CH356810A - Kunststoffkörper, der auf der Oberfläche eine Metallfolie aufweist - Google Patents

Description

      Kunststoffkörper,        der        auf        der        Oberfläche        eine          aufweist       Gegenstand der Erfindung ist ein Kunststoff  körper, der auf der Oberfläche eine mit dem Kunst  stoff fest verbundene Blatt- oder streifenförmige  Metallfolie aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass  die Metallfolie auf der Innenseite mit festhaftenden  Metallpartikeln versehen ist, welcher mit der Ober  flächenschicht des Kunststoffkörpers eine feste Ver  zahnung bilden.

   Derartige Kunststoffkörper können  erfindungsgemäss hergestellt werden, indem man auf  eine Blatt- oder streifenförmige Metallfolie einseitig  Metallpartikel aufbringt, diese mit der Metallfolie  durch Verschweissen oder Verlöten fest verbindet, die  Metallfolie mit der Metallpartikel aufweisenden  Seite auf den Kunststoff legt und mit diesem derart       zusammenpresst,    dass die Metallpartikel in die Ober  flächenschicht des Kunststoffkörpers eindringen, und  den Kunststoff verfestigt.  



  Die vorzüglichen     Isolierungseigenschaften    vieler  Kunststoffe liessen diese als geeignet erscheinen zur  Verwendung als Träger für eine metallische Ober  fläche, beispielsweise für elektrotechnische Anwen  dungen. Die Verwendung von Kunststoffen zu die  sem Zweck     wird    aber dadurch behindert, dass es  schwierig ist, zwischen dem Trägermaterial und der  metallischen Oberfläche eine gute Haftung zu  schaffen.  



  Unter den Kunststoffen mit guten     Isolierungs-          eigenschaften    befinden sich einige, die sie als be  sonders günstig als Träger für metallische Schichten  für elektrotechnische Zwecke erscheinen lassen. Zu  diesen besonders geeigneten Stoffen gehören bei  spielsweise die     Halogenkohlenstoff-Harze        (Polymeri-          sate        perhalogenierter        mono-olefinischer        Kohlenwas-          serstoffe).     



  Gegenwärtig sind im Handel zwei Halogenkohlen  stoff-Harze erhältlich, welche chemische, physikali  sche und elektrische Eigenschaften haben, die sie für    viele Anwendungszwecke geeignet machen, nämlich  das     Polytetrafluoräthylen    und das     Polymonochlor-          trifluoräthylen.    Eine der hervorragendsten physikali  schen Eigenschaften der genannten     Halogenkohlen-          stoff-Polymeren    ist deren Hydrophobie. Sie sind  deshalb undurchlässig für Wasser und Feuchtigkeit.  Sie zeichnen sich ferner durch grossen elektrischen  Widerstand und niedrigen     Leistungsfaktor    aus.

   Diese  Eigenschaften machen in ihrer Zusammenwirkung die  genannten Stoffe vorzüglich geeignet als Grund  materialien für elektrische Anwendungszwecke.  



  Die genannten Stoffe sind im Handel als Pulver  erhältlich, welche Stoffe geformt und unter Ein  wirkung von Druck und Hitze zu beliebigen ein  fachen Formen gepresst werden können. Sie können  auch zu Blöcken oder Platten geformt und, wenn  komplizierte Formen benötigt werden, welche sich  nicht gut durch einfaches Pressen herstellen lassen,  können die Blöcke und Platten dann maschinell be  arbeitet werden.  



  Wegen der geringen Haftfähigkeit von Halogen  kohlenstoff-Polymeren hielt man es für sehr  schwierig oder fast unmöglich,     eine    direkte physi  kalische Bindung zwischen einem Halogenkohlenstoff  polymerkörper und einem äusseren Metallelement zu  schaffen, welches entweder als Träger für das Ha- .       logenkohlenstoffpolymere    dient oder seinerseits vom  Kunststoffkörper getragen wird.  



  Anderseits haben     Halogenkohlenstoff-Polymere     eine weitere Eigenschaft, die ihre Verwendung für  elektrotechnische Zwecke besonders nahelegt. Nach  dem sie einmal in die gewünschte Form gebracht  sind, widerstehen sie höheren Umgebungstempera  turen beim Betrieb besser, als die meisten andern  zur Zeit bekannten Kunststoffe.  



  Durch diese äusserst günstigen     Temperaturstand-          festigkeitseigenschaften    von Halogenkohlenstoff-Poly-           meren    werden die Schwierigkeiten bei der Schaffung  einer guten Haftung zwischen den Halogenkohlen  stoff-Polymeren und einem oberflächig angeordneten  Metallblatt noch verstärkt. Wo Betriebsbedingungen  mit abwechselndem Erhitzen und Abkühlen vor  liegen, führen die aufeinanderfolgenden Beanspru  chungen in wechselnder Richtung zu einer Ablösung  der Metallschicht vom Trägermaterial, wenn nicht  zwischen dieser Metallschicht und dem Grundmaterial  eine starke mechanische Verbindung besteht.  



  Gewöhnlich sind     blatt-    oder     streifenförmige    Me  tallfolien, welche auf Körper aus isolierendem Ma  terial von der oben beschriebenen     Art    verwendet  werden, sehr dünn, das heisst von der Grössenord  nung von 0,05-0,075 mm. Jedes derartige im Handel  erhältliche Metall ist äusserst glatt und weist keine  Struktur auf, auf Grund welcher eine genügend  starke Haftung zwischen einer derartigen dünnen       blatt-    oder     streifenförmigen    Metallfolie und einem       Kunststoffträgermaterial,    z. B. einem     Halogenkoh-          lenstoff-Polymeren,    zustande kommen kann.  



  Es wurde nun gefunden, dass es nach dem erfin  dungsgemässen Verfahren     möglich    ist, die Haftung  einer     derartigen        blatt-    oder     streifenförmigen    Metall  folie auf einem     Körper    aus Kunststoff auf diese Weise  zu erreichen, dass man die Metallfolie auf der Innen  seite mit festhaftenden Metallpartikeln versieht,  welche durch Zusammenpressen in die Oberflächen  schicht des Kunststoffkörpers eindringen, und dann  die Metallfolie an der     Oberfläche    des Kunststoff  körpers festhalten.  



  Das Festhalten von Metallpartikeln auf der Ober  fläche der Metallfolie kann durch Verschweissen  oder Verlöten erreicht werden. Im ersten Falle kann  die Metallfolie zunächst auf eine Temperatur ge  bracht werden, die nahe ihrer Schmelztemperatur  liegt; danach können Metallpartikel,     vorerhitzt    oder  nicht, auf die erhitzte Folie aufgebracht werden, wel  che ein wenig in die Folie eindringen und dadurch  festgehalten werden, dass sich die     Metallpartikel    mit  der Metallfolie mit den Berührungsflächen gegenseitig  verschmelzen. Beim Verlöten kann die Folie zunächst  in eine verlötende Substanz getaucht werden, wo  nach die     Metallpartikel    auf die Folie aufgebracht  werden. Das Ganze kann hernach erhitzt werden.

   Es  ist auch möglich, die     Partikel    mit der verlötenden  Substanz zu benetzen und sie dann auf die Folie  aufbringen. Die so aufgebrachten und festhaftenden  Partikel können eine     Art    Haken bilden, welche an  der     untern        Oberfläche    des Metallblattes oder     -strei-          fens    verankert sind und somit     unzählige    Vertiefun  gen für die Aufnahme von     zusammengepresstem          Fluorkohlenstoffpolymer    darstellen.  



  Wenn die Metallfolie derart behandelt worden  ist, kann sie auf ihrer Unterseite mit einem Teil  des Materials bedeckt werden, mit welchem sie ver  bunden werden soll. Sie kann dann auf den Gegen  stand gelegt werden, mit welchem sie zusammen  gefügt werden soll, worauf das Ganze zusammen  gepresst werden kann, damit der Kunststoff in die    Vertiefungen zwischen den Partikeln eindringt, welche  als eine Art Anker dienen zum Festhalten der mit  dem Trägermaterial festverbundenen     Metallfolie.    Der  Körper kann dann verfestigt werden, indem man  ihn z. B. erhitzt oder presst und erhitzt, je nach der  Natur des Kunststoffs.

      Das als Kunststoff für den hier erwähnten Zweck  vorzugsweise verwendete     Fluorkohlenstoff-Polymer     kann zur Herstellung des Körpers in der ganzen  Dicke in Pulverform verwendet werden, oder es kann  in Verbindung mit einem Gewebestück verwendet  werden, mit welchem es dann unter Druck vereinigt  und in üblicher Weise gesintert werden kann. In  diesem Falle besteht das zu diesem Zweck verwen  dete Gewebe vorzugsweise aus     Glasfasermaterial,     kann aber auch aus irgendeinem andern geeigneten  Material, welches die     Sintertemperatur    aushält, be  stehen.  



  Zu diesem Zweck eignet sich z. B.     Glasfaser-          gewebe    von etwa 0,006 mm Dicke, welches zweck  mässig in eine     Fluorkohlenstoffpolymer-Suspension     eingetaucht und anschliessend getrocknet wird, zur  Bildung eines Gewebes von etwa 0,012-0,018 mm  Dicke. Eine genügende Anzahl solcher Gewebe kön  nen     aufeinandergeschichtet    werden, bis die für das  Zusammendrücken gewünschte Dicke erreicht ist.  Auf die Seite der behandelten Metallfolie wird dann  vorzugsweise ebenfalls die     Fluorkohlenstoffpolymer-          Suspension    aufgetragen, wonach diese Seite auf die  aufgeschichteten Gewebestücke aufgebracht werden  kann.

   Das ganze     Schichtenpaket    kann dann auf die  gewünschte Dicke zusammengepresst und bei der  für     Fluorkohlenstoff-Polymere    üblichen     Sintertem-          peratur,    welche etwa bei 371  C liegt,     gesintert    wer  den.  



  Die     Art    der Durchführung des Verfahrens und  die Vorteile der hergestellten Gebilde sind im ein  zelnen noch genauer ersichtlich anhand der nach  folgenden beispielsweisen Beschreibung und Zeich  nung.  



       Fig.    1 zeigt eine Seitenansicht eines dünnen Me  tallblattes, dessen untere Oberfläche vorbereitet ist,  um auf einen Kunststoffkörper aufgelegt zu werden,  welcher beispielsweise aus     Fluorkohlenstoffpolymer-          material    besteht;

         Fig.    2 zeigt eine analoge Ansicht nach dem Zu  sammenpressen eines Metallblattes mit pulverförmi  gem Kunststoff auf die gewünschte Grösse und Dicke,  wobei das Pulver in die einspringenden Vertiefungen  oder Spalten zwischen den auf der     untern    Oberfläche  des Metallblattes fixierten Metallpartikeln gepresst  ist;

   dieses Zusammenpressen geschieht im allgemei  nen vor dem Sintern oder einem     Wärmehärteprozess;          Fig.3    zeigt eine analoge Ansicht wie     Fig.2,     jedoch nach dem     Wärmehärteprozess;          Fig.    4 zeigt eine analoge Ansicht eines Körpers,  der gebildet wurde durch Zusammenpressen und  Warmhärten mehrerer aufeinandergelegter, mit einem  Kunststoffmaterial vorbehandelter Gewebeschichten.      Wie in     Fig.    1 der Zeichnung dargestellt, wird eine  dünne Metallfolie 10 mit einem Körper aus thermo  plastischem Material 11 verbunden, welches in Pul  verform vorliegt und welches hier beispielsweise       Fluorkohlenstoffpolymermaterial    ist.

   Damit die     blatt-          oder    streifenförmige Metallfolie 10 mit dem als  Träger dienenden thermoplastischen     Fluorkohlen-          stoffpolymermaterial    sicher verbunden werden kann,  verwendet man zu diesem Zweck übliche, dünn  gewalzte Metallblätter mit einer Dicke im Bereich  von 0,050-0,076 mm. Das Kunststoffmaterial 11  kann in einem Behälter oder einer Form verteilt sein  und dann auf die gewünschte Form und Dicke zu  sammengepresst werden.  



  Falls das Metall um seiner Leitfähigkeit     willen    für  elektrotechnische Anwendungszwecke benutzt werden  soll, kann zweckmässig Kupfer verwendet werden.  Zur näheren Erläuterung wird nachfolgend auf Kupfer  als verwendetes Metall Bezug genommen. Damit die  Metallfolie oder der Streifen 10 aus Kupfer auf  dem Trägerkörper aus     Fluorkohlenstoff-Polymerisat     oder einem andern Kunststoff sicher befestigt werden  kann, wird zunächst eine grosse Anzahl     kleiner    Par  tikel 12 auf der untern     Oberfläche    des Blattes 10  aufgebracht. Diese Partikel können von zufälliger  Form und Grösse sein und z.

   B. aus zerbrochenen  Metallstücken bestehen, welche in zufälliger Vertei  lung mit Abständen voneinander auf der einen Seite  des Blattes 10 aufgebracht und dann in irgendeiner  geeigneten Weise mit dem Kupferblatt verbunden  werden, beispielsweise durch Erhitzen, Verlöten, Ver  schweissen oder durch irgendein anderes Verfahren,  mit welchem diese Teilchen 12 dauerhaft mit dem  Kupferblatt 10 verbunden werden können. Die zu  fällige Form der Teilchen 12 schafft eine grosse An  zahl rückspringender Winkel und Vertiefungen 13  zwischen den Partikeln, in welche Teile des Kunst  stoffmaterials eingreifen können, wenn das Kupfer  blatt und das     Trägermaterial    zusammengepresst wer  den.  



  Nachdem die Partikel mit der Metallfolie verbun  den sind, wird die vorbehandelte Folie vorzugsweise  in eine     Fluorkohlenstoffpolymer-Suspension    einge  taucht, wieder entnommen und getrocknet, zur Bil  dung einer dünnen Schicht von     Fluorkohlenstoff-          polymer    auf der untern Oberfläche des Metalls und  den Metallpartikeln. Durch dieses Eintauchen     erfolgt     eine vorbereitende Füllung der einspringenden Winkel  und Vertiefungen zwischen den Partikeln.  



  Das Kupferblatt wird dann auf das     Fluorkohlen-          stoffpolymer-Pulver    aufgelegt, und das Ganze wird  gemäss üblichem Verfahren auf die gewünschte Dicke  zusammengepresst. Dabei dringen die     Metallpartikel     gleichsam wie Wurzeln in das     Polymermaterial    ein,  und es entsteht, da das letztere in die einspringenden  Winkel zwischen den Partikeln     hineingepresst    und  um diese herum zusammengepresst wird, eine feste  Verzahnung, wenn der Kunststoff z. B. durch eine  Wärmebehandlung verfestigt wird.

   Die zahlreichen  Partikel dienen dann als verankernde Wurzeln oder    Keile, welche durch das     Trägermaterial    festgehalten  werden, und es entsteht auf diese Weise eine ausser  ordentlich starke Bindung zwischen der Kupferfolie  und dem Kunststoffkörper.  



  Es wird ausserdem während einem ersten Pressen,  welches z. B. bei einem Druck von etwa 1400 bis  280     kg/cm2    erfolgt, und durch das anschliessende       Sintern    bei etwa     370'     C sämtliche Luft zwischen  dem Kupferblatt und dem     Fluorkohlenstoffpolymer-          Körper    ausgepresst.  



  Nachdem das Kupferblatt auf das pulverförmige  Material 11 aufgelegt ist, wird das     Ganze    auf die  gewünschte Dicke     zusammengepresst.    Im Falle von       Fluorkohlenstoffpolymermaterial    beträgt das ur  sprüngliche Volumen zweckmässig etwa das Vierfache  des Volumens des entstehenden     Pressgegenstandes,     was als Mass dienen kann für die Menge des zu ver  wendenden     Fluorkohlenstoffpolymer-Pulvers.    Wenn  der gesamte Materialkörper, inbegriffen das Metall  blatt, auf die gewünschte Dicke gepresst wird, wie  es allgemein dargestellt ist in     Fig.2,

      bilden bei  spielsweise das     Fluorkohlenstoffpolymermaterial    und  das Metallblatt eine vollständige Einheit, welche  selbsttragend ist und ohne äussere Unterstützung leicht  gehandhabt werden kann. Die gepresste Einheit wird  dann in einem geeigneten Ofen der     Sintertemperatur     ausgesetzt bei etwa 370  C während einer Zeitdauer,  welche von der Dicke und vom Volumen des Ma  terials abhängt, damit der gesamte     Körper    während  der für das     Fluorkohlenstoffpolymermaterial    nötigen  Zeit auf diese Temperatur erhitzt werden kann.

   Wenn  für den Träger andere Kunststoffe verwendet werden,  richtet sich die Temperatur und Dauer der Erhitzung  nach den für dieses Material     üblicherweise    gebrauch  ten Werten.  



  Nachdem die zusammengesetzte Einheit gesintert  oder einer anderweitigen     Wärmehärtungsbehandlung          unterworfen    worden ist, weist die fertige Einheit eine  Struktur auf wie in     Fig.    3, welche ähnlich ist der  jenigen von     Fig.    2, ausser, dass     darin    zum     Ausdruck     gebracht wird, dass das Material des     Körpers    bereits  gesintert ist und die Metallpartikel 12 mit der Ober  flächenschicht des Kunststoffkörpers eine feste Ver  zahnung bilden.  



  Die fertige Einheit, wie sie in     Fig.    3 dargestellt  ist, stellt einen starren Kunststoffkörper aus     iso-Iie-          rendem    Material, beispielsweise einem     Fluorkohlen-          stoffpolymer    und einer Oberfläche 10 aus einer  Kupferfolie dar, welcher auf Grund seiner mechani  schen Eigenschaften und elektrischen Leitfähigkeit  für elektrotechnische Zwecke verwendet werden kann.  Das Metallblatt kann in geeigneter Weise elektrisch  verbunden werden, z. B. durch Verzinnen     seiner          Oberfläche,    so dass es leicht     und    rasch     mit    einem  Anschluss verlötet werden kann.  



  In gleicher Weise kann die metallische     Oberfläche     10 benutzt werden zur Verbindung mit andern me  tallischen     Oberflächen    oder     zur    Bildung von Trägern  oder     hermetisch    dichten Verbindungen, sowie für eine           Unzahl    weiterer Anwendungszwecke, wo in     Industrie     oder Forschung     Metall-auf-Metall-Verbindungen    ge  braucht werden.  



  In     Fig.    4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungs  form dargestellt, bei welcher zunächst ein Gewebe  material, wie z. B.     Glasfasergewebe,    mit dem Kunst  stoff behandelt wird, welcher als Trägermaterial ver  wendet wird. Wenn beispielsweise als Kunststoff ein       Fluorkohlenstoff-Polymer    verwendet wird, taucht man  das     Glasfasergebilde    zunächst     in    eine Suspension des       Fluorkohlenstoffpolymers    ein, um es mit einer Schicht  des     Fluorkohlenstoff-Polymers    zu überziehen.

   Nach  dem Trocknen des Gewebes haftet das     Fluorkohlen-          stoff-Polymer    für den vorliegenden Zweck genügend  fest am     Glasfasergebilde.    Eine Mehrzahl von in dieser  Weise behandelten Gewebeschichten wird     aufeinan-          dergeschichtet    bis zu einer solchen Dicke, dass nach  dem Zusammenpressen ein Gebilde von der ge  wünschten Mächtigkeit entsteht.  



  Der     Oberteil    des     Schichtgebildes    wird dann mit  einem Metallblatt bedeckt, gleich wie in     Fig.    1 dar  gestellt, welches Blatt so vorbehandelt wurde, dass  es auf seiner unteren     Oberfläche    die Partikel 12 als  festhaftende Bestandteile     enthält.    Dieses Metallblatt  wird in eine Suspension beispielsweise eines     Fluor-          kohlenstoff-Polymers    eingetaucht und dann mit dem  Schichtgebilde aus dem vorbehandelten Gewebe in  einer Weise zusammengepresst, dass die     Metallpartikel     12 in die entsprechenden oberen Schichten des behan  delten     Glasfasergewebes    eindringen.

   Die rohen Kan  ten des Gewebematerials dringen in die einspringen  den Winkel und Vertiefungen um die einzelnen Par  tikel ein und ergeben in diesen Bereichen eine Ver  stärkung des Kunststoffs. Durch Erhitzen der ganzen  Gewebeeinheit mit dem daraufgelegten Metall wird  der Körper     gesintert;    die Kanten des Gewebes und  des Kunststoffes umschliessen die     einzelnen    Metall  partikel 12 und     bilden    eine harte,     starre,        klauenartige     Verbindung mit -der Metallschicht 10, welche     dann     mit dem Trägermaterial in einer Weise verbunden  ist, dass auch bei starken zyklischen Temperatur  schwankungen eine Ablösung vom     Kunststoff    nicht  erfolgt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Kunststoffkörper, der auf der Oberfläche eine mit dem Kunststoff fest verbundene blatt- oder strei- fenförmige Metallfolie aufweist, dadurch gekenn zeichnet, dass die Metallfolie auf der Innenseite mit festhaftenden Metallpartikeln versehen ist, welche mit der Oberflächenschicht des Kunststoffkörpers eine feste Verzahnung bilden.

   II. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff körpers gemäss Patentanspruch I, dadurch gekenn- zeichnet, dass man auf eine blatt- oder streifenför- mige Metallfolie einseitig Metallpartikel aufbringt, diese mit der Metallfolie durch Verschweissen oder Verlöten fest verbindet, die Metallfolie mit der Me tallpartikel aufweisenden Seite auf den Kunststoff legt und mit diesem derart zusammenpresst, dass die Metallpartikel in die Oberflächenschicht des Kunststoffkörpers eindringen, und den Kunststoff verfestigt. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Kunststoffkörper nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass es sich um einen gehär teten Kunststoff handelt. 2. Kunststoffkörper nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass es sich beim Kunststoff um ein Polymerisat eines perhalogenierten monoolefini- schen Kohlenwasserstoffs handelt. 3. Kunststoffkörper nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass es sich beim Kunststoff um Polytetrafluoräthylen oder Polytrifluorchloräthylen handelt.

   4. Kunststoffkörper nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass es sich um einen verstärk ten Kunststoff handelt, bestehend aus mindestens einer Schicht eines mit Kunststoff imprägnierten Ge webes. 5. Kunststoffkörper nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass es sich beim Kunststoff um einen thermoplastischen Kunststoff handelt. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man mehrere Blätter oder Strei fen von Glasfasergewebe in eine Suspension eines Halogenkohlenstoff-Polymers eintaucht, nach dem Trocknen aufeinanderschichtet, mit der Metallpartikel aufweisenden Metallfolie bedeckt, das Ganze zu einer festen Masse zusammenpresst, wobei die Me tallpartikel mindestens in die oberste Glasfaser gewebelage eindringen, und die gepresste Masse einer Temperatur von 370 C aussetzt. 7.

   Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass man auch die Metallfolie vor dem Auflegen auf die aufgeschichteten Glasfasergewebe in eine Suspension eines Halogenkohlenstoff-Polymers eintaucht. B. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch ge kennzeichnet, dass man einen ungehärteten Kunst stoff in Pulverform in eine Form gibt, mit der Me tallpartikel aufweisenden Metallfolie überdeckt, das Ganze zu einer Einheit zusammenpresst und die gepresste Masse verfestigt. 9.

   Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff Polytetrafluor- äthvlen oder Polvtrifluorchloräthvlen verwendet wird.