CH686422A5 - Verfahren zur unlosbaren Verbindung einer Masse aus ausgehortetem Epoxidharz mit einer Masse aus ABS-Copolymer, sowie nach diesem Verfahren hergestellter Gegenstand. - Google Patents
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Description
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur unlösbaren Verbindung einer Masse aus ausgehärtetem Epoxidharz mit einer Masse aus ABS-Copolymer.
Ebenfalls betrifft die Erfindung einen nach diesem Verfahren hergestellten Gegenstand mit unlösbar miteinander verbundenen Massen aus ausgehärtetem Epoxidharz einerseits und ABS-Copolymer anderseits.
Es ist bisher nicht gelungen, Gegenstände aus Epoxidharz und aus ABS-Copolymer (Acrylnitril-Bu-tadien-Styrol-Copolymer) so aufeinander zu haften, dass die Haftverbindung keine Schwachstelle des fertigen zusammengesetzten Gegenstands bildet. Bei Beanspruchung durch Scherung und Zug trennen sich die bisherigen so zusammengesetzten Gegenstände stets bei der Haftverbindung.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei welchem eine Haftverbindung geschaffen wird, die einer Beanspruchung durch Scherung und Zug zumindest ebenso gut und womöglich sogar besser widersteht als für sich allein betrachtet die Massen der miteinander verbundenen Materialien Epoxidharz und ABS-Copolymer.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben, das erfin-dungsgemäss gekennzeichnet ist durch die Herstellung eines komplexen Verbundmaterials unter Bildung einer Zwischenschicht aus Nitrilkautschuk zwischen dem Epoxidharz und dem ABS-Copolymer.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemässe Verfahren folgende Verfahrensschritte:
Bereitstellung eines zu verbindenden Gegenstands, der zumindest in einem zu verbindenden Oberflächenbereich davon aus ausgehärtetem Epoxidharz besteht;
Bereitstellung einer Folie aus Nitrilkautschuk; Auflegen der Nitrilkautschuk-Folie auf den Epoxidharz-Oberflächenbereich;
Anpressen der Nitrilkautschuk-Folie an den Epoxid-harz-Oberflächenbereich unter gleichzeitiger Erhitzung zur Bildung eines ersten Verbundmaterials aus der Nitrilkautschuk-Folie und dem Epoxidharz-Oberflächenbereich ;
Abkühlen des ersten Verbundmaterials im wesentlichen bis auf Raumtemperatur;
Bereitstellung von geschmolzenem ABS-Copolymer; Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer auf einen freien Nitrilkautschuk-Oberflächenbereich des ersten Verbundmaterials bei gleichzeitiger Druckauswirkung zur Bildung des komplexen Verbundmaterials; und
Abkühlen des komplexen Verbundmaterials im wesentlichen bis auf Raumtemperatur;
wobei zwischen dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer und dem Abkühlen des komplexen Verbundmaterials die Temperatur des Epoxidharzes durch Kühlung unterhalb etwa 125°C gehalten wird.
Das Anpressen der Nitrilkautschuk-Folie an den Epoxidharz-Oberflächenbereich kann dabei vorzugsweise unter einem Druck von etwa 5,5 x 105 Nrrr2 bei gleichzeitiger Erhitzung auf etwa 200°C während etwa 25 Sekunden erfolgen. Dies sind etwa die optimalen Einstellparameter für die Bildung eines geeigneten ersten Verbundmaterials aus den Materialien Nitrilkautschuk und Epoxidharz.
Vorzugsweise kann die Nitrilkautschuk-Folie anfänglich mit einer Trägerfolie versehen sein, die nach dem Anpressen der Nitrilkautschuk-Folie aber vor dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer, vorzugsweise während des Abkühlens des ersten Verbundmaterials und bevorzugt bei etwa 50°C entfernt wird. Dadurch wird eine Verschmutzung der freien Nitrilkautschuk-Oberfläche während des Anpressvorgangs sowie eine Verklebung am bzw. im Werkzeug vermieden.
Vorzugsweise erfolgt das Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer im Spritzgussverfahren. Dabei kann die Temperatur des geschmolzenem ABS-Copolymers vorzugsweise etwa 250°C und der Spritzdruck vorzugsweise etwa 1,2 x 107 Nrrr2 betragen. Dies sind etwa die optimalen Einstellparameter für die Einspritzung des Materials ABS-Copolymer zur Bildung eines geeigneten komplexen Verbundmaterials mit den bereits verbundenen Materialien Nitrilkautschuk und Epoxidharz. Um zu gewährleisten, dass dabei das Epoxidharz wie erforderlich kühl genug bleibt, kann vorzugsweise der zu verbindende Gegenstand während des Spritzgussverfahrens gekühlt werden, indem eine dem zu verbindenden Oberflächenbereich abgewandte Rückfläche davon gegen eine gekühlte Wandung einer beim Spritzgussverfahren verwendeten Form angedrückt wird. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem diese gekühlte Wandung porös und/oder gelocht ausgebildet ist und die Rückfläche des Gegenstands durch Unterdruck daran angesaugt wird. Vorzugsweise wird dabei die Temperatur des Epoxidharzes dadurch eingestellt, dass einander entsprechend ausgewählte Werte einer Temperatur der Wandung und einer Zeitdauer des Spritzgussverfahrens zwischen dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer und dem Abkühlen des komplexen Verbundmaterials eingestellt werden. Bevorzugte Werte sind dabei eine Temperatur der Wandung von etwa 60°C und eine Zeitdauer des Spritzgussverfahrens zwischen dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer und dem Abkühlen des komplexen Verbundmaterials bis zu 20 Sekunden und vorzugsweise von etwa 10 Sekunden.
Da die Festigkeit des komplexen Verbundmaterials sich nach seiner Herstellung einige Zeit lang noch erhöht, wird das komplexe Verbundmaterial vor seiner Verwendung als unlösbare Verbindung vorzugsweise länger als 2 Tage bei Raumtemperatur gelagert.
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellter Gegenstand hat unlösbar miteinander verbundene Massen aus ausgehärtetem Epoxidharz einerseits und ABS-Copolymer anderseits.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Der bereitgestellte, zu verbindende Gegenstand besteht aus gegebenenfalls glasfaserverstärktem ausgehärtetem Epoxidharz und ist beispielsweise ein gegebenenfalls mit darauf angebrachten oder darin ein5
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gebetteten elektronischen Komponenten bestückter ein- oder mehrschichtiger Träger von gedruckten Schaltungen, der auch durch Schub und Zug nicht trennbar mit einer schlag- und biegefesten Basis wie einem Telefongehäuse, einer Instrumententafel eines Fahrzeugs, einer Karte mit Dekor für Zutrittsberechtigung, Transaktionsausführung und dergleichen, einem Chassis eines Radiogeräts oder Tonbandgeräts zu verbinden ist. Auf dem Träger ist ein Oberflächenbereich definiert, der mit einem dazu passenden Oberflächenbereich der Basis zu verbinden ist. Der betreffende Oberflächenbereich ist sorgfältig entfettet und hat beispielsweise eine Rauhtiefe von 9 ± 2 um.
Die bereitgestellte Folie aus Nitrilkautschuk hat beispielsweise eine Dicke von 5 ± 1 um und eine spezifisches Gewicht von 40 grrr2, wobei der verwendete Nitrilkautschuk beispielsweise eine Schmelztemperatur von 115°C und für seine Verarbeitung eine obere Grenze der Temperaturbeständigkeit bei 105°C hat. Diese Nitrilkautschuk-Folie ist anfänglich mit einer Trägerfolie beispielsweise aus Silikonpapier versehen, wobei die beiden Folien anfänglich zusammen aufgerollt sind, so dass das Silikonpapier die Oberfläche der Nitrilkautschuk-Folie beiderseitig schützt. Eine solche Nitrilkautschuk-Folie ist im Handel beispielsweise von der Firma BDF unter der Bezeichnung «Technicoll 8410» erhältlich.
Bei Raumtemperatur wird ein Stück dieser Nitril-kautschuk-Folie der Rolle entnommen und mit seiner dem Silikonpapier abgewandten Oberfläche auf den definierten Oberflächenbereich des zu verbindenden Gegenstands aufgelegt, so dass der Nitrilkautschuk der Folie und das Epoxidharz des Oberflächenbereiches in Kontakt kommen.
Die Nitrilkautschuk-Folie wird nun über ihre von der Trägerfolie noch geschützte Oberfläche an den Epoxidharz-Oberflächenbereich angepresst und gleichzeitig erhitzt, um aus der Nitrilkautschuk-Folie und dem Epoxidharz-Oberflächenbereich ein Verbundmaterial zu bilden. Beispielsweise erfolgt dieses Anpressen in einer Presse mit einem Stempel von passender Form, während die Temperatur der Nitrilkautschuk-Folie durch Heizung des Stempels erreicht wird. Optimal ist dabei das Anlegen eines Druckes von 5,5 x 105 Nnrr2 ± 0,5 x 105 Nnv2 bei einer gleichzeitigen Erhitzung auf 200°C ± 5°C während 25 Sekunden ± 5 Sekunden. Die Anpressvorrichtung ist mit Vorteil so gestaltet, dass die Nitril-kautschuk-Folie den erwähnten Druck auf den gesamten Epoxidharz-Oberflächenbereich gleichmäs-sig ausübt. Druckempfindliche Bereiche des Epoxidharzes wie beispielsweise Stellen mit daran angebrachten oder darin eingebetteten elektronischen Komponenten können mit Hilfe eines gefederten und entsprechend geformten Stempels schonend behandelt werden.
Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird das so gebildete Verbundmaterial zumindest bis hinunter auf 50°C abgekühlt. Bei 50°C wird die Trägerfolie entfernt und zur Entsorgung beispielsweise aufgerollt, was durch gezielte Konvektion, beispielsweise durch Blasen von Heissluft, erleichtert wird.
Danach kann das Verbundmaterial noch tiefer,
gegebenenfalls bis hinunter zur Raumtemperatur abgekühlt werden.
Für die darauffolgende Behandlung ist nun das Verbundmaterial vorbereitet, indem das Verbundmaterial gekühlt und die Trägerfolie davon entfernt wurde, womit ein im wesentlichen auf Raumtemperatur befindlicher freier Nitrilkautschuk-Oberflächen-bereich bereitgestellt wird.
Andererseits wird ein ABS-Copolymer bei 250°C geschmolzen und bereitgestellt, was beispielsweise in einer Spritzgussmaschine erfolgt. Ein für das hier beschriebene Verfahren geeignetes ABS-Copolymer ist im Handel beispielsweise von der Firma BASF unter der Bezeichnung «Terluran Typ 955 F» erhältlich - es handelt sich hierbei um ein Standardprodukt, dessen Eigenschaften in öffentlich zugänglichen Produkt- und Sicherheitsdatenblättern angegeben sind. Die Fliesseigenschaften dieses Produkts insbesondere beim Spritzgiessen werden vom Hersteller mit Hilfe von im ABS-Copolymer fein verteiltem Butadienkautschuk eingestellt.
Als nächster Behandlungsschritt erfolgt das Auftragen des geschmolzenen ABS-Copolymers auf den freien Nitrilkautschuk-Oberflächenbereich unter Druck und kontrollierten Temperaturbedingungen, um das gewünschte komplexe Verbundmaterial von Epoxidharz, Nitrilkautschuk und ABS-Copolymer zu bilden. Vorzugsweise erfolgt dieses Auftragen im Spritzgussverfahren, wobei der Spritzdruck beispielsweise etwa 1,2 x 107 Nrrr2 beträgt.
Dabei ist zu verhindern, dass das Epoxidharz und ganz besonders die gegebenenfalls darauf befindlichen oder darin eingebetteten elektronischen Komponenten auf eine für sie schädliche hohe Temperatur gebracht werden. Beispielsweise wird dafür gesorgt, dass die Temperatur des Epoxidharzes und somit auch die Temperatur der elektronischen Komponenten jederzeit unterhalb etwa 125°C bleibt. Um dies zu gewährleisten, wird der zu verbindende Gegenstand während des Spritzgussverfahrens von einer zu verbindenden Oberflächenbereich abgewandte Rückfläche davon her gekühlt, indem diese Rückfläche gegen eine gekühlte Wandung der beim Spritzgussverfahren verwendeten Form angedrückt wird. Dieses Andrücken erfolgt beispielsweise durch Wirkung von Unterdruck oder Vakuum. Dazu ist die betreffende Wandung der Form porös und/oder gelocht ausgebildet und somit luftdurchlässig. In den Poren bzw. Sauglöchern dieser Wandung kann eine Pumpe Unterdruck oder Vakuum erzeugen. Wenn dann die Rückfläche des Gegenstands an diese Wandung angelegt wird, bewirkt der Unterdruck, dass diese Rückfläche an die Wandung angesaugt und somit daran festgehalten wird.
Als Folge davon ist der Zeitverlauf der Temperatur des Epoxidharzes nicht nur von der Zeitdauer des Spritzgussverfahrens zwischen dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer und dem Abkühlen des komplexen Verbundmaterials, sondern auch von der Temperatur der Wandung abhängig. Mit Hilfe dieser beiden Einstellparameter kann die erwähnte Bedingung, wonach die Temperatur des Epoxidharzes und somit auch die Temperatur der elektronischen Komponenten jederzeit unterhalb etwa 125°C bleiben soll, mit hinreichender Sicher-
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heit erfüllt werden. Die Temperatur der Wandung und die Zeitdauer des Spritzgussverfahrens werden dabei einander entsprechend gewählt. Bevorzugte Werte dieser beiden Einstellparameter sind eine Temperatur der Wandung von etwa 60°C und eine Zeitdauer des Spritzgussverfahrens, die zwischen dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer und dem Abkühlen des komplexen Verbundmaterials 10 Sekunden ± 2 Sekunden beträgt. Falls es beispielsweise die Form des Gegenstands erfordert, kann die Zeitdauer des Spritzgussverfahrens länger sein, d.h. beispielsweise bis zu 20 Sekunden betragen, wenn die Temperatur der Wandung durch stärkere Kühlung entsprechend tiefer d.h. näher zur Raumtemperatur gehalten wird.
Als letzter Behandlungsschritt erfolgt ein spontanes oder forciertes Abkühlen des komplexen Verbundmaterials im wesentlichen bis auf Raumtemperatur mit anschliessender Lagerung während einer Zeitdauer von vorzugsweise mehr als 2 Tagen bei Raumtemperatur, letzteres um einer spontanen Verfestigung des komplexen Verbundmaterials bzw. der unlösbaren Haftverbindung des ausgehärtetem Epoxidharzes mit dem ABS-Ccpolymer genügend Zeit zu geben, zwischen der Herstellung und der Verwendung des Gegenstands merklich zu erfolgen.
Bei einem auf solche Weise hergestellten komplexen Verbundmaterial ist feststellbar, das ein gewaltsamer Versuch, die Haftverbindung zu lösen, erfolglos bleibt und nur zum Bruch des Materials innerhalb der Masse aus ABS-Copolymer sowie zur Zerstörung von gegebenenfalls in den Masse aus ausgehärtetem Epoxidharz eingebetteten elektronischen Komponenten führt.
Claims (14)
1. Verfahren zur unlösbaren Haftverbindung einer Masse aus ausgehärtetem Epoxidharz mit einer Masse aus ABS-Copolymer, gekennzeichnet durch die Herstellung eines komplexen Verbundmaterials unter Bildung einer Zwischenschicht aus Nitrilkautschuk zwischen dem Epoxidharz und dem ABS-Co-polymer.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Bereitstellung eines zu verbindenden Gegenstands, der zumindest in einem zu verbindenden Oberflächenbereich davon aus ausgehärtetem Epoxidharz besteht;
Bereitstellung einer Folie aus Nitrilkautschuk; Auflegen der Nitrilkautschuk-Folie auf den Epoxidharz-Oberflächenbereich;
Anpressen der Nitrilkautschuk-Folie an den Epoxid-harz-Oberflächenbereich unter gleichzeitiger Erhitzung zur Bildung eines ersten Verbundmaterials aus der Nitrilkautschuk-Folie und dem Epoxidharz-Oberflächenbereich;
Abkühlen des ersten Verbundmaterials im wesentlichen bis auf Raumtemperatur;
Bereitstellung von geschmolzenem ABS-Copolymer; Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer auf einen freien Nitrilkautschuk-Oberflächenbereich des ersten Verbundmaterials bei gleichzeitiger Druckauswirkung zur Bildung des komplexen Verbundmaterials; und
Abkühlen des komplexen Verbundmaterials im wesentlichen bis auf Raumtemperatur;
wobei zwischen dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer und dem Abkühlen des komplexen Verbundmaterials die Temperatur des Epoxidharzes durch Kühlung unterhalb etwa 125°C gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpressen der Nitrilkautschuk-Folie an den Epoxidharz Oberflächenbereich unter einem Druck von etwa 5,5 x 105 Nrrr2 bei gleichzeitiger Erhitzung auf etwa 200°C während etwa 25 Sekunden erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrilkautschuk-Folie anfänglich mit einer Trägerfolie versehen ist, die nach dem Anpressen der Nitrilkautschuk-Folie aber vor dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie während des Abkühlens des ersten Verbundmaterials entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie bei etwa 50°C entfernt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer im Spritzgussverfahren erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Spritzgussverfahren die Temperatur des geschmolzenen ABS-Copolymers etwa 250°C und der Spritzdruck etwa 1,2 x 107 Nrrr2 betragen.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verbindende Gegenstand während des Spritzgussverfahrens gekühlt wird, indem eine dem zu verbindenden Oberflächenbereich abgewandte Rückfläche davon gegen eine gekühlte Wandung einer beim Spritzgussverfahren verwendeten Form angedrückt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Wandung porös und/oder gelocht ausgebildet ist und die Rückfläche des Gegenstands durch Unterdruck daran angesaugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Epoxidharzes durch einander entsprechend ausgewählte Werte einer Temperatur der Wandung und einer Zeitdauer des Spritzgussverfahrens zwischen dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer und dem Abkühlen des komplexen Verbundmateri-als eingestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Wandung etwa 60°C beträgt und die Zeitdauer des Spritzgussverfahrens zwischen dem Auftragen von geschmolzenem ABS-Copolymer und dem Abkühlen des komplexen Verbundmaterials bis zu 20 Sekunden und vorzugsweise etwa 10 Sekunden beträgt.
13. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das komplexe Verbundmaterial vor seiner Verwendung als unlösbare Verbindung länger als 2 Tage bei Raumtemperatur gelagert wird.
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14. Nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellter Gegenstand mit unlösbar miteinander verbundenen Massen aus ausgehärtetem Epoxidharz einerseits und ABS-Copolymer anderseits.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |