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Title:
METHOD FOR PRODUCING A METAL-PLASTIC HYBRID COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/118211
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a hybrid component comprising metal and plastic. The method comprises the steps: a) pre-treating the metal surface by the application of at least one conversion coating; b) applying at least one layer of an adhesion promoter composition and c) bonding the metal to the plastic. The adhesion promoter composition contains at least one copolyamide-based hot-melt adhesive.

Inventors:
GRUHN MAXIMILIAN (DE)
KUHMANN KARL (DE)
RISTHAUS MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/051693
Publication Date:
August 07, 2014
Filing Date:
January 29, 2014
Export Citation:
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Assignee:
EVONIK INDUSTRIES AG (DE)
GRUHN MAXIMILIAN (DE)
KUHMANN KARL (DE)
RISTHAUS MARTIN (DE)
International Classes:
C09J177/00; B32B5/26; B32B7/12; B32B15/088; B32B17/06; B32B21/08; B32B21/10; B32B27/06; B32B27/12; B32B27/34; C08J5/12
Domestic Patent References:
WO2010136241A12010-12-02
WO2013104397A22013-07-18
Foreign References:
DE102010011914A12010-10-21
US4053682A1977-10-11
DE102009042103A12011-03-24
US4252712A1981-02-24
EP1808468A22007-07-18
EP2435246A12012-04-04
DE102009042103A12011-03-24
EP1065236A22001-01-03
DE19654058A11998-06-25
DE19654179A11998-06-25
Other References:
"Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben", 1998, GEORG THIEME VERLAG, pages: 73,74
"Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben", 1998, GEORG THIEME VERLAG, pages: 274 - 276
"Römpp Chemie Lexikon", vol. 9, 1992, GEORG THIEME VERLAG, pages: 4921
J. M. WARAKOMSKI, CHEM. MAT., vol. 4, 1992, pages 1000 - 1004
HOUBEN-WEYL: "Methoden der Organischen Chemie", vol. E20, 1987, GEORG THIEME VERLAG, pages: 1482 - 1487
HOUBEN-WEYL: "Methoden der Organischen Chemie", vol. E20, pages: 1482 - 1487
POLYMER, vol. 42, 2001, pages 3649 - 3655
See also references of EP 2951258A1
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Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils umfassend Metall und Kunststoff, umfassend die Schritte

a. Vorbehandlung der Metalloberfläche durch Aufbringen mindestens einer

Konversionsschicht,

b. Aufbringen mindestens einer Schicht einer Haftvermittler-Zusammensetzung und

c. Verbinden des Metalls mit dem Kunststoff,

dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittler-Zusammensetzung mindestens einen Schmelzklebstoff auf Copolyamid-Basis enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Copolyamid

mindestens eine Epoxidkomponente und mindestens ein blockiertes Polyisocyanat als weitere Bestandteile des Schmelzklebers zugesetzt sind.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff verstärkt, vorzugsweise faserverstärkt ist. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konvertierungsmittel zur Erzeugung der Konversionsschicht eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das

Konvertierungsmittel Halogenide enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das

Konvertierungsmittel salzartige Halogenide, komplexe Halogenide oder Mischungen dieser Halogenide enthält. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das

Konvertierungsmittel Fluoride enthält.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff auf das beschichtete Metall durch Spritzgießen, Pressen,

Laminieren, Hinterspritzen oder (Co-)Extrudieren aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsschicht erhalten wird durch ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche, bei dem aus einem Arbeitsgas ein Plasmastrahl oder aus einem

Brenngas ein Flammstrahl erzeugt wird, mit dem die Oberfläche bestrichen wird, wobei mindestens ein Precursormaterial dem Arbeitsgas und/oder dem

Plasmastrahl oder dem Brenngas und/oder dem Flammstrahl zugeführt und im Plasmastrahl oder Flammstrahl zur Reaktion gebracht wird, wobei mindestens ein Reaktionsprodukt mindestens eines der Precursoren auf der Oberfläche und/oder auf mindestens einer auf der Oberfläche angeordneten Schicht abgeschieden wird.

10. Beschichtung für Hybridbauteile, welche Metalle und Kunststoffe umfassen,

umfassend mindestens eine Konversionsschicht und mindestens eine Schicht einer Haftvermittler-Zusammensetzung, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche.

1 1 . Hybridbauteil umfassend Metall und Kunststoff, wobei das Metall mit dem

Kunststoff zumindest durch eine Beschichtung nach Anspruch 10 verbunden ist.

12. Verwendung der Beschichtung gemäß Anspruch 10 als Haftvermittler zwischen Metall und Kunststoff eines Hybridbauteils.

13. Metallsubstrat, beschichtet mit mindestens einer Beschichtung nach Anspruch 10.

Description:
Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kunststoff-Hybridbauteils

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils umfassend Metall und Kunststoff, eine Beschichtung für Hybridbauteile und ihre

Verwendung, Hybridbauteile sowie Metallsubstrate.

Hybridbauteile (auch Strukturbauteile) sind Verbünde der beiden Werkstoffe Metall und Kunststoff. Sie können durch das Spritzgießverfahren hergestellt werden. Hybridbauteile sind Komponenten, die unter anderem im Fahrzeugbau und im

Flugzeugbau sowie in der Elektronik und der Elektrotechnik im Bereich tragender Teile, kraftaufnehmender Teile oder als Teil des Gehäuses, bspw. für dekorative Zwecke, zum Einsatz kommen. Sie zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie lokale Verstärkungen aufweisen, die dem Bauteil besondere mechanische Eigenschaften verleihen, und/oder die Möglichkeit zur Funktionsintegration bieten. Besonders hervorzuheben ist die Erhöhung der Bauteilsteifigkeit bei zusätzlicher

Gewichtsreduzierung im Vergleich zu bisher eingesetzten Komponenten in

konventioneller Bauweise. In den zuvor genannten Einsatzgebieten werden zunehmend Hybridbauteile eingesetzt, um eine Verringerung der Masse bei gleichzeitig optimierten mechanischen

Eigenschaften zu erhalten. Der Nachteil dieser Hybridbauteile liegt in der fehlenden bzw. unzureichenden Haftung zwischen Metall und Kunststoff. Insofern wurden bisher mechanische Verankerungen des Kunststoffs am Metall durchgeführt.

Die Haftung zwischen Metall und Kunststoff kann durch Haftvermittler verbessert werden. Aus EP-A-1808468 und EP-A-2435246 sind Hybridbauteile bekannt, wobei Metall und Kunststoff durch Schmelzklebstoffe als Haftvermittler auf Copolyamid-Basis, die zusätzlich Isocyanat- und Epoxidgruppen enthalten, verbunden sind. Insbesondere im Automobilbereich sind Metallsubstrate bekannt, die

Konversionsschichten umfassen, welche zur Oberflächenbehandlung eingesetzt werden. Die Schichten entstehen beispielsweise durch Phosphatieren oder

Chromatierung auf der Oberfläche.

Die Hybridbauteile des Standes der Technik weisen zwischen Metall und Kunststoff derzeit eine noch nicht ausreichende Haftung auf, um den Anforderungen an eine Serienproduktion beispielsweise im Automobilsektor gerecht zu werden. Die

unzureichende Haftung ist beispielsweise in der Inkompatibilität vieler Kunststoffe zu diversen Metallen oder in der variierenden chemischen und physikalischen

Beschaffenheit der Substratoberflächen zu sehen, die auf Grund von Oxidations- und Korrosionsprozessen infolge von Umwelt- oder Medieneinflüssen entstehen. Die Aufgabe bestand folglich darin, ein neues Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Demnach sollten die aus dem Verfahren erhältlichen Hybridbauteile eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte bzw. erhöhte Haftung zwischen Metall und Kunststoff aufweisen. Darüber hinaus sollten die erhaltenen Hybridbauteile den Anforderungen des Fahrzeug- und Flugzeugbaus sowie der Elektronik- und Elektrotechnik-Industrie genügen. Zudem sollte eine gute Witterungsbeständigkeit, insbesondere Korrosionsschutzbeständigkeit, gegeben sein. Metall und Kunststoff des Hybridbauteils sollen stoffschlüssig

miteinander verbunden sein. Demgemäß ist ein Verfahren der eingangs genannten Art gefunden worden, wodurch Hybridbauteile bereitgestellt werden können, die eine verbesserte Haftung zwischen Metall und Kunststoff aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte a. Vorbehandlung der Metalloberfläche durch Aufbringen mindestens einer Konversionsschicht,

b. Aufbringen mindestens einer Schicht einer Haftvermittler-Zusammensetzung und

c. Verbinden des Metalls mit dem Kunststoff, wobei die Haftvermittler-Zusammensetzung mindestens einen Schmelzklebstoff auf Copolyamid-Basis enthält.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die Metalloberfläche vollflächig oder partiell vorbehandelt. Das Metall kann vor der Vorbehandlung gereinigt werden oder bereits metallische Schutzüberzüge aufweisen. Die Metallreinigung ist dem Fachmann bekannt.

Die Vorbehandlung kann mit Konvertierungsmitteln erfolgen. Die Konvertierungsmittel werden üblicherweise als wässrige Lösungen eingesetzt. Als Konvertierungsmittel kommen handelsübliche Passivierungsmittel und Produkte für die

Konversionsbehandlung in Frage, wie zum Beispiel Zinkphosphatierungsmittel, Eisenphosphatierungsmittel sowie phosphorsäurehaltige Lösungen enthaltend Titanate oder Zirconate. Chromatierungsmittel sind ebenfalls technisch möglich, sie sind jedoch auf Grund ihrer gesundheitsgefährdenen Eigenschaften weniger bevorzugt.

Vorzugsweise enthalten Konvertierungsmittel Halogenide. Als Halogenide werden salzartige, kovalente und komplexe Verbindungen der Halogene Fluor, Chlor, Brom und lod mit stärker elektropositiven Elementen angesehen, wobei salzartige Halogenide, komplexe Halogenide oder Mischungen dieser Halogenide bevorzugt sind. Halogene sind salzartige Stoffe von Alkali- und Erdalkali-Salzen und Ammoniumsalze der Halogenwasserstoffsäuren. In den komplexen Halogeniden treten Halogen-Ionen als einzähnige anionische Liganden auf. Weiterhin bevorzugt sind Fluor-haltige Halogenide. Besonders bevorzugte salzartige Fluor-haltige Halogenide sind Fluorid-Anionen oder Hydrogenfluorid-Anionen, beispielsweise Hydrogendifluorid.

In den komplexen Halogeniden bilden vorzugsweise Nebengruppenelemente, bevorzugt Titan oder Zirconium, das Zentralatom. Komplexe Halogenide sind enthalten beispielsweise Hexafluorotitanat-Anionen, Hexafluorozirconat-Anionen oder

Mischungen daraus.

Die komplexen Halogenide sind vorzugsweise in einem Anteil von 0,2 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen

Konvertierungsmittel-Lösung, enthalten. Geeignete Konvertierungsmittel werden beispielsweise von der Firma Henkel, Deutschland, unter der Bezeichnung Granodine vertrieben. Die salzartigen Halogenide sind vorzugsweise enthalten in einem Anteil von 10 bis 300 ppm, bevorzugt 20 bis 200 ppm und besonders bevorzugt 30 bis 100 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Konvertierungsmittel-Lösung.

Fluoridhaltige Lösungen enthaltend Fluorid und Hydrogendifluorid werden

beispielsweise unter der Bezeichnung Grano Toner 38 von der Firma Henkel angeboten.

Zur Herstellung der Konversionsschicht kann das Metall in das Konvertierungsmittel getaucht werden. Darüber hinaus kann das Konvertierungsmittel mittels Spritzen, Rakeln, Rollen, Pressen, Tauchen, Walzen, Gießen oder Laminieren aufgebracht werden.

Nach der Vorbehandlung kann eine Nachpassivierung durchgeführt werden. Hierunter wird eine passivierende Spülung mit sauren Lösungen verstanden, wobei vorzugsweise die zuvor genannten Halogenide eingesetzt werden. Weiterhin kann die Konversionsschicht erhalten werden durch eine

flammenpyrolytische Abscheidung von amorphem Silicat auf der Metalloberfläche. Die zu behandelnde Oberfläche wird durch den oxidierenden Bereich einer Gasflamme geführt, in welche eine siliciumhaltige Substanz, der Precursor, eindosiert ist. Dieser verbrennt und der Rückstand scheidet sich als amorphes Silicat als festhaftende

Schicht in Schichtdicken von etwa 20 bis 40 nm auf der Oberfläche ab.

Zur Behandlung einer Oberfläche wird aus einem Arbeitsgas ein Plasmastrahl oder aus einem Brenngas ein Flammstrahl erzeugt, mit dem die Oberfläche bestrichen wird, wobei mindestens ein Precursormaterial dem Arbeitsgas und/ oder dem Plasmastrahl oder dem Brenngas und/oder dem Flammstrahl zugeführt und im Plasmastrahl oder Flammstrahl zur Reaktion gebracht wird, wobei mindestens ein Reaktionsprodukt mindestens eines der Precursoren auf der Oberfläche und/oder auf mindestens einer auf der Oberfläche angeordneten Schicht abgeschieden wird. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in DE-A-102009042103 beschrieben.

Die Behandlung der Oberfläche kann bei Atmosphärendruck erfolgen. Zudem können mittels eines Spektrometers optische Emissionen des Plasmastrahls oder Flammstrahls gemessen werden, anhand deren Charakteristika des Plasmastrahls oder Flammstrahls ermittelt werden.

Die Behandlung der Oberfläche kann in einer Aktivierung oder in einer Beschichtung der Oberfläche mittels des Plasmastrahls oder Flammstrahls bestehen.

Insbesondere sind die Durchsätze von Arbeitsgas und Precursor unabhängig

voneinander steuerbar und/oder regelbar. Neben dem Abstand der Plasmaquelle zu der zu beschichtenden Oberfläche steht so ein weiteres Mittel zur Beeinflussung der Schichteigenschaften, wie beispielsweise der Schichtdicke oder der Brechzahl, zur Verfügung. Ebenso sind auf diese Weise Gradientenschichten realisierbar. Durch geeignete Wahl dieser Prozessparameter und der verwendeten Precursoren sind beispielsweise folgende Eigenschaften der Oberfläche des Substrats gezielt

veränderbar: Kratzfestigkeit, Selbstheilungsfähigkeit, Barriereverhalten,

Reflexionsverhalten, Transmissionsverhalten, Brechungsindex, Transparenz,

Lichtstreuung, elektrische Leitfähigkeit, antibakterielles Verhalten, Reibung, Haftung, Hydrophilie, Hydrophobie, Oleophobie, Oberflächenspannung, Oberflächenenergie, antikorrosive Wirkung, schmutzabweisende Wirkung, Selbstreinigungsfähigkeit, photokatalytisches Verhalten, Antistressverhalten, Verschleißverhalten, chemische Widerstandsfähigkeit, biozides Verhalten, biokompatibles Verhalten, elektrostatisches Verhalten, elektrochrome Aktivität, photochrome Aktivität, gasochrome Aktivität.

Die Erzeugung des Plasmas kann in einer Freistrahlplasmaquelle erfolgen. Bei diesem Verfahren wird eine Hochfrequenzentladung zwischen zwei konzentrischen Elektroden gezündet, wobei durch einen eingeleiteten Gasstrom das sich bildende

Hohlkathodenplasma als Plasmajet aus der Elektrodenanordnung in aller Regel mehrere Zentimeter in den freien Raum und zur zu beschichtenden Oberfläche herausgeführt wird. Der Precursor kann sowohl vor der Anregung in das Arbeitsgas (direct plasma processing) als auch danach in das bereits gebildete Plasma oder in dessen Nähe (remote plasma processing) eingeleitet werden. Eine weitere Möglichkeit der Plasmaerzeugung ist das Ausnutzen einer dielektrisch behinderten Entladung.

Dabei wird das als Dielektrikum dienende Arbeitsgas, insbesondere Luft, zwischen zwei Elektroden hindurchgeleitet. Die Plasmaentladung erfolgt zwischen den Elektroden, welche mit hochfrequenter Hochspannung gespeist werden. Der Precursor wird vorzugsweise im gasförmigen Zustand oder als Aerosol in das Arbeitsgas oder den Plasmastrom eingeleitet. Flüssige oder feste, insbesondere pulverförmige Precursoren sind ebenfalls einsetzbar, werden jedoch bevorzugt vor der Einleitung, beispielsweise durch Verdampfung, in den gasförmigen Zustand überführt. Ebenso kann der Precursor zunächst in ein Trägergas eingeleitet, davon mitgerissen und zusammen mit diesem in das Arbeitsgas oder den Plasmastrom eingeleitet werden. Die abgeschiedene Schicht umfasst vorzugsweise mindestens eine der Komponenten Silizium, Silber, Gold, Kupfer, Eisen, Nickel, Kobalt, Selen, Zinn, Aluminium, Titan, Zink, Zirkon, Tantal, Chrom, Mangan, Molybdän, Wolfram, Wismut, Germanium, Niob, Vanadium, Gallium, Indium, Magnesium, Calzium, Strontium, Barium, Lithium,

Lanthanide, Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Bor, Phosphor, Fluor,

Halogene und Wasserstoff. Insbesondere enthalten die Schichten oxidische oder/und nitridische Verbindungen von Silizium, Titan, Zinn, Aluminium, Zink, Wolfram und Zirkon. Als Precursor wird bevorzugt eine siliziumorganische und/oder eine titanorganische Verbindung verwendet, beispielsweise Hexamethyldisiloxan, Tetramethylsilan,

Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan, Titantetraisopropylat oder Titantetraisobutylat.

Auf diese Weise sind beispielsweise Barriereschichten realisierbar, die die

Durchlässigkeit für Gase und Wasser verringern.

Als Arbeitsgas können Luft, Dampf oder ein anderes Gas verwendet werden, beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Edelgase, Wasserstoff, Kohlendioxid, gasförmige Kohlenwasserstoffe oder eine Mischung derselben.

Als Brenngas für die Beflammung kann beispielsweise Propan verwendet werden, wobei zur Verbrennung Luft oder Sauerstoff zugeführt werden. Das Brenngas kann mit Luft oder Sauerstoff vorgemischt werden. Auch das Mischungsverhältnis zwischen Brenngas und Sauerstoff oder Luft kann als Parameter anhand der ermittelten

Charakteristika gesteuert und/oder geregelt werden.

Die Erzeugung des Plasmas kann in einer Freistrahlplasmaquelle oder mittels dielektrisch behinderter Entladung erfolgen. Der Precursor wird vorzugsweise im gasförmigen Zustand oder als Aerosol in das Arbeitsgas oder den Plasmastrom eingeleitet. Flüssige oder feste, insbesondere pulverförmige Precursoren sind ebenfalls einsetzbar, werden jedoch bevorzugt vor der Einleitung, beispielsweise durch Verdampfung, in den gasförmigen Zustand überführt. Ebenso kann der Precursor zunächst in ein Trägergas eingeleitet, davon mitgerissen und zusammen mit diesem in das Arbeitsgas oder den Plasmastrom eingeleitet werden.

Als Precursor wird bevorzugt eine siliziumorganische und/oder eine titanorganische Verbindung verwendet, beispielsweise Hexamethyldisiloxan, Tetramethylsilan,

Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan, Titantetraisopropylat oder Titantetraisobutylat.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine erste Schicht mit einer Barrierewirkung und anschließend mindestens eine weitere Schicht als Funktionsschicht. Nach Trocknung der Konversionsschicht wird anschließend die Haftvermittler- Zusammensetzung, vollflächig oder partiell, auf das Metall bzw. die Konversionsschicht aufgebracht. Das Metall mit der applizierten Haftvermittler-Zusammensetzung wird thermisch vernetzt bzw. getrocknet, wobei Objekttemperaturen von 120 °C bis 240 °C, vorzugsweise 150 °C bis 225 °C, bevorzugt 175 °C bis 200°C, für einen Zeitraum von 0,5 min bis 30 min, vorzugsweise von 1 min bis 20 min, bevorzugt 3 min bis 10 min, vorteilhaft sind. Der Fachmann kann geeignete Zeit-/Temperaturbedingungen über Vorversuche ermitteln. Bei Walzverfahren sind Peak-Metal-Temperaturen (PMT) von 180 °C bis 230 °C bevorzugt. Der Fachmann wird zur Realisierung der PMT die

Anlagen- bzw. Bandgeschwindigkeit entsprechend einstellen.

Die Zusammensetzungen werden somit thermisch gehärtet.

Die Zusammensetzungen können kontinuierlich oder diskontinuierlich mittels

Elektrotauchlackieren, elektrostatischen Sprühverfahren, Wirbelsintern, Walzen (zum Beispiel Coil Coating), Gießen, Spritzen und Sprühen, Laminieren, (Heiß-)Pressen, (Co-) Extrusion appliziert werden, wobei Sprüh-Verfahren und Walzenauftragsverfahren bevorzugt sind. Hierbei können die erfindungsgemäßen Zusannnnensetzungen ein- oder beidseitig, lokal oder vollflächig aufgebracht werden. Die eingebrannten Schichtdicken (Trockenschichtdicken) der Haftvermittler-Zusammensetzungen können 10 bis 1000 μιτη, vorzugsweise 20 bis 250 μιτι und bevorzugt 30 bis 150 μιτη, betragen. Im

Walzenverfahren sind Schichtdicken von 5 μιτι bis 250 μιτη, insbesondere 10 μιτι bis 50 μιτη, bevorzugt.

Danach wird der Kunststoff beispielsweise durch einen Spritzgießprozess oder durch Heißpressen auf das Metall aufgebracht und das Metall mit dem Kunststoff physikalisch und/oder chemisch verbunden. Vorzugsweise wird der Kunststoff mittels

Spritzgusstechnologie eingespritzt. Hierzu wird das beschichtete Metallteil in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und nach dem Schließen des Werkzeugs mit dem Kunststoff hinterspritzt. Beim Kontakt der Kunststoffschmelze mit der beschichteten Metalloberfläche bildet sich ein stoffschlüssiger Verbund bzw. die Haftung zwischen den Komponenten aus. Das stoffschlüssig verbundene Hybridbauteil kann dann aus dem Spritzgießwerkzeug entformt und weiter ver- oder bearbeitet werden.

Anschließend kann die Kombination aus Metall und Kunststoff für 2 min bis 90 min, vorzugsweise 5 min bis 60 min, bei 150 °C bis 230 °C zur Steigerung von

Verbundhaftung und Vernetzungsgrad einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

Hierdurch wird ein stoffschlüssiger Verbund des Kunststoffs zum Metall erreicht.

Derartig hergestellte Hybridbauteile weisen eine dauerhafte Verbindung zwischen dem vorbehandelten und beschichteten Metall und dem Kunststoff auf und zeigen eine hohe mechanische und dynamische Belastbarkeit.

Geeignete Metalle sind z.B. eisenhaltige Legierungen wie Stahl, Aluminium, Kupfer, Magnesium, Titan sowie Legierungen der zuvor genannten Metalle. Bevorzugte Metalle sind Stahl, Titan, Aluminium sowie Legierungen der zuvor genannten Metalle, besonders bevorzugt Stahl und Aluminium sowie Aluminium-Legierungen. Bevorzugte Stähle sind unlegierte Stähle oder Edelstähle. Stähle mit einem Schutzüberzug sind besonders bevorzugt. Geeignete Überzüge sind beispielsweise Überzuge aus Zink, Aluminium-Silizium, Aluminium-Zink, Zink-Aluminium, Zink-Eisen oder Zink-Magnesium, wobei Aluminium-Silizium, Zink-Aluminium und Zink bevorzugt sind. Die Zusammensetzung der Überzüge ist beispielsweise definiert in der Broschüre „Schmelztauchveredelt.es Band und Blech" des Stahl-Informations-Zentrums im Stahl- Zentrum, Düsseldorf, Deutschland, Ausgabe 2010. Vor dem Aufbringen des Kunststoffs kann das beschichtete Metall beschnitten, umgeformt oder verformt werden. Die Um- bzw. Verformung kann vor oder nach dem Auftrag der zuvor genannten Zusammensetzungen erfolgen.

Das Aufbringen des Kunststoffs auf das beschichtete Metall kann in bekannter Weise, z. B. durch Spritzgießen, Pressen, Laminieren, Hinterspritzen oder (Co-)Extrudieren erfolgen. Vorzugsweise wird der Kunststoff mittels Spritzgusstechnologie eingespritzt. Das mit den erfindungsgemäßen Beschichtungen versehene Metall kann in einem Bereich von 50 °C bis 250 °C vortemperiert sein, um die Temperatur im Kontaktbereich zum Kunststoff z.B. beim Überspritzen oder bei Coextrusion für eine gute Verbindung zwischen Haftvermittler und Kunststoff anzuheben.

Geeignete Kunststoffe enthalten z.B. Polybutylenterephthalate, Polyolefine,

Polycarbonate, Polyurethane, aliphatische oder teilaromatische Polyamide,

Kunststoffgemische enthaltend Polyamide, Styrolpolymere wie Acrylnitril-Butadien- Styrol, Polyalkyl(meth)acrylate wie Polymethylmethacrylat sowie Mischungen der vorgenannten Kunststoffe. Mischungen aus Polycarbonaten und Acrylnitril-Butadien- Styrol sind ebenfalls geeignet. Bevorzugt sind aliphatische oder teilaromatische Polyamide, Kunststoffgemische enthaltend Polyamide, Polybutylenterephthalate, Polyolefine sowie Mischungen der zuvor genannten Kunststoffe, wobei Polyamide besonders bevorzugt sind. Die Kunststoffe sind vorzugsweise verstärkt (Verstärkungsstoffe), zum Beispiel faserverstärkt, wobei glasfaser- (GF) oder

kohlenstofffaserverstärkte (CF) Kunststoffe bevorzugt sind. Zudem können die

Kunststoffe Füllstoffe wie Talkum oder Kreide enthalten. Die Kunststoffe können weiterhin Additive enthalten wie beispielsweise Stabilisatoren, Schlagzähmodifikatoren, Fließhilfsmittel und Pigmente.

Bevorzugte Polyamide (PA) werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus

Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 610, Polyamid 612, Polyamid 613, Polyamid 614, Polyamid 106, Polyamid 1010, Polyamid 1012, Polyamid 1212, Polyamid 1 1 , Polyamid 12, Polyphthalamiden oder Mischungen auf Basis dieser Polyamide. Besonders bevorzugte Polyamide sind ausgewählt aus Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 610, Polyamid 1010 sowie deren Mischungen. Die Polyamide enthalten vorzugsweise Verstärkungsstoffe. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Beschichtung für Hybridbauteile, umfassend mindestens eine Konversionsschicht und mindestens eine Schicht der zuvor genannten Haftvermittler-Zusammensetzung (Haftvermittler-Schicht). Die Beschichtung ist durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich. Die erfindungsgemäßen Beschichtungen können verwendet werden als Haftvermittler zwischen Metall und Kunststoff eines Hybridbauteils.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Hybridbauteile, wobei das Metall mit dem Kunststoff zumindest durch eine erfindungsgemäße Beschichtung verbunden ist. Die erfindungsgemäßen Hybridbauteile finden zum Beispiel Anwendung im Maschinen- und Anlagenbau, Fahrzeugbau, in der Luftfahrtindustrie, im Schienenbau, in der Elektronik oder der Elektrotechnik. Typische Anwendungen sind im Bereich des

Automobilinterieurs, der Stoßfänger, der tragenden Karosseriestrukturen, als Rahmen- und Karosserieteile wie Frontendträger, Tür-, Dach-, Boden- oder

Fahrwerkskomponenten oder als Elektronikgehäuse zu finden. Rahmen, Profile, Fassadenelemente oder Führungsleisten von Fenstern und Türen im Bereich Hausbau und Architektur sind ebenso geeignete Verwendungsgebiete.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Metallsubstrat, das mit mindestens einer erfindungsgemäßen Beschichtung beschichtet ist. Das Substrat kann z. B. ein metallisches Halbzeug oder ein metallisches Formteil sein. Das Substrat ist

vorzugsweise ein Metallband, eine Metalltafel, ein Metallprofil, ein Metallgussteil oder ein Metalldraht. Haftvermittler-Zusammensetzung

Die Haftvermittler-Zusammensetzung enthält mindestens einen Schmelzklebstoff auf Copolyamidbasis. Die Haftvermittler-Zusammensetzung kann in Lösung, in Dispersion oder als Feststoff vorliegen. Der Schmelzklebstoff enthält mindestens ein Copolyamid. Das Copolyamid ist aus Amid-Monomeren und Comonomeren herstellbar. Durch die Comonomere werden vorzugsweise Copolyamide erhalten, die einen Schmelzpunkt zwischen 95 °C und 175 °C aufweisen. Die Amid-Monomeren sind vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Laurinlactam, Amionoundecansäure oder Mischungen daraus. Copolyamide auf Basis von Laurinlactam sind besonders bevorzugt.

Die Comonomere werden vorzugsweise ausgewählt aus aliphatischen oder

cycloaliphatischen Diaminen, aliphatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäuren, Lactamen und Mischungen daraus. Die Comonomere enthalten, unabhängig voneinander, vorzugsweise 4 bis 18 C-Atome. Geeignete Dicarbonsäuren sind beispielsweise Adipinsäure, Sebazinsäure oder Dodecandisäure. Geeignete Diamine stellen beispielsweise Hexamethylendiamin, Decamethylendiamin oder

Dodecamethylendiamin dar. Lactame wie Caprolactam können ebenfalls als Comonomer eingesetzt werden.

Bevorzugte Comonomere sind Caprolactam und ein Polymer aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin, vorzugsweise in einem Massenverhältnis von 1 :1 .

Durch einen Überschuss an Amingruppen der Diamine resultieren Copolyamide mit reaktiven Aminoendgruppen.

Die Copolyamide weisen vorzugsweise Aminzahlen von 75 bis 400 mmol/kg auf.

Das gewichtsmittlere Molekulargewicht der Copolyamide ist vorzugsweise in einem Bereich von 15000 bis 70000 g/mol anzufinden (gemessen mittels

Gelpermeationschromatographie (GPC) gegen einen Polystyrolstandard). Die relative Lösungsviskosität beträgt vorzugsweise 1 ,2 bis 1 ,8 (Bestimmung nach ISO 307).

Die Copolyamide bzw. der Schmelzklebstoff können in den erfindungsgemäßen

Zusammensetzungen in Lösung, in Dispersion oder in Pulverform eingesetzt werden, wobei die Pulverform bevorzugt ist. Ein geeignetes Lösemittel ist beispielsweise m- Kresol.

Die Pulverform kann beispielsweise durch Vermählen erhalten werden, wobei der Korndurchmesser vorzugsweise < 200 μιτι, bevorzugt < 100 μιτι und besonders bevorzugt < 70 μιτι ist (Siebanalyse). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind dem Copolyamid mindestens eine Epoxidkomponente und mindestens ein blockiertes Polyisocyanat als weitere Bestandteile des Schmelzklebers zugesetzt.

Typischerweise weist die Epoxidkomponente einen Epoxy-Index von 1 -2 Eq/kg auf. Das Epoxid-Äquivalentgewicht der eingesetzten Epoxidharze kann zwischen 400 bis 4000 g/mol, vorzugsweise 700 bis 3000 g/mol und bevorzugt zwischen 875 und 1000 g/mol liegen (bestimmt nach SMS 2026).

Der Anteil an OH-Gruppen geeigneter Epoxidharze beträgt vorzugsweise 2000 bis 4500 mmol/kg, bevorzugt 2300 bis 4000 mmol/kg (Methode SMS 2367).

Als Epoxidkomponente können beispielsweise Verbindungen auf Basis von Diolen, Polyolen oder Dicarbonsäuren eingesetzt werden, wobei Diole bevorzugt und entsprechende Phenol-Diol-Derivate besonders bevorzugt sind. Ganz besonders bevorzugte Phenol-Diol-Derivate sind Bisphenole, insbesondere Bisphenol A. Die Epoxidkomponente wird üblicherweise erhalten durch Umsetzung mit Epichlorhydrin.

Geeignete Epoxidharze haben eine Dichte von 1 bis 1 ,3 kg/L, bevorzugt 1 ,15 bis 1 ,25 kg/L (25 °C; bestimmt nach ASTM D792). Die Glasübergangstemperatur (Tg) kann 20 °C bis 100 °C betragen, vorzugsweise 25 °C bis 90 °C, bevorzugt 40 °C bis 60 °C und besonders bevorzugt 45 bis 55 °C (Bestimmung nach ASTM D3418). Der

Schmelzbereich liegt üblicherweise im Bereich von 45 °C bis 150 °C (nach DIN 53181 ). Geeignete Epxidharze sind beispielsweise unter den Bezeichnungen EPIKOTE Resin wie etwa EPIKOTE Resin 1001 oder 1009 der Hexion Specialty Chemicals, Inc.

erhältlich.

Der Schmelzklebstoff enthält die Epoxidkomponente vorzugsweise in einem Anteil von 2,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 4 bis 6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Schmelzklebstoffs. Der Schmelzklebstoff weiterhin Härter wie Dicyandiamid (DCD), vorzugsweise in Anteilen von 3 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht an Epoxidharz, enthalten. Zur Härtungsbeschleunigung können Harnstoffderivate wie Monuron oder Fenuron zugesetzt werden, wodurch die Härtungstemperaturen abgesenkt bzw. die Härtungszeiten verkürzt werden können. Der Anteil an blockiertem Polyisocyanat beträgt vorzugsweise 2,5 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 4 bis 6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des

Schmelzklebstoffs. Die blockierte Polyisocyanatkomponente kann aromatisch, aliphatisch oder

cycloaliphatisch sein, wobei aliphatische oder cycloaliphatische Polyisocyanate bevorzugt sind. Blockierungsmittel für Isocyanate wie Oxime, Phenole oder

Caprolactam sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt liegt die

Polyisocyanatkomponente als Uretdion vor, um blockiert zu sein. Typische Beispiele werden unter der Bezeichnung VESTAGON von Evonik Industries, Deutschland, vertrieben.

Die Haftvermittler-Zusammensetzung kann selbst- oder fremdvernetzende Bindemittel enthalten (zu dem Begriff„Bindemittel" vgl. Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Bindemittel, Seiten 73 und 74). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "selbstvernetzend" die Eigenschaft eines Bindemittels, mit sich selbst Vernetzungsreaktionen einzugehen. Voraussetzung hierfür ist, dass in den Bindemitteln komplementäre reaktive funktionelle Gruppen enthalten sind, die miteinander reagieren und so zu einer Vernetzung führen. Oder aber die Bindemittel enthalten reaktive funktionelle Gruppe die "mit sich selbst" reagieren. Als fremdvernetzend werden dagegen solche Bindemittel-Systeme bezeichnet, worin die eine Art der komplementären reaktiven funktionellen Gruppen in dem Bindemittel, und die andere Art in einem Härter oder Vernetzungsmittel vorliegen. Ergänzend wird hierzu auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Härtung, Seiten 274 bis 276, insbesondere Seite 275, unten, verwiesen.

Die Haftvermittler-Zusammensetzung kann weiterhin elektrisch leitfähige Stoffe enthalten, die ausgewählt sind aus Graphit, Ruß, Zinkstaub oder Mischungen dieser Stoffe, wodurch elektrisch leitfähige Haftvermittler-Zusammensetzungen entstehen. Die Hybridbauteile umfassend Beschichtungen elektrisch leitfähiger Haftvermittler- Zusammensetzungen können mit einer kathodischen Tauchlackierung (KTL) versehen werden.

Die Haftvermittler-Zusammensetzung kann darüber hinaus organische Lösemittel enthalten. Dementsprechend kann der Schmelzklebstoff in Lösung oder als Dispersion vorliegen. Geeignete Lösemittel sind polare oder unpolare organische Lösemittel.

Mischungen aus polaren und unpolaren Lösemitteln können ebenfalls eingesetzt werden.

Die Haftvermittler-Zusammensetzungen können weiterhin Farbmittel, vorzugsweise Pigmente, enthalten. Darüber hinaus können funktionelle Pigmente wie

Korrosionsschutzpigmente enthalten sein.

Geeignete Schmelzkleber werden beispielsweise von der Firma Evonik Industries, Deutschland, unter der Bezeichnung VESTAMELT angeboten. Beispielsweise seien die Typen X1027-P1 , X1038-P1 , X1316-P1 und X1333-P1 genannt. Neben dem Schmelzklebstoff können darüber hinaus Propfcopolymere aus Polyamin und polamidbildenden Monomern wie Lactamen bzw. co-Aminocarbonsäuren enthalten sein, wie sie in EP1065236A2 beschrieben sind:

Beim Pfropfcopolymer liegt die Aminogruppenkonzentration bevorzugt im Bereich von 100 bis 2 500 mmol/kg.

Als Polyamin können beispielsweise folgende Substanzklassen verwendet werden:

- Polyvinylamine (Römpp Chemie Lexikon, 9. Auflage, Band 6, Seite 4921 , Georg Thieme Verlag Stuttgart 1992); - Polyamine, die aus alternierenden Polyketonen hergestellt werden (DE-OS 196 54 058);

- Dendrimere wie beispielsweise

((H2N-(CH2)3)2N-(CH2)3)2-N(CH2)2-N((CH2)2-N((CH2)3-NH 2 )2)2

(DE-A-196 54 179) oder

Tris(2-aminoethyl)amin, N,N-Bis(2-aminoethyl)-N',N'-bis[2-[bis(2- aminoethyl)amino]ethyl]-1 ,2-ethandiamin,

3,15-Bis(2-aminoethyl)-6,12-bis[2-[bis(2-aminoethyl)amino]et hyl]-9-[2-[bis[2- bis(2-aminoethyl)amino]ethyl]amino]ethyl]3,6,9,12,15-pentaaz aheptadecan-1 ,17- diamin (J. M. Warakomski, Chem. Mat. 1992, 4, 1000 - 1004);

- lineare Polyethylenimine, die durch Polymerisation von 4,5-Dihydro-1 ,3-oxazolen und anschließende Hydrolyse hergestellt werden können (Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band E20, Seiten 1482 - 1487, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1987);

- verzweigte Polyethylenimine, die durch Polymerisation von Aziridinen erhältlich sind (Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band E20, Seiten 1482 - 1487, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1987) und die in der Regel folgende Aminogruppenverteilung besitzen:

25 bis 46 % primäre Aminogruppen,

30 bis 45 % sekundäre Aminogruppen und

16 bis 40 % tertiäre Aminogruppen.

Das Polyamin besitzt im bevorzugten Fall ein zahlenmittleres Molekulargewicht M n von maximal 20 000 g/mol, besonders bevorzugt von maximal 10 000 g/mol und

insbesondere bevorzugt von maximal 5 000 g/mol. Lactame bzw. ω-Aminocarbonsäuren, die als polyamidbildende Monomere eingesetzt werden, enthalten 4 bis 19 und insbesondere 6 bis 12 Kohlenstoffatome. Besonders bevorzugt werden ε-Caprolactam und Laurinlactam bzw. der zugehörigen co- Aminocarbonsäuren eingesetzt. Das Molverhältnis C12/C6-Baustein liegt bevorzugt zwischen 4:1 bis 1 :4. Das Massenverhältnis Schmelzklebstoff zu Pfropfcopolymer liegt bevorzugt zwischen 19:1 und 1 :1 .

Das funktionalisierte Polyolefin ist im einfachsten Fall polypropylenbasiert. Es eignen sich aber auch Etylen / C3- bis Ci2-a-Olefin-Copolymere. Als C3- bis Ci2-a-Olefin wird beispielsweise Propen, 1 -Buten, 1 -Penten 1 -Hexen, 1 -Octen, 1 -Decen oder 1 -Dodecen eingesetzt. Weiterhin können die Etylen / C3- bis Ci2-a-Olefin-Copolymere auch bis maximal etwa 10 Gew.-% Olefindiene wie beispielsweise Ethylidennorbornen oder 1 ,4- Hexadien enthalten. Als Funktionalisierung dienen bevorzugt

Säureanhydridgruppierungen, die auf bekannte Weise durch thermische oder radikalische Reaktionen des Hauptkettenpolymers mit einem ungesättigten

Dicarbonsäureanhydrid oder einer ungesättigten Dicarbonsäure eingebracht werden. Geeignete Reagenzien sind beispielsweise Maleinsäureanhydrid oder

Itaconsäureanhydrid. Auf diese Weise werden 0,1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der funktionalisierten Polyolefine, aufgepropft, was auch zusammen mit einem weiteren Monomer wie beispielsweise Styrol erfolgen kann.

Die Verwendung von maleinsäuregepfropten Polyolefinen hat weite Verbreitung für industrielle Anwendungen gefunden, insbesondere für schlagzähe Modifikationen oder als Verträglichkeitsvermittler in Blends und mechanisch verstärkten Systemen

(Polymer, 2001 , 42, 3649-3655 und zitierte Literatur). Genannte Quelle beschreibt beispielhaft auch die Herstellung derartiger funktionalisierter Polyolefine.

Einen typischen Vertreter für ein funktionalisiertes Polyolefin stellt das

polypropylenbasierte, säureanhydridgepfropfte Admer QB 520 E (Mitsui Chemicals) dar. Prinzipiell einsetzbar sind auch leichter fließende, mit Maleinsäure gepfropfte Polypropylene der Fa. Kometra (z.B. SCONA TPPP 8012).

Eine weitere Funktionalisierungsmöglichkeit besteht in der Schmelzemischung unfunktionalisierter Polyolefine mit reaktiven Verträglichkeitsvermittlern, die Epoxid- oder Carbonsäureanhydridgruppierungen enthalten. Typische Beispiele stellen

Copolymerisate bestehend aus Ethylen, einem oder mehreren nicht reaktiven

acrylischen Monomeren mit Maleinsäureanhydrid oder Glycidylmethacrylat dar. Lotader AX8900 (Arkema) stellt einen typischen Vertreter mit Glycidylmethacrylat-Einheiten dar. Das Verhältnis Polyamid-Komponente zu Polyolefinkomponente liegt zwischen 9 zu 1 und 2 zu 3.

Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die bevorzugten

Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keinesfalls als in irgendeiner Weise limitierende Offenbarung aufzufassen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in analoger Weise erhältlich.

Beispiele

Unvorbehandelte Blechplatten aus verschiedenen Metalllegierungen wurden per Konvertierungsmittel vorbehandelt . Als Konvertierungsmittel wurden eingesetzt:

- A: Granodine 958 A der Firma Henkel, Deutschland, enthaltend unter anderem Phosphorsäure und Zinkbis(dihydrogenphosphat),

- B: Granodine 958 A der Firma Henkel, Deutschland, zusätzlich enthaltend 170 ppm Grano Toner 38 der Firma Henkel, Deutschland, (Komponente enthaltend Fluorid- und Hydrogendifluorid-Anionen),

- C: Granodine 1455 T der Firma Henkel, Deutschland, enthaltend unter anderem Phosphorsäure und Dihydrogenhexafluorotitanat und

- D: Alodine 4595 der Firma Henkel, Deutschland, enthaltend unter anderem

Dihydrogenhexafluorozirconat.

Als Metalllegierungen wurden eingesetzt:

- M1 : HDG EA (Blechstärke 0,6mm) nach DIN EN10142

- M2: DX56D Z140 (Blechstärke 1 ,0mm) nach DIN EN10346

- M3: DX51 D Z140 (Blechstärke 1 ,0mm) nach DIN EN10346

- M4: AIMg3 EN AW-5754 H1 1 1 nach DIN EN 573-3

- M5: Stahl ZSTE 800 nach DIN EN10142

Nach dem Aufbringen der Konversionslösung gemäß Herstellerangabe mittels Tauchen in die Lösungen und Trocknen der Schichten wurden die Metallproben mit einer Haftvermittler-Zusammensetzung beschichtet. Als Zusammensetzung wurden appliziert

- I: Schmelzklebstoff auf Copolyamidbasis, enthaltend eine Epoxidkomponente und ein blockiertes Polyisocyanat als Pulverbeschichtung,

- II: Lösemittel haltiger Sprühlack A enthaltend 29 Gew.-% eines Schmelzklebstoffs auf Copolyamidbasis, enthaltend eine Epoxidkomponente und ein blockiertes Polyisocyanat, und

- III: Lösemittelhaltiger Sprühlack B enthaltend 30 Gew.-% eines Schmelzklebstoffs auf Copolyamidbasis, enthaltend eine Epoxidkomponente und ein blockiertes Polyisocyanat.

- IV: Schmelzklebstoff auf Copolyamidbasis (Vestamelt Z2366-P1 der Fa. Evonik), enthaltend eine Epoxidkomponente und ein blockiertes Polyisocyanat sowie ein funktionalisiertes Polyolefin als Pulverbeschichtung.

Die vier Zusammensetzungen I bis IV enthalten die gleichen Schmelzklebstoffe.

Das Lacksystem wurde im Sprühverfahren mit einer Schichtdicke von 50 - 70 μιτι und die Pulverbeschichtung elektrostatisch mit einer Schichtstärke von 50 - 100 μιτι aufgetragen. Der Sprühlack und Pulverbeschichtung wurden für 5 min bei 150°C eingebrannt. Die beschichteten Bleche wurden hierzu in einen vorgeheizten Autoklaven (Ofen) gelegt. Nach dem Einbrennvorgang wurden die Blechtafeln mit einer Schlagschere in, für die Spritzgusskavität passende, Blechstreifen mit den Maßen 24,9 mm x 59,8 mm

(Toleranz ±0,2 mm) geschnitten.

Die Blechstreifen wurden dann zur Herstellung der endgültigen Hybridbauteile in ein temperiertes Spritzgießwerkzeug eingelegt und mit einem thermoplastischen Kunststoff überspritzt. Als Kunststoffkomponente wurden folgende Formmassen eingesetzt:

K1 :PA6GF30 Durethan BKV30 H2.0 der Fa. LANXESS Deutschland GmbH

K2: PA610GF30 VESTAMID Terra HS1850 der Fa. Evonik Industries AG

K3: PA1010GF65 VESTAMID Terra BS1429 der Fa. Evonik Industries AG

K4: PA12GF30 VESTAMID L-GF30 der Fa. Evonik Industries AG.

K5: VESTAMID LX9012 der Fa. Evonik Industries AG

K6: PA6TGF50 VESTAMID HTplus M1035 der Fa. Evonik Industries AG

K7: PACM12 TROGAMID CX7323 der Fa. Evonik Industries AG

K8: PPLGF30 Celstran PP-GF30-05CN01 der Fa. TICONA K9: PA6.6 Durethan A30S der Fa. LANXESS Deutschland GmbH

K10 PBTGF30 VESTODUR GF30 der Fa. Evonik Industries AG

Die Verarbeitung der Kunststoffe erfolgte auf einer Typ Allrounder 420

(Schneckendurchmesser 25 mm) bei einer Massetemperatur von 280 °C, einer

Werkzeugtemperatur von 80 °C bzw. 120 °C und bei einer Einspritzgeschwindigkeit von ca. 30 ccm/s. Für das PPAGF50 bzw. PPLGF30 wurden jedoch Werkzeugtemperaturen von 120 °C bzw. 70 °C und Massetemperaturen von 335 °C bzw. 270 °C eingesetzt.

Wichtig war hierbei eine Einspritzverzögerung von ca. 30 s vorzusehen, damit der eingelegte Blechstreifen auf Werkzeugtemperatur vorgewärmt werden konnten, wodurch die Haftung positiv begünstigt wurde. Nach dem Entformen wurden die einzelnen Zug-Scher-Probekörper vom Anguss getrennt.

Die eingesetzten Probekörper besaßen folgen Gestaltungsmerkmale:

Die so erzeugten Prüfkörper wurden bei 50 % relativer Luftfeuchte für mindestens für 24 h bei 23 °C gelagert, um einen einheitlichen Konditionierungszustand zu

gewährleisten. Die Probekörper werden dann in eine Standard-Zugprüfmaschine Zwick/Roell Z-020 eingespannt und mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/min bei 23 °C mit einem Abstand zwischen den Klemmen und dem Überlappungsbereich von ca. 15 mm / Seite geprüft. Stahl KV HV Kunststoff Temp. in °C Überlappung Haftfestigkeit in mm in MPa

M1 * Ohne 1 K1 80 25x25 1 ,2

M1 A 1 K1 80 25x25 4,1

M1 B 1 K1 80 25x25 7,2

M1 * Ohne 1 K1 120 25x25 U

M1 A 1 K1 120 25x25 6,7

M1 B 1 K1 120 25x25 8,4

M1 A II K1 120 25x25 5,3

M1 B II K1 120 25x25 6,2

M2 C II K1 120 25x25 7,4

M1 A III K1 120 25x25 8,0

M1 B III K1 120 25x25 8,3

M2 C III K1 120 25x25 8,8

M1 A 1 K1 80 12,5x25 1 1 ,2

M1 B 1 K1 80 12,5x25 13,1

M1 A II K1 80 12,5x25 13,9

M1 B II K1 80 12,5x25 14,9

M1 A 1 K9 80 12,5x25 5,8

M1 B 1 K9 80 12,5x25 6,5

M1 A 1 K3 80 12,5x25 1 1 ,9

M1 B 1 K3 80 12,5x25 12,6

M1 A 11 K3 80 12,5x25 13,5

M1 B 11 K3 80 12,5x25 14,1

M4 A 11 K3 80 12,5x25 1 1 ,2

M4 B 11 K3 80 12,5x25 12,5

M4 A 11 K6 120 12,5x25 7,9

M4 B 11 K6 120 12,5x25 10,2

M4 A 1 K10 80 12,5x25 2,2

M4 B 1 K10 80 12,5x25 4,5

M4 D 1 K10 80 12,5x25 3,9 M4 * Ohne II K1 80 12,5x25 2,3

M4 A II K1 80 12,5x25 7,7

M4 B II K1 80 12,5x25 13,7

M4 D II K1 80 25x25 7,5

M4 D III K1 80 25x25 7,2

M4 D II K1 120 25x25 8,2

M4 D III K1 120 25x25 7,8

M3 * B ohne K2 80 12,5x25 n. m.

M3 B 1 K2 80 12,5x25 1 1 ,3

M3 B II K2 80 12,5x25 14,7

M4 * B ohne K2 80 12,5x25 n. m.

M4 B 1 K2 80 12,5x25 16,0

M4 B II K2 80 12,5x25 15,5

M3 * B ohne K3 80 12,5x25 n. m.

M3 B II K3 80 12,5x25 15,7

M4 * B ohne K3 80 12,5x25 n. m.

M4 B II K3 80 12,5x25 7,9

M3 * B ohne K1 80 12,5x25 n. m.

M3 B 1 K1 80 12,5x25 13,8

M3 B II K1 80 12,5x25 12,3

M4 * B ohne K1 80 12,5x25 n. m.

M4 B 1 K1 80 12,5x25 13,0

M4 B II K1 80 12,5x25 13,9

M4 * B ohne K5 80°C 25x25 n. m.

M4 B 1 K5 80°C 25x25 4,5

M3 * B ohne K6 120°C 12,5x25 1

M3 B II K6 120°C 12,5x25 1 1 ,9

M3 * B ohne K7 80°C 25x25 n. m.

M3 B 1 K7 80°C 25x25 4,8

M3 B II K7 80°C 25x25 3,7

M4 * B ohne K8 70°C 12,5x25 n. m.

M4 B IV K8 70°C 12,5x25 5,8 M5 * B ohne K4 80°C 20x20 n. m.

M5 B 1 K4 80°C 20x20 8,8

M5 B II K4 80°C 20x20 10,6

* nicht erfindungsgemäß

n. m. = nicht messbar (keine Haftung)

KV: Konvertierungsmittel; HV: Haftvermittler-Zusammensetzung; Temp:

Werkzeugtemperatur

Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Beschichtung aus Konversionsschicht und Haftvermittlerschicht eine erhöhte Haftfestigkeit zwischen Metall und Kunststoff in Hybridbauteilen gegenüber Systemen ohne Konversionsschicht erreicht werden kann. Die Haftfestigkeit ist insbesondere bei eingesetzten Konvertierungsmitteln erhöht, die halogenidhaltig, bevorzugt fluoridhaltig, sind (Konvertierungsmittel B und C).