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DE102018204407A1 - Function-integrated temperature control in steel-plastic hybrids with thermally conductive fillers - Google Patents

Function-integrated temperature control in steel-plastic hybrids with thermally conductive fillers Download PDF

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DE102018204407A1
DE102018204407A1 DE102018204407.4A DE102018204407A DE102018204407A1 DE 102018204407 A1 DE102018204407 A1 DE 102018204407A1 DE 102018204407 A DE102018204407 A DE 102018204407A DE 102018204407 A1 DE102018204407 A1 DE 102018204407A1
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DE
Germany
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thermoplastic
plastic layer
plastic
semi
finished product
Prior art date
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Application number
DE102018204407.4A
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German (de)
Inventor
Dieter Kalemba
Fabian Schongen
Philipp Grunden
Lothar Patberg
Andreas Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein tiefziehfähiges, platinen- oder bandförmiges Halbzeug zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund, das mindestens ein platinen- oder bandförmiges Metallblech und mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig aufgebrachte thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei die mindestens eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht mindestens einen die Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffschicht erhöhenden Füllstoff enthält und der mindestens eine Füllstoff entweder über die gesamte Kunststoffschicht oder in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht in anisotroper Verteilung vorliegt, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbzeugs und ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund.The present invention relates to a thermoformable, platinum or strip-shaped semi-finished product for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in the metal / plastic composite, comprising at least one platinum- or strip-shaped metal sheet and at least one on the metal sheet cohesively applied thermoplastic or thermosetting plastic layer, wherein the at least one thermoplastic or thermosetting plastic layer contains at least one of the heat conductivity of the plastic layer increasing filler and the at least one filler is present either over the entire plastic layer or in defined portions of the plastic layer in anisotropic distribution, a method for producing such a semi-finished product and a method for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in metal / plastic composite.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein tiefziehfähiges, platinen- oder bandförmiges Halbzeug zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund, das mindestens ein platinen- oder bandförmiges Metallblech und mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig aufgebrachte thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei die mindestens eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht mindestens einen die Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffschicht erhöhenden Füllstoff enthält und der mindestens eine Füllstoff entweder über die gesamte Kunststoffschicht oder in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht in anisotroper Verteilung vorliegt, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbzeugs und ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund.The present invention relates to a thermoformable, platinum or strip-shaped semi-finished product for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in the metal / plastic composite, comprising at least one platinum- or strip-shaped metal sheet and at least one on the metal sheet cohesively applied thermoplastic or thermosetting plastic layer, wherein the at least one thermoplastic or thermosetting plastic layer contains at least one of the heat conductivity of the plastic layer increasing filler and the at least one filler is present either over the entire plastic layer or in defined portions of the plastic layer in anisotropic distribution, a method for producing such a semi-finished product and a method for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in metal / plastic composite.

Im Bauwesen und insbesondere im Fahrzeugbau werden in hohem Maße Leichtbauteile verwendet, welche neben einem geringen Gewicht zusätzlich hohe Festigkeiten und Steifigkeiten aufweisen müssen. Häufig dienen entsprechende Leichtbauteile in einer Fahrzeugkarosserie als crashrelevante Strukturbauteile, wie etwa eine B-Säule, ein Stoßfänger, ein Seitenaufprallträger oder ein Batteriekasten in Elektrofahrzeugkonzepten. Ein Ansatz zur Erreichung derartiger Leichtbauteile ist, unterschiedliche Werkstoffe miteinander zu kombinieren.In construction and especially in vehicle lightweight components are used to a high degree, which in addition to a low weight must also have high strength and stiffness. Frequently, corresponding lightweight components in a vehicle body serve as crash-relevant structural components, such as a B pillar, a bumper, a side impact beam or a battery box in electric vehicle concepts. One approach to achieving such lightweight components is to combine different materials together.

Des Weiteren sollen Materialien, welche die oben genannten Eigenschaften aufweisen, mit weiteren Funktionen versehen werden, beispielsweise mit der Eigenschaft, Wärme zu leiten, um so Bauteile oder Aggregate durch das schnelle Abführen von Wärme über diese Materialien zu kühlen. Gleichzeitig sollen entsprechend funktionalisierte Werkstoffe leicht zu verarbeiten sein, insbesondere sollen sie leicht umformbar sein, damit ein möglichst großer Formenschatz zugänglich ist.Further, materials having the above-mentioned properties are to be provided with other functions, for example, heat-trapping property so as to cool components or aggregates by rapidly dissipating heat through these materials. At the same time appropriately functionalized materials should be easy to work with, in particular, they should be easily reshapeable, so that the greatest possible treasure is accessible.

Aus dem Stand der Technik sind Werkstoffe bekannt, in denen Materialien mit guten mechanischen Eigenschaften mit funktionalisierten Kunststoffen kombiniert werden.From the prior art materials are known in which materials with good mechanical properties are combined with functionalized plastics.

WO 2014/118210 A1 offenbart einen Verbundwerkstoff, in dem ein Kunststoff, ein Metall, eine keramische Masse, Holz, Glas oder textile Fasern mittels einer Kunststoffschicht auf Copolyamidbasis auf einen Faserverbundwerkstoff aufgebracht ist. Der Faserverbundwerkstoff basiert dabei auf einem thermoplastischen Kunststoff und kann Füllstoffe wie Talkum oder Kreide enthalten. WO 2014/118210 A1 discloses a composite material in which a plastic, a metal, a ceramic mass, wood, glass or textile fibers is applied to a fiber composite material by means of a copolyamide-based plastic layer. The fiber composite material is based on a thermoplastic material and may contain fillers such as talc or chalk.

WO 2017/102943 A1 offenbart einen Kunststoff-Metall-Hybridwerkstoff, in dem als Kunststoff ein Polyamid oder eine polyamidhaltige Zusammensetzung auf ein Metallblech aufgebracht wird. Die polyamidhaltige Schicht kann Füllstoffe, beispielsweise Glasperlen, Glasflocken, Kaolin, Talk, Mica, Wollastonit, Calciumcarbonat, Silica oder Kaliumtitanat, enthalten. WO 2017/102943 A1 discloses a plastic-metal hybrid material in which a polyamide or a polyamide-containing composition is applied to a metal sheet as a plastic. The polyamide-containing layer may contain fillers, for example glass beads, glass flakes, kaolin, talc, mica, wollastonite, calcium carbonate, silica or potassium titanate.

US 2015/0361304 A1 offenbart auch ein Metall-Kunststoff-Hybridmaterial. Dieses wird erhalten, indem ein Kunststoff auf die Oberfläche des Metalls aufgebracht wird. Die Kunststoffschicht kann Füllmittel, beispielsweise Talkpulver oder Kreide, enthalten. US 2015/0361304 A1 also discloses a metal-plastic hybrid material. This is obtained by applying a plastic to the surface of the metal. The plastic layer may contain fillers, for example talcum powder or chalk.

DE 10 2010 039 270 A1 offenbart ein Metall-Kunststoff-Verbundbauteil, welches eine Metallschicht als Dekorseite aufweist, auf deren Rückseite eine, vorzugsweise geschäumte, Kunststoffschicht vorliegt. Diese Kunststoffschicht kann Zusätze wie Talkum enthalten. DE 10 2010 039 270 A1 discloses a metal-plastic composite component, which has a metal layer as a decorative side, on the back of a, preferably foamed, plastic layer is present. This plastic layer may contain additives such as talc.

Von diesem Stand der Technik ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbzeug zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund zur Verfügung zu stellen, welches neben vorteilhaften mechanischen Eigenschaften auch eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Insbesondere sollen die erfindungsgemäßen Halbzeuge gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Werkstoffen eine optimierte Struktur aufweisen, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, und die notwendige Menge an wärmeleitfähigen Füllstoffen durch einen optimierten Aufbau der Kunststoffschicht zu verringern oder um die Wärme gezielt/geführt weiter zu leiten. Dadurch soll es möglich sein, entsprechende Hybridbauteile mit hohem Lastaufnahmevermögen bei geringem Gewicht und hoher Wärmeleitfähigkeit deutlich kostengünstiger herzustellen als dies mit den Verfahren des Standes der Technik möglich ist.Starting from this prior art, it is an object of the present invention to provide a semifinished product for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in the metal / plastic composite, which not only has advantageous mechanical properties but also very good thermal conductivity. In particular, the semifinished products according to the invention compared to the materials known from the prior art have an optimized structure to increase the thermal conductivity, and to reduce the necessary amount of thermally conductive fillers by optimizing the structure of the plastic layer or to direct the heat targeted / led on , This should make it possible to produce corresponding hybrid components with high load capacity at low weight and high thermal conductivity significantly cheaper than is possible with the method of the prior art.

Diese Aufgaben werden gelöst durch das erfindungsgemäße tiefziehfähige, platinen- oder bandförmige Halbzeug zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund, das mindestens ein platinen- oder bandförmiges Metallblech und mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig aufgebrachte thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei die mindestens eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht mindestens einen die Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffschicht erhöhenden Füllstoff enthält und der mindestens eine Füllstoff entweder über die gesamte Kunststoffschicht oder in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht in anisotroper Verteilung vorliegt.These objects are achieved by the inventive thermoformable, platinum or ribbon-shaped semi-finished product for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in the metal / plastic composite having at least one platinum or strip-shaped metal sheet and at least one on the metal sheet cohesively applied thermoplastic or thermosetting plastic layer, wherein the at least a thermoplastic or thermosetting plastic layer contains at least one filler which increases the thermal conductivity of the plastic layer and the at least one filler is present either in anisotropic distribution over the entire plastic layer or in defined subregions of the plastic layer.

Die Aufgaben werden des Weiteren gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen tiefziehfähigen, platinen- oder bandförmigen Halbzeugs, wobei die mindestens eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht enthaltend mindestens einen Füllstoff so auf mindestens ein platinen- oder bandförmiges Metallblech aufgebracht wird, dass der mindestens eine Füllstoff entweder über die gesamte Kunststoffschicht oder in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht in anisotroper Verteilung vorliegt, durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund, wobei ein erfindungsgemäßes Halbzeug verwendet wird, wobei an die als Koppelschicht ausgebildete thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht durch Spritzgießen, Pressformen, Fließpressen oder thermisches Pressen ein zusätzlicher Strukturkörper aus Kunststoff stoffschlüssig angeformt wird, und durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils.The objects are further solved by the inventive method for Production of a thermoformable, platinum or ribbon-shaped semi-finished product according to the invention, wherein the at least one thermoplastic or thermosetting plastic layer containing at least one filler is applied to at least one platinum or strip-shaped metal sheet such that the at least one filler either over the entire plastic layer or in defined sub-areas of Plastic layer is present in anisotropic distribution, by the inventive method for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in the metal / plastic composite, wherein a semi-finished product according to the invention is used, wherein the coupling layer formed as thermoplastic or thermosetting plastic layer by injection molding, compression molding, extrusion or thermal pressing an additional structural body is integrally formed from plastic, and by the use of a semifinished product according to the invention for producing a dreidime nsional shaped hybrid component.

Das erfindungsgemäße Halbzeug weist mindestens ein platinen- oder bandförmiges Metallblech auf.The semifinished product according to the invention has at least one sheet-metal or strip-shaped metal sheet.

Im Prinzip können erfindungsgemäß alle dem Fachmann als geeignet erscheinende Metallbleche verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Metallblech des erfindungsgemäßen Halbzeuges aus einem Stahlwerkstoff, besonders bevorzugt aus Dualphasen-Stahl oder einem anderen Leichtbaustahl, hergestellt. Ein Stahlwerkstoff zeichnet sich durch eine gute Umformbarkeit und hohe Festigkeit aus. Das Gefüge von Dualphasen-Stahl besteht bevorzugt aus einer weichen, ferritischen Matrix, in die eine zweite, harte, überwiegend martensitische Phase inselförmig eingelagert ist. Der Ferritanteil beträgt bevorzugt bis zu 90%. Neben Martensit können auch Anteile von Restaustenit und Bainit vorhanden sein. Bleche aus Dualphasen-Stahl eignen sich besonders für Kaltumformungen mit hohem Streckziehanteil zur Herstellung festigkeitsrelevanter Strukturelemente und Karosserieteile. Warmgewalzter Dualphasen-Stahl weist insbesondere Vorteile bei der gewichtssparenden Herstellung von Bauteilen wie Profilen, Karosserieverstärkungen und Fahrwerksteilen auf. Nach einer entsprechenden Wärmebehandlung, z.B. der sogenannten Bake-Hardening-Behandlung, werden zusätzliche Festigkeitszuwächse von beispielsweise über 30 MPa erreicht.In principle, according to the invention, it is possible to use all metal sheets which appear suitable to the person skilled in the art. In a preferred embodiment of the present invention, the metal sheet of the semifinished product according to the invention is made of a steel material, particularly preferably of dual-phase steel or another lightweight structural steel. A steel material is characterized by good formability and high strength. The microstructure of dual-phase steel preferably consists of a soft, ferritic matrix in which a second, hard, predominantly martensitic phase is embedded island-shaped. The ferrite content is preferably up to 90%. In addition to martensite, portions of retained austenite and bainite may also be present. Sheets made of dual-phase steel are particularly suitable for cold forming with a high ironing rate for the production of strength-relevant structural elements and body parts. Hot-rolled dual-phase steel has particular advantages in the weight-saving production of components such as profiles, body reinforcements and chassis parts. After a corresponding heat treatment, e.g. the so-called bake hardening treatment, additional strength gains of, for example, over 30 MPa are achieved.

Das mindestens eine Metallblech des erfindungsgemäßen Halbzeugs hat beispielsweise eine Dicke von 0,1 bis 2,5 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 1,0 mm, besonders bevorzugt von 0,25 bis 0,8 mm.The at least one metal sheet of the semifinished product according to the invention has, for example, a thickness of 0.1 to 2.5 mm, preferably of 0.1 to 1.0 mm, particularly preferably of 0.25 to 0.8 mm.

Die Herstellung des erfindungsgemäß eingesetzten Metallblechs kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Insbesondere kann als Metallblech ein Warmband oder ein Kaltband, weiter bevorzugt als Coil oder als Platine, eingesetzt werden.The production of the metal sheet used according to the invention can be carried out by methods known to the person skilled in the art. In particular, as a metal sheet, a hot strip or a cold strip, more preferably as a coil or as a board, are used.

Anstelle eines Metallblechs aus Stahlwerkstoff kann das erfindungsgemäße Halbzeug auch ein Metallblech aus Magnesium oder Aluminium aufweisen.Instead of a metal sheet of steel material, the semifinished product according to the invention may also have a metal sheet of magnesium or aluminum.

Das erfindungsgemäße Halbzeug weist mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig aufgebrachte thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht auf, wobei die mindestens eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht mindestens einen die Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffschicht erhöhenden Füllstoff enthält und der mindestens eine Füllstoff entweder über die gesamte Kunststoffschicht oder in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht in anisotroper Verteilung vorliegt. Im Prinzip kann in dem erfindungsgemäßen Halbzeug jeder dem Fachmann bekannte thermoplastische oder duroplastische Kunststoff oder Mischungen davon eingesetzt werden.The semifinished product according to the invention has at least one thermoplastic or thermosetting plastic layer cohesively applied to the metal sheet, the at least one thermoplastic or thermosetting plastic layer containing at least one filler increasing the thermal conductivity of the plastic layer and the at least one filler either over the entire plastic layer or in defined subregions of the plastic layer in anisotropic distribution. In principle, any thermoplastic or thermosetting plastic known to the person skilled in the art or mixtures thereof can be used in the semi-finished product according to the invention.

Beispielsweise ist der vorliegende mindestens eine thermoplastische Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethyl(meth)acrylat (PM(M)A), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamiden (PA), Polycarbonaten (PC), Polyestern wie Polyethylenterephthalat (PET), Polylactat (PLA), Polyurethanen (PU), Polysulfiden (PS), Polyetheretherketonen (PEEK), Polyarylen, aromatischen Polyester, Polyaramiden wie Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Polyaramid-Fasern, heterocyclischen Polymeren wie Polyimiden, Polybenzimidazolen, Polyetherimiden, Flüssigkristallpolymeren (LCP Liquid Crystalline Polymers), Fluorpolymeren, Perfluoroxyalkan (PFA), Polyphenylenen, thermoplastischen Elastomeren und Mischungen davon.For example, the present at least one thermoplastic material is selected from the group consisting of polyolefins such as acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polymethyl (meth) acrylate (PM (M) A), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene ( PS), polyvinyl chloride (PVC), polyamides (PA), polycarbonates (PC), polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polylactate (PLA), polyurethanes (PU), polysulfides (PS), polyetheretherketones (PEEK), polyarylenes, aromatic polyesters, Polyaramids such as poly-m-phenylene isophthalamide (PMI), polyaramid fibers, heterocyclic polymers such as polyimides, polybenzimidazoles, polyetherimides, liquid crystal polymers (LCP Liquid Crystalline Polymers), fluoropolymers, perfluorooxyalkane (PFA), polyphenylenes, thermoplastic elastomers, and mixtures thereof.

Beilspielhafte duroplastische Kunststoffe sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen (EP), Harnstoff-Formaldehydharzen (UF), Phenol-Formaldehydharzen (PF), Melamin-Formaldehydharzen (MF), Melamin/Phenol-Formaldehyden (MPF), Polyestern (PES), Polyurethanen (PUR), ungesättigten Polyestern (UP), beliebigen Mischungen, Compounds und funktionalisierte Varianten davon.By-product thermosetting plastics are selected from the group consisting of epoxy resins (EP), urea-formaldehyde resins (UF), phenol-formaldehyde resins (PF), melamine-formaldehyde resins (MF), melamine / phenol formaldehydes (MPF), polyesters (PES), Polyurethanes (PU), unsaturated polyesters (UP), any mixtures, compounds and functionalized variants thereof.

Weitere bevorzugte duroplastische Kunststoffe sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus teilvernetzten (bi-stage)-Polymeren, die ihre finalen Eigenschaften abschließend durch chemisch, thermisch, katalytisch und/oder photolytisch initierte Polymerisation erhalten, und Mischungen davon.Further preferred thermosetting plastics are selected from the group consisting of partially crosslinked (bi-stage) polymers, which finally obtain their final properties by chemically, thermally, catalytically and / or photolytically initiated polymerization, and mixtures thereof.

Weiter bevorzugt ist der eine thermoplastische Kunststoff erfindungsgemäß ein thermoplastisches Elastomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus thermoplastischen Polyurethanen (TPU), Naturkautschuken (NR), Silicon-Kautschuken (SIR), Silicon-Butadien-Kautschuken (SBR), Polyvinylbutyralen (PVB), Polyisobutylenen (PIB), Isopren-Kautschuken (IR), Ethylenvinylacetaten (EVA), Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuken (EPDM), Ethylen-Propylen-Copolymeren (EPM), Ethylen-Ethylacrylat-Copolymeren (E/EA), Chloropren-Kautschuken (CR), Butadien-Kautschuken (BR), Acrylnitril/Methylmethacrylaten (A/MMA), Butylkautschuken (llR), Styrol-Butadien-Styrolen (SBS), Polyether-Block-Amiden (PEBA), Mischungen, Compounds und funktionalisierte Varianten davon. More preferably, the one thermoplastic resin according to the invention is a thermoplastic elastomer selected from the group consisting of thermoplastic polyurethanes (TPU), natural rubbers (NR), silicone rubbers (SIR), silicone butadiene rubbers (SBR), polyvinyl butyrals (PVB), polyisobutylenes (PIB), isoprene rubbers (IR), ethylene vinyl acetates (EVA), ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM), ethylene-propylene copolymers (EPM), ethylene-ethyl acrylate copolymers (E / EA), chloroprene rubbers (CR), butadiene rubbers (BR), acrylonitrile / methyl methacrylates (A / MMA), butyl rubbers (IIR), styrene-butadiene styrenes (SBS), polyether block amides (PEBA), blends, compounds and functionalized variants thereof ,

Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Halbzeug, wobei der mindestens eine thermoplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethyl(meth)acrylat (PM(M)A), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamiden (PA), Polycarbonaten (PC), Polyestern wie Polyethylenterephthalat (PET), Polylactat (PLA), Polyurethanen (PU), Polysulfiden (PS), Polyetheretherketonen (PEEK), Polyarylen, aromatischen Polyester, Polyaramiden wie Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Polyaramid-Fasern, heterocyclischen Polymeren wie Polyimiden, Polybenzimidazolen, Polyetherimiden, Flüssigkristallpolymeren (LCP Liquid Crystalline Polymers), Fluorpolymeren, Perfluoroxyalkan (PFA), Polyphenylenen, thermoplastischen Elastomeren und Mischungen davon.The present invention therefore preferably relates to the semi-finished product according to the invention, wherein the at least one thermoplastic is selected from the group consisting of polyolefins such as acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polymethyl (meth) acrylate (PM (M) A), polyethylene (PE ), Polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyamides (PA), polycarbonates (PC), polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polylactate (PLA), polyurethanes (PU), polysulfides (PS), polyetheretherketones (PEEK), polyarylene, aromatic polyesters, polyaramides such as poly-m-phenylene isophthalamide (PMI), polyaramid fibers, heterocyclic polymers such as polyimides, polybenzimidazoles, polyetherimides, liquid crystal polymers (LCP Liquid Crystalline Polymers), fluoropolymers, perfluorooxyalkane (PFA), polyphenylenes, thermoplastic elastomers and mixtures thereof.

Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt das erfindungsgemäße Halbzeug, wobei der duroplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen (EP), Harnstoff-Formaldehydharzen (UF), Phenol-Formaldehydharzen (PF), Melamin-Formaldehydharzen (MF), Melamin/Phenol-Formaldehyden (MPF), Polyestern (PES), Polyurethanen (PUR), ungesättigten Polyestern (UP), beliebigen Mischungen, Compounds und funktionalisierte Varianten davon,
oder ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus teilvernetzten (bi-stage)-Polymeren, die ihre finalen Eigenschaften abschließend durch chemisch, thermisch, katalytisch und/oder photolytisch initierte Polymerisation erhalten, und Mischungen davon.
The present invention preferably relates to the semifinished product according to the invention, wherein the thermosetting plastic is selected from the group consisting of epoxy resins (EP), urea-formaldehyde resins (UF), phenol-formaldehyde resins (PF), melamine-formaldehyde resins (MF), melamine / phenol Formaldehydes (MPF), polyesters (PES), polyurethanes (PUR), unsaturated polyesters (UP), any mixtures, compounds and functionalized variants thereof,
or is selected from the group consisting of partially crosslinked (bi-stage) polymers, which finally obtain their final properties by chemically, thermally, catalytically and / or photolytically initiated polymerization, and mixtures thereof.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch bevorzugt das erfindungsgemäße Halbzeug, wobei der mindestens eine thermoplastische Kunststoff ein thermoplastisches Elastomer ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus thermoplastischen Polyurethanen (TPU), Naturkautschuken (NR), Silicon-Kautschuken (SIR), Silicon-Butadien-Kautschuken (SBR), Polyvinylbutyralen (PVB), Polyisobutylenen (PIB), Isopren-Kautschuken (IR), Ethylenvinylacetaten (EVA), Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuken (EPDM), Ethylen-Propylen-Copolymeren (EPM), Ethylen-Ethylacrylat-Copolymeren (E/EA), Chloropren-Kautschuken (CR), Butadien-Kautschuken (BR), Acrylnitril/Methylmethacrylaten (A/MMA), Butylkautschuken (IIR), Styrol-Butadien-Styrolen (SBS), Polyether-Block-Amiden (PEBA), Mischungen, Compounds und funktionalisierte Varianten davon.The present invention also preferably relates to the semi-finished product according to the invention, wherein the at least one thermoplastic resin is a thermoplastic elastomer selected from the group consisting of thermoplastic polyurethanes (TPU), natural rubbers (NR), silicone rubbers (SIR), silicone butadiene rubbers ( SBR), polyvinyl butyrals (PVB), polyisobutylenes (PIB), isoprene rubbers (IR), ethylene vinyl acetates (EVA), ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM), ethylene-propylene copolymers (EPM), ethylene-ethyl acrylate copolymers (E / EA), chloroprene rubbers (CR), butadiene rubbers (BR), acrylonitrile / methyl methacrylates (A / MMA), butyl rubbers (IIR), styrene-butadiene styrenes (SBS), polyether block amides (PEBA ), Mixtures, compounds and functionalized variants thereof.

Die auf dem Metallblech stoffschlüssig aufgebrachte thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht besitzt beispielsweise eine Dicke von 0,01 bis 2 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 1,0 mm, besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,1 mm. Für den erfindungsgemäßen Fall, dass die Kunststoffschicht aus mehreren einzelnen Schichten gebildet wird, gelten die genannten Dicken für die gesamte Kunststoffschicht.The cohesively applied to the metal sheet thermoplastic or thermosetting plastic layer has, for example, a thickness of 0.01 to 2 mm, preferably from 0.05 to 1.0 mm, particularly preferably from 0.05 to 0.1 mm. For the case according to the invention that the plastic layer is formed from a plurality of individual layers, said thicknesses apply to the entire plastic layer.

Erfindungsgemäß enthält die mindestens eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht mindestens einen die Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffschicht erhöhenden Füllstoff.According to the invention, the at least one thermoplastic or thermosetting plastic layer contains at least one filler which increases the thermal conductivity of the plastic layer.

Im Prinzip können erfindungsgemäß alle dem Fachmann bekannten Füllstoffe eingesetzt werden, die dazu geeignet sind, die Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffschicht zu erhöhen.In principle, according to the invention, it is possible to use all fillers known to the person skilled in the art which are suitable for increasing the thermal conductivity of the plastic layer.

Bevorzugt ist der mindestens eine in der Kunststoffschicht vorhandene Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metallpartikeln, beispielsweise Cu, Ag, Au, Ti, Zr, Ni oder Mischungen davon, Ruß, Kohlenstoff, Graphiten, Kohlefasern, Nanotubes, Fullerenen, leitfähigen Keramiken, beispielsweise Supraleiter, Naturstoffe, künstlich erzeugte, beispielsweise dotierte, leitfähige Komponenten und Mischungen davon.Preferably, the at least one filler present in the plastic layer is selected from the group consisting of metal particles, for example Cu, Ag, Au, Ti, Zr, Ni or mixtures thereof, carbon black, carbon, graphites, carbon fibers, nanotubes, fullerenes, conductive ceramics, for example Superconductors, natural products, artificially generated, for example doped, conductive components and mixtures thereof.

Weiter bevorzugt liegt der mindestens eine in der Kunststoffschicht vorhandene Füllstoff in Form von Fasern, kugelförmigen Partikeln, unregelmäßig geformten Partikeln und Mischungen davon, vor.More preferably, the at least one filler present in the plastic layer is in the form of fibers, spherical particles, irregularly shaped particles and mixtures thereof.

Erfindungsgemäß liegt der mindestens eine Füllstoff im Prinzip in einer Menge vor, die ausreicht, um der erfindungsgemäß vorliegenden Kunststoffschicht eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit zu verleihen. Beispielsweise enthält die Kunststoffschicht 0,1 bis 99 Gew.-% des mindestens einen Füllstoffs.According to the invention, the at least one filler is present in principle in an amount which is sufficient to impart a sufficiently high thermal conductivity to the plastic layer according to the invention. For example, the plastic layer contains 0.1 to 99 wt .-% of the at least one filler.

Erfindungsgemäß liegt der mindestens eine Füllstoff entweder über die gesamte Kunststoffschicht oder in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht in anisotroper Verteilung vor.According to the invention, the at least one filler is present either over the entire plastic layer or in defined subregions of the plastic layer in anisotropic distribution.

Erfindungsgemäß bedeutet „in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht“, dass der mindestens eine Füllstoff nicht in der gesamten Kunststoffschicht, sondern nur in Teilbereichen vorliegt, beispielsweise liegt der mindestens eine Füllstoff bevorzugt in einem Teilbereich vor, der 0,1 bis 95 Flächen-%, bezogen auf die Gesamtfläche der Kunststoffschicht, beträgt. According to the invention, "in defined subregions of the plastic layer" means that the at least one filler is not present in the entire plastic layer, but only in some areas, for example, the at least one filler is preferably present in a partial area, which is 0.1 to 95 area% on the total area of the plastic layer.

Der Begriff „in anisotroper Verteilung“ ist dem Fachmann an sich bekannt. Erfindungsgemäß bedeutet „in anisotroper Verteilung“ bevorzugt, dass der mindestens eine Füllstoff entlang wenigstens einer Raumrichtung der Kunststoffschicht in unterschiedlichen Konzentrationen vorliegt.The term "anisotropic distribution" is known per se to those skilled in the art. According to the invention, "in anisotropic distribution" means that the at least one filler is present in different concentrations along at least one spatial direction of the plastic layer.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der mindestens eine Füllstoff entlang der Raumrichtung, die senkrecht zu dem Metallblech und der Kunststoffschicht steht, in unterschiedlichen Konzentrationen vor. Beispielsweise kann die Konzentration in der Kunststoffschicht an dem Metallblech am höchsten sein und abnehmen, je größer die Entfernung innerhalb der Kunststoffschicht zu dem Metallblech ist. Weiterhin kann die Konzentration in der Kunststoffschicht an das Metallblech angrenzend am geringsten sein und zunehmen, je größer die Entfernung innerhalb der Kunststoffschicht zu dem Metallblech ist. Weiterhin kann die Konzentration in der Kunststoffschicht an das Metallblech angrenzend am geringsten sein, zunehmen und anschließend wieder abnehmen, je größer die Entfernung innerhalb der Kunststoffschicht zu dem Metallblech ist.In a preferred embodiment of the present invention, the at least one filler is present in different concentrations along the spatial direction, which is perpendicular to the metal sheet and the plastic layer. For example, the concentration in the plastic layer on the metal sheet may be highest and decrease as the distance within the plastic layer to the metal sheet increases. Furthermore, the concentration in the plastic layer adjacent to the metal sheet may be lowest and increase as the distance within the plastic layer to the metal sheet increases. Furthermore, the concentration in the plastic layer adjacent to the metal sheet may be lowest, increase, and then decrease again, the greater the distance within the plastic layer to the metal sheet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der mindestens eine Füllstoff entlang der Raumrichtung parallel zu dem Metallblech und der Kunststoffschicht in unterschiedlichen Konzentrationen vor. Beispielsweise kann die Konzentration in der Kunststoffschicht parallel zu dem Metallblech abnehmen, zunehmen, abnehmen und dann wieder zunehmen oder zunehmen und dann wieder abnehmen.In a further preferred embodiment of the present invention, the at least one filler is present in different concentrations along the spatial direction parallel to the metal sheet and the plastic layer. For example, the concentration in the plastic layer may decrease parallel to the metal sheet, increase, decrease and then increase or increase again and then decrease again.

Weiter bevorzugt kann die Konzentration des mindestens einen Füllstoffs innerhalb einer Entfernung von 0,0001 bis 10 mm, bevorzugt 0,001 bis 5 mm, in der Kunststoffschicht von 0,01 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 90 Gew.-%, auf 0 bis 1 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% abnehmen.More preferably, the concentration of the at least one filler within a distance of 0.0001 to 10 mm, preferably 0.001 to 5 mm, in the plastic layer of 0.01 to 99 wt .-%, preferably 1 to 90 wt .-%, on 0 to 1 wt .-%, preferably 0.1 to 1 wt .-% decrease.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Konzentration des mindestens einen Füllstoffs innerhalb einer Entfernung von 0,001 bis 10 mm, bevorzugt 0,01 bis 9 mm, in der Kunststoffschicht von 0 bis 0,001. Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-%, auf 5 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 70 Gew.-% zunehmen.In a further preferred embodiment, the concentration of the at least one filler within a distance of 0.001 to 10 mm, preferably 0.01 to 9 mm, in the plastic layer from 0 to 0.001. Wt .-%, preferably 0.1 to 1 wt .-%, to 5 to 99 wt .-%, preferably 10 to 70 wt .-% increase.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbzeugs liegen zwei oder mehr thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschichten vor, die die gesamte thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht bilden.In a preferred embodiment of the semi-finished product according to the invention, there are two or more thermoplastic or duroplastic plastic layers which form the entire thermoplastic or thermoset plastic layer.

In dieser Ausführungsform ist es weiter bevorzugt, dass in jeder der vorhandenen Kunststoffschichten eine oben beschriebene Anisotropie vorliegt, wobei diese einzelnen Anisotropien gleich oder unterschiedlich sein können.In this embodiment, it is further preferred that in each of the existing plastic layers there is an anisotropy described above, wherein these individual anisotropies may be the same or different.

In dieser Ausführungsform ist es auch möglich, dass in jeder einzelnen der vorhandenen Kunststoffschichten keine Anisotropie vorliegt, dass aber dadurch, dass in den einzelnen Kunststoffschichten unterschiedliche Konzentrationen an mindestens einem Füllstoff vorliegen, über die gesamte Kunststoffschicht eine Anisotropie vorliegt. Die Konzentrationen in den einzelnen Schichten können dabei beispielsweise 50 bis 90 Gew.-% in der Schicht mit der höchsten Konzentration bis 0 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,001 bis 100 Gew.-%, in der Schicht mit der niedrigsten Konzentration betragen.In this embodiment, it is also possible that there is no anisotropy in each of the existing plastic layers, but that there is an anisotropy over the entire plastic layer due to the fact that different concentrations of at least one filler are present in the individual plastic layers. The concentrations in the individual layers may be, for example, 50 to 90 wt .-% in the layer with the highest concentration to 0 to 10 wt .-%, preferably 0.001 to 100 wt .-%, in the layer with the lowest concentration.

Das stoffschlüssige Aufbringen der mindestens einen thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht auf dem Metallblech kann im Prinzip nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Aufbringen durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Verfahren, wobei Stahlbänder und/oder Tafeln verarbeitet werden können. Beispielhaft seinen Verfahren genannt unter Verwendung einer Plattenpresse, einer Laminieranlage, eines Kalanders, einer Doppelbandpresse oder einer Bandbeschichtungsanlage. Solche Verfahren sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in DE 10 2013 109616 A1 beschrieben.The cohesive application of the at least one thermoplastic or thermosetting plastic layer on the metal sheet can in principle be carried out according to all methods known to the person skilled in the art. Preferably, the application is carried out by continuous or batch processes, wherein steel strips and / or sheets can be processed. Exemplified by his method using a platen press, a laminator, a calender, a double belt press or a belt coater. Such methods are known per se to the person skilled in the art and, for example, in US Pat DE 10 2013 109616 A1 described.

Vor dem Aufbringen und/oder während des Aufbringens der mindestens einen Kunststoffschicht auf das Metallblech kann der mindestens eine Füllstoff dem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff durch dem Fachmann bekannte Verfahren zugesetzt werden, beispielsweise Compoundieren.Before the application and / or during the application of the at least one plastic layer to the metal sheet, the at least one filler may be added to the thermoplastic or thermosetting plastic by methods known to those skilled in the art, for example compounding.

Die erfindungsgemäß zumindest in Teilbereichen der Kunststoffschicht vorliegende Anisotropie des mindestens einen Füllstoffs kann beispielsweise dadurch erhalten werden, dass die Konzentration des mindestens einen Füllstoffs in dem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff während des Aufbringens verändert, d.h. erhöht oder gesenkt, wird. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass mehrere Kunststoffschichten aufgebracht werden, wobei jede einzelne Kunststoffschicht eine andere Konzentration an mindestens einem Füllstoff aufweist, so dass die erfindungsgemäß zumindest in Teilbereichen vorliegende Anisotropie über die aus den einzelnen Kunststoffschichten ausgebildete Gesamtschicht ausgebildet wird.The anisotropy of the at least one filler present according to the invention at least in partial regions of the plastic layer can be obtained, for example, by changing, ie increasing or decreasing, the concentration of the at least one filler in the thermoplastic or thermoset plastic during the application. It is according to the invention also possible that a plurality of plastic layers are applied, wherein each individual plastic layer has a different concentration of at least one filler, so that the present invention at least in some areas anisotropy on the formed the individual plastic layers formed overall layer.

Wird erfindungsgemäß mindestens ein duroplastischer Kunststoff aufgebracht, so wird nach dem Aufbringen der Kunststoffschicht aus einem duroplastischen Kunststoff bevorzugt ein oder mehrere Schritt(e) durchgeführt, um den duroplastischen Kunststoff zu härten, beispielsweise wird die Polymerisation chemisch, thermisch und/oder photolytisch initiert.If at least one thermosetting plastic is applied according to the invention, one or more steps are preferably carried out after the application of the plastic layer of a thermosetting plastic in order to harden the thermosetting plastic, for example the polymerization is initiated chemically, thermally and / or photolytically.

In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Halbzeug, wobei die Seite des Metallblechs, auf welcher die thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht aufgebracht ist, eine die Haftung der Kunststoffschicht verbessernde Oberfläche aufweist. Um eine solche Oberfläche zu erhalten, kann das Metallblech einer entsprechenden Oberflächenbehandlung unterworfen werden. Bei der Oberflächenbehandlung kann es sich insbesondere um eine Plasmabehandlung, Plasmabeschichtung, Coronabehandlung oder das Auftragen einer haftvermittelnden Schicht in einem Coil-Coating-, Dip- oder Dropcoating-Verfahren handeln. Die haftvermittelnde Schicht enthält beispielsweise Silane, Titanate, Zirkonate, Aluminate, Phosphorsäureester, Phosphate oder Mischungen davon.In a preferred embodiment, the present invention relates to the semifinished product according to the invention, wherein the side of the metal sheet, on which the thermoplastic or thermosetting plastic layer is applied, has a surface which improves the adhesion of the plastic layer. In order to obtain such a surface, the metal sheet may be subjected to a corresponding surface treatment. The surface treatment may in particular be a plasma treatment, plasma coating, corona treatment or the application of an adhesion-promoting layer in a coil coating, dip or drop coating process. The adhesion-promoting layer contains, for example, silanes, titanates, zirconates, aluminates, phosphoric esters, phosphates or mixtures thereof.

Des Weiteren kann die Haftvermittlung z. B. durch mechanisch, physikalisch oder chemische Veränderung und/oder Aktivierung wie Oberflächenvergrößerung, Aufrauung, Polarisierung, Hydroxylierung, Ladungsübertragung, Reinigung, Entfettung o. ä. der Metalloberflächen erfolgen. Beispielhaft wäre die Applikation einer wässrigen Lösung mit anorganischen und organischen Bestandteilen, die je nach Metall sauer oder basisch sein kann, was ein Anbeizen und Aufrauen der Oberfläche erlaubt und auch dünnste Oxidlagen vom Metall ablöst. Auf der Metalloberfläche scheidet sich der Haftvermittler der aus polaren und unpolaren Gruppen besteht, ab. Während die polaren Bereiche sich zur Metalloberfläche orientieren, ermöglichen die unpolare Bereiche des Haftvermittlers die Anbindung an die Polymere Komponenten.Furthermore, the adhesion mediation z. B. by mechanical, physical or chemical modification and / or activation such as surface enlargement, roughening, polarization, hydroxylation, charge transfer, cleaning, degreasing o. Ä. The metal surfaces take place. An example would be the application of an aqueous solution with inorganic and organic constituents, which may be acidic or basic depending on the metal, which allows a pickling and roughening of the surface and even the thinnest oxide layers separates from the metal. On the metal surface, the adhesion promoter which consists of polar and nonpolar groups, separates. While the polar regions are oriented towards the metal surface, the non-polar regions of the adhesion promoter allow the attachment to the polymer components.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech kann unbeschichtet eingesetzt werden. Das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech wird in einer bevorzugten Ausführungsform beschichtet eingesetzt. Entsprechende, insbesondere vor Korrosion schützende, Beschichtungen sind dem Fachmann an sich bekannt und sind zum Beispiel anorganische Beschichtungen wie Metalle oder Keramiken oder organische Beschichtungen auf Polymerbasis.The metal sheet used according to the invention can be used uncoated. The metal sheet used according to the invention is used coated in a preferred embodiment. Corresponding coatings, which protect against corrosion in particular, are known per se to a person skilled in the art and are, for example, inorganic coatings such as metals or ceramics or organic coatings based on polymers.

Bevorzugt werden metallische Beschichtungen basierend auf Zink, Aluminium, Zinklegierungen oder Aluminiumlegierungen in Kombination mit Silizium und/oder Magnesium eingesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Halbzeug, welches ein Metallblech enthält, welches eine Oberflächenbeschichtung aufweist. Die Beschichtung kann auf das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech im Allgemeinen nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise elektrolytische Beschichtung, Schmelztauchverfahren oder Aufdampfen. Die Beschichtung kann ein- oder beidseitig vorliegen. Wird das in dem erfindungsgemäßen abschirmenden Halbzeug vorliegende Metallblech mit einer entsprechenden Oberflächenbeschichtung versehen und verwendet, ist es vorteilhafterweise besser gegen Korrosion geschützt.Preference is given to using metallic coatings based on zinc, aluminum, zinc alloys or aluminum alloys in combination with silicon and / or magnesium. The present invention therefore preferably relates to the semi-finished product according to the invention which contains a metal sheet which has a surface coating. The coating can be applied to the metal sheet used according to the invention in general by all methods known to the person skilled in the art, for example electrolytic coating, hot dip method or vapor deposition. The coating can be present on one or both sides. If the metal sheet present in the shielding semifinished product according to the invention is provided with a corresponding surface coating and used, it is advantageously better protected against corrosion.

In seitens der Anmelderin durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass ein erfindungsgemäßes Halbzeug, dessen Metallblech und Kunststoffschicht Dicken in den genannten Bereichen aufweisen, im Tiefungsversuch nach Erichsen bei Raumtemperatur und Werkzeugtemperatur von 100 °C gut tiefziehfähig ist. Die als Koppelschicht dienende thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht fließt beim Tiefziehen des erfindungsgemäßen Halbzeugs mit dem Metallblech mit und verliert dabei seine Haftung nicht.In experiments carried out by the applicant, it has been shown that a semifinished product according to the invention, whose metal sheet and plastic layer have thicknesses in the stated ranges, is well deep-drawable in the deepening test according to Erichsen at room temperature and mold temperature of 100.degree. Serving as a coupling layer thermoplastic or thermosetting plastic layer flows during deep drawing of the semifinished product according to the invention with the metal sheet and does not lose its liability.

Die Funktion der thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht (Koppelschicht) des erfindungsgemäßen Halbzeugs besteht darin, dass sich diese mit einer Vielzahl von anderen Kunststoffen zuverlässig, ohne Aufbringen von zusätzlichem Klebstoff, stoffschlüssig verbinden lässt. Im Spritzgussprozess wird hierzu beispielsweise die Energie der Kunststoffschmelze genutzt, um die Oberfläche der Koppelschicht zu aktivieren und den Stoffschluss herzustellen. Nach Abkühlung der Schmelze liegt ein perfekter Verbund zwischen der Koppelschicht und dem angespritzten Kunststoff vor.The function of the thermoplastic or thermosetting plastic layer (coupling layer) of the semifinished product according to the invention is that it can be reliably bonded with a large number of other plastics, without the application of additional adhesive. In the injection molding process, for example, the energy of the plastic melt is used to activate the surface of the coupling layer and produce the material bond. After cooling the melt is a perfect bond between the coupling layer and the molded plastic.

Bei dem angespritzten Kunststoff kann es sich nicht nur um thermoplastischen Kunststoff, sondern auch um duroplastischen Kunststoff und/oder um einen Kunststoff aus dem Bereich der Elastomere handeln.The molded plastic may not only be thermoplastic material but also thermoset plastic and / or a plastic material in the field of elastomers.

Erfindungsgemäß bevorzugt als Strukturkörper, der an die Kunststoffschicht angespritzt wird, einsetzbare Beispiele für thermoplastische, duroplastische Kunststoffe oder thermoplastische Elastomere sind thermoplastische Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethyl(meth)acrylat (PM(M)A), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamiden (PA), Polycarbonaten (PC), Polyestern wie Polyethylenterephthalat (PET), Polylactat (PLA), Polyurethanen (PU), Polysulfiden (PS), Polyetheretherketonen (PEEK), Polyarylen, aromatischen Polyester, Polyaramiden wie Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Polyaramid-Fasern, heterocyclischen Polymeren wie Polyimiden, Polybenzimidazolen, Polyetherimiden, Flüssigkristallpolymeren (LCP Liquid Crystalline Polymers), Fluorpolymeren, Perfluoroxyalkan (PFA), Polyphenylenen, thermoplastischen Elastomeren und Mischungen davon,
duroplastische Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen (EP), Harnstoff-Formaldehydharzen (UF), Phenol-Formaldehydharzen (PF), Melamin-Formaldehydharzen (MF), Melamin/ Phenol-Formaldehyden (MPF), Polyestern (PES), Polyurethanen (PUR), ungesättigten Polyestern (UP), beliebigen Mischungen, Compounds und funktionalisierte Varianten davon,
oder ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus teilvernetzten (bi-stage)-Polymeren, die ihre finalen Eigenschaften abschließend durch chemisch, thermisch, katalytisch und/oder photolytisch initierte Polymerisation erhalten, und Mischungen davon,
oder thermoplastische Elastomere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus thermoplastischen Polyurethanen (TPU), Naturkautschuken (NR), Silicon-Kautschuken (SIR), Silicon-Butadien-Kautschuken (SBR), Polyvinylbutyralen (PVB), Polyisobutylenen (PIB), Isopren-Kautschuken (IR), Ethylenvinylacetaten (EVA), Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuken (EPDM), Ethylen-Propylen-Copolymeren (EPM), Ethylen-Ethylacrylat-Copolymeren (E/EA), Chloropren-Kautschuken (CR), Butadien-Kautschuken (BR), Acrylnitril/ Methylmethacrylaten (A/MMA), Butylkautschuken (IIR), Styrol-Butadien-Styrolen (SBS), Polyether-Block-Amiden (PEBA), Mischungen, Compounds und funktionalisierte Varianten davon.
Examples of thermoplastic, thermoset plastics or thermoplastic elastomers which can be used according to the invention as a structural body which is injection-molded onto the plastic layer are thermoplastic polymers selected from the group consisting of polyolefins, such as acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polymethyl (meth) acrylate (PM ( M) A), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyamides (PA), polycarbonates (PC), polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polylactate (PLA), polyurethanes (PU ), Polysulfides (PS), Polyether ether ketones (PEEK), polyarylene, aromatic polyesters, polyaramides such as poly-m-phenylene isophthalamide (PMI), polyaramid fibers, heterocyclic polymers such as polyimides, polybenzimidazoles, polyetherimides, liquid crystal polymers (LCP Liquid Crystalline Polymers), fluoropolymers, perfluorooxyalkane (PFA), polyphenylenes , thermoplastic elastomers and mixtures thereof,
thermosetting plastics selected from the group consisting of epoxy resins (EP), urea-formaldehyde resins (UF), phenol-formaldehyde resins (PF), melamine-formaldehyde resins (MF), melamine / phenol formaldehydes (MPF), polyesters (PES), polyurethanes ( PUR), unsaturated polyesters (UP), any mixtures, compounds and functionalized variants thereof,
or selected from the group consisting of partially crosslinked (bi-stage) polymers which are finally obtained by chemically, thermally, catalytically and / or photolytically initiated polymerization, and mixtures thereof,
or thermoplastic elastomers selected from the group consisting of thermoplastic polyurethanes (TPU), natural rubbers (NR), silicone rubbers (SIR), silicone butadiene rubbers (SBR), polyvinyl butyrals (PVB), polyisobutylenes (PIB), isoprene rubbers ( IR), ethylene vinyl acetates (EVA), ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM), ethylene-propylene copolymers (EPM), ethylene-ethyl acrylate copolymers (E / EA), chloroprene rubbers (CR), butadiene rubbers (US Pat. BR), acrylonitrile / methyl methacrylates (A / MMA), butyl rubbers (IIR), styrene-butadiene styrenes (SBS), polyether block amides (PEBA), blends, compounds and functionalized variants thereof.

Weiterhin ist es möglich, durch Plasma- oder Coronavorbehandlung vor dem Spritzgießprozess die Koppelschichtoberfläche zusätzlich zu aktivieren, um das Spektrum der einsetzbaren Kunststoffe zu erweitern. Mit dem erfindungsgemäßen Halbzeug lassen sich die am Standort eines Automobilherstellers bzw. Bauteilzulieferers auszuführenden Arbeitsschritte zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils erheblich reduzieren. Beispielsweise hat der Automobilhersteller bzw. Bauteilzulieferer mit dem erfindungsgemäßen Halbzeug insbesondere die Möglichkeit, ein dreidimensional geformtes Hybridbauteils durch folgende Prozessschritte herzustellen:

  1. 1. Platinen- oder bandförmiges Halbzeug konfektionieren (Zuschneiden);
  2. 2. Zugeschnittenes Halbzeug zu einem Umformwerkzeug mit integriertem Spritzgießaggregat transportieren und einlegen;
  3. 3. Umformen und Hinterspritzen des Halbzeugzuschnitts in einem Schritt.
Furthermore, it is possible to additionally activate the coupling layer surface by plasma or corona pretreatment before the injection molding process, in order to widen the spectrum of usable plastics. The semifinished product according to the invention makes it possible to considerably reduce the work steps to be carried out at the location of an automobile manufacturer or component supplier for producing a three-dimensionally shaped hybrid component. For example, the automobile manufacturer or component supplier with the semifinished product according to the invention has, in particular, the possibility of producing a three-dimensionally shaped hybrid component by the following process steps:
  1. 1. Assemble blank or ribbon-shaped semi-finished products (cutting);
  2. 2. Transport cut semi-finished product to form a forming tool with integrated injection molding unit and insert it;
  3. 3. Forming and injection molding of the semi-finished blank in one step.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (Koppelschicht) die Seite des Metallblechs, auf welcher sie aufgebracht ist, nicht vollflächig, sondern partiell bedeckt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das herzustellende Hybridbauteil beispielsweise nur partiell eine festigkeits- und/oder steifigkeitserhöhende Rippenstruktur aus Kunststoff aufweist oder nur in Teilbereichen ein wärmeabführender Effekt gewünscht ist. Ein oder mehrere größere Flächenbereiche des Metallblechs, die nach Fertigstellung des Hybridbauteils keine Rippenstruktur aufweisen sollen, können somit beim Beschichten des Metallblechs mit der mindestens einen thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht (Koppelschicht) unbeschichtet bleiben. Dies spart Materialkosten und trägt zu einer optimierten Gewichtseinsparung bei ausreichenden Festigkeits- bzw. Steifigkeitseigenschaften und guter wärmeabführender Wirkung bei.An advantageous embodiment of the semifinished product according to the invention is characterized in that the plastic layer (coupling layer) does not completely cover the side of the metal sheet on which it is applied, but partially covers it. This embodiment is particularly useful if the hybrid component to be produced, for example, only partially a strength and / or stiffness-increasing rib structure made of plastic or only in some areas a heat-dissipating effect is desired. One or more larger surface areas of the metal sheet, which should not have a rib structure after completion of the hybrid component, can thus remain uncoated during the coating of the metal sheet with the at least one thermoplastic or duroplastic plastic layer (coupling layer). This saves material costs and contributes to an optimized weight saving with sufficient strength or stiffness properties and good heat dissipating effect.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs besteht darin, dass die thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht doppelt ausgeführt ist, wobei zwischen den beiden Kunststoffschichten eine, insbesondere thermoplastische, Schaumstoffschicht angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass die Zwischenanordnung einer, insbesondere thermoplastischen, Schaumstoffschicht deutlich zur Gewichtsreduzierung des Hybridbauteils bei gleichbleibender Festigkeit und Steifigkeit beitragen kann. Erfindungsgemäß ist es hierbei möglich, dass eine oder beide Kunststoffschichten mindestens einen die Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffschicht erhöhenden Füllstoff enthalten und dass der mindestens eine Füllstoff entweder über die gesamte Kunststoffschicht oder in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht in anisotroper Verteilung vorliegt.A further advantageous embodiment of the semifinished product according to the invention is that the thermoplastic or thermosetting plastic layer is made double, wherein between the two plastic layers one, in particular thermoplastic, foam layer is arranged. It has been found that the intermediate arrangement of a, in particular thermoplastic, foam layer can contribute significantly to the weight reduction of the hybrid component with constant strength and rigidity. According to the invention, it is possible here for one or both plastic layers to contain at least one filler which increases the thermal conductivity of the plastic layer and for the at least one filler to be present either in anisotropic distribution over the entire plastic layer or in defined subregions of the plastic layer.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kunststoffschicht (Koppelschicht) des erfindungsgemäßen Halbzeugs partiell mit mindestens einem Organoblech beschichtet. Hierdurch kann die Festigkeit und Steifigkeit des herzustellenden Hybridbauteils bei gleichbleibendem oder sogar vermindertem Gesamtgewicht deutlich verbessert werden.According to a further advantageous embodiment, the plastic layer (coupling layer) of the semifinished product according to the invention is partially coated with at least one organic sheet. As a result, the strength and rigidity of the hybrid component to be produced can be significantly improved while the overall weight remains constant or even reduced.

Alternativ oder zusätzlich kann nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs auch dessen Metallblech auf seiner der Kunststoffschicht (Koppelschicht) abgewandten Seite mit mindestens einem Organoblech beschichtet sein. Auch durch diese Ausgestaltung kann die Festigkeit und Steifigkeit des herzustellenden Hybridbauteils bei gleichbleibendem oder sogar vermindertem Gesamtgewicht und gleichbeliebender oder sogar gesteigerter wärmeabführender Wirkung deutlich erhöht werden. Dabei kann nach einer weiteren Ausgestaltung das Organoblech auf seiner dem Metallblech abgewandten Seite mit mindestens einem zweiten Metallblech beschichtet sein. Aus einem solchen Halbzeug lassen sich besonders leichte und zugleich sehr feste und steife Hybridbauteile mit entsprechend wärmeabführender Wirkung herstellen, insbesondere dann, wenn das Organoblech nach einer bevorzugten Ausgestaltung Kohlenstofffasern enthält. Zudem kann in weiterer Ausgestaltung das zweite Metallblech außenseitig mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht beschichtet sein, die ebenfalls als Koppelschicht zur stoffschlüssigen, klebstofflosen Anbindung mindestens eines aus Kunststoff hergestellten oder herzustellenden Strukturkörpers ausgebildet ist. Aus einem derart ausgestalteten erfindungsgemäßen Halbzeug lassen sich vorteilhaft und ohne einen Auftrag von Klebstoff Hybridbauteile herstellen, die beidseitig aus Kunststoff hergestellte Strukturkörper, insbesondere Rippenkörper aufweisen.Alternatively or additionally, according to a further embodiment of the semifinished product according to the invention, its metal sheet may also be coated with at least one organic sheet on its side facing away from the plastic layer (coupling layer). Also, by this configuration, the strength and rigidity of the hybrid component to be produced can be increased significantly with constant or even reduced total weight and gleichbeliebender or even increased heat dissipating effect. In this case, according to a further embodiment, the organic sheet on his the Sheet metal facing away from be coated with at least one second metal sheet. From such a semi-finished product, it is possible to produce particularly lightweight and at the same time very strong and stiff hybrid components with a correspondingly heat-dissipating effect, in particular if the organic sheet contains carbon fibers according to a preferred embodiment. In addition, in another embodiment, the second metal sheet may be externally coated with a thermoplastic or thermosetting plastic layer, which is also formed as a coupling layer for cohesive, adhesive-free connection at least one made of plastic or manufactured structural body. From a half-finished product according to the invention designed in this way, it is advantageously possible to produce hybrid components which have structural bodies produced on both sides of plastic, in particular ribbed bodies, without an application of adhesive.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs besteht darin, dass das Metallblech auf seiner der Kunststoffschicht abgewandten Seite mit einer zweiten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht beschichtet ist, die ebenfalls als Koppelschicht zur stoffschlüssigen, klebstofflosen Anbindung mindestens eines aus Kunststoff hergestellten oder herzustellenden Strukturkörpers ausgebildet ist. Auch aus einem solchen erfindungsgemäßen Halbzeug lassen sich ohne Auftrag von Klebstoff Hybridbauteile herstellen, die beidseitig aus Kunststoff hergestellte Strukturkörper, insbesondere Rippenkörper aufweisen. Dabei kann die zweite Kunststoffschicht (Koppelschicht) die Seite des Metallblechs, auf welcher sie aufgebracht ist, vollflächig oder partiell bedecken. Die partielle Beschichtung des Metallblechs durch die zweite Kunststoffschicht ist zum Beispiel zweckmäßig, wenn das herzustellende Hybridbauteil auf der entsprechenden Seite des Metallblechs nur partiell eine Rippenstruktur aus Kunststoff aufweist, die ohne Klebstoff über die partielle Koppelschicht an das Metallblech stoffschlüssig angebunden ist.Another advantageous embodiment of the semifinished product according to the invention is that the metal sheet is coated on its side facing away from the plastic layer with a second thermoplastic or thermosetting plastic layer, which is also formed as a coupling layer for cohesive, adhesive-free connection at least one made of plastic or manufactured structural body. Also from such a semifinished product according to the invention can be produced without application of adhesive hybrid components having both sides made of plastic structural body, in particular rib body. In this case, the second plastic layer (coupling layer), the surface of the metal sheet on which it is applied, cover the whole area or partially. The partial coating of the metal sheet by the second plastic layer is expedient, for example, if the hybrid component to be produced on the corresponding side of the metal sheet only partially a rib structure made of plastic, which is bonded without adhesive over the partial coupling layer to the metal sheet materially.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs besteht darin, dass die zweite Kunststoffschicht auf ihrer dem Metallblech abgewandten Seite mit einem zweiten Metallblech beschichtet ist. Das zweite Metallblech kann dabei in weiterer Ausgestaltung auf seiner der zweiten Kunststoffschicht abgewandten Seite mit einer dritten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht als Koppelschicht beschichtet sein. Auch mit derart ausgestalteten erfindungsgemäßen Halbzeugen lassen sich leichtgewichtige Hybridbauteile mit hoher Festigkeit und Steifigkeit und einer entsprechenden wärmeabführenden Wirkung kostengünstig herstellen. Das Gleiche gilt für eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs, bei welcher die zweite Kunststoffschicht vollflächig oder partiell mit mindestens einem Organoblech beschichtet ist.A further advantageous embodiment of the semifinished product according to the invention is that the second plastic layer is coated on its side facing away from the metal sheet with a second metal sheet. The second metal sheet may be coated in a further embodiment on its side facing away from the second plastic layer side with a third thermoplastic or thermosetting plastic layer as a coupling layer. Even with semi-finished products designed in accordance with the invention, lightweight hybrid components with high strength and rigidity and a corresponding heat-dissipating effect can be produced inexpensively. The same applies to a further embodiment of the semifinished product according to the invention, in which the second plastic layer is completely or partially coated with at least one organic sheet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist die jeweilige als Koppelschicht dienende Kunststoffschicht mit einer abziehbaren Schutzfolie versehen. Die Schutzfolie schützt die Oberfläche der Koppelschicht während des Transportes des Halbzeugs sowie gegebenenfalls auch während des Umformens des Halbzeugs. Hierdurch kann vor dem Anformen von Kunststoffstrukturen, beispielsweise Kunststoffrippen, ein aufwendiges Reinigen der Koppelschichtoberfläche von Verschmutzungen wie Öl oder Fett entfallen. Zudem kann die Schutzfolie als Ziehfolie die Gleiteigenschaften des Halbzeugs beim Umformen verbessern.According to a further embodiment of the semifinished product according to the invention, the respective plastic layer serving as a coupling layer is provided with a peelable protective film. The protective film protects the surface of the coupling layer during the transport of the semifinished product and possibly also during the forming of the semifinished product. As a result, prior to the molding of plastic structures, such as plastic ribs, a complex cleaning of the coupling layer surface of contaminants such as oil or grease omitted. In addition, the protective film as a drawing film can improve the sliding properties of the semifinished product during forming.

Das erfindungsgemäße Halbzeug ist vorzugsweise als Flachprodukt ausgebildet. Es kann mittels einer Plattenpresse in einem statischen Prozess, einer Intervallheizpresse in einem diskontinuierlichen Prozess oder in einem kontinuierlichen Prozess in einer Laminieranlage, beispielsweise einer Doppelbandpresse, verarbeitet werden. Die Prozessparameter werden dabei jeweils speziell auf das herzustellende Halbzeug eingestellt. Je nach Halbzeugvariante können daraus Tafeln geschnitten werden, oder das bandförmige Halbzeug kann zu einem Coil aufgerollt werden.The semi-finished product according to the invention is preferably formed as a flat product. It can be processed by means of a platen press in a static process, an interval heating press in a batch process or in a continuous process in a laminating plant, for example a double belt press. The process parameters are set in each case specifically for the semi-finished product to be produced. Depending on the semifinished product variant, panels can be cut from this, or the band-shaped semi-finished product can be rolled up into a coil.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund, wobei ein erfindungsgemäßes Halbzeug verwendet wird, wobei an die als Koppelschicht ausgebildete Kunststoffschicht durch Spritzgießen oder Pressformen ein Strukturkörper aus Kunststoff stoffschlüssig angeformt wird.The present invention also relates to a method for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in the metal / plastic composite, wherein a semifinished product according to the invention is used, wherein a plastic structural body is integrally formed by injection molding or compression molding on the plastic layer formed as a coupling layer.

Wie bereits ausgeführt, ermöglicht das erfindungsgemäße Halbzeug die Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils aus Metall und Kunststoff mit einem Strukturkörper, vorzugsweise Rippenkörper, aus Kunststoff ohne Auftrag von Klebstoff. Dies vereinfacht die Herstellung des Hybridbauteils deutlich.As already stated, the semifinished product according to the invention makes it possible to produce a three-dimensionally shaped hybrid component made of metal and plastic with a structural body, preferably a ribbed body, of plastic without application of adhesive. This significantly simplifies the production of the hybrid component.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Halbzeug vor dem Anformen des Strukturkörpers in eine dreidimensionale Form umgeformt wird. Das Umformen wird dabei vorzugsweise durch Tiefziehen oder Rollformen ausgeführt.A preferred embodiment of the method according to the invention is that the semifinished product is formed into a three-dimensional shape prior to molding of the structural body. The forming is preferably carried out by deep drawing or roll forming.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug mittels eines Umformwerkzeuges, das mindestens eine integrierte Spritzgießkavität und mindestens einen in die Spritzgießkavität mündenden Spritzgießkanal aufweist, umgeformt wird. Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, die Anzahl der Prozessschritte zur Herstellung des Hybridbauteils zu reduzieren, indem das Umformen des Halbzeugs bzw. Halbzeugzuschnitts und das Hinterspritzen der Koppelschicht zur Erzeugung des Strukturkörpers, vorzugsweise Rippenkörpers, im gleichen Prozessschritt durchgeführt werden.A further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the semifinished product by means of a forming tool having at least one integrated Spritzgießkavität and at least one opening into the Spritzgießkavität injection molding, is transformed. This refinement offers the possibility of reducing the number of process steps for producing the hybrid component, in that the forming of the semifinished product or semifinished product blank and the injection molding of the coupling layer for producing the structural body, preferably fin body, are carried out in the same process step.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug mittels eines Umformwerkzeuges, welches ein Profil mit mindestens einer integrierten Kavität zum Verpressen und dreidimensionalen Formen einer Kunststoffmasse aufweist, umgeformt wird. Auch diese Variante bietet die Möglichkeit, die Anzahl der Prozessschritte zur Herstellung des Hybridbauteils zu reduzieren, indem das Umformen des Halbzeugs bzw. Halbzeugzuschnitts und das Verpressen der Kunststoffmasse zur Erzeugung des Strukturkörpers, vorzugsweise Rippenkörpers, auf der Koppelschicht im gleichen Prozessschritt durchgeführt werden.Another advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the semifinished product by means of a forming tool, which has a profile with at least one integrated cavity for pressing and three-dimensional shapes of a plastic material is reshaped. This variant also offers the possibility of reducing the number of process steps for producing the hybrid component, in that the forming of the semifinished product or semifinished product blank and the pressing of the plastic material to produce the structural body, preferably ribbed body, are carried out on the coupling layer in the same process step.

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Halbzeug durch Rollformen umgeformt wird, wobei während oder nach dem Umformen des Halbzeugs ein rotierbares, radförmiges Werkzeug zum Pressformen des Strukturkörpers verwendet wird, und das Werkzeug mit einem mindestens eine Kavität aufweisenden Profil zum Verpressen und dreidimensionalen Formen einer Kunststoffmasse versehen ist. Mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens lassen sich insbesondere als Profilträger ausgebildete Hybridbauteile der genannten Art in Großserie effektiv herstellen.A further variant of the method according to the invention is that the semi-finished product is formed by roll forming, during or after the forming of the semifinished product, a rotatable, wheel-shaped tool is used for molding the structural body, and the tool with a profile having at least one cavity for pressing and Three-dimensional shapes of a plastic material is provided. With this embodiment of the method, in particular designed as a profile carrier hybrid components of the type mentioned can be effectively produced in mass production.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an dem Hybridbauteil mindestens ein integraler Flansch ausgebildet, der die als Koppelschicht ausgebildete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei an die Kunststoffschicht ein weiteres als Metall/Kunststoffverbund ausgeführtes Hybridbauteil oder ein Organoblech durch Schweißen angefügt wird. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise als Halbschalen ausgebildete Hybridbauteile kostengünstig zu einem Hohlkanal oder geschlossenen Profil zusammensetzen. Entsprechendes gilt hinsichtlich einer Kombination eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils mit einem den Hohlkanal bzw. das geschlossene Profil begrenzenden Organoblech. Die Schweißverbindung der als Halbschalen ausgebildeten Hybridbauteile bzw. des Organoblechs mit einem einzelnen Hybridbauteil kann beispielsweise durch Reibschweißen, Punktschweißen, Ultraschallschweißen etc. erzeugt werden.According to a further embodiment of the method according to the invention, at least one integral flange is formed on the hybrid component, which has the thermoplastic layer formed as a coupling layer, wherein a further executed as a metal / plastic composite hybrid component or an organic sheet is added by welding to the plastic layer. In this way, for example, designed as half-shells hybrid components can be inexpensively assembled into a hollow channel or closed profile. The same applies with regard to a combination of a hybrid component according to the invention with an organic sheet which delimits the hollow channel or the closed profile. The welded connection of the hybrid components designed as half shells or of the organic sheet with a single hybrid component can be produced, for example, by friction welding, spot welding, ultrasonic welding, etc.

Gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Halbzeug vorteilhaft zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils als Bauteil für ein Fahrzeug, Flugzeug, Schiff oder Bauwerk verwendet. Vorteile ergeben sich nämlich durch das erfindungsgemäße Halbzeug überall dort, wo neben einer Gewichtseinsparung auch eine hohe wärmeabführende Wirkung gefragt ist und hierzu Hybridbauteile der genannten Art in möglichst wenigen Prozessschritten hergestellt werden sollen.According to a third teaching of the present invention, the semifinished product according to the invention is advantageously used for producing a three-dimensionally shaped hybrid component as a component for a vehicle, aircraft, ship or building. Advantages arise namely by the semifinished product according to the invention everywhere, where in addition to a weight saving and a high heat dissipation effect is required and this hybrid components of the type mentioned in as few process steps to be produced.

Die vorliegende betrifft daher auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Halbzeugs zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils als Bauteil für ein Fahrzeug, Flugzeug, Schiff, Schienenfahrzeug oder im Maschinenbau, in der Energiebranche oder im Bauwesen.The present invention therefore also relates to the use of the semifinished product according to the invention for producing a three-dimensionally shaped hybrid component as a component for a vehicle, aircraft, ship, rail vehicle or in mechanical engineering, in the energy industry or in construction.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils.Furthermore, the present invention also relates to the use of a semifinished product according to the invention for producing a three-dimensionally shaped hybrid component.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to figures and embodiments.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmaterial, wobei die Polymerschicht einen Füllstoff (Zuschlagstoff) in isotroper Verteilung enthält. 1 shows a hybrid material according to the invention, wherein the polymer layer contains a filler (additive) in an isotropic distribution.
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmaterial, wobei die Polymerschicht einen Füllstoff (Zuschlagstoff) lagenförmig in anisotroper Verteilung enthält. 2 shows a hybrid material according to the invention, wherein the polymer layer contains a filler (aggregate) layered in anisotropic distribution.
  • 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmaterial, wobei die Polymerschichten einen Füllstoff (Zuschlagstoff) in unterschiedlichen Konzentrationen aufweisen, so dass insgesamt eine anisotrope Verteilung resultiert. 5 shows a hybrid material according to the invention, wherein the polymer layers have a filler (additive) in different concentrations, so that an overall anisotropic distribution results.
  • 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmaterial, wobei die Polymerschicht einen Füllstoff (Zuschlagstoff) mit einem Konzentrationsgradienten aufweist, so dass eine anisotrope Verteilung resultiert. 4 shows a hybrid material according to the invention, wherein the polymer layer has a filler (aggregate) with a concentration gradient, so that an anisotropic distribution results.
  • 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmaterial, wobei die Polymerschicht einen Füllstoff (Zuschlagstoff) in einer horizontalen Vorzugsrichtung, beispielsweise zur Wärmeleitung, in anisotroper Verteilung aufweist. 5 shows a hybrid material according to the invention, wherein the polymer layer has a filler (aggregate) in a horizontal preferred direction, for example, for heat conduction, in anisotropic distribution.
  • 5a zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmaterial, wobei die Polymerschicht einen Füllstoff (Zuschlagstoff) in mehreren Schichten in einer vertikalen Vorzugsrichtung, beispielsweise zur Wärmeleitung, in anisotroper Verteilung aufweist. 5a shows a hybrid material according to the invention, wherein the polymer layer has a filler (aggregate) in several layers in a vertical preferred direction, for example, for heat conduction, in anisotropic distribution.
  • 5b zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmaterial, wobei die Polymerschicht einen Füllstoff (Zuschlagstoff) in mehreren Schichten jeweils in horizontaler Vorzugsrichtung, beispielsweise zur Wärmeleitung, in anisotroper Verteilung aufweist. 5b shows a hybrid material according to the invention, wherein the polymer layer a filler (aggregate) in several layers each in horizontal preferred direction, for example, for heat conduction, in anisotropic distribution.
  • 5c zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmaterial, wobei die Polymerschicht einen Füllstoff (Zuschlagstoff) in mehreren Schichten in diagonaler Vorzugsrichtung, beispielsweise zur Wärmeleitung, in anisotroper Verteilung aufweist. 5c shows a hybrid material according to the invention, wherein the polymer layer has a filler (aggregate) in several layers in diagonal preferred direction, for example, for heat conduction, in anisotropic distribution.

Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability

Das erfindungsgemäße Halbzeug vereint gute mechanische Kennwerte und eine hohe wärmeabführende Wirkung, so dass daraus vorteilhafte dreidimensional geformte Hybridbauteile als Bauteile für ein Fahrzeug, Flugzeug, Schiff oder Bauwerk hergestellt werden können.The semifinished product according to the invention combines good mechanical characteristics and a high heat-dissipating effect, so that advantageous three-dimensionally shaped hybrid components can be produced as components for a vehicle, aircraft, ship or building.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (17)

Tiefziehfähiges, platinen- oder bandförmiges Halbzeug zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund, das mindestens ein platinen- oder bandförmiges Metallblech und mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig aufgebrachte thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht mindestens einen die Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffschicht erhöhenden Füllstoff enthält und dass der mindestens eine Füllstoff entweder über die gesamte Kunststoffschicht oder in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht in anisotroper Verteilung vorliegt.Deep-drawable, platinen- or band-shaped semi-finished product for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in the metal / plastic composite having at least one platinum- or strip-shaped metal sheet and at least one on the metal sheet cohesively applied thermoplastic or thermosetting plastic layer, characterized in that the at least one thermoplastic or thermosetting Plastic layer contains at least one of the heat conductivity of the plastic layer increasing filler and that the at least one filler is present either over the entire plastic layer or in defined portions of the plastic layer in anisotropic distribution. Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite des Metallblechs, auf welcher die Kunststoffschicht aufgebracht ist, eine die Haftung der Kunststoffschicht verbessernde Oberfläche aufweist.Semi-finished product Claim 1 , characterized in that the side of the metal sheet, on which the plastic layer is applied, has a surface which improves the adhesion of the plastic layer. Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht als Koppelschicht zur stoffschlüssigen, klebstofflosen Anbindung mindestens eines aus Kunststoff hergestellten oder herzustellenden Strukturkörpers ausgebildet ist.Semi-finished product Claim 1 or 2 , characterized in that the plastic layer is formed as a coupling layer for cohesive, adhesive-free connection of at least one plastic body produced or produced structural body. Halbzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hergestellte oder herzustellende Strukturkörper aus einem thermoplastischen und gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff ausgebildet ist.Semi-finished product Claim 3 , characterized in that the manufactured or manufactured structural body is formed of a thermoplastic and optionally fiber-reinforced plastic. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschichten vorliegen, die die gesamte thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht bilden.Semi-finished product after one of Claims 1 to 4 , characterized in that two or more thermoplastic or thermosetting plastic layers are present, which form the entire thermoplastic or thermosetting plastic layer. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech aus einem Stahlwerkstoff hergestellt ist.Semi-finished product after one of Claims 1 to 5 , characterized in that the metal sheet is made of a steel material. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech eine Dicke 0,1 bis 2,5 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 1,0 mm, besonders bevorzugt von 0,25 bis 0,8 mm aufweist.Semi-finished product after one of Claims 1 to 6 , characterized in that the metal sheet has a thickness of 0.1 to 2.5 mm, preferably from 0.1 to 1.0 mm, particularly preferably from 0.25 to 0.8 mm. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine thermoplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethyl(meth)acrylat (PM(M)A), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamiden (PA), Polycarbonaten (PC), Polyestern wie Polyethylenterephthalat (PET), Polylactat (PLA), Polyurethanen (PU), Polysulfiden (PS), Polyetheretherketonen (PEEK), Polyarylen, aromatischen Polyester, Polyaramiden wie Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Polyaramid-Fasern, heterocyclischen Polymeren wie Polyimiden, Polybenzimidazolen, Polyetherimiden, Flüssigkristallpolymeren (LCP Liquid Crystalline Polymers), Fluorpolymeren, Perfluoroxyalkan (PFA), Polyphenylenen, thermoplastischen Elastomeren und Mischungen davon.Semi-finished product after one of Claims 1 to 7 , characterized in that the at least one thermoplastic plastic is selected from the group consisting of polyolefins such as acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polymethyl (meth) acrylate (PM (M) A), polyethylene (PE), polypropylene (PP) , Polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyamides (PA), polycarbonates (PC), polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polylactate (PLA), polyurethanes (PU), polysulfides (PS), polyetheretherketones (PEEK), polyarylenes, aromatic polyesters, polyaramides such as poly-m-phenylene isophthalamide (PMI), polyaramid fibers, heterocyclic polymers such as polyimides, polybenzimidazoles, polyetherimides, liquid crystal polymers (LCP Liquid Crystalline Polymers), fluoropolymers, perfluorooxyalkane (PFA), polyphenylenes, thermoplastic elastomers, and mixtures thereof. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der duroplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen (EP), Harnstoff-Formaldehydharzen (UF), Phenol-Formaldehydharzen (PF), Melamin-Formaldehydharzen (MF), Melamin/Phenol-Formaldehyden (MPF), Polyestern (PES), Polyurethanen (PUR), ungesättigten Polyestern (UP), beliebigen Mischungen, Compounds und funktionalisierten Varianten davon oder ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus teilvernetzten (bi-stage)-Polymeren, die ihre finalen Eigenschaften abschließend durch chemisch, thermisch, katalytisch und/oder photolytisch initierte Polymerisation erhalten, und Mischungen davon.Semi-finished product after one of Claims 1 to 7 , characterized in that the thermosetting plastic is selected from the group consisting of epoxy resins (EP), urea-formaldehyde resins (UF), phenol-formaldehyde resins (PF), melamine-formaldehyde resins (MF), melamine / phenol formaldehydes (MPF), Polyesters (PES), polyurethanes (PUR), unsaturated polyesters (UP), any mixtures, compounds and functionalized variants thereof or is selected from the group consisting of partially cross-linked (bi-stage) polymers, which final properties by chemical, thermal , catalytically and / or photolytically initiated polymerization, and mixtures thereof. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine thermoplastische Kunststoff ein thermoplastisches Elastomer ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus thermoplastischen Polyurethanen (TPU), Naturkautschuken (NR), Silicon-Kautschuken (SIR), Silicon-Butadien-Kautschuken (SBR), Polyvinylbutyralen (PVB), Polyisobutylenen (PIB), Isopren-Kautschuken (IR), Ethylenvinylacetaten (EVA), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken (EPDM), Ethylen-Propylen-Copolymeren (EPM), Ethylen-Ethylacrylat-Copolymeren (E/EA), Chloropren-Kautschuken (CR), Butadien-Kautschuken (BR), Acrylnitril/Methylmethacrylaten (A/MMA), Butylkautschuken (IR), Styrol-Butadien-Styrolen (SBS), Polyether-Block-Amiden (PEBA), Mischungen, Compounds und funktionalisierte Varianten davon.Semi-finished product after one of Claims 1 to 7 , characterized in that the at least one thermoplastic resin is a thermoplastic elastomer selected from the group consisting of thermoplastic polyurethanes (TPU), natural rubbers (NR), silicone rubbers (SIR), silicone butadiene rubbers (SBR), polyvinyl butyrals (PVB ), Polyisobutylenes (PIB), isoprene rubbers (IR), ethylene vinyl acetates (EVA), ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM), ethylene-propylene copolymers (EPM), ethylene-ethyl acrylate copolymers (E / EA), Chloroprene rubbers (CR), butadiene rubbers (BR), acrylonitrile / methyl methacrylates (A / MMA), butyl rubbers (IR), styrene-butadiene styrenes (SBS), polyether block amides (PEBA), blends, compounds and functionalized variants thereof. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht eine Dicke von 0,01 bis 2 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 1,0 mm, besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,1 mm aufweist.Semi-finished product after one of Claims 1 to 10 , characterized in that the thermoplastic or thermosetting plastic layer has a thickness of 0.01 to 2 mm, preferably from 0.05 to 1.0 mm, particularly preferably from 0.05 to 0.1 mm. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht die Seite des Metallblechs, auf welcher sie aufgebracht ist, mindestens partiell bedeckt.Semi-finished product after one of Claims 1 to 11 , characterized in that the at least one thermoplastic or thermosetting plastic layer at least partially covers the side of the metal sheet on which it is applied. Verfahren zur Herstellung eines tiefziehfähigen, platinen- oder bandförmigen Halbzeugs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht enthaltend mindestens einen Füllstoff so auf mindestens ein platinen- oder bandförmiges Metallblech aufgebracht wird, dass der mindestens eine Füllstoff entweder über die gesamte Kunststoffschicht oder in definierten Teilbereichen der Kunststoffschicht in anisotroper Verteilung vorliegt. Process for producing a thermoformable, platinum or ribbon-shaped semifinished product according to one of Claims 1 to 12 , characterized in that at least one thermoplastic or thermosetting plastic layer containing at least one filler is applied to at least one platinum or strip-shaped metal sheet, that the at least one filler is present either over the entire plastic layer or in defined portions of the plastic layer in anisotropic distribution. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Schritten zwei oder mehr thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschichten aufgebracht werden.Method according to Claim 13 , characterized in that in two or more successive steps, two or more thermoplastic or thermosetting plastic layers are applied. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 verwendet wird, wobei an die als Koppelschicht ausgebildete thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht durch Spritzgießen, Pressformen, Fließpressen oder thermisches Pressen ein zusätzlicher Strukturkörper aus Kunststoff stoffschlüssig angeformt wird.A method for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in the metal / plastic composite, characterized in that a semifinished product according to one of Claims 1 to 12 is used, wherein an integrally formed plastic structural body is integrally formed on the formed as a coupling layer thermoplastic or thermosetting plastic layer by injection molding, compression molding, extrusion or thermal pressing. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der anzuformende Strukturkörper aus einem thermoplastischen und gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff ausgebildet ist.Method according to Claim 15 , characterized in that the structural body to be formed is formed of a thermoplastic and optionally fiber-reinforced plastic. Verwendung eines Halbzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils.Use of a semi-finished product according to one of Claims 1 to 12 for producing a three-dimensionally shaped hybrid component.
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