CH531037A - Verfahren zum Verkleben von nicht direkt mit Metallen verklebbaren Kunststoffteilen mit Metallteilen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum Verkleben von nicht direkt mit Metallen verklebbaren Kunststoffteilen mit Metallteilen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben von nicht direkt mit Metallen verklebbaren Kunststoffteilen mit Metallteilen für hohe Beanspruchung, sowie die Anwendung des Verfahrens zum Verkleben von   Poiyurethanplatten    mit Metallen, vor allem Eisen und dessen Legierungen zur Bildung von Gleitflächen für darüber gleitende Metallteile, insbesondere   voniFederzungen in Eisenbalmweichen.   



   Es ist eine alte Regel der Maschinenbaukunde, dass Metallteile nicht direkt und ohne Schmierung aufeinander gleiten dürfen. Um dies zu verhindern, hat man die gemeinsamen Gleitflächen geölt bzw. geschmiert, so dass die Teile auf einer öl- bzw. Schmierschicht gleiten. Das Ölen der Gleitflächen erfordert entweder spezielle kontinuierlich arbeitende ölungsvorrichtungen oder eine entsprechende personelle Wartung. Im ersteren Falle sind meist komplizierte maschinelle Einrichtungen nötig, die ihrerseits der Wartung bedürfen und zudem nicht überall anwendbar sind. Im zweiten Falle (und teilweise auch im ersten) gestaltet sich die Wartung äusserst arbeitsintensiv, d.h. kostspielig.



   Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde schon verschiedentlich versucht, die Gleitflächen mit einer gut gleitenden Oberfläche zu versehen, die nicht mehr geölt bzw. geschmiert werden muss. Zeitgemäss wurde dabei an eine Kunststoffbeschichtung gedacht.



     Binde    solche wartungsfreie, Kunststoffbeschichtung müsste hierbei folgende Eigenschaften haben: Sie muss gut gleitfähig sein, einen sehr geringen Abrieb aufweisen, auf dem Metall gut haften bzw. sich auf einfache Weise verkleben lassen, eine für den Verwendungszweck verlangte Lebendsdauer aufweisen, sowie eine genügende Schlagzähigkeit, Hitze- und/oder Kältebeständigkeit haben. Besonders bei Anwendung in Eisenbahnweichen werden an solche Kunststoffschichten sehr hohe Anforderungen gestellt; denn sie müssen jahrelang haltbar sein, hohe Temperaturunterschiede aushalten (im Winter   bis - 30oC,    im Sommer bei Sonneneinstrahlung   + 60oC,    in manchen Gegenden auch extremere Temperaturunterschiede).

  Ferner müssen sie gegen hohe Drücke resistent sein, indem sie im Ruhezustand das Gewicht eines dar überrollenden Eisenbahnzuges ertragen müssen. Alle diese Eigenschaften müssen die ganze Lebensdauer anhalten. Auch darf die Kunststoffschicht nicht durch Staub, wie z.B. Bremsstaub, beschädigt werden. Selbstverständlich muss die Verklebung der Gleitschicht mit dem Untergrund dauerhaft und auch gegenüber unterschiedlichen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten unempfindlich sein; denn es ist nicht günstig, wenn die Schicht mit ihrer metallenen Unterlage verschraubt werden muss.



   Es hat sich nun erwiesen, dass es Kunststoffe, die sowohl auf Metallen für die erwähnte Beanspruchung genügend haften, als auch selbst sehr gleitfähig sind, bis heute nicht gibt. Anderseits bietet das Verkleben von gut gleitfähigen (aber auf Metallen nicht haftenden) Kunststoffen auf dem Metall mittels geeigneter Bindemittel grosse Schwierigkeiten, besonders, wenn die bei Eisenbahnweichen verlangten harten Anforderungen gestellt werden.



   Es wurde nun gefunden, dass man Kunststoffteile, die nicht direkt mit Metallen verklebbar sind, mit Metallteilen verkleben kann, wenn man diese Kunststoffteile, die sich in noch nicht vollständig vernetztem Zustand befinden, mit einem Epoxidharzlaminat als Zwischenlage, hinterfüttert und nach der vollständigen Durchhärtung, mittels eines   Epoxidhnrzklebers    mit dem Metallteil verbindet.



   Die Kleberschicht kann zusätzlich ein Verstärkungsmittel, wie Glasfasergewebe usw. enthalten.



   Als nicht mit Metallen direkt verklebbare Kunststoffe mit für die erwähnten Beanspruchungen genügenden Eigenschaften kommen für die vorgenannte Verwendung in Eisenbahnweichen bis heute praktisch nur Polyurethane in Frage.



   Als Metalle sind in erster Linie naturgemäss die Werkstoffe der Weichen zu nennen, also Eisen und dessen technische Legierungen.



   Als Epoxidharz für das Laminat und den Kleber kommen grundsätzlich alle Gemische von mehr als eine Epoxidgruppe pro Molekül enthaltenden Verbindungen mit geeigneten Härtern in Frage. Insbesondere bewährt haben sich Gemische von bei Raumtemperatur flüssigen   Epoxidharzen auf Basis von Diphenylolpropan ( Bisphenol A ) und Epichlorhydrin mit einem Epoxidäquivalentgewicht von 185-210, mit Polyaminen oder Polyamidoaminen, als Härter. Diese Polyamidoamine werden durch Umsetzung dimerisierter Fettsäuren mit aliphatischen Polyaminen erhalten. Solche Gemische können auch Modifizierungsmittel, wie Plastifikatoren, Flexibilisatoren oder reaktive Verdünner usw. enthalten.



   Die mit Epoxidharz gebundene Zwischenlage, durch welche die Verklebung der Polyurethanschicht mit dem Metall ermöglicht wird, stellt mit Vorteil ein Gewebe aus einem geeigneten Material, vorzugsweise aus Glasfasern, dar, welches mit dem Epoxidharzlaminat durchtränkt ist. Aber auch Vliesse oder Flocken usw. aus Glasfasern oder anderen Materialien; z.B. Asbest, wären als Verstärkungsmaterial für die Zwischenlage geeignet.



   In einer bevorzugten Ausfühmngsform streicht man ein Diisocyanat/Härtergemisch mit einer Schichtdicke von ungefähr 1-2 mm auf eine mit einem Trennmittel versehene geeignete Unterlage aus und legt sofort anschliessend auf die noch nicht gehärtete Schicht eine mit einem Epoxidharz/Härtergemisch imprägnierteGlasfasermatte auf. Die vollsändige Durchhärtung des Diisocyanat/Härtergemisches und des   Epoxidharz/ Härterge-    misches   erfolgt    gemeinsam in der Kälte oder Wärme, und es wird hierdurch ein einwandfreier Verbund zwischen der Polyurethanschicht und dem Epoxidharzlaminat erhalten.



   In einer anderen Ausführungsform wird auf die noch nicht vollständig gehärtete Polyurethanschicht ein Epoxidharz/Härtergemisch aufgebracht und sofort anschliessend ein Glasfasergewebe eingelegt und bis zur vollständigen Imprägnierung eingerollt oder angetupft.



  Die gemeinsame Härtung der beiden Schichten erfolgt auf die gleiche Art wie in der vorher besprochenen Ausführungsform.



   Die so erhaltenen, einseitig mit einem Polyurethan beschichteten Epoxidharzlaminate sind unbeschränkt   la-    gerfähig und werden zum dauerhaften Verbund mit Metallen mittels eines Epoxidharzklebers auf diese aufgeklebt. Zur Ausgleich der relativ rauhen Oberfläche des mit Polyurethan beschichteten Epoxidharzlaminates und eventueller Unebenheiten auf der Metalloberfläche wird die Verklebung bevorzugt so ausgeführt, dass man ein mit einem Epoxidharzkleber imprägniertes Glasgewebe auf die Laminat- oder Metalloberfläche auflegt und anschliessend die zu verklebenden Flächen zusammendrückt.



   Solcherweise auf das Metall aufgebrachte Polyurethanplatten sind hervorragend in Eisenbahnweichen, und zwar zwischen der gleitenden   Weichenzunge    und deren Unterlage, verwendbar, da sie, auch nach jahrelangem Gebrauch die jeder Witterung folgende Qualitäten haben:
Die Oberflächengüte ist einwandfrei wie im Neuzustand, die Haftung an der Unterlage ist auf der gesamten Fläche absolut intakt. Trotzdem die ganze Zunge und damit die vollen Gewichte auf der Gleitplatte aufliegen (Schnellzugs-Geleise), hat sich das Gleitverhalten nicht verschlechtert, im Gegenteil zeigt sich eine leichtere Tendenz einer Reduktion der Zungenkräfte. Der Belag muss nicht geschmiert werden, er ist absolut wartungsfrei.



   Das folgende Beispiel veranschaulicht die Erfindung:
Beispiel
100 g einer bei Raumtemperatur festen Diisocyanatverbindung   (aGRILONIT"    WGE 4409, registrierte Handelsmarke der Emserwerke AG,   Domat/Ems,    Schweiz) werden auf   85-100 C    erwärmt und bei dieser Temperatur mit 9 g eines auf 1200C erwärmten Härters ( GRI LONIT -Härter 4809.01, reg. Handelsmarke der Emserwerke AG) vermischt.  GRILONIT -Härte 4809.01 ist ein aromatisches Diamin. Das so erhaltene Gemisch hat bei 900C eine Verarbeitungszeit von ungefähr 10 Min. und wird innerhalb dieser Zeit auf eine mit einem   Formentrenumittel    behandelte strukturierte   Metaliplatte    in einer Schichtdicke von 1-2 mm aufgetragen.

  Auf diese noch nicht gehärtete Polyurethanschicht wird anschliessend ein mit einem Epoxidharz-Härtergemisch imprägniertes Glasstapelfasergewebe, mit einem Flächengewicht von circa 500   g/m2,    aufgelegt und leicht angedrückt. Das verwendete Epoxidharz ist ein bei Raumtemperatur flüssiges Harz auf Basis von Bisphenol A (Diphenylolpropan) und Epichlorhydrin, mit einem Epoxidäquivalentgewicht von 170 - 195   ( GRILONIT     WLT 4305, reg. Handelsmarke der Emserwerke AG), und der Härter ist ein aromatisches Polyamin ( GRILO NIT  HWT 48035, reg. Handelsmarke der Emserwerke AG). Nach dem Gelieren des Epoxidharz/Härtegemisches bei Raumtemperatur wird das Laminat während circa 3 Stunden bei 1200C nachgehärtet und anschliessend entformt.

  Es wird ein einseitig mit Polyurethan strukturiert beschichtetes Epoxidharzlaminat erhalten, das einen einwandfreien und dauerhaften Verbund zwischen der Polyurethan- und der Epoxidharzschicht aufweist.



   Zur Verwendung des so erhaltenen einseitig mit Po   lyurethan    beschichteten Epoxidharz-Laminates als Gleitfläche bei Eisenbahnweichen, wird dieses zugeschnitten und ein mit einem Epoxidharzkleber imprägniertes Glasstapelfasergewebe auf die Rückseite des Laminates, also auf die Epoxidharzseite, aufgelegt und das Laminat auf die vorher gereinigte und entfettete Metalloberfläche, auf die ebenfalls eine dünne Epoxidharz-Kleberschicht aufgebracht ist, aufgepresst. Die Härtung des Epoxidharz-Klebers erfolgt in der Kälte, und es wird hierdurch ein einwandfreier Verbund zwischen der Polyurethanschicht und dem Metall erhalten.



   Als Epoxidharzkleber wird ein Gemisch aus einem bei Raumtemperatur flüssigen Epoxidharz auf Basis von Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einem Epoxid äquivalentgewicht von 185-210 und   einem    modifizierten Polyaminoamid, das durch Umsetzung dimerisierter Fettsäure mit aliphatischen Polyaminen erhalten wird, eingesetzt.

 

   Die so erhaltenen   Polyurethanplatten    wurden in Federzungenweichen eingebaut, die pro Weiche 26 Gleitplatten enthalten. Nach einer Belastung von ca. 20 Tonnen pro Achse während 31 Monaten, bei durchschnittlich 50 Weichenverstellungen pro Tag, (und bei Ablaufbergen ca. 300 pro Tag) sind die   Polyurethangleitplat    ten in einem einwandfreien Zustand. Die Oberflächen sind hochglänzend, der Gleitwiderstand der Weichenzungen ist um ca. 10% herabgesetzt, und es sind kleine Ablösungen oder anderweitige Beschädigungen erkennbar.



  Die Temperatur betrug während der ganzen Testzeit    30    bis   +60oC.   



   Gleitplatten aus anderen synthetischen Materialien mussten periodisch geschmiert werden, da es Zunahme der   Gleitkräfte    teilweise zu Blockierungen gekommen war. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I

   Verfahren zum Verkleben von nicht direkt mit Metallen verklebbaren Kunststoffteilen für hohe Beanspruchung mit Metallteilen dadurch gekennzeichnet, dass man diese Kunststoffteile, die sich in noch nicht vollständig vernetztem Zustand befinden, mit einem Epoxidharzlaminat als Zwischenlage hinterfüttert und nach der vollständigen Durchhärtung mittels eines Epoxidharzklebers mit dem Metallteil verbindet.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man Kunststoffteile aus Polyurethan verwendet.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranpruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man ein mit einem Glasfasergewebe verstärktes Epoxidharzlaminat verwendet.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I u. den Unteransprüchen 1 und 2 zum Verkleben von Polyurethanplatten mit Metallteilen, dadurch gekennzeichnet, dass man diese Platten aus noch nicht auspolymerisiertem Polyurethan mit einem Glasfasergewebe, das mit noch nicht auspolymerisiertem Epoxidharz imprägniert ist, herstellt, hierauf die beiden genannten Polymertypen gemeinsam auspolymerisieren lässt und anschliessend diese Platten mittels des Epoxidharzklebers mit dem Metallteil verbindet.

   PATENTANSPRUCH II Anwendung der Verfahrens nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3 zur Bildung einer Gleitfläche für darübergleitende Metallteile.

   UNTERANSPRUCH 4. Anwendung nach Patentanspruch II für die bewegliche Federzunge bei Eisenbahnweichen.