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DE2046627A1 - Verfahren zum Aufbringen von Oberflächenschutzschichten auf Kunststoff - Google Patents

Verfahren zum Aufbringen von Oberflächenschutzschichten auf Kunststoff

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DE2046627A1
DE2046627A1 DE19702046627 DE2046627A DE2046627A1 DE 2046627 A1 DE2046627 A1 DE 2046627A1 DE 19702046627 DE19702046627 DE 19702046627 DE 2046627 A DE2046627 A DE 2046627A DE 2046627 A1 DE2046627 A1 DE 2046627A1
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Germany
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synthetic resin
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plastic
layer
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DE19702046627
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Harry Unterehrendingen; Künzli Max Dipl.-Chem. Dr. Wettingen; Grigoleit (Schweiz)
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BBC BROWN BOVERI and CIE
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BBC BROWN BOVERI and CIE
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Description

Aktiengesellschaft Brown Boveri & Cie. Baden, Schweiz
v®ü£^Ee,D_5HIn Aufbringen von Oberflächenschutzschichten auf Kunststoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Oberflächenschutzschichten auf Kunststoff, insbesondere Kunststoffformteile, gebildet aus Füllstoffen, Kunstharz und/oder Fasern, wobei der Schmelzpunkt der Oberflächenschutzschicht oberhalb der Aushärtungstemperatur des Kunstharzes liegt.
Kunststoffe weisen im allgemeinen im Vergleich zu metallischen oder keramischen Werkstoffen wesentlich geringere Abriebs-, Erosions- und Korrosionsfestigkeiten auf. Deshalb ist es notwendig die Oberfläche von Kunststofformteilen, insbesondere bei faserverstärkten Kunststoffen gegen Abrieb und Erosion zu schützen, da durch diese äusseren Einflüsse die Eigenschaften des Kunststoffes stark beeinträchtigt werden.
Es ist bekannt, Kunststofformteile mit metallischen Schutz schichten zu überziehen, wobei hiezu das sogenannt· Oaeflamm-,
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Lichtbogen- oder Plasmaspritzen angewandt wird. (Deutsche Patentschrift Nr. 556 684). Im folgenden werden die drei angeführten Verfahren der Einfachheit halber nur noch Flammspritzen genannt.
Ferner ist es bekannt, Kunststoffpresslinge zu Metallisieren, wobei der Pressling nach dem Metallisieren in eine erhitzte Pressform eingebracht wird und die Metallschicht durch Druckschmelzen fest mit dem Kunststoffpressling verbunden wird. (Deutsche Patentschrift Nr. 605 716).
Bei faserverstärkten Kunststoffen wäre das Aufbringen der Schutzschicht nach den vorher genannten Verfahren zwar möglich, doch kann hiebe! keine genügende Haftfestigkeit zwischen Trägerwerkstoff und Schutzschicht erreicht werden.. Daraus ergeben sich einerseits Ablösungen der Schutzschicht oder beim Flammspritzen irreparable Beschädigungen der Oberfläche des Trägerwerkstoffes, insbesondere der verstärkenden Fasern.
Dadurch werden insbesondere die mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Kunststoffe nachteilig, beeinflusst.
Die Haftung der keramischen oder metallischen Oberflächenschutzschichten auf Kunststoffen beruht bei den vorher ange führten Verfahren auf rein mechanischer Verankerung der Schutz-■chichtpartikel an der Kunststoffoberfläche, wobei auf chemische Bindungen keine Rücksicht genommen wird. Die für die
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Haftfähigkeit massgebende Oberflächenrauhiglceit des Kunststoffes muss in den meisten Fällen künstlich hergestellt werden, da die in Betracht kommende Art der Kunststoffe naturgemäss glatte Oberflächen aufweisen.
Bei faserverstärkten Kunststoffen tritt der eingangs erwähnte Nachteil auf, dass durch das mechanische Aufrauhen, welches z.B. durch Sandstrahlen erfolgt, einzelne Fasern der vornehmlich lasttragenden Teile und der Fasern, die bis an die Oberfläche reichen, oder knapp unter derselben verlaufen, verletzt werden, wodurch es zur Loslösung ganzer Faserteile vom übrigen Werkstoff kommt.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die Beeinträchtigungen der mechanischen Eigenschaften, und die teilweise auftretenden Ablösungen der Oberflächenschutzschichten vom Trägerwerkstoff vor, nach und während des Flammspritzen zu vermeiden.
Die Lösung der ^erfindungsgemässfai> Aufgabe istMiadurch gekennzeichnet, dass eine gegen höhere Temperaturen als die Aushärtungstemperatur des Kunstharzes beständige Zwischenschicht auf dem Kunststofformteil aufgebracht wird, wonach die Oberflächenschutzschicht auf die Zwischenschicht in an sich bekannter Weise durch Flammspritzen aufgetragen wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Ver-
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fahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus einem Gewebe oder Geflecht besteht, das mit dem Kunstharz und den Pasern bzw. Füllstoffen gleichzeitig zu dem gewünschten Kunststofformteil gebildet wird.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus "der verbesserten Haftfähigkeit der aufgebrachten Schutzschicht, da die Oberflächenschutzschicht bzw. deren Partikel zwischen die einzelnen Gewebeporen eindringen können und darin eine tiefe Verankerung erzielen. Ausserdem ergibt sich ein weiterer Vorteil daraus, dass die während des Flammspritzens abgetragenen Teile des Gewebes der Zwischenschicht keine negative Beeinflussung der mechanischen und technologischen Eigenschaften des Trägerwerkstoffes ergeben. Daraus resultiert die Möglichkeit, den Spritzdruck während des Flammspritzens zu erhöhen und ferner bei höheren Temperaturen schmelzende Werkstoffe auf die Kunststoffteile aufzubringen, ohne dass eine Zerstörung des tragenden Formteiles eintritt.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass durch geeignetes aufeinander Abstimmen des Gewebe- oder Geflechtmaterial zu dem Trägerwerkstoff, oder der Oberflächenschutzschicht zur Gewebezwischenschicht chemische Bindungen zwischen den genannten Materialien erreichbar sind.
Ferner wird durch die Anwendung der Zwischenschichten die Möglichkeit von BeSchichtungen mit Metall oder Keramik auf Kunststofformteilen wesentlich erweitert, da sowohl bei niederen
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f ■ Sw/Sw
Temperaturen schmelzende Kunststoffe als Grundwerkstoffe aber auch bei hohen Temperaturen schmelzende Werkstoffe zur Beschich* tung verwendet werden können, da das Geflecht oder Gewebe die thermischen Eigenschaften und Einwirkungen während des Flammspritzens vom Trägerwerkstoff fernhält.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben. Es zeigt:
Flg. I4 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrene, Fig. 2, ein Teilschnittbild nach Linie A-A gemäss Fig. 1, Fig. 3, ein vergrüssertes Schnittbild entlang der Linie B-B nach Fig. 1.
Entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis jj mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Schaufel einer Turbomaschine bezeichnet, deren Fusstell 3 und Schaufelblatt 4 aus Kunststoffträgermaterial gefertigt ist. Es sind dabei Fasern 5 in Kunstharz eingebettet und durch Warm- oder Fliesspressung in die verlangte Form gebracht.
Durch das Auftreten von Tropfenschlag oder anderen Einflüssen kann es leicht zur Zerstörung von solchen Kunststoffschaufeln kommen, da die Kavitationserscheinungen das Material schwerer schädigen als beispielsweise Metallegierungen. Es kann dabei zur Zerstörung oder Abaplitterung von ganzen Schaufelteilen kommen, insbesondere wenn einzelne Fasern an vorgespannten Stellen ge· troffen werden.
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Zur Vermeidung von Schaden ist bei dem gezeigten Anwendungsbeispiel eine Oberflächenschutzschicht 2 vorgesehen, die sich über eine angemessene Fläche um die Eintrittskante 7 der Schaufel erstreckt.
Es ist jedoch die Möglichkeit gegeben, den gesamten Kunststoffteil mit einer Oberflächenschutzschicht zu versehen.
Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Schnittbilder nach Fig. 2 und j5 näher erläutert, wobei der Grundwerkstoff9, welcher die tragende oder Spannungsaufnehmende Funktion übernimmt, aus Kunstharz 6 und Fasern 5 gebildet ist. Die Zwischenschicht 8, die auf den Grundwerkstoff 9 aufgebracht ist, besteht bei dem erflndungsgemässen Ausführungsbeispiel aus einem Gewebe Io mit Längs- und Querfäden, die mit dem Kunstharz laminiert sind.
Dadurch wird eine Innige Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff 9 und der Zwischenschicht 8 erreicht, wobei eine Ablösung einzel« ner Fasern und Fasergruppen ausgeschlossen ist.
Das Gewebe oder Geflecht Io der Zwischenschicht 8 kann entweder nachträglich aufgeklebt, oder wie oben beschrieben, gleichzeitig bei der Herstellung des Formstückes 1 mit dem Grundwerkstoff 9 verbunden werden. Eine vorteilhafte Haftung zwischen Grundwerkstoff 9 und Zwiiohensohioht 8 wird erreicht, wenn die Gewebeteile oder Geflechtsmatten Io mit jenen Klebern oder Kunstharz imprägniert werden, die mit den Grundwerkstoff 9 eine ohemitohe Bindung eingehen·
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- 7 - , 1ο5/Το
Nach dem Auftragen der Zwischenschicht 8 auf den Grundwerkstoff 9 kann nun daran geschritten werden, die Oberflächenschutzschicht 2 anzubringen, Dabei wird von der Voraussetzung ausgegangen, dass im Normalfall die durch das Maschenwerk der Gewebematte gegebenen Rauhigkeit der Zwischenschicht 8 ausreicht, um den Schutzschichtbelag in zulässiger Weise und mit genügender Haftfestigkeit aufzutragen.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, insbesondere beim Auftragen der Zwischenschicht 8 mittels Kunstharz 6 die Oberfläche derselben aufzurauhen. Dies kann beispielsweise durch ä Sandstrahlen erfolgen.
In Fig. 5 ist in vergrössertem Masstab anschaulich gezeigt, wie die Zwischenschicht 8 mittels Flammspritzen durch die Oberflächenschutzschicht 2 bedeckt wird. Dabei stellen die Bezugszeichen den Grundwerkstoff dar, der aus den Komponenten Faser 5 und Kunstharz 6 gebildet ist. Ferner sind die Längsfäden mit Io' und die Querfäden mit Iof' der Gewebematte bezeichnet, während 6' die Kunstharzteile andeutet, welche den Maschen des Gewebes eingelagert sind. In der vergrösserten Darstellung ist deutlich .:' erkennbar, wie die geflochtenen Gewebebindungen der Zwischenschicht 8 während des Flammspritzens an den Stellen 11 abgetragen werden, ohne dass die die tragende Funktion Übernehmenden Fasern 5 beschädigt werden.
Die thermischen Einwirkungen der bei Temperaturen von mehr als 3oo° C aufgetragenen Schutzschichten aus metallischen oder keramischen Stoffen werden durch die Zwischenschicht absorbiert,
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sodass gegenüber dem Grundwerkstoff eine Barriere entsteht, welche den schädlichen Einfluss fernhält und eine Beeinträchti· gung der mechanisch-technologischen Eigenschaften des Kunststoff-Werkstoffes ausschliesst.
Als geeignete Gewebe- oder Geflechtmaterialien der Zwischenschicht können organische oder anorganische Werkstoffe herangezogen werden, beispielsweise Pasern aus Polyester, Kohlenstoff, Bor, Asbest, Pozellan und Glas, aber auch metallische Drähte und Gewebe oder Gitter daraus. Es können somit alle jene Werkstoffe ™ zur Verwendung gelangen, die die obgenannten Bedingung der thermischen Barriere gegenüber dem Grundwerkstoff während des Flammspritzens erfüllen.
Eine andere vorteilhafte Verwendungsmöglichkeit des nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Verbundmaterials ist beispielsweise bei Lagern gegeben, die Überdurchschnittlich hohe Drehzahlen aufweisen. Ferner kann eine Anwendung des oberflächengeschützten Kunststoffteils bei Tragekonstruktionen von Hochbauten nützlich sein, da die Errosionsfestigkeit gegenüber herkömmlichen Kunststoffträgern wesentlich erhöht wird.
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Claims (1)

  1. - 9 - · Io5/7o
    Patentansprüche:
    Verfahren zum Aufbringen von Oberflächenschutzschichten auf Kunststoff, insbesondere Kunststofformte!Ie, gebildet aus Füllstoffen, Kunstharz und/oder Fasern, wobei der Schmelzpunkt der Oberflächenschutzschicht oberhalb der Aushärtungstemperatur des Kunstharzes liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine gegen höhere Temperaturen als die Aushärtungstemperatur des Kunstharzes (6) beständige Zwischenschicht (8) auf einen Grundwerkstoff (9) aufgebracht wird, wonach die Oberflächenschutzschicht (2) auf die Zwischenschicht (8) in an sich bekannter Weise durch Flammspritzen aufgetragen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) aus einem Gewebe oder Geflecht (lo) und Kunstharz (6) steht, das mit dem Kunstharz (6) und den Fasern (5) gleichzeitig zum Kunststofformteil geformt wird.
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschutzschicht (2) aus keramischen Werkstoffen gebildet ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daaa dlt Oberflächenschutzschicht (2) aua Metallverbindungen beateht.
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    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschutzschicht (2) aus metall-keramischen Verbundmaterial gebildet ist.
    6. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe oder Geflecht (lo) aus organischem Material besteht.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe oder Geflecht (lo) aus anorganischen Werkstoffen gebildet ist.
    8* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe (lo) mindestens teilweise mittels eines Bindemittels auf den Grundwerkstoff (9) aufgebracht wird, wonach die Oberflächenschutzschicht (2) auf die Zwischenschicht (8) durch Flammspritzen in an sich bekannter Weise aufgetragen wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Randzonen der Oberflächenschutzschicht (2) mit der Zwischenschicht (8), beziehungsweise die Randzonen der Zwischenschicht (8) mit denjenigen des Grundwerkstoffee (9) mindestens teilweise chemisch verbunden sind.
    Io* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe (lo) mit Kunstharz imprägniert wird.
    209812/U67
    11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) in an sich bekannter Weise künstlich, mechanisch aufgerauht wird.
    Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI * Cie,
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    Λ2.
    Leerseite
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