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Verfahren zur Herstellung eines Klebefilms für die Metallverklebung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Klebefilms für die Metallverklebung
auf der Basis eines härtbaren Kondensationsharzes unter Zusatz eines Thermoplasten.
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Die bekannten Leimfilme auf der Basis ummodifizierter Phenolformaldehydharze
sind zum Verbinden von Metallen nicht verwendbar, da die ausgehärteten Harze zu
spröde sind, um Spannungsspitzen in der Klebfuge aufzunehmen. Man verfährt deshalb
in der Praxis so, daß man die zu spröden duroplastischen Harze durch Thermoplaste,-z.
B. Polyvinylacetale, besonders Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol, Methylcellulose,
so elastisch macht, daß sie die Spannungen in der Klebfuge auffangen. Dies ist unter
anderem in der britischen Patentschrift 601496 und der USA.-Patentschrift 2 474
292 beschrieben.
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Aus der deutschen Patentschrift 808 476 ist ein Verfahren zum Verbinden
von Flächen, von denen eine im wesentlichen nicht porös, beispielsweise eine Metallfläche
ist, mit dem Kennzeichen bekannt, daß zwischen den Flächen eine Schicht von Polyvinylacetal
und zwischen der Polyvinylacetalschicht und jeder der beiden zu verbindenden Flächen
eine Schicht von in der Wärme erhärtendem Harz, z. B. Phenolformaldehydkondensationsprodukte,
eingebracht und das Ganze bei einer Temperatur zusammengepreßt wird, die zum Erhärten
des durch Erwärmung härtbaren Harzes ausreicht. In dieser Patentschrift wird ausgeführt,
daß für die Verbindung von zwei Metallflächen mittels synthetischer Harze folgende
Bedingungen erfüllt sein müssen: 1. Das Harz muß die Metalloberfläche benetzen;
2. das Harz muß plastisch genug sein, um die bleibenden Spannungen, die durch die
Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten verursacht werden, unter der Festigkeit
der Verbindung aufzunehmen. Die Harze, die plastisch und zäh genug sind, um die
Spannungen aufzunehmen, wie z. B. Polyvinylacetal, würden sich dabei mit den Oberflächen
des Metalls nicht gut verbinden. Zudem würden sie bei Erhitzung auf den Erweichungspunkt
nicht leicht fließen. Die Anwendung eines weichmachenden Lösungsmittels verbietet
sich aber. Die notwendige Benetzung könne nun durch ein Phenolformaldehydharz erfolgen,
das selbst bei erhöhter Temperatur aushärten würde.
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In konsequenter Anwendung dieser Erkenntnis wurden dem Stand der Technik
entsprechend flüssige sowie filmförmige Metallkleber immer so ausgestaltet, daß
das der Benetzung dienende Kondensationsharz der Metalloberfläche zugewendet war
und sich zwischen Metalloberfläche und Thermoplast befand. Dieser Stand der Technik
ist z. B. in »Klebtechnik« 1957, S.224, von De Bruyn-Houwink und in »Taschenbuch
der Kitte und Klebstoffe«, 1952, S. 232 bis 234, Absatz 2, von M i k s c h - P 1
a t h dargestellt.
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Ein derartiger Aufbau des Metallklebefilmes erschwert dessen Herstellung
beträchtlich. So ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1004 753
ein Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Klebefolie des Kennzeichens
beschrieben, daß man auf zwei abziehbare Außenschichten, vorzugsweise Polyäthylenschichten,
je eine Schicht aus einem flüssigen, hitzehärtbaren Harz, insbesondere einem Phenolformaldehydharz,
aufbringt, dann auf dieser Schicht einen Überzug aus Partikeln von einem. pulvrigen
Polyvinylacetal, vorzugsweise Polyvinylformal, verteilt, die so überzogenen Außenschichten,
Überzugsseite an Überzugsseite, zusammenlegt und das Ganze einem Druck unterwirft,
bis Adhäsion zwischen den überzogenen Schichten erreicht wird. Es liegt auf der
Hand, daß ein solches Herstellungsverfahren sehr aufwendig ist. Überraschenderweise
wurde nun ein Weg gefunden, in Überwindung des bestehenden Vorurteils bezüglich
des Aufbaus eines Metallklebefilms, auf einfache und wirtschaftliche Art einen solchen
herzustellen, wobei sich gleichzeitig noch eine Reihe weiterer Vorteile einstellen
und beobachtet werden können.
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Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß ein poröser Träger mit der
Lösung eines härtbaren Kondensationsharzes getränkt, der noch feuchte, klebrige
Träger unter praktisch vollständiger Bedeckung der Oberfläche ein- oder beidseitig
mit pulverförmigem oder körnigem Thermoplasten oder einer entsprechenden Folie beschichtet
und dann bei Temperaturen unterhalb der Aushärtungsbedingungen des Kondensationsharzes
getrocknet wird. Bei der Trocknung tritt meist bereits eine Vorkondensation des
Harzes ein. Als poröses Trägermaterial eignen sich z. B. Papier; Vliese oder Gewebe
aus Natur- oder Kunstfasern, Glasfasern,
Metallfasern oder Gewebe
aus dünnen Drähten. Jedoch wird erfindungsgemäß ein Glasfaservlies bevorzugt. Aus
der Reihe der Kondensationsharze haben sich besonders die Phenolformaldehydkondensationsharze
bewährt. Als Thermoplaste eignen sich besonders die Polyvinylacetale und/oder Polyvinylalkohole.
Der Begriff Polyvinylacetal ist *als Sammelbegriff für die Acetale des Polyvinylalkohols
zu verstehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Klebefilm nach der Beschichtung durch Druck verdichtet.
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Ein solcher erfindungsgemäßer Klebefilm eignet sich nicht nur zur
Verklebung von Metall auf Metall, sondern auch von Metall auf poröse Flächen, z.
B. Holz, Textilien und Faserplatten.
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Es ist zwar aus der deutschen Patentschrift 1059135 bekannt, nach
dem Auftrag flüssigen Klebstoffes auf den noch flüssigen Auftrag pulverisierten
Trockenklebstoff aufzubringen: Hieraus kann aber die erfindungsgemäße technische
Lehre nicht abgeleitet werden. Der in. dieser Patentschrift beschriebene Trockenklebstoff
hat die Aufgabe, »bei der Herstellung gummierten Papiers überschüssige Feuchtigkeit
aus dem zuerst aufgebrachten flüssigen Klebstoff aufzunehmen. Es finden sich dort
keinerlei Angaben, die entgegen dem bestehenden Vorurteil den speziellen Aufbau
des erfindungsgemäß hergestellten Metallklebefilmes nahelegen würden. Es war vielmehr
völlig überraschend, daß trotz vollständiger Bedeckung des kondensatharzgetränkteri
Trägers und obwohl das Kondensationsharz keine direkte Berührung mit der Metalloberfläche
hat, hervorragende-Verklebungen erzielt werden können. Hierdurch unterscheidet -
sich der erfindungsgemäß hergestellte Metallldebefilm von allen bisher bekannten
Metallklebefilmen, welche den Thermoplasten als Zwischenlage oder im Kondensationsharz
eingebettet enthalten.
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Die bei Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Klebfilme erzielbaren-
Festigkeitswerte der Klebverbindungen liegen über den bisher erreichbaren Werten.
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Ein zusätzlicher Vorteil-der erfindungsgemäß hergestellten Metallklebefilme
liegt außerdem darin, daß man in der Klebfuge die 'Grenzfläche Metall-Phenolharz
und damit den Angriffspunkt der Korrösionsunterwanderung vermeidet. Der Thermoplast,
besonders ein Polyvinylacetal, wird entgegen der bisherigen Theorie überraschenderweise
fest an: der Metallfläche gebunden, so daß' seine Haftfestigkeit höher ist als die
gesamte Festigkeit der Klebfuge. Andererseits tritt eine völlig einwandfreie' Verbindung
des Phenolharzes mit der Thermoplaststhicht ein.
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Die Schicht des Thermoplasten verursacht keinerlei Korrosion, da ihr
jeder Gehalt von auf Metalle korrodierend wirkender Elektrolyte fehlt und der Thermoplast
selber völlig indifferent ist. -Der erfindungsgemäße Klebefilm läßt sich lösungsmittelfrei
und ohne Abdeckfolien herstellen. So kann eine vorhandene Anlage zur -Herstellung
eines Leimfilmes ohne wesentliche Konstruktionsänderung zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Films verwendet werden. Die imprägnierte Bahn wird vor der Trocknung nur noch beidseitig
mit eirieni Polyvinylacetal in pulvriger oder körniger, -Form beschichtet bzw. mit
Folien belegt.
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Es ist auch möglich, den mit Kondensationsharz imprägnierten einseitig
mit einem Polyvinylacetal oder Polyvinylalkohol zu beschichten. Zur Verleimung von
Metallfolien oder -blechen mit porösen Flächen, z. B. Holz, wird die mit Polyvinylacetal
beschichtete Seite des Films der Metallfläche zugekehrt und wie üblich verpreßt.
Man kann auch zwei derartige Filme mit der nicht mit Thermoplasten beschichteten
Seite zueinander gekehrt zwischen die zu verbindenden Flächen legen und an Stelle
eines beidseitig mit Thermoplasten beschichteten Films zur Metall-Metall-Verklebung
verwenden. Beispiel 1 Ein Glasfaservlies von etwa 0,3 mm Dicke und einem Flächengewicht
von etwa 35 g/m2 wird mit einem Phenolformaldehydharz imprägniert, das man in bekannter
Weise durch Kondensation von 188,2 Gewichtsteilen Phenol, 73 Gewichtsteilen 37°/jgem
Formaldehyd, 24 Gewichtsteilen Paraformaldehyd, 1,2 Gewichtsteilen Ätznatron und
45 Gewichtsteilen Äthanol erhält. Man kondensiert so lange, bis eine Probe Harz
bei Verdünnung mit etwa 0,2 Teilen Wasser ausfällt.
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Das Flächengewicht des feuchten, imprägnierten Vlieses beträgt 280
g/m2. Man trägt beidseitig bis zu einem. Gesamtgewicht von etwa 430 g/m2 gekörntes
Polyvinylformal auf und kondensiert bei 110°C während 3 Minuten -vor.
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a) Man verpreßt mit diesem Film entfettete und nach dem Pickling-Prozeß
gebeizte, 1 mm starke AlCuMg-Bleche, einfach überlappt, 8 Minuten bei 165'C mit
einem Preßdruck von etwa 7 kg/cm2.
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b) Vergleichsproben werden hergestellt, indem man auf entfettete und
nach dem Pickling-Prozeß gebeizte, 1 mm starke AlCuMg-Bleche zunächst das Phenolharz
aufstreicht,. mit gekörntem Polyvinylformal bestreut und unter gleichen Bedingungen
verpreßt.
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Es werden die in. der Tabelle angegebenen Festigkeitswerte erreicht:
| Probe A Probe B |
| Zugscherfestigkeit |
| 20 mm überlappt 2;05 kg/mm2 1,9 kg/mm2 |
| 10 mm überlappt 3,45 kg/mm2 3,2 kg/mm2 |
| Zugscherfestigkeit |
| Probe A I Probe B |
| Zugscherfestigkeit |
| nach Wasserlagerung |
| bei 200C |
| 0 Tage 3,45 kg/mm2 3,2 kg/mm2 |
| 10 Tage 3,1 kg/mm2 2,3 kg/mm2 |
| 20 Tage 3;0 kg/mm2 2,2 kg/mm2 |
| 30 Tage 2;9 kg/mm2 2,1 kg/mm2 |
| 40 Tage 2,9 kg/mm2 2,0 kg/mm2 |
Beispiel 2 Man imprägniert -ein Glasfaservlies von etwa 0;18 mm Dicke mit einem
Flächengewicht von etwa 22 g/m2 wie im Beispiel 1 mit Phenolharz. Das Gewicht des
feuchten imprägnierten Vlieses beträgt 150 g/m2. Nach dem einseitigen Auftrag von
65 g/m2 gekörntem Polyvinylformal wiegt der während 2 Minuten bei 110°C kondensierte
Film etwa 180 g/m2. Ein 0,3 mm starkes AlCuMg-Blech wird entfettet und- gebeizt
und
mit dem Film, die beschichtete Seite dem Blech zugekehrt, 25
Minuten unter 7 kg/cm2 Druck bei 145°C auf Holz verpreßt. Ein Schälversuch ergibt
Holzbruch.
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Beispiel 3 Zwei Lagen des Filmes von Beispiel 2 werden, die uribeschichtete
Seite zueinander gekehrt, mit einem Druck von 30 bis 40 kg/cm2 während 1/2 bis 1
Minute aufeinandergepreßt. Eine Verklebung von Blechproben wie im Beispiel 1 ergibt
Zugscherfestigkeiten von 3,3 kg/mm2 bei 10 mm Überlappung und 2,1 kg/mm2 bei 20
mm Überlappung. Die Verklebung eines Bremsbelages von 40 kg/cm2 Zugfestigkeit auf
Aluminium bei 165°C, 3 kg/cm2 Preßdruck und 15 Minuten Preßdauer ergibt bei Abstemmversuchen
bei 20°C und 250°C 80 bis 100 °/o Materialbruch im Bremsbelag.