energy dissipation during deformation.
  • a product prepared according to Example 6 the composite 35 is 106 x 106 x 16 mm 3 centrally-centered inserted into an injection mold the size and with Ultramid ® B3 WG6 (30 wt .-% of short glass fibers) at a pressure of about 200 bar and a temperature of 280 ° C overmoulded.
  • Example 8 (embodiment):
  • a composite produced according to Example 5 is placed center-centered in a casting tool of size 104 ⁇ 104 ⁇ 14 mm 3 and coated with a polyurethane elastomer resin from BASF SE (Elastocast® TIE) based on polytetrahydrofuran and a Shore A hardness of 85 (DIN 53505). at a pressure of about 5 bar and a temperature of 80 ° C umgössen.
  • a polyurethane elastomer resin from BASF SE (Elastocast® TIE) based on polytetrahydrofuran and a Shore A hardness of 85 (DIN 53505).
  • the obtained composite with a density of 1.6 g / cm 3 is extremely stiff and shows a perfect and non-slip surface.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallschaum-Kunststoff-Komposit als solches, das aus einem offenporigen Metallschaum und mindestens einem Kunststoff (A) und mindestens einem Kunststoff (B) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren des offenporigen Metallschaums mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind und auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, der mindestens eine Kunststoff (B) aufgebracht ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Metallschaum-Kunststoff-Komposits sowie dessen Verwendung, beispielsweise im Leichtbau.

Description

Metallschaum-Kunststoff-Komposite Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallschaum-Kunststoff-Komposit als solches, das aus einem offenporigen Metallschaum und mindestens einem Kunststoff (A) und mindestens einem Kunststoff (B) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren des offenporigen Metallschaums mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind und auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, der mindestens eine Kunststoff (B) aufgebracht ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Metallschaum-Kunststoff-Komposits sowie dessen Verwendung, beispielsweise im Leichtbau. WO 98/48948 betrifft ein Metallschaum-Kunststoff-Komposit, welches aus einem Metallschaum hergestellt wird, der in einem ersten Schritt mit einem Reaktionsharz imprägniert wird. In einem zweiten Schritt wird das Reaktionsharz gehärtet unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff-Komposits. Als Metallschäume werden unter anderem Aluminiumschäume sowie Titanschäume eingesetzt, als Reaktionsharze beispielsweise Epoxidharze oder Acrylharze. Die Metallschaum-Kunststoff-Komposite gemäß WO 98/48948 weisen gute Lärmdämmungseigenschaften auf und können beispielsweise zur Isolierung von Maschinengeräuschen in U-Booten verwendet werden. WO 98/49001 offenbart Metallschaum-Kunststoff-Komposite, die aus einem Metallschaum bestehen, dessen Zellen mit einem Phthalonitrilpolymer gefüllt sind. Als Metallschäume werden unter anderem Aluminiumschäume sowie Titanschäume verwendet. Die Metallschaum-Kunststoff-Komposite gemäß WO 98/48948 weisen neben guten Lärmdämmungseigenschaften auch eine gute Temperaturbeständigkeit auf.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung von neuen Metallschaum-Kunststoff-Kompositen als solchen, bzw. einem entsprechenden Verfahren zur Herstellung von solchen Metallschaum- Kunststoff-Kompositen. Die Metallschaum-Kunststoff-Komposite sollen dabei vorzugsweise eine strukturierte und/oder funktionalisierte Oberfläche aufweisen.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Metallschaum-Kunststoff-Komposit, das aus einem offenporigen Metallschaum und mindestens einem Kunststoff (A) und mindestens einem Kunststoff (B) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren des offenporigen Metallschaums mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind und auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, der mindestens eine Kunststoff (B) aufgebracht ist.
Die Metallschaum-Kunststoff-Komposite zeichnen sich dadurch aus, dass in ihnen die Eigenschaften des Metallschaums mit den Eigenschaften der Kunststoffe (A) und (B) auf vorteilhafte Weise kombiniert sind. Metallschäume als solche besitzen aufgrund ihrer hohen Porosität nur ca. 10 % bis 70 % der Dichte des entsprechenden Vollmaterials (nicht geschäumtes Metall). Bei verringerter Masse sind sie steifer und verformen sich viel stärker und gleichmäßiger. Außerdem verfügen die Metallschäume über eine wesentlich höhere spezifische Festigkeit, Steifigkeit und über ein wesentlich höheres Energieabsorptionsvermögen als die entsprechenden Vollmaterialien. Weitere positive Eigenschaften sind die vollständige Recyclierbarkeit, die elektro-magnetische Abschirmung, die elektrische Leitfähigkeit, die hohe Wärmeleitfähigkeit und die geringe Brennbarkeit. Kunststoffe zeigen beispielsweise Eigenschaften wie ein geringes Gewicht, eine hohe Wasserfestigkeit oder eine hohe Funktionsintegration. Außerdem sind sie elektrische Isolatoren. Über das Verhältnis von Metallschaum zu Kunststoff können somit bestimmte Eigenschaften, wie Steifigkeit, Verformbarkeit, Energiedissipation, elektronische Eigenschaften und/oder Gewicht, speziell auf die gewünschte Anwendung passend, eingestellt bzw.„feingetuned" werden.
Durch das Aufbringen des mindestens einen weiteren Kunststoffs (B) auf die Oberfläche des mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllten offenporigen Metallschaums können spezielle Oberflächen-Strukturierungen beziehungsweise Oberflächen-Funktionalisierungen erreicht werden. Das heißt, dass nicht nur spezielle Eigenschaften im Inneren des Metallschaums eingestellt werden können, sondern auch spezielle Oberflächeneigenschaften. Beispielsweise können in die Oberfläche des mindestens einen Kunststoffs (B) Strukturen wie Verrippungen, Noppen und/oder Montagehilfen integriert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Komposit" oder „Kompositwerkstoff" ein Material verstanden, das aus verschiedenartigen Festkörperkomponenten (Werkstoffen) zusammengesetzt ist, die sich normalerweise in ihrer chemischen Natur voneinander unterscheiden und/oder aufgrund ihrer Geometrie besondere physikalisch-mechanische Eigenschaften aufweisen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Metallschaum" eine dreidimensionale, metallische, zelluläre Struktur mit einem großen Volumenanteil an mit Luft gefüllten Poren verstanden. Metallschäume sowie deren Herstellung sind dem Fachmann bekannt. Die bislang bekannten Herstellungsverfahren sind ausführlich in der Literatur dokumentiert (M.F. Ashby, A. G. Evans, N.A. Fleck, L.J. Gibson, J. W. Hutchinson, H.N. G. Wadley, Metal Foams: A Design Guide, Butterworth-Heinemann, 2000).
Unter dem Begriff „offenporiger Metallschaum" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Metallschaum verstanden, der aus einem dreidimensionalen Netzwerk miteinander verknüpfter offener Poren besteht, die von fluiden Medien durchströmt werden können.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Metallschaum-Kunststoff-Komposit sowie dessen Herstellung und Verwendung näher erläutert.
Das erfindungsgemäße Metallschaum-Kunststoff-Komposit wird aus einem offenporigen Metallschaum und mindestens einem Kunststoff (A) und mindestens einem Kunststoff (B) hergestellt, wobei die Poren des offenporigen Metallschaums mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind und auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, der mindestens eine Kunststoff (B) aufgebracht ist.
Bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten offenporigen Metallschäumen handelt es sich vorzugsweise um offenporige Leichtmetallschäume.
Unter „offenporigen Leichtmetallschäumen" werden offenporige Metallschäume verstanden, die aus Metallen wie Aluminium, Magnesium, Titan oder deren Legierungen bestehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden offenporige Aluminiumschäume oder offenporige Magnesiumschäume bevorzugt.
Der Poren-Anteil im offenporigen Metallschaum beträgt vorzugsweise zwischen 30 und 80 Vol.-%, besonders bevorzugt zwischen 40 und 60 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des offenporigen Metallschaums.
Als Kunststoffe (A) können erfindungsgemäß alle dem Fachmann bekannten Kunststoffe eingesetzt werden. Die Kunststoffe (A) können als Gemisch oder als einzelner Kunststoff eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der mindestens eine Kunststoff (A) ein Reaktionsharz.
Unter dem Begriff „Reaktionsharz" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein flüssiges oder verflüssigbares Harz verstanden, das für sich allein oder mit Reaktionsmitteln, beispielsweise Härtern oder Beschleunigern, ohne Abspaltung flüchtiger Komponenten durch Polymerisation oder Polyaddition aushärtet. Reaktionsharze sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.
Geeignete Reaktionsharze im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze), Epoxidharze (EP-Harze), Isocyanatharze, Methacrylatharze (MA-Harze), Phenacrylatharze (PHA-Harze) und räumlich vernetzte Polyurethanharze. Vorzugsweise ist das Reaktionsharz ein Epoxidharz oder ein räumlich vernetztes Polyurethanharz.
In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen Kunststoff (A) um einen geschäumten Kunststoff.
Geschäumte Kunststoffe sind dem Fachmann prinzipiell bekannt. Die geschäumten Kunststoffe können als Gemisch oder als einzelne geschäumte Kunststoffe eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen geschäumten Kunststoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polystyrol, Styrol-Copolymeren, Polyvinylchloriden, Polycarbonaten, Polyolefinen, Polyurethanen, Polyisocyanoraten, Polycarbodiimiden, Polymethacrylimiden, Polyamiden, Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymeren oder Reaktionsharzen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem mindestens einen Kunststoff (A) um ein geschäumtes Reaktionsharz, bevorzugt um ein geschäumtes Epoxidharz oder ein geschäumtes räumlich vernetztes Polyurethanharz. Die Poren des offenporigen Metallschaums sind mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt. Vorzugsweise sind die Poren des offenporigen Metallschaums zu mindestens 90 Vol.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 99 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Poren des offenporigen Metallschaums, mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Kunststoff (A) zumindest teilweise, mehr bevorzugt vollständig, ausgehärtet.
„Ausgehärtet" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass der vorher flüssige Kunststoff ohne Abspaltung flüchtiger Komponenten durch Polymerisation oder Polyaddition fest geworden ist.
„Vollständig ausgehärtet" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass der Kunststoff keine flüssigen Anteile mehr besitzt. „Teilweise ausgehärtet" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass der Kunststoff noch nicht vollständig ausgehärtet ist, das heißt, dass er mindestens 30 Vol.-% flüssige Anteile besitzt und damit noch verformbar ist. Auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, ist der mindestens eine Kunststoff (B) aufgebracht.
Der mindestens eine Kunststoff (B) ist vorzugsweise auf mindestens 50 % der Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, aufgebracht. Besonders bevorzugt umschließt der mindestens eine Kunststoff (B) die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, vollständig. Unter der„Oberfläche des offenporigen Metallschaums" wird im Rahmen der Erfindung die Summe aller äußeren Flächen des dreidimensionalen offenporigen Metallschaums verstanden. In der Regel hat der offenporige Metallschaum die Form eines Quaders. Somit hat der offenporige Metallschaum 6 äußere Flächen, die in der Summe die Oberfläche des offenporigen Metallschaums ergeben.
Als Kunststoffe (B) können erfindungsgemäß alle dem Fachmann bekannten Kunststoffe eingesetzt werden. Die Kunststoffe (B) können als Gemisch oder als einzelner Kunststoff eingesetzt werden. Der mindestens eine Kunststoff (B) ist bevorzugt ein Spritzgusspolymer oder ein Reaktionsharz.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Kunststoff (B) ein Spritzgusspolymer.
Spritzgusspolymere als solche sind dem Fachmann bekannt. Vorzugsweise ist das Spritzgusspolymer ein amorphes oder teilkristallines thermoplastisches Polymer. Dabei sind die amorphen oder teilkristallinen thermoplastischen Polymere vorzugsweise ausgewählt aus Polyoxymethylen (POM), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12, Polyamid 1 1 oder Polyamid 12. Polyamide sind beispielsweise kommerziell erhältlich als Ultramid® von BASF SE.
In einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Kunststoff (B) ein Reaktionsharz. Reaktionsharze als solche sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt werden Epoxidharze oder räumlich vernetzte Polyurethanharze eingesetzt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der mindestens eine Kunststoff (B) identisch zu dem mindestens einen Kunststoff (A).
Vorzugsweise ist der mindestens eine Kunststoff (B) zumindest teilweise, mehr bevorzugt vollständig, ausgehärtet. Die Dicke, mit der der mindestens eine Kunststoff (B) auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, aufgebracht ist, entspricht vorzugsweise mindestens zwei, mehr bevorzugt mindestens fünf, mittleren Porendurchmessern der Poren des offenporigen Metallschaums oder liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 mm. Besonders bevorzugt liegt die Dicke, mit der der mindestens eine Kunststoff (B) auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, aufgebracht ist, zwischen 1 und 6 mm.
In die Oberfläche des mindestens einen Kunststoffs (B) sind vorzugsweise Strukturen integriert, bevorzugt Verrippungen, Noppen und/oder Montagehilfen.
Das Metallschaum-Kunststoff-Komposit besitzt vorzugsweise eine Rohdichte zwischen 0,7 und 3,0 kg/dm3, bevorzugt zwischen 1 und 2,4 kg/dm3, mehr bevorzugt zwischen 1 ,2 und 2 kg/dm3.
Unter dem Begriff „Rohdichte" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Dichte eines porösen Festkörpers verstanden, die auf dem Volumen einschließlich der Porenräume basiert. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Metallschaum-Kunststoff-Komposits als solches, wobei die Poren des offenporigen Metallschaums mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt werden und auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, der mindestens eine Kunststoff (B) aufgebracht wird.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines offenporigen Metallschaums, der einen Poren-Anteil zwischen 30 und 80 Vol.-%, bevorzugt zwischen 40 und 60 Vol.-%, bezogen auf das
Gesamtvolumen des offenporigen Metallschaums, besitzt, b) Tränken des offenporigen Metallschaums mit mindestens einem Kunststoff (A), bevorzugt mit mindestens einem Reaktionsharz, c) Aushärten des mindestens einen Kunststoffs (A) unter Erhalt eines offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen ausgehärteten
Kunststoff (A) gefüllt sind, wobei das Aushärten bei Raumtemperatur, in einem beheizten Werkzeug (W1 ) oder einem beheizten Ofen durchgeführt wird, d) Aufbringen des mindestens einen Kunststoffs (B) auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff
(A) gefüllt sind, unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff-Komposits, wobei der offenporige Metallschaum gegebenenfalls nach Schritt a) oder nach Schritt b) verformt werden kann.
In Verfahrensschritt a) der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein offenporiger Metallschaum bereitgestellt, der einen Poren-Anteil zwischen 30 und 80 Vol.-%, bevorzugt zwischen 40 und 60 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des offenporigen Metallschaums, besitzt.
Der offenporige Metallschaum wird anschließend in Verfahrensschritt b) vorzugsweise mit mindestens einem Kunststoff (A), mehr bevorzugt mit mindestens einem Reaktionsharz, getränkt. Das„Tränken" als solches ist dem Fachmann bekannt.
In Verfahrensschritt c) wird der mindestens eine Kunststoff (A) vorzugsweise ausgehärtet unter Erhalt eines offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen ausgehärteten Kunststoff (A) gefüllt sind, wobei das Aushärten bei Raumtemperatur, in einem beheizten Werkzeug (W1 ) oder einem beheizten Ofen durchgeführt wird.
Das beheizte Werkzeug (W1 ) oder der beheizte Ofen als solche sind dem Fachmann bekannt.
Das Aushärten findet vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 200 °C, mehr bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 160 °C, statt.
Vorzugsweise härtet der mindestens eine Kunststoff (A) vollständig aus.
In Verfahrensschritt d) wird vorzugsweise der mindestens eine Kunststoff (B) auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff-Komposits aufgebracht.
Der offenporige Metallschaum kann gegebenenfalls nach Schritt a) oder nach Schritt b) verformt werden.
Das Verformen als solches ist dem Fachmann bekannt. „Verformen" bedeutet vorzugsweise, dass die Geometrie des offenporigen Metallschaums geändert wird, beispielsweise durch vollständiges oder zumindest teilweises Verbiegen des entsprechenden offenporigen Metallschaums. Die Geometrie des offenporigen Metallschaums ändert sich somit in Bezug auf mindestens eine der drei Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems.
Das Verformen des offenporigen Metallschaums ist vorzugsweise ein Verpressen des offenporigen Metallschaums.„Verpressen" als solches ist dem Fachmann bekannt.
Das Verformen wird vorzugsweise in einem Werkzeug (W4) durchgeführt. Das Werkzeug (W4) als solches ist dem Fachmann bekannt. Vorzugsweise ist es ein beheizbares Presswerkzeug, in welchem zum Beispiel sowohl verformt (verpresst) als auch geheizt werden kann.
Die Temperatur des Werkzeugs (W4) liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 0 und 300 °C. Besonders bevorzugt liegt die Temperatur des Werkzeuges (W4) zwischen 0 und 200 °C, mehr bevorzugt zwischen 0 und 100 °C.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt d) folgende Teilschritte d1 ) bis d3): d1 ) Einbringen des Metallschaums aus Schritt c) in ein Werkzeug (W2), d2) Umspritzen des Metallschaums aus Schritt d1 ) mit mindestens einem Spritzgusspolymer, bevorzugt mit mindestens einem amorphen oder teilkristallinen thermoplastischen Polymer, im Werkzeug (W2) unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff-Komposits, d3) Entnahme des Metallschaum-Kunststoff-Komposits aus dem Werkzeug (W2).
In Teilschritt d 1 ) wird der Metallschaum aus Verfahrensschritt c) vorzugsweise in ein Werkzeug (W2) eingebracht.
Das Werkzeug (W2) als solches ist dem Fachmann bekannt. Vorzugsweise ist es ein beheizbares Spritzgusswerkzeug, in welchem zum Beispiel sowohl geheizt sowie umspritzt (zum Beispiel mit einem Polyamid) werden kann. Hierfür kann das Werkzeug (W2) sowohl Kavitäten zur Aufnahme des Metallschaums aus Schritt c), als auch Kavitäten zur Aufnahme des Spritzgusspolymers aufweisen. Vorzugsweise hat ein solches Werkzeug (W2) mehrere solche Kavitäten. Dem Fachmann sind solche Werkzeuge bekannt. Beispielsweise sind solche Werkzeuge in„Siegfried Stitz, Walter Keller; Spritzgießtechnik - Verarbeitung - Maschine - Peripherie, Hanser Fachbuch, 2. Auflage. 09/2004" offenbart.
Vorzugsweise ist das Werkzeug (W2) ein Spritzgusswerkzeug für Spritzgusspolymere, besonders bevorzugt ist das Werkzeug (W2) des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ein Spritzgusswerkzeug für amorphe oder teilkristalline thermoplastische Polymere.
In Teilschritt d2) wird der Metallschaum aus Schritt d1 ) vorzugsweise mit mindestens einem Spritzgusspolymer, bevorzugt mit mindestens einem amorphen oder teilkristallinen thermoplastischen Polymer, im Werkzeug (W2) unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff-Komposits, umspritzt.
Das„Umspritzen" als solches ist dem Fachmann ebenfalls bekannt. Hierbei werden vorzugsweise mindestens 50 % der Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, mit aus Spritzgusspolymer gebildeten Elementen versehen. Geeignete Elemente sind vorzugsweise Verrippungen für Stabilität und Festigkeit, Noppen, Montagehilfen, Kartentaschen und ähnliches. Diese Elemente werden aus dem Spritzgusspolymer durch Umspritzen des Metallschaums aus Schritt d1 ) erhalten.
Das in Teilschritt d2) verwendete Spritzgusspolymer ist im Allgemeinen in Schmelze, wenn es in das Werkzeug (W2) eingebracht wird, um das Umspritzen durchzuführen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem in Teilschritt d2) verwendeten Spritzgusspolymer um ein amorphes oder ein teilkristallines thermoplastisches Polymer.
Die Umspritztemperatur im Werkzeug (W2) in Teilschritt d2) liegt vorzugsweise mindestens um 60 °C, mehr bevorzugt um mindestens 100 °C, oberhalb der Glasübergangstemperatur des mindestens einen amorphen thermoplastischen Polymers oder vorzugsweise um mindesten 50 °C, mehr bevorzugt um mindestens 80 °C oberhalb der Schmelztemperatur des mindestens einen teilkristallinen thermoplastischen Polymers. Die Umspritzdrücke im Werkzeug (W2) in Teilschritt d2) liegen vorzugsweise zwischen 50 und 300 bar, mehr bevorzugt zwischen 100 und 200 bar. In Teilschritt d3) wird das Metallschaum-Kunststoff-Komposit vorzugsweise aus dem Werkzeug (W2) entnommen.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt d) folgende Teilschritte d4) bis d5): d4) Umgießen des Metallschaums aus Schritte c) mit mindestens einem Reaktionsharz, bevorzugt mit mindestens einem Epoxidharz oder einem räumlich vernetzten Polyurethan, d5) Aushärten des mindestens einen Reaktionsharzes aus Schritt d4) unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff-Komposits, wobei das Aushärten bei Raumtemperatur, in einem beheizten Werkzeug (W3) oder einem beheizten Ofen durchgeführt wird.
In Teilschritt d4) wird der Metallschaum aus Verfahrensschritt c) vorzugsweise mit mindestens einem Reaktionsharz umgössen.
Das „Umgießen" als solches ist dem Fachmann bekannt. Im Gegensatz zum Umspritzen mit thermoplastischen Polymeren können beim Umgießen mit Reaktionsharzen einfachere Werkzeuge, beispielsweise aus Leichtmetallen oder Harzen, eingesetzt werden, da die niedrigviskosen Reaktionsharze bei niedrigeren Drücken und niedrigeren Temperaturen als die thermoplastischen Spritzgusspolymere verarbeitet werden.
Vorzugsweise werden mindestens 50 % der Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, mit dem Reaktionsharz umgössen. Bei dem mindestens einen Reaktionsharz handelt es sich vorzugsweise um ein Epoxidharz oder ein räumlich vernetztes Polyurethanharz.
In Teilschritt d5) wird das mindestens eine Reaktionsharz aus Schritt d4) unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff-Komposits ausgehärtet, wobei das Aushärten bei Raumtemperatur, in einem beheizten Werkzeug (W3) oder einem beheizten Ofen durchgeführt wird.
Das beheizte Werkzeug (W3) oder der beheizte Ofen als solche sind dem Fachmann bekannt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des Metallschaum-Kunststoff-Komposits im Leichtbau, bevorzugt in Mitteln zur Personenbeförderung, im Hausbau, im Messebau und/oder in Gehäusen für Elektronikanwendungen, besonders bevorzugt im Kraftfahrzeugbau, im Schienenfahrzeugbau, im Behälterbau, in Aufzügen, Gerüsten und/oder in Rolltreppen. Alle Definitionen, die für das erfindungsgemäße Metallschaum-Kunststoff-Komposit und für das erfindungsgemäße Verfahren zu dessen Herstellung aufgestellt wurden, gelten ebenso für die Verwendung des Metallschaum-Kunststoff-Komposits.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert, ohne sich jedoch hierauf zu beschränken.
Beispiele Beispiel 1 : Rolltreppen-Stufe aus einem offenporigen Aluminiumschaum (Dichte 1 ,4 g/cm3)
Die Rolltreppen-Stufe hat zwar ein geringes Gewicht, womit weniger Energie zum Betrieb nötig ist, nachteilig sind jedoch die erhöhte Verschmutzungsgefahr und die Durchlässigkeit des offenporigen Aluminiumschaums.
Beispiel 2:
Rolltreppen-Stufe aus einem offenporigen Aluminiumschaum, der zu mindestens 90 Vol.-% mit mindestens einem Epoxidharz (Baxxodur® EC 5500; Härter EC 5510) gefüllt ist
Durch die Füllung mit dem mindestens einen Epoxidharz werden die Verschmutzungsgefahr und die Durchlässigkeit des offenporigen Aluminiumschaums vermindert.
Beispiel 3 (Ausführungsbeispiel):
Rolltreppen-Stufe aus einem offenporigen Aluminiumschaum, der zu mindestens 90 Vol.-% mit mindestens einem Epoxidharz (Baxxodur® EC 5500; Härter EC 5510) gefüllt ist und zusätzlich mit mindestens einem Kunststoff (B) umgössen ist. Der Kunststoff (B) ist ein Polyurethanelastomerharz der BASF SE (Elastocast® TIE) auf Basis von Polytetrahydrofuran und einer Shore A Härte von 85 (DIN 53505).
Durch die Funktionalisierung mit einem geeigneten Kunststoff (B) wird die Rolltreppe zusätzlich wasser- und rutschfest und bekommt ein attraktives Aussehen. Beispiel 4:
Ein zu 70 % offenporiger Aluminiumschaum (Dichte 0,81 g/cm3) der Größe 100 x 100 x 10 mm3 wird mit 50 g frisch gemischtem Polyurethanhartschaumsystem (Elastopor® H 5 2100/46 der BASF) bei Raumtemperatur gleichmäßig durchtränkt. In einem Trockenschrank wird der Schaum dann in 30 Minuten bei 60°C ausgehärtet.
Das erhaltene Komposit mit einer Dichte von 1 ,3 g/cm3 ist sehr steif, schallabsorbierend und zeigt beim Verformen eine hohe Energiedissipation.
10
Beispiel 5:
Ein zu 70 % offenporiger Aluminiumschaum (Dichte 0,81 g/cm3) der Größe 100 x 100 x 10 mm3 wird mit 75 g frisch gemischtem Polyurethanelastomer (Elastocast® TIE der 15 BASF) bei Raumtemperatur gleichmäßig durchtränkt. In einem Trockenschrank wird das Polyurethanelastomerharz dann in 30 Minuten bei 60°C ausgehärtet.
Das erhaltene Komposit mit einer Dichte von 1 ,6 g/cm3 ist steif, schallabsorbierend, zeigt beim Verformen eine sehr hohe Energiedissipation und verfügt über eine 20 rutschfeste Oberfläche.
Beispiel 6:
Ein zu 50 % offenporiger Aluminiumschaum (Dichte 1 ,4 g/cm3) der Größe 100 x 100 x 25 10 mm3 wird mit 55 g frisch gemischtem Epoxidharz (Baxxodur® EC 5500; Härter EC 5510) bei Raumtemperatur möglichst gleichmäßig durchtränkt. In einem Trockenschrank wird das Reaktionsharz dann in 30 Minuten bei 100°C ausgehärtet.
Das erhaltene Komposit mit einer Dichte von 1 ,9 g/cm3 ist extrem steif, 30 schallabsorbierend und zeigt beim Verformen eine hohe Energiedissipation.
Beispiel 7 (Ausführungsbeispiel):
Ein nach Beispiel 6 hergestelltes Komposit wird in ein Spritzgusswerkzeug der Größe 35 106 x 106 x 16 mm3 mittig-zentriert eingelegt und mit Ultramid® B3 WG6 (30 Gew.-% Kurzglasfaser) bei einem Druck von ca. 200 bar und einer Temperatur von 280°C umspritzt.
Das erhaltene Komposit mit einer Dichte von 1 ,6 g/cm3 ist extrem steif und zeigt eine 40 perfekte Oberfläche. Beispiel 8 (Ausführungsbeispiel):
Eine nach Beispiel 5 hergestelltes Komposit wird in ein Gießwerkzeug der Größe 104 x 104 x 14 mm3 mittig-zentriert eingelegt und mit einem Polyurethanelastomerharz der BASF SE (Elastocast® TIE) auf Basis von Polytetrahydrofuran und einer Shore A Härte von 85 (DIN 53505) bei einem Druck von etwa 5 bar und einer Temperatur von 80°C umgössen.
Das erhaltene Komposit mit einer Dichte von 1 ,6 g/cm3 ist extrem steif und zeigt eine perfekte und rutschsichere Oberfläche.

Claims

Ansprüche
Metallschaum-Kunststoff-Komposit, das aus einem offenporigen Metallschaum und mindestens einem Kunststoff (A) und mindestens einem Kunststoff (B) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren des offenporigen Metallschaums mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind und auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, der mindestens eine Kunststoff (B) aufgebracht ist.
Metallschaum-Kunststoff-Komposit gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kunststoff (B) auf mindestens 50 % der Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, aufgebracht ist, bevorzugt umschließt der mindestens eine Kunststoff (B) die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, vollständig.
Metallschaum-Kunststoff-Komposit gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallschaum-Kunststoff-Komposit eine Rohdichte zwischen 0,7 und 3,0 kg/dm3, bevorzugt zwischen 1 und 2,4 kg/dm3, besonders bevorzugt zwischen 1 ,2 und 2 kg/dm3, besitzt.
Metallschaum-Kunststoff-Komposit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Metallschaum ein offenporiger Leichtmetallschaum, bevorzugt ein offenporiger Aluminiumschaum oder Magnesiumschaum ist, und/oder der Poren-Anteil im offenporigen Metallschaum zwischen 30 und 80 Vol.-%, bevorzugt zwischen 40 und 60 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des offenporigen Metallschaums, beträgt, und/oder die Poren des offenporigen Metallschaums zu mindestens 90 Vol.-%, bevorzugt zu mindestens 99 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Poren des offenporigen Metallschaums, mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind.
EB16-0314PC
5. Metallschaum-Kunststoff-Komposit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kunststoff (A) i) ein Reaktionsharz, bevorzugt ein Epoxidharz oder ein räumlich vernetztes Polyurethanharz, und/oder ii) ein geschäumter Kunststoff, bevorzugt ein geschäumtes Reaktionsharz, besonders bevorzugt ein geschäumtes Epoxidharz oder ein geschäumtes räumlich vernetztes Polyurethanharz, ist.
6. Metallschaum-Kunststoff-Komposit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kunststoff (B) i) ein Spritzgusspolymer, bevorzugt ein amorphes oder teilkristallines thermoplastisches Polymer, oder ii) ein Reaktionsharz, bevorzugt ein Epoxidharz oder ein räumlich vernetztes Polyurethanharz, ist.
7. Metallschaum-Kunststoff-Komposit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass i) der mindestens eine Kunststoff (B) identisch zu dem mindestens einen Kunststoff (A) ist, und/oder ii) der mindestens eine Kunststoff (B) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, ausgehärtet ist, und/oder iii) der mindestens eine Kunststoff (A) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, ausgehärtet ist.
8. Metallschaum-Kunststoff-Komposit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kunststoff (B) auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, mit einer Dicke aufgebracht ist, die i) mindestens zwei, bevorzugt mindestens fünf, mittleren Porendurchmessern der Poren des offenporigen Metallschaums entspricht, oder ii) zwischen 0,5 und 10 mm, bevorzugt zwischen 1 und 6 mm, liegt.
Metallschaum-Kunststoff-Komposit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche des mindestens einen Kunststoffs (B) Strukturen integriert sind, bevorzugt Verrippungen, Noppen und/oder Montagehilfen.
Verfahren zur Herstellung eines Metallschaum-Kunststoff-Komposits gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren des offenporigen Metallschaums mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt werden und auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, der mindestens eine Kunststoff (B) aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines offenporigen Metallschaums, der einen Poren-Anteil zwischen 30 und 80 Vol.-%, bevorzugt zwischen 40 und 60 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des offenporigen Metallschaums, besitzt,
Tränken des offenporigen Metallschaums mit mindestens einem Kunststoff (A), bevorzugt mit mindestens einem Reaktionsharz,
Aushärten des mindestens einen Kunststoffs (A) unter Erhalt eines offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen ausgehärteten Kunststoff (A) gefüllt sind, wobei das Aushärten bei Raumtemperatur, in einem beheizten Werkzeug (W1 ) oder einem beheizten Ofen durchgeführt wird, d) Aufbringen des mindestens einen Kunststoffs (B) auf die Oberfläche des offenporigen Metallschaums, dessen Poren mit dem mindestens einen Kunststoff (A) gefüllt sind, unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff- Komposits, wobei der offenporige Metallschaum gegebenenfalls nach Schritt a) oder nach Schritt b) verformt werden kann.
Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Schritt d) folgende Teilschritte d1 ) bis d3) umfasst: d1 ) Einbringen des Metallschaums aus Schritt c) in ein Werkzeug (W2), d2) Umspritzen des Metallschaums aus Schritt d 1 ) mit mindestens einem Spritzgusspolymer, bevorzugt mit mindestens einem amorphen oder teilkristallinen thermoplastischen Polymer, im Werkzeug (W2) unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff-Komposits, d3) Entnahme des Metallschaum-Kunststoff-Komposits aus dem Werkzeug (W2).
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass i) die Umspritzdrücke im Werkzeug (W2) in Schritt d2) zwischen 50 und 300 bar, bevorzugt zwischen 100 und 200 bar, liegen, und/oder die Umspritztemperatur im Werkzeug (W2) in Schritt d2) mindestens um 60°C, bevorzugt um mindestens 100 °C, oberhalb der Glasübergangstemperatur des mindestens einen amorphen thermoplastischen Polymers liegt oder dass die Umspritztemperatur im Werkzeug (W2) in Schritt d2) mindestens um 50°C, bevorzugt um mindestens 80 °C, oberhalb der Schmelztemperatur des mindestens einen teilkristallinen thermoplastischen Polymers liegt.
14. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Schritt d) folgende Teilschritte d4) bis d5) umfasst: d4) Umgießen des Metallschaums aus Schritte c) mit mindestens einem
Reaktionsharz, bevorzugt mit mindestens einem Epoxidharz oder einem räumlich vernetzten Polyurethanharz, d5) Aushärten des mindestens einen Reaktionsharzes aus Schritt d4) unter Erhalt des Metallschaum-Kunststoff-Komposits, wobei das Aushärten bei
Raumtemperatur, in einem beheizten Werkzeug (W3) oder einem beheizten Ofen durchgeführt wird.
15. Verwendung des Metallschaum-Kunststoff-Komposits gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 im Leichtbau, bevorzugt in Mitteln zur Personenbeförderung, im Hausbau, im Messebau und/oder in Gehäusen für Elektronikanwendungen, besonders bevorzugt im Kraftfahrzeugbau, im Schienenfahrzeugbau, im Behälterbau, in Aufzügen, Gerüsten und/oder in Rolltreppen.
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