EP1264708A2 - Verfahren zur Herstellung einer chemikalienbeständigen Schutzschicht für Rotationskörper aus faserverstärktem Kunststoff und ein Rotationskörper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer chemikalienbeständigen Schutzschicht für Rotationskörper aus faserverstärktem Kunststoff und ein Rotationskörper Download PDF

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EP1264708A2
EP1264708A2 EP02012208A EP02012208A EP1264708A2 EP 1264708 A2 EP1264708 A2 EP 1264708A2 EP 02012208 A EP02012208 A EP 02012208A EP 02012208 A EP02012208 A EP 02012208A EP 1264708 A2 EP1264708 A2 EP 1264708A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a chemical resistant Protective layer for a rotating body with a base made of fiber-reinforced Plastic according to claim 1 and a rotating body with a layer structure according to claim 8.
  • fiber-reinforced plastics in Mechanical, vehicle and plant engineering considerable advantages can be achieved. They are lighter than metals and at least have the appropriate design equivalent mechanical properties, especially when used for fast moving parts such as shafts, rollers or the like.
  • roller bodies are already used today fiber reinforced, especially carbon fiber reinforced plastic.
  • roller bodies for printing presses such as dampening rollers, Inking rollers, plate cylinders, blanket cylinders, also for sleeve technology etc.
  • Printing aids are e.g. Paints, fountain solutions, detergents and all substances that come into contact with the Roll surfaces come.
  • every fiber-reinforced material can only maintain its property profile, if the matrix does not lose its adhesion to the fibers and none Dimensional changes in the form of sources or shrinkage occur. Z is particularly feared.
  • Coatings of fiber-reinforced plastics are known, in particular by thermal spraying, whereby the problem of adhesion mediation is greatest Attention is paid (see, for example, DE 36 17 034 C2 or DE 36 08 286 A1), while the chemical resistance of the coatings to protect the Base body has so far been treated at best imprecisely or not at all.
  • DE 42 04 896 C2 also describes the coating of a heat-sensitive base body made of fiber-reinforced epoxy resin by plasma spraying for a wear-resistant, chemically resistant, inorganic cover layer or detached plastic layer, a previously applied thermoplastic layer or detached plastic layer providing the adhesion for the adhesion promoter layer ,
  • EP 0 514 640 B1 in particular also describes a method for coating of fiber-reinforced plastic bodies using thermal spraying under Use an intermediate layer made of plastic resin, with ceramic particles is dispersed and after hardening is sanded in order for the actual Functional layer made of metal or ceramic, plastic-free adhesion points from the same Material to offer.
  • the invention is therefore based on the object of being resistant to chemicals Manufacture protective layer of fiber-reinforced plastic bodies and a Rotation body with a base made of fiber-reinforced plastic and one to provide such protective layer, so that not only the protection of the Basic body is guaranteed, but also an adhesive connection an overlying one, preferably applied by thermal spraying, wear and corrosion resistant functional layer is given.
  • the object underlying the invention is characterized by the features of Method claim 1 and by the characterizing features of claim 8 solved, that is, that the fiber-reinforced plastic component to be protected, the basic body of a rotating body, first with a layer of hard rubber or Is protected in the metal or ceramic particles with a thermoplastic Dispersion content of 5 vol .-% - 80 vol .-% are dispersed, sanded and then the layer of hard rubber or thermoplastic with a metal and / or ceramic layer, preferably coated by thermal spraying becomes.
  • the chemical-resistant intermediate layer made of hard rubber or thermoplastic can be in a thickness of 160 microns up to 10000 microns, preferably from 500 microns to 1000 microns are applied, with NBR rubber covers for classic offset applications with 40 ° - 80 ° Shore D, preferably 80 ° Shore D, can be used advantageously.
  • EPDM rubber covers with the same thickness or Shore hardness are particularly suitable in offset applications using UV-curing inks.
  • Polyamide (“nylon”) is suitable as a widely used thermoplastic for both offset applications. While in the case of thermoplastic in the form of polyamide, the manufacture of the Chemical-resistant intermediate layer in the fluidized bed process with addition of metal or ceramic particles at approx. 120 ° C - 140 ° C, in the case of Rubber coating of the rubber mass before vulcanization in water vapor 140 ° C - 160 ° C the metal or ceramic particles are mixed in, e.g. by Roll in or knead in.
  • the chemical-resistant intermediate layer i.e. the hard rubber coating or thermoplastic has to be sanded until the dispersed metal or Ceramic particles can also be seen sanded on the surface.
  • a metal or Ceramic particles are expediently used in commercially available wettable powder, such as it is used for thermal spraying.
  • suitable Materials such as Oxide ceramic on high-alloy chrome / nickel steel adhesive layer for Dampening roller application or wear-resistant hard material layer (WC / CO, WC / Ni Cr3C2 / NiCr, NiCrBSi) for guide roller application.
  • a on the ground coating of hard rubber or thermoplastic Functional printing layer by plasma spraying of high-alloy Chromium-nickel steel and subsequently applied by oxide ceramics, which by Grinding, polishing, brushing or scouring up to a roughness of Rz ⁇ 3.0 ⁇ m is smoothed to also preferably used as a dampening roller surface become.
  • the coating i.e. the functional layer of the with the sanded Interlayer protected fiber reinforced plastic body can naturally also by other comparatively cold coating processes such as electroplating, chemical deposition, cathode sputtering (PVD), sol-gel etc. take place, with chromium, nickel, copper, oxide ceramics or combinations thereof be deposited.
  • PVD cathode sputtering
  • the result of this process is a rotating body with a basic body fiber reinforced, in particular carbon fiber reinforced plastic with a chemical-resistant hard rubber intermediate layer or Thermoplastic, which has a metal or ceramic dispersion content of 5 vol .-% - 80 vol .-% has and with a particular printing technology functional layer Metal and / or ceramic is covered.
  • the rotary body can also be a printing press Be plastic sleeve (sleeve) with the manufactured according to the invention chemical-resistant protective coating is provided, and so on a Plate cylinder or rubber cylinder can be pulled up.
  • the rotary body according to the invention can also be an anilox ink roller, wherein then the surface of the chemical-resistant protective layer made of laser-screened Chromium oxide exists and so the function of an anilox roller for short inking units in Offset, gravure and flexographic printing machines fulfilled.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine chemikalienbeständige, korrosionsfeste Beschichtung mit insbesonderer drucktechnischer Funktionalität auf Rotationskörpern insbesondere für Druckmaschinen, die aus Gewichtungs-, Festigkeits- und Dynamikgründen aus faserverstärktem Kunststoff, Kohlenstoff oder Metall hergestellt sind und ohne eine derartige Beschichtung rasch durch Wechselwirkung mit Druckhilfsstoffen wie z.B. Farben, Feuchtmittel, Waschmittel, Reinigungsmittel etc. geschädigt werden. Dazu wird erfindungsgemäß der Rotationskörper zuerst mit einer Beschichtung aus Hartgummi oder Thermoplast mit einem Metall- oder Keramikdispersionsanteil von 5 Vol % bis 80 Vol % versehen und danach auf die angeschliffene, die Dispersionspartikel enthaltende freie Oberfläche in einem weiteren Schritt vorzugsweise durch thermisches Spritzen eine drucktechnische Funktionsschicht aus Metall und / oder Keramik aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer chemikalienbeständigen Schutzschicht für einen Rotationskörper mit einem Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff gemäss Anspruch 1 und einen Rotationskörper mit einem Schichtaufbau gemäss Anspruch 8.
Bekanntlich können durch die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen im Maschinen-, Fahrzeug- und Anlagenbau erhebliche Vorteile erzielt werden. Sie sind leichter als Metalle und haben bei entsprechender Auslegung mindestens gleichwertige mechanische Eigenschaften, insbesondere bei Verwendung für schnell bewegte Teile wie Wellen, Walzen oder ähnliches.
Aus Metall hergestellte, schnelldrehende Rotations-, bzw. Walzenkörper von Druckmaschinen sind bekanntlich massenbedingt erheblichen Trägheitskräften ausgesetzt, die besonders bei sich ändernden Maschinengeschwindigkeiten von Nachteil sind. Man verwendet deshalb heute bereits Walzenkörper aus faserverstärktem, insbesondere kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff.
Ohne eine chemikalienbeständige, korrosionsfeste Beschichtung werden beispielsweise solche Walzenkörper für Druckmaschinen, wie Feuchtwalzen, Farbwalzen, Plattenzylindern, Gummituchzylindern, auch für die Sleevetechnik etc., rasch durch Wechselwirkung mit Druckhilfsstoffen geschädigt. Druckhilfsstoffe sind z.B. Farben, Feuchtmittel, Waschmittel und alle Stoffe, die in Kontakt mit den Walzenoberflächen kommen.
Grundsätzlich kann jeder faserverstärkte Werkstoff sein Eigenschaftsprofil nur halten, wenn die Matrix ihre Haftung zu den Fasern nicht verliert und keine Dimensionsveränderungen in Form von Quellen oder Schrumpfen auftreten. Besonders gefürchtet ist z. B. bei faserverstärkten Kunststoffen die sog. Delamination als Folge der Wasseraufnahme der Kunststoffmatrix verbunden, mit dramatischem Festigkeitsverfall.
Beschichtungen von faserverstärkten Kunststoffen sind bekannt, insbesondere durch thermisches Spritzen, wobei der Problematik der Haftvermittlung größte Aufmerksamkeit gewidmet wird (siehe bspw. die DE 36 17 034 C2 oder die DE 36 08 286 A1), während die chemische Beständigkeit der Beschichtungen zum Schutz des Grundkörpers bisher bestenfalls unpräzise oder gar nicht behandelt wird.
In der DE 42 04 896 C2 ist ebenfalls die Beschichtung eines hitzeempfindlichen Grundkörpers aus faserverstärktem Epoxidharz durch Plasmaspritzen für eine verschleißfeste, chemisch resistente, anorganische Deckschicht, bzw. angeloste Kunststoffschicht beschrieben, wobei eine vorher aufgetragene Thermoplastschicht bzw. angelöste Kunststoffschicht die Haftung für die Haftvermittlerschicht bietet. Die bekannten extremen Abkühlraten der Spritzpartikel beim thermischen Spritzen von 105- 106 K/s führen gerade in Verbindung mit den für faserverstärkte Kunststoffe notwendigen Kühlmaßnahmen, wie flüssig CO2 -Kühlung etc., kaum zu dem gewünschten haftungsfördernden Effekt, dass Spritzpartikel in die Thermoplastschicht vollständig eingebunden werden.
Insbesondere auch die EP 0 514 640 B1 beschreibt ein Verfahren zur Beschichtung von faserverstärkten Kunststoffkörpern mittels thermischer Spritzverfahren unter Verwendung einer Zwischenschicht aus Kunststoffharz, die mit Keramikpartikeln dispergiert ist und nach dem Aushärten angeschliffen wird, um für die eigentliche Funktionsschicht aus Metall oder Keramik kunststofffreie Haftpunkte aus gleichem Werkstoff zu bieten. Die unzureichende chemische Beständigkeit einer derartigen Zwischenschicht aus Kunststoffharz und die fatalen Folgen für den faserverstärkten Kunststoffgrundkörper bei Kontakt mit Chemikalien wie bspw. Druckhilfsstoffe sind nicht beschrieben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine chemikalienbeständige Schutzschicht von faserverstärkten Kunststoffkörpern herzustellen und einen Rotationskörper mit einem Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff und einer derartigen Schutzschicht zur Verfügung zu stellen, so dass nicht nur der Schutz des Grundkörpers gewährleistet ist, sondern auch noch eine haftfeste Verbindung zu einer darüberliegenden, vorzugsweise durch thermisches Spritzen aufzubringende, verschleiß- und korrosionsfesten Funktionsschicht gegeben ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 gelöst, also dadurch, dass die zu schützende faserverstärkte Kunststoffkomponente, der Grundkörper eines Rotationskörpers, zuerst mit einer Schicht aus Hartgummi oder Thermoplast geschützt wird, in die Metall- oder Keramikpartikel mit einem Dispersionsanteil von 5 Vol.-% - 80 Vol.-% eindispergiert sind, diese angeschliffen werden und danach die Schicht aus Hartgummi oder Thermoplast mit einer Metall-und / oder Keramikschicht, vorzugsweise durch thermisches Spritzen, beschichtet wird.
Die chemikalienbeständige Zwischenschicht aus Hartgummi oder Thermoplast kann in einer Dicke von 160 µm bis zu 10000 µm, vorzugsweise von 500 µm bis zu 1000 µm aufgetragen werden, wobei für klassische Offsetanwendungen NBR-Kautschukbezüge mit 40° - 80° Shore D, vorzugsweise 80° Shore D, vorteilhaft eingesetzt werden.
EPDM-Kautschukbezüge mit gleicher Dicke bzw. Shore-Härte eignen sich besonders bei Offsetanwendungen unter Verwendung UV-härtender Farben. Polyamid ("Nylon") eignet sich als weitverbreiteter Thermoplast für beide Offsetanwendungen. Während im Fall von Thermoplast in Form von Polyamid die Herstellung der chemikalienbeständigen Zwischenschicht im Fluidized-Bed-Verfahren unter Zugabe von Metall- oder Keramikpartikeln bei ca. 120°C - 140°C erfolgt, muß im Fall der Gummibeschichtung der Gummimasse vor der Vulkanisation in Wasserdampf bei 140°C - 160°C die Metall- oder Keramikpartikel eingemischt werden, z.B. durch Einwalzen oder Einkneten.
Die chemikalienbeständige Zwischenschicht, also die Beschichtung aus Hartgummi oder Thermoplast muss angeschliffen werden, bis die eindispergierten Metall- oder Keramikpartikel ebenfalls angeschliffen an der Oberfläche zu sehen sind. Als Metall-oder Keramikpartikel verwendet man zweckmäßig handelsübliches Spritzpulver, wie es zum thermischen Spritzen verwendet wird.
Die weitere Beschichtung des mit der angeschliffenen Zwischenschicht aus Hartgummi oder Thermoplast versehenen faserverstärkten Kunststoffkörpers erfolgt bevorzugt abhängig vom Einsatzzweck (als Feucht-, Farb-, Leit-, Zug-, Webbaum-, oder Ableitwalze etc.) vorzugsweise durch thermisches Spritzen geeigneter Werkstoffe wie z.B. Oxidkeramik auf hochlegierter Chrom/Nickelstahl-Haftschicht für Feuchtwalzenanwendung oder verschleißfester Hartstoffschicht (WC/CO, WC/Ni Cr3C2/NiCr, NiCrBSi) bei Leitwalzenanwendung. In besonders bevorzugter Weise wird auf die angeschliffene Beschichtung aus Hartgummi oder Thermoplast eine drucktechnische Funktionsschicht durch Plasmaspritzen von hochlegiertem Chromnickelstahl und nachfolgend von Oxidkeramik aufgebracht, die durch Schleifen, Polieren, Bürsten oder Scheuern bis hin zu einer Rauhigkeit von Rz ≤ 3,0 µm geglättet wird, um ebenfalls bevorzugt als Feuchtwalzenoberfläche eingesetzt zu werden.
Die Beschichtung, d.h. die Funktionsschicht des mit der angeschliffenen Zwischenschicht geschützten faserverstärkten Kunststoffkörpers kann selbstverständlich auch durch andere vergleichsweise kalte Beschichtungsverfahren wie Galvanik, chemische Abscheidung, Kathodenzerstäubung (PVD), Sol-Gel etc. erfolgen, wobei Chrom, Nickel, Kupfer, Oxidkeramik oder Kombinationen daraus abgeschieden werden.
Das Resultat dieses Verfahrens ist ein Rotationskörper mit einem Grundkörper aus faserverstärktem, insbesondere kohlestofffaserverstärktem Kunststoff mit einer darauf aufgebrachten chemikalienbeständigen Zwischenschicht aus Hartgummi oder Thermoplast, die einen Metall- oder Keramikdispersionsanteil von 5 Vol.-% - 80 Vol.-% aufweist und mit einer insbesonderen drucktechnischen Funktionsschicht aus Metall und/oder Keramik bedeckt ist.
Selbstverständlich kann der Rotationskörper auch eine drucktechnische Kunststoffhülse (Sleeve) sein, die mit der erfindungsgemäß hergestellten chemikalienbeständigen Schutzbeschichtung versehen ist, und so auf einen Plattenzylinder oder Gummizylinder aufgezogen werden.
Der erfindungsgemäße Rotationskörper kann auch eine Rasterfarbwalze sein, wobei dann die Oberfläche der chemikalienbeständigen Schutzschicht aus lasergerasterten Chromoxid besteht und so die Funktion einer Rasterfarbwalze für Kurzfarbwerke in Offset-, Tiefdruck- und Flexodruckmaschinen erfüllt.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung einer chemikalienbeständigen Schutzschicht für einen Rotationskörper mit einem Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere für Walzenkörper einer Druckmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Beschichtung aus Hartgummi oder Thermoplast auf dem Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff mit einem Metall- oder Keramikdispersionsanteil von 5 Vol % - 80 Vol % erfolgt, die daraufhin geglättet wird und danach auf die angeschliffene Dispersionspartikel enthaltene Oberfläche in einem weiteren Schritt, vorzugsweise durch thermisches Spritzen, eine Funktionsschicht aus Metall und/oder Keramik aufgebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Hartgummi unter Verwendung von NBR- oder EPDM-Gummimassen mit einer Metall- oder Keramikdispersion erfolgt, derart dass eine Härte von 40° Shore D bis 80° Shore D erreicht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Thermoplast im Fluidized-Bed-Verfahren erfolgt, unter Verwendung von Polyamidgranulat in das Metall- oder Keramikpartikel eingemischt sind oder an die Granulatkörner agglomeriert sind.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Hartgummi oder Thermoplast der chemikalienbeständigen Schutzschicht auf dem faserverstärkten Kunststoffgrundkörper eine Dicke zwischen 150 µm bis 1,0 cm, vorzugsweise zwischen 500 µm bis 1000 µm aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die angeschliffene Beschichtung aus Hartgummi oder Thermoplast eine drucktechnische Funktionsschicht durch Thermisches Spritzen von hochlegiertem Chromnickelstahl und nachfolgend von Oxidkeramik aufgebracht wird und durch Schleifen und Polieren bis hin zu einer Rauhigkeit von Rz ≤ 3,0 µm geglättet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die angeschliffene Beschichtung aus Hartgummi oder Thermoplast eine vor Verschleiß schützende Hartstoffschicht wie z.B. aus Oxidkeramik WC/CO, WC/Ni, Cr3C2/NiCr, NiCrBSi, oder Mo durch thermisches Spritzen aufgetragen wird und anschließend entsprechend der Verwendung des Rotationskörpers geglättet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die angeschliffene Beschichtung aus Hartgummi oder Thermoplast durch Kathodenzerstäubung (PVD), chemische Abscheidung, Galvanik, Plasma CVD, Sol/Gel oder ähnlich kalte Beschichtungsverfahren eine Funktionsschicht z.B. aus Chrom, Nickel, Kupfer, Oxidkeramik oder Kombinationen daraus abgeschieden wird.
  8. Rotationskörper wie z. B. ein Sleeve mit einem Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff mit einer darauf aufgebrachten chemikalienbeständigen Zwischenschicht aus Hartgummi oder Thermoplast, die einen Metall- oder Keramikdispersionsanteil von 5 Vol.-% - 80 Vol.-% aufweist und mit einer insbesonderen drucktechnischen Funktionsschicht aus Metall und/oder Keramik bedeckt ist.
  9. Rotationskörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht durch Plasmaspritzen von hochlegiertem Chromnickelstahl und nachfolgend von Oxidkeramik aufgebracht ist und durch Schleifen und Polieren bis hin zu einer Rauhigkeit von Rz ≤ 3,0 µm geglättet ist.
  10. Rotationskörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus Hartgummi oder Thermoplast eine Dicke zwischen 150 µm bis 1,0 cm, vorzugsweise zwischen 500 µm bis 1000 µm aufweist.
  11. Rotationskörper nach den Ansprüchen 8 bis 10, gekennzeichnet durch die Anwendung als Feuchtwalze.
  12. Rotationskörper nach den Ansprüchen 8 bis 10, gekennzeichnet durch die Anwendung in Form eines Hülsenkörpers (Sleevetechnik).
  13. Rotationskörper nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung als Rasterfarbwalze, wobei die chemikalienbeständige Schutzschicht an der Oberfläche aus lasergraviertem Chromoxid besteht.
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