DE1479706C - Verfahren und Vorrichtung zum Ver bessern der Adhäsion von Folien oder Plat ten aus polymeren Werkstoffen an Metall flachen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verrichtung zum Verbessern der Adhäsion von Folien fahren zum Verbessern der Adhäsion Kunststoffoder Platten aus polymeren Werkstoffen, die min- Platten an Metallflächen zu schaffen, das eine gute destens 20 %, bezogen auf das Molverhältnis, wieder- strukturelle Bindung ermöglicht und ein Produkt kehrende Struktureinheiten 5 ergibt, welches eine starke, dauerhafte Verbindung

( und wenig Ermüdung zeigt, selbst wenn es einem »Heiß-Kalt-Heiß«-Zyklus oder wiederholten Biegun-

' I gen unterworfen wurde.

' Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Folien

aufweisen, worin X Wasserstoff oder eine Phenyl- ίο oder Platten vorwiegend mit kurzwelligen UV-Strah-

gruppe bedeutet, an Metallflächen durch Bestrahlen len mit einer Wellenlänge zwischen 1600 und 2100 Ä

der Folien oder Platten mit Ultraviolett-Strahlen in bestrahlt werden.

Gegenwart von Sauerstoff vor dem Verbinden der Als Strahlungsquelle, die zur Behandlung der Harz-Folien oder Platten mit den Metallflächen unter An- schicht durch extrem ultraviolette Strahlen dient, kann Wendung von Wärme und Druck. 15 keine gewöhnliche UV-Lampe benutzt werden, weil

Verbundbaustoffe aus Kunststoffplatten und Metall- die extrem ultravioletten Strahlen mit kurzen Wellenblechen haben als ausgezeichnete Verbundmaterialien, längen von 2100 bis 1600 Ä von der Rohrwandung bei denen die hervorstechenden Eigenschaften der absorbiert werden. Als Strahlungsquelle für extrem Kunststoffe, wie geringes Gewicht, Flexibilität, stoß- ultraviolette Strahlen der Wellenlänge von 2100 bis dämpfende Eigenschaft, Wasserfestigkeit, chemische 20 1600 Ä wird eine Niederdruckquecksilberlampe beWiderstandsfähigkeit, elektrisches Isoliervermögen nutzt, deren Rohrwandung aus hochreinem Quarz usw., mit den Eigenschaften von Metallen, wie Starr- besteht. Dieser Quarz hat eine Reinheit nicht unter heit, Zähigkeit usw., kombiniert sind, eine große Zahl 99,90%. Die Verunreinigungen, wie Titan, Eisen von Anwendungsmöglichkeiten gefunden. Da aber usw., hegen dabei vorzugsweise nicht über 10 ppm die meisten üblichen Schichtgebilde die Anwendung 25 (Teile je Million), weil sie die optische Durchlässigkeit von Klebstoffen bedingen, werfen sie Probleme, wie von Quarz herabsetzen. Durch Verwendung einer hohe Kosten, verwickelte Verfahren und viele andere Quecksilberlampe mit einem derartigen Rohrwan-Unannehmlichkeiten auf, wie z. B., daß die Flexibili- dungsmaterial ist es möglich, UV-Strahlen mit Wellentät in unerwünschter Weise herabgesetzt wird, obwohl längen von 2100 bis 1600 Ä zu erzeugen. Der Quarz, auf Grund der Verwendung von Klebstoffen die Binde- 30 dessen Reinheit bei etwa 99,95 % liegt, kann durch festigkeit erhöht wird. Ferner können wegen der In- wiederholte Umkristallisation von handelsüblichem aktivität der synthetischen Harze selbst einige von Quarz gewonnen werden. Wenn man einen solchen ihnen selbst mit Hilfe von Klebstoffen nicht leicht mit -Quarz für die Niederdruckquecksilberiampe mit der Metallen verbunden werden. Wandstärke 10 mm verwendet, ist die Durchlässigkeit

Da Polyäthylen extrem inaktiv ist, wurde vorge- 35 in dem Bereich von 2100 bis 1600 Ä 40 bis 50 %. Bei

schlagen, Polyäthylen einer Bestrahlung von großer einer Wanddicke von 10 mm und einer Reinheit des

Energie, Röntgenstrahlen, einer Korona-Entladung, Quarzes nicht unter 99,99%, wie bei synthetischer

einer Behandlung mit Flammen oder mit sauren Di- geschmolzener Kieselsäure, erreicht man eine Durch-

chromatlösungen zu unterwerfen, um die Aktivität lässigkeit bis zu 90% und höher;'sie sind also sehr

und die Netzfähigkeit für Klebstoffe zu erhöhen; da- 40 wirksam. Gewöhnlich liegt die Wandstärke der Röhre

nach wird es mit den Metallen unter Verwendung von im Bereich von 0,5 bis 5 mm. Je geringer die Reinheit

Klebstoffen verbunden. Hochenergie-Bestrahlung und des Quarzes ist, desto dünner sollte die Rohrwandung

Röntgenstrahlen erfordern ungeheure apparative Aus- sein. Im Innern der Niederdruckquecksilberiampe

rüstungen und Kosten und sind darüber hinaus mit werden Quecksilbertropfen zusammen mit einem Edel-

den Gefahren des Verfahrens verbunden; außerdem 45 gas, wie Helium, Neon, Argon, Xenon oder Krypton,

werden die guten Eigenschaften des Polyäthylens selbst eingeschlossen. Zu dem Quecksilber und dem Edelgas

abgebaut. kann auch noch Natriumdampf zugesetzt werden. Es

Die Korona-Entladung erfordert hohe elektrische ist zweckmäßig, den Quecksilberdampfdruck in der Spannung, neigt dazu, durch Umgebungsbedingungen Röhre im Bereich von 5 · 10~⁴ bis 1 · 1O^-1 mm Hg zu beeinflußt zu werden und ist bei der Behandlung wenig 50 halten, indem man einen Teil der Lampe kühlt. Unter konstant. Die Flammen.behandlung ist nicht nur un- 5 · 10~⁴ mm Hg reicht die Strahlungsintensität nicht genügend für die Bindung, sondern führt auch zum aus. Über 1 · 1O^-1 mm Hg~nimmt die Erzeugung von thermischen Abbau des Polyäthylens. Die Behänd- UV-Strahlen mit Wellenlängen von 2100 bis 1600 Ä lung mit sauren Dichromatlösungen ist ungenügend in infolge von Selbstabsorptionseffekt von Quecksilberbezug auf den Bindungseffekt und ist unpraktisch 55 dampf ab. Die Form der Niederdruckquecksilberwegen der erforderlichen korrodierenden Agenzien. lampe kann beliebig sein, d. h. rohrförmig, U-förmig

Es ist ferner bekannt, daß die Bestrahlung mit ultra- oder spiralig. Im Falle rohrförmiger Lampen wird eine violetten Strahlen zwischen 1800 und 3200 Ä die Lampe mit einem Durchmesser von 10 bis 60 mm und Bindeeigenschaften des Polyäthylenfilms verbessert. einem Abstand zwischen den Elektroden von 10 bis Im allgemeinen ist der Wellenlängenbereich von Ultra- 60 200 cm bevorzugt benutzt. Vorzugsweise liegt die yiolett-Strahlen, die herkömmlicherweise verwendet elektrische Leistung der Lampe bei 5 bis 300 W je werden, vorwiegend länger als 2100 Ä, und es war Lampe und die Leistung je Zentimeter Abstand nicht möglich, mit diesem langen Wellenlängen- zwischen den Elektroden bei 0,2 bis 2 W.
bereich eine große Bindungsfestigkeit zu erhalten. Wenn man als Quelle für UV-Strahlen mit Wellen-Für Wellenlängen unter 2100 Ä ist die Strahlungs- 65 längen von 2100 bis 1600 Ä eine Niederdruckqueckwirkung dieser Strahlung im kurzwelligen Ultraviolett, silberlampe der eben beschriebenen Art benutzt, kann wenn zwecks Binden von Kunststoffmaterialien an die Behandlung mit diesen Strahlen bei einem Bestrah-Metall bestrahlt wird, bisher nicht festgestellt worden. lungsabstand zwischen der Lampe und der Harzschicht

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im Bereich von 0,5 bis 20 cm durchgeführt werden. kalten Presse oder kalter Walzen durchzuführen.

Wenn der Bestrahlungsabstand kleiner als 0,5 cm ist, Ferner ist es zweckmäßig, den Plattensatz allmählich

steigt die Temperatur der Lampenwandung zu stark von der Temperatur von 120⁰C über dem Schmelz-

an. Wenn die Bestrahlungsentfeinung größer als 20 cm punkt des Harzes bis zur Temperatur von 13O⁰C unter

ist, entstehen Nachteile hinsichtlich des Bestrahlungs- 5 dem Schmelzpunkt über einen Zeitraum von 5 bis

effektes, der Apparatgröße usw. 50 Minuten abzukühlen und dann auf Raumtempera-

Die Zeit der Bestrahlungsbehandlung beträgt vor- tür durchzuführen.

zugsweise etwa 1 bis 60 Minuten. Wenn sie zu lang ist, Wenn die ohne sonstige Vorbehandlung bestrahlte

wird der Bestrahlungseffekt gemindert und die Binde- Harzschicht geschmolzen und mit einer Metallschicht

festigkeit verringert. Zu lange Bestrahlungszeiten sind io verbunden wird, kann eine starke strukturelle Bindung

außerdem vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus erzielt werden, obwohl es auch vorteilhaft sein kann,

unzweckmäßig. Eine praktisch ausreichende Bestrah- eine Oberfläche der Metallschicht aufzurauhen oder

lungszeit liegt innerhalb von 30 Minuten. Was die zu oxydieren, um die Bindefestigkeit noch weiter zu

Bestrahlungsmenge, d. h. das Produkt von Lichtinten- steigern.

sität mit Bestrahlungszeit betrifft, ist es lediglich not- 15 Eine Kunststoffplatte wird einer Bestrahlungswendig, die Lichtintensität auf die bestrahlte Ober- behandlung bei einem Abstand von 0,5 bis 20 cm durch fläche so einzustellen, daß sie 0,1 bis 10 mW/cm², vor- eine Niederdruckquecksilberlampe, die aus Quarz von zugsweise 0,3 bis 3 mW/cm², beträgt. Die Lichtinten- Reinheit nicht unter 99,9 % besteht und eine elektrische sität kann durch Passierenlassen durch ein Lithium- Leistung von 5 bis 300 W je Lampe hat, bei einer fhioridfilter gemessen werden, das durch Bestrahlung 20 Lichtintensität von 0,1 bis 10 mW/cm² 1 bis 60 Minumit z. B. Röntgenstrahlen oder y-Strahlen gefärbt ten lang unterworfen. Innerhalb von 0,5 Minuten bis worden ist; wobei das entstehende monochromatische 30 Stunden nach der Behandlung wird die bestrahlte Licht mittels eines Thermoelementes aufgefangen wird Harzschicht auf ein Metallblech aufgelegt und ge- und der erzeugte thermoelektrische Strom verstärkt schmolzen und darin bei einer Temperatur von 160 bis wird. 25 240⁰C unter einem Druck nicht über 60 kg/cm² 0,5

Die Bestrahlung muß in Gegenwart von Sauerstoff bis 60 Minuten durch Pressenverfahren oder durch

durchgeführt werden; in der Atmosphäre von Stick- Walzenverfahren, d. h. durch Hindurchleiten des

stoff oder inertem Gas tritt keine hervorstechende Plattensatzes durch 5 bis 20 Paare heißer Walzen mit

Wirkung hinsichtlich der Bindefestigkeit ein. einer Geschwindigkeit von 5 bis 200 Meter pro Stunde

Wenn die Harzschicht, die der Bestrahlungsbehand- 30 verbunden. Danach wird die Schicht allmählich von lung unterworfen worden ist, innerhalb von 0,5 Mi- der Temperatur, die 20⁰C über dem Schmslzpunkt nuten bis 30 Stunden nach der Bestrahlung mit einer des Harzes auf eine Temperatur 30⁰C unter dem Metallschicht verbunden wird, ändert sich der Be- Schmelzpunkt innerhalb einer Zeit von 5 bis 50 Minustrahlungseffekt kaum, und eine Herabsetzung der ten abgekühlt und dann auf Raumtemperatur mittels Bindefestigkeit wird kaum beobachtet. Die Schmelz- 35 einer kalten Presse oder kalter Walzen gebracht. Bei verklebung kann nach irgendeinem Verfahren unter der Durchführung im großen Maßstab ist es sehr Verwendung einer heißen Presse oder einer heißen zweckmäßig, die ganzen Schritte kontinuierlich durch-Walze erfolgen. Die Verbindungstemperatur sollte zuführen. Ein wirksames Verfahren kann darin benicht unter dem Schmelzpunkt der Harzschicht liegen stehen, eine Harzschicht (Platte, Folie od. dgl.) aus und beträgt vorzugsweise 160 bis 240⁰C. Wenn die 40 einem Extruder auszupressen und dann diese Schicht Temperatur zu hoch ist, setzen thermische Oxyda- wie sie ist mit UV-Strahlen mit Wellenlängen von 2100 tionen des Harzes und des Metalls selbst deren bis 1600 Ä zu bestrahlen und unmittelbar danach zu Eigenschaften herab, ferner ist solche hohe Tempera- schmelzen und diese Schicht mit einem Metallblech tür aus wirtschaftlichen Gründen unzweckmäßig. Die mit Hilfe heißer Walzen zu verbinden. Dabei kann es Vertindungstemperatur ist demzufolge höchstens etwa 45 wirksamer sein, eine Vorerhitzung vor der Schmelz-250⁰C. Der Druck auf der Verbindung kann nicht verklebung durchzuführen. Fernei kann jedes Erüber 60 kg/cm² liegen. Bei dicken Kunststoff-Platten wärmungsverfahren benutzt werden, soweit nur die bzw. Harzschichten kann er niedriger sein als im Falle berührte Oberfläche der Harzschicht mit der Metalldünner Platten, z. B. vom Kontaktdruck bis 20 kg/cm² schicht gebunden werden kann. Neben heißen Walzen für Dicken von mehreren Millimetern und von 20 50 ist es möglich, nur das Metallblech durch Hochbis 60 kg/cm² für dünne filmartige Harzschichten. Die frequenzerhitzungen vor der Schmelzverklebung zu Preßzeit bei Verwendung einer Heißpresse beträgt 0,5 erhitzen. Die üblichen Preß- oder Walzenverfahren bis 60 Minuten, vorzugsweise 2 bis 10 Minuten. Bei reichen aus.
Verwendung von heißen Walzen reicht es, obwohl die B e i s d i e 1 1
Preßzeit schwierig zu bestimmen ist, aus, den Platten- 55

satz durch 5 bis 20 Paare heißer Walzen mit einer Ge- Nach Reinigen eines 3 mm starken Hochdruckschwindigkeit von 5 bis 200 m pro Stunde zu schicken. Polyäthylenstreifens mittels Toluol wurde UV-Licht Eine zu lange Preßzeit ist ziemlich bedeutungslos, weil von einer Niederdruck-Quecksilberlampe (60 W),
der Bindeeffekt kleiner wird. Nach der Schmelzver- deren Röhrenwandung aus 99,98 % reinem optischem klebung wird eine Kühlung durchgeführt. Es ist 60 Quarz besteht, bei 127 V und 600 mA auf eine Obermöglich, den Plattensatz aus der heißen Presse oder fläche des Polyäthylenstreifens in einer Entfernung von von den heißen Walzen abzunehmen und sie zur Ab- 2 cm während 5 Minuten in der Luft bestrahlt. Ein kühlung stehenzulassen wie sie sind. Aber in diesem Aluminiumstreifen von 0,3 mm Stärke wurde mit Tri-Falle bleiben wegen des Unterschiedes in den Wärme- chloräthylen gereinigt, auf die bestrahlte Oberfläche Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Harz und 65 des Polyäthylenstreifens aufgelegt und dann mit einer dem Metall bis zu einem gewissen Grade innere Heißpresse bei 200° C unter einem Druck von 15 kg/cm² Spannungen bestehen. während 2 Minuten aufgepreßt, so daß die Oberfläche

Es ist deshalb besser, die Kühlung mittels einer schmolz und sich mit dem Aluminiumstreifen verband.

Die Abziehfestigkeit des erhaltenen Musters betrug 3,93 kg/cm. Im Falle der Schmelz-Adhäsion unter Verwendung eines unbestrahlten Polyäthylenstreifens für Vergleichszwecke betrug die Abziehfestigkeit 0,86 kg/cm.

Beispiele2bis6

Da Blattmaterialien (Stärke 3 mm) aus verschiedenen Kunststoffen verbunden werden können, wurde eine Oberfläche jeden Streifens der Bestrahlung mit UV-Licht in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 ausgesetzt, die dann angeschmolzen und mit einem Aluminiumblatt von 0,3 mm Stärke verbunden wurde, das zuvor mit Trichloräthylen gereinigt worden war. Hinsichtlich jeder Kunststoff-Platte sind die Versuchsbedirigungen und die Abziehfestigkeit in Tabelle 1 aufgezeigt.

Für Vergleichszwecke sind auch die Werte von unbestrahlten Mustern aufgeführt.

Tabelle

	Kunststoff-Platte	Molverhältnis der Wl ftfi Pflcph FGTI ff P Π	Bestrahlungs	Schmelz	Abziehfestig
Beispiel		Struktureinheiten	zeit	temperatur	keit
	Polystyrol	(%)	(min)	CQ	(kg/cm)
2.		100	0	220	0
	Äthylen-Vinylacetat-Migeh-		5	220	2,88
3	polymerisat	89	0	200	3,89
	Äthylen-Propylen-Misch^		5	200	6,36
4	polymerisat	69	0	200	0
	Acrylnitril-Butadien-Misch-		5	200	3,04
■·■'· 5	polymerisat	33	0	180	0,54
	Polybutadien		5	180	2,75
6		.- 50	0	180	1,27
		5	180	3,23

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbessern der Adhäsion von Folien oder Platten aus polymeren Werkstoffen, die mindestens 20%, bezogen auf das Molverhältnis, wiederkehrende Struktureinheiten

-/CH₂-CHX-

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aufweisen, worin X Wasserstoff oder eine Phenylgruppe bedeutet, an Metallflächen durch Bestrahlen der Folien oder Platten mit Ultraviolett-Strahlen in Gegenwart von Sauerstoff vor dem Verbinden der Folien oder Platten mit den Metallflächen unter Anwendung von Wärme und Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien oder Platten vorwiegend mit kurzwelligen UV-Strahlen mit einer Wellenlänge zwischen 1600 und 2100 A bestrahlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsintensität 0,1 bis 10 mW/cm² während 1 bis 60 Minuten beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Strahlungsquelle von den Folien oder Platten 0,5 bis 20 cm beträgt.

4. Niederdruckquecksilberlampe mit einem Quarzmantel zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzmantel einen Reinheitsgehalt von 99,9 °/₀ aufweist.