CZ20014A3

CZ20014A3 - Způsob spojení plastu a kovu

Info

Publication number: CZ20014A3
Application number: CZ20014A
Authority: CZ
Inventors: Gian Luigi Rigosi; Paolo Goberti
Original assignee: Basell Technology Company Bv
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-10-17
Also published as: NO20006080L; AU764974B2; WO2000059990A1; EP1086166A1; DE60017842D1; BR0006008A; NO20006080D0; BR0006008B1; AR023236A1; EP1086166B1; DE60017842T2; CN1165570C; PL200671B1; ATE288457T1; AU3961800A; KR20010071373A; JP2002540990A; ES2235850T3; TR200003549T1; ID27262A

Description

(57)Anotace:

Způsob spojení plastu a kovového povrchu, zahrnující kroky nanesení přilnavé polymerové směsi na kovový povrch, potom překrytí kovového povrchu plastem pomocí vstřikování a konečně zahřátí kovového povrchu.

CZ 2001 - 4 A3

• · • · • · ····· · ··· · • · · · « ·· ·· · * ·

Způsob spojení plastu a kovu

Oblast vynálezu

Předložený vynález se vztahuje ke způsobu spojování kovových částí a plastových hmot. Zvláště se vztahuje ke způsobu potahování kovových částí plastovými hmotami vstřikováním a k výrobkům, které lze uvedeným způsobem vyrobit.

Dosavadní stav techniky

V řadě výrobků z mnoha oblastí je zahrnuto spojení mezi plastovou hmotou a povrchem kovové součástky. Pro výrobu těchto výrobků je vhodný postup podle předloženého vynálezu. Důvody pro uvedené spojení jsou různé. Tak např. potažení kovových částí je někdy nutné, aby se kovové povrchy nedostaly do styku s potravinami, nebo aby nebyly vystaveny během svého používání účinku chemikálií. Příkladem výrobků, které lze získat postupem podle přeloženého vynálezu, jsou uzávěry. Uzávěry lahví z plastové hmoty se spojují s kovem, např.s hliníkem, aby se zabránilo difúzi kyslíku do lahví.

V průmyslu je také třeba spojovat různé součástky, jako jsou kovové ventily, kovové příruby nebo kovové trubky s trubkami nebo přírubami z plastové hmoty.

Způsoby spojování kovových povrchů s plastovými hmotami jsou v současné době známy. Zvláště je znám způsob spojování kovových částí s plastovými hmotami vstřikováním. Mezinárodní přihláška vynálezu WO 9614533 takový postup popisuje. Podle • ·· ······ ·· · • · · · ·· · ···· ··· ··· ··· • ··«·« · ··« · · • · ···· ··· • ·· ·· ·· · · ·· «·· uvedeného vynálezu zahrnuje postup nanesení organického nebo anorganického základního nátěru na kovovou trubku nebo trubkovou přírubu, pak zahřátí trubky nebo příruby a konečně ponoření trubky nebo příruby za horka do vířivé vrstvy (fluidního lože) plastu. Následujícím posledním krokem je překrytí trubky nebo příruby plastem pomocí vstřikovacího postupu.

Problémem způsobu, popsaného v uvedené přihlášce vynálezu, je skutečnost, že přilnavost mezi kovovou trubkou a plastem není vysoká.

Podstata vynálezu

Nyní byl nalezen způsob, který zlepšuje přilnavost mezi kovovým povrchem a plastem.

Způsobem podle předloženého vynálezu lze nadto získat vyšší přilnavost, aniž by se porušil plastový povlak. K chemickému odbourání polymeru vskutku nedochází, nebo je omezeno na minimum.

Kromě toho nezpůsobuje předložený způsob u krycího plastu ztrátu tvaru působením tepla.

Předložený vynález tedy poskytuje způsob, jak provést spojení plastu a povrchu kovové součástky (kovového povrchu), zahrnující následující kroky :

a) nanesení přilnavé polymerové směsi na kovový povrch;

b) překrytí kovového povrchu plastovým materiálem vstřikovacím postupem;

• ·· ·· ···· ·· • · · · · ♦ · ··· ····· · ··· · ··· · · ·· ··

c) zahřátí kovového povrchu.

Uvedený kovový povrch může představovat celý povrch kovové součástky nebo jen jeho část v závislosti na druhu výrobku, kde dochází ke spojení kovu s plastem.

Součástka, která má být spojena s plastem, může být z jakéhokoliv kovu nebo kovové slitiny. Příkladem vhodných kovů a kovových slitin jsou železo, hliník, měď, ocel a mosaz.

Součástka, která má být podrobena zpracování podle předloženého vynálezu, může být případně pokovena nebo povrchově zpracována obecně používanými postupy. Tak např. je rovněž vhodná pochromovaná nebo pozinkovaná součástka.

Přilnavá polymerová směs, použitá v kroku (a), je s výhodou slučitelná s polymerem, použitým k překrytí kovového povrchu v kroku (b). Přilnavý polymer může být např. shodný s polymerem, požitým k překrytí.

Přilnavá polymerová směs obsahuje s výhodou polymer, pozměněný roubováním modifikačními činidly, obsahujícími funkční skupiny. Vhodné jsou všechny v oboru dostupné přilnavé polymerové směsi. Modifikace polymeru se provádí známými postupy, smísením polymeru s modifikačním činidlem (jako jsou maleinový anhydrid, kyselina isoforonbismaleinová nebo kyselina akrylová) , a to buď v tavenině nebo v roztoku, s výhodou v přítomnosti iniciátorů radikálů, jako jsou organické peroxidy. Výsledkem je částečné nebo úplné roubování modifikačního činidla v množství od 0,5 do 10 %.

Příklady vhodných modifikovaných polymerů jsou následují (všechny uvedené hodnoty % jsou hmotnostní) :

I. Náhodné kopolymery propylenu s 0,5 až 10 % olefinu CH₂=CHR, kde R je 'vybráno z H a rovného nebo rozvětveného alkylového radikálu C₂-C₄, modifikovaného uvedenými polárními skupinami v množství 0,002 až 10 %.

II. Polyolefinové směsi, obsahující hmotnostně :

a) 30-94 %, s výhodou 54-85 % polypropylenu nebo polyethylenu (HDPE,LDPE nebo LLDPE), nebo náhodný krystalický kopolymer propylen/ethylen, nebo propylen/ethylen/a-olefin C₄-C₁₀;

b) 0-70 %, s výhodou 5-40 % elastomerního kopolymeru ethylen/propylen nebo ethylen/l-buten; a

c) 0,5-10 %, s výhodou 2-6 % polypropylenu nebo polyethylenu (HDPE, LDPE nebo LLDPE), modifikovaného uvedenými polárními skupinami v množství od 0,5 do 10 %.

Přilnavá polymerová směs s výhodou obsahuje také od 0,1 do 0,5 % hmotnostních nukleačního činidla, jako je dibenzylidensorbitol nebo talek, a od 0,1 do 10 % hmotnostních oxidu titaničitého.

S výhodou je výše uvedený α-olefin vybrán z 1-butenu, 1-pentenu, 1-hexenu, 4-methyl-1-pentenu a 1-oktenu. Zvláště upřednostněn je 1-buten.

Polymerové směsi (II) lze připravit smísením složek nebo* postupnou polymerací monomerů v přítomnosti stereospecifických katalyzátorů Ziegler-Natta, zachycených v aktivní podobě na horečnatých dihalidech, jak je popsáno např. ve vynálezu ΕΡ-Ά-483523.

Způsob nanášení přilnavé polymerové směsi na kovový povrch součástky není podstatný. Tak např. lze přilnavou polymerovou směs nanášet vstřikováním nebo ponořením součástky do vířivé vrstvy práškového polymeru. Jiné vhodné způsoby, jak nanášet přilnavý polymer v podobě prášku, jsou stříkání plamenem nebo stříkání na předehřáté součástky, anebo použití rozprašovací pistole, vybavené zařízením pro elektrostatické nabíjení prášku. Jestliže je tvar součástky jednoduchý, lze také použít vytlačovacího postupu. V závislosti na způsobu se kovový povrch zahřeje buď před nebo po nanesení přilnavé polymerové směsi.

Plastová hmota, kterou se překryje kovový povrch, může zahrnovat thermoplasty, jako jsou polyolefiny, tj. homopolymery nebo kopolymery ethylenu, propylenu a 1-butenu a polyamidů. Příkladem uvedených polyolefinů je heterofázová polymerová směs, obsahující (ve hmotnostních %) :

- 30-90 % krystalického propylenového homopolymeru s nerozpustným podílem v xylenu při teplotě okolí větším než 90, nebo krystalický náhodný kopolymer propylenu s ethylenem a/nebo olefinem CH₂=CHR, ve kterém R je alkylový radikál C₂-C₆, obsahující více než 85 % propylenu a s nerozpustným podílem větším než 85 %.

0-40 % polymerního podílu, obsahujícího ethylen, nerozpustného v xylenu při teplotě okolí (tj.okolo 23°C) a

10-60 % amorfního kopolymeru ethylen/propylen, s případným obsahem malého množství dienu, rozpustného při teplotě okolí v xylenu a obsahujícího 10-70 % ethylenu.

Příklady uvedených heterofázových polymerových směsí jsou popsány v uveřejněných evropských přihláškách vynálezů 400333 a 472946.

Plastová hmota může obsahovat jiné složky, běžně používané v oboru, jako jsou plnidla a pigmenty.

Ve stupni (c) se zahřívání kovového povrchu provádí např. indukcí. Způsob, jak přivádět indukční teplo, je např. použití indukční pece.

Kovový povrch se zahřívá na teplotu, při které překrývající plastová hmota ve styku s kovem měkne nebo se taví. Teplota tedy závisí na typu použité plastové hmoty. Tak např. je-li plastovou hmotou propylenový polymer, může se kovový povrch zahřát na teplotu 180-220°C.

Zjistit, kolik energie je potřeba k zahřátí povlečeného kovového povrchu na žádanou teplotu, by bylo možné stanovením na nepovlečeném kovovém povrchu.

Postup podle předloženého vynálezu zahrnuje volitelně krok, ve kterém se na kovový povrch nanáší organický nebo anorganický základní nátěr před nanesením přilnavé polymerové směsi. Příkladem vhodných základních nátěrů jsou epoxidové pryskyřice nebo chromany.

Během zahřívání v kroku (c) se na součástku a/nebo na překrývající plastovou hmotu volitelně působí tlakem, aby se zvýšila přilnavost mezi kovovým povrchem a plastem. Tlak se vyvolává např. válcováním nebo lisováním. Hodnoty použitého tlaku jsou ovlivněny typem součástky a použitými polymery.

Použitý tlak se pohybuje v rozsahu od 0,01 do 5 MPa. Pokud se tlak vyvolává lisováním, udržuje se s výhodou po dobu 5 sekund nebo méně.

Následující příklady ozřejmují, ale neomezují předložený vynález.

Příklady provedení vynálezu

Údaje, vztahující se ke složení a vzorkům v příkladech jsou stanoveny uvedenými způsoby :

Index tání (MIL) : ASTM D 1238, podmínka I.

Rozpustnost v xylenu : (viz níže uvedenou poznámku). Vnitřní viskozita : stanovena v tetrahydronaftalenu při 135°C.

Odlupovací zkouška : NF A 49711 při teplotě okolí.

Poznámka :

Stanovení rozpustnosti v xylenu v procentech : Připraví se roztok vzorku o koncentraci 1 % (hmotnostní), udržuje se při teplotě 135°C, míchá po dobu 1 hodiny a pak se ochladí na teplotu okolí. Roztok se potom zfiltruje a k části filtrátu se přidá aceton, aby se srazil rozpuštěný polymer. Polymer se oddělí, promyje, usuší a zváží ke zjištění procentního podílu, rozpustného v xylenu.

Polymery, použitě v příkladech :

- Přilnavá polymerová směs,obsahující v % (hmotnostních):

a) 74 % krystalického póly(propylen-co-buten-l-co-ethylenu) obsahujícího kolem 8 % a 2 % opakujících se jednotek odvozených jednak od 1-butenu, jednak od ethylenu, a obsa • ·· ·· ···· · * «··· ·· · · · · hujícího dále malý podíl, rozpustný v xylenu při teplotě okolí.

b) 20 % náhodného kopolymerů propylenu s 15 % opakujících se jednotek, odvozených od ethylenu, s 50 % podílu rozpustného v xylenu při 23°C.

c) 5 % polypropylenu, roubovaného 1,5 % maleinového anhydridu, a

d) 1,5 % TiO₂.

Polymery jsou získány polymerací olefinových monomerů v přítomnosti vysoce účinných katalyzátorů podle Zieglera a Natty.

Polymerová směs je stabilizována proti tepelnému a UV stárnutí pomocí známých přídavných látek a je jí upravena viskozita pomocí peroxidů až na MIL (index tání) 140 stupňů/min. Průměrná velikost částice je 250 μιη, zjištěná postupem kryogenního mletí.

- Heterofázová polymerová směs, vykazující MIL 3,5 stupně/min a skládající se z následujících polymerů (v hmotnostních %) :

a) 79 % krystalického propylenového homopolymerů, obsahujícího 2,5 % podílu, rozpustného v xylenu při 23°C a

b) 21 % náhodného elastomerního kopolymerů, skládajícího se z 87 % opakujících se jednotek, odvozených od propylenu a 13%, odvozených od ethylenu.

Podíl, rozpustný v xylenu při 23°C uvedené heterofázické směsi, má hodnotu vnitřní viskozity 3 dl/g.

Uvedená směs byla získána sekvenční polymerací v přítomnosti vysoce stereospecifických a vysoce výtěžných • ·· · ♦ ···· ·· • · 9 · · · · ·« katalyzátorů podle Zieglera a Natty, zachycených na chloridu horečnatém.

Srovnávací příklad lc

Opískovaná deska uhlíkaté oceli o rozměrech 124 x 124 x

1,5 mm byla spojena s plastem následujícím postupem :

Krok (a): Deska byla v peci zahřáta na 250°C a potom ponořena na 5 sekund do vířivé vrstvy, obsahující prášek přilnavé polymerové směsi. Takto potažená deska byla ochlazena na volném vzduchu. Potah byl o síle 300-400 μω. Přilnavost plastového potahu na kovu byla určena jako 5B podle metody ASTM D 3359.

Krok (b): Takto potažená deska byla vložena do přístroje pro injekční vstřikování. Vnitřní rozměr formy byl 126 mm x 126 mm x 4 mm.

Deska, pokrytá modifikovaným polymerem, byla překryta uvedenou heterofázovou polymerovou směsí tak, že heterofázová směs byla vstříknuta do formy při teplotě 260°C. Takto získaná vrstva měla sílu 2-2,2 mm.

Odlupovací síla plastu na desce uhlíkové oceli byla 0-2 N.mm’¹.

Příklad 1

Deska, pocházející z kroku (b) srovnávacího příkladu lc byla podrobena následujícímu kroku :

Krok (c): Deska, pokrytá plastem, byla zahřáta na teplotu 180-220°C pomocí indukční pece a současně podrobena válcování. Použitý tlak byl přibližně 0,1 MPa.

Odlupovací síla plastu na desce uhlíkové oceli byla při teplotě místnosti 6,5-7 N.mm'¹.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob spojení mezi plastem a kovovým povrchem, vyznačující se tím, že zahrnuje kroky:

a) nanesení prášku přilnavé polymerové směsi na povrch kovu ;

b) překrytí kovového povrchu plastem pomocí vstřikování;

c) zahřátí kovového povrchu.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že zahrnuje zahřátí kovového povrchu buď před nebo po nanesení přilnavé polymerové směsi.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se t í m, že zahrnuje nanesení organického nebo anorganického základního nátěru na kovový povrch před nanesením prášku přilnavé polymerové směsi.
4. Způsob podle nároku 1 až 3, vyznačující setím, že v průběhu kroku (c) je vynaložen tlak.
5. Výrobky, získatelné způsobem podle nároku 1 až 3 .