Procedimiento de fabricación de un elemento híbrido, formado por plástico y metal, y pieza mixta de plástico y metal.

Procedimiento de fabricación de un elemento híbrido (10) formado por un componente plástico (14) y un componente metálico (12),

en el que con el componente plástico (14) y el componente metálico (12) mediante un adherente (16) intercalado entre el componente p 5 lástico (14) y el componente metálico (12) por ensamblado con aporte de calor y con presión se genera una unión por material, en el que a través del componente metálico (12) se lleva a cabo un aporte de calor y en el que el componente metálico (12) es una pieza de chapa, que antes y durante el ensamblado se recoge o asienta en o sobre una estampa matriz calentada o sobre un punzón o pistón (24), caracterizado porque el componente plástico (14) es un elemento, que tiene una zona de punta (34) destinada a realizar la unión con el componente metálico (12), que después del calentamiento del componente metálico (12) y del adherente (16) se recalca sobre el componente metálico (12) recubierto con el adherente (16), en el que un elemento calefactor (22) dispuesto en la estampa matriz o en el punzón o pistón (24) genera el calor requerido para el ensamblado, que se transmite a través del adherente (16) al componente plástico (14), de modo que en la superficie límite entre el adherente (16) y el componente plástico (14) se genere por lo menos la temperatura de reblandecimiento del componente plástico (14), en el que el adherente (16) experimenta una activación térmica suficiente para la reacción con el componente plástico (14), pero que no fluye por acción del calor, y en el que se ajustan la presión de apriete y la temperatura de tal manera que se acorte la longitud del componente plástico (14) que discurre en sentido ortogonal con respecto a la superficie del componente metálico (12) formándose una zona recalcada (30) y una unión por material entre el componente plástico (14) y el adherente (16).

Procedimiento de fabricación de un elemento híbrido, formado por plástico y metal, y pieza mixta de plástico y metal

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una pieza o elemento híbrido formado por un componente plástico y un componente metálico según la definición principal de la reivindicación 1 así como a una pieza mixta, formada por un componente metálico y un componente formado por un termoplástico así como por una capa de adherente dispuesta entre los componentes según la definición principal de la reivindicación 1.

En vahos ámbitos industriales, la exigencia de construcción ligera y costes económicos bajos ha conducido al desarrollo y al uso de elementos híbridos, en los que se combinan entre sí dos o más materiales, con preferencia por lo menos un componente plástico y un componente metálico. Los elementos híbridos presentan un cuadro de propiedades, que por lo general un material individual no podría presentar. En especial en la industria automovilística se está generalizando cada vez más el uso de elementos híbridos, porque la combinación de plástico y metal posee una gran estabilidad y permite al mismo tiempo una reducción del peso.

Como estado de la técnica, que se representa por ejemplo en los artículos especializados Cuadro de techo de construcción híbrida de Anja Jáschke y Ulrich Dajek, edición especial de las actas de la convención de la VDI n° 426. pp. 25-45, 24 y Plástico y metal firmemente unidos de Ulrich Endemann, Stefan Glaser y Martin Vólker, en KU Kunststoffe, año consecutivo de publicación 92, 11, pp. 11-113, 22, deben considerarse en este contexto los elementos resultantes de la unión de forma de los componentes, en los que la unión recíproca se genera en especial por Inyección o por ensamblado posterior.

En el artículo citado en último lugar se describe que en las estructuras híbridas de plástico y metal puede generarse la unión entre el plástico y el metal en principio de dos maneras, a saber, por un lado por inyección del plástico sobre una chapa metálica por un proceso de inyección, que se denomina In Mould Assembly (IMA) y por otro lado por el encaje o ensamblado de una estructura de plástico y una estructura metálica, que se incluye dentro de la denominación general de Post Moulding Assembly (PMA).

Según la técnica IMA, a la que se refiere el artículo técnico mencionado en primer lugar, se deposita una chapa totalmente moldeada dentro del molde de inyección y en zonas discretas se une con una estructura de plástico sobreinyectada por unión de forma. Al final del ciclo de inyección puede extraerse del molde el elemento híbrido. En el primer artículo se detalla por ejemplo que después de la colocación y fijación de una estructura de chapa de pared fina, embutida, troquelada y de por sí todavía inestable, dentro del molde de inyección se sobreinyecta sobre ella una estructura de plástico formada por un material idóneo por un método de inyección convencional. El elemento es en especial el marco de un techo de un automóvil, que une las piezas laterales del casco y al mismo tiempo actúa como asiento para el parabrisas del automóvil. Dicho marco de techo está formado de modo convencional por dos chapas de acero, soldadas entre sí, que forman un perfil de estructura de chapa de doble hoja. Gracias a la técnica híbrida, descrita en el artículo, la chapa necesaria para reforzar el marco del techo puede reemplazarse por una estructura nervada de plástico intercalada.

En el proceso de fabricación de tales piezas resultantes de la combinación de metal y plástico o de otras similares ya es sabido que hay que prever sobre el objeto metálico una capa de adherente para el material termoplástico que se inyectará sobre ella.

En el documento DE 38 18 479 A1 se describe por ejemplo un material mixto, que contiene una capa de metal, un adherente y una capa de polipropileno. La capa de adherente sirve para ensamblar y mantener unidas por material la capa de metal y la capa de polipropileno gracias a una unión de poder adhesivo alto. El adherente está formado en lo esencial por una resina epoxi basada en el blsfenol A, mientras que la capa de polipropileno contiene en su masa un silano injertable y un peróxido como agente de reticulación o bien por su superficie más próxima a la capa de metal se ha tratado con una mezcla de silano Injertable y peróxido. Después de la limpieza previa de la capa de metal, por ejemplo de una chapa de metal, se aplica el adherente sin diluir o ajustado a la viscosidad deseada por adición de un disolvente adecuado en cantidades comprendidas entre 1 y 1 g/m2 y se somete a un tratamiento térmico entre 17 °C y 19 °C, que dura aprox. entre 5 y 2 minutos. Las superficies pretratadas de este modo se aportan directamente a un montaje previo o a la fabricación de las piezas moldeadas. Es ventajoso que la capa de metal antes o después del recubrimiento con el adherente pueda moldearse por un proceso de embutición a temperatura ambiente de uno o de vahos paso, habituales para los metales, para generar una preforma de metal. Desde el punto de vista tecnológico es un Inconveniente que para la fabricación del adherente dentro del proceso de producción tenga que emplearse un sistema de dos componentes que tienen que mezclarse en una proporción que deberá respetarse exactamente entre la resina epoxi a emplear y el reticulante así como eventualmente un acelerante.

En el documento DE 195 35 915 A1, referido a un adherente para la unión en especial de sustratos formados por metal con preferencia con láminas de plástico formadas por polipropileno, se describe también una pieza mixta conocida de metal y plástico. El adherente contiene un copolímero de bloques aleatorio de polipropileno Injertado y

por lo menos un estabilizante UV. Se describe entre otros un recubrimiento para chapas metálicas de ,4 a 1 mm de grosor, por ejemplo chapa negra, de hojalata, de aluminio y de diversas aleaciones de hierro, provistas eventualmente de una capa pasivante basada en compuestos de níquel, de cromo o de cinc.

En la patente EP 31 71 A2 se describe un producto laminado, formado por una lámina metálica y una película termoplástica, unidas entre sí con un adhesivo que tiene una composición química especial. El producto se fabrica por un procedimiento de un género similar, para ello se prensan los componentes, el uno contra el otro, mediante rodillos que trabajan con presión. Para el laminado tiene lugar la aportación de calor mediante un rodillo calentado a la lámina de metal. Se funde el adhesivo en una extrusora, se extruye en forma de película y se coloca entre los componentes a unir. La lámina mixta se expulsa mediante rodillos de transporte y después se recoge en forma de bobina.

También en el documento JP 62 53817 A se describe un procedimiento de fabricación de una pieza mixta de metal y plástico. Para ello se calientan por inducción y con presión dos bandas de aluminio prelaminadas con láminas de PET empleando en cada caso en especial un adhesivo de PUR. La compresión sobre los componentes a unir entre sí se ejerce estirándolos entre dos mordazas opuestas, móviles una respecto a la otra, de las cuales una contiene una bobina de inducción, empleándose un material elástico estable al calor, por ejemplo goma de silicona, para el aislamiento térmico.

La patente US 4 872 59 A se refiere a la fabricación de una lata o bote, que como paso del proceso consta del rebordeado de las zonas marginales laminadas, que están formadas por capas de plástico y de metal.

Según la patente US 4 21 477 A puede procesarse un laminado formado por una lámina de metal y un material de plástico de tipo lámina que tiene que reblandecerse con calor, para ello el laminado se transforma en forma de tubo por solapamlento de los bordes. Cuando el objeto tubular se pasa a través de una bobina de inducción tiene lugar un sellado en callente de los bordes gracias al plástico. También en las patentes US 4 66 354 A y US 4 678 713 A se describe el uso de energía electromagnética de alta frecuencia como agente calefactor, en especial para reblandecer los polímeros contenidos en las capas mixtas laminadas de los materiales y los recipientes de envase.

En especial para el recubrimiento de piezas metálicas, cuyo exterior se ha cubierto con poliamida fundida, existe el problema de que por las diferentes propiedades de los materiales se produzcan desconchados durante la fabricación, debidos por ejemplo a la contracción, que dan pie p. ej. a la penetración del agua dentro del producto acabado. Para eliminar estas faltas de estanqueidad son necesarios procesos separados tecnológicamente costosos, por ejemplo un proceso de impregnación.

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1. Procedimiento de fabricación de un elemento híbrido (1) formado por un componente plástico (14) y un componente metálico (12), en el que con el componente plástico (14) y el componente metálico (12) mediante un adherente (16) Intercalado entre el componente plástico (14) y el componente metálico (12) por ensamblado con aporte de calor y con presión se genera una unión por material, en el que a través del componente metálico (12) se lleva a cabo un aporte de calor y en el que el componente metálico (12) es una pieza de chapa, que antes y durante el ensamblado se recoge o asienta en o sobre una estampa matriz calentada o sobre un punzón o pistón (24), caracterizado porque el componente plástico (14) es un elemento, que tiene una zona de punta (34) destinada a realizar la unión con el componente metálico (12), que después del calentamiento del componente metálico (12) y del adherente (16) se recalca sobre el componente metálico (12) recubierto con el adherente (16), en el que un elemento calefactor (22) dispuesto en la estampa matriz o en el punzón o pistón (24) genera el calor requerido para el ensamblado, que se transmite a través del adherente (16) al componente plástico (14), de modo que en la superficie límite entre el adherente (16) y el componente plástico (14) se genere por lo menos la temperatura de reblandecimiento del componente plástico (14), en el que el adherente (16) experimenta una activación térmica suficiente para la reacción con el componente plástico (14), pero que no fluye por acción del calor, y en el que se ajustan la presión de apriete y la temperatura de tal manera que se acorte la longitud del componente plástico (14) que discurre en sentido ortogonal con respecto a la superficie del componente metálico (12) formándose una zona recalcada (3) y una unión por material entre el componente plástico (14) y el adherente (16).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el adherente (16) es susceptible de sellado por calor.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque antes del ensamblado del componente plástico (14) y el componente metálico (12) se aplica el adherente (16) como capa de adherente (3) sobre el componente metálico (12) y se retícula con una intensidad tal que la película seca resultante sea dura pero elástica a la vez y se ancle firmemente sobre el componente metálico (12).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque se aplica el adherente (16), en especial por un proceso de recubrimiento de bobina (coil coatlng), por un proceso de pistoleado, de colada, por un proceso de aplicación con boquilla o con rodillos sobre el componente metálico (12) o por inmersión del componente

metálico (12).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado porque el adherente (16) se une al componente metálico (12) por un tratamiento térmico.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 5, caracterizado porque el elemento calefactor (22), que genera el calor requerido para el ensamblado, es un bucle de inducción.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado porque como material termoplástico (2) del componente plástico (14) se emplea la poliamida y como adherente (16) se emplea un material formado por un barniz de cables que contiene amida.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el tratamiento con calor se lleva a cabo a una temperatura superior al punto de reblandecimiento de la poliamida, con preferencia en un intervalo de temperaturas de hasta 26 °C.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 8, caracterizado porque el adherente (16) antes del ensamblado está configurado como capa de adherente (3), que es una capa doble formada por una capa de imprimación (3a) dispuesta directamente sobre el metal del componente metálico (12) y por una capa de cobertura (3b) situada encima de la anterior.

1. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 9, caracterizado porque un barniz empleado para la formación de una capa (3) del adherente (16), en especial un barniz para cables, tiene un contenido de sólidos del 8 al 25 por ciento en peso, con preferencia del 1 al 16 por ciento en peso.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 1, caracterizado porque un barniz empleado para la formación de una capa (3) del adherente (16), en especial un barniz para cables, contiene como disolvente las fracciones aromáticas ligeras del petróleo, el fenol, el cresol, el xileno, el alcohol bencílico, la N-metil-2-pirrolidona y/o la N,N-dimetilacetamida.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 9, caracterizado porque una combinación de resinas sintéticas empleada para la formación de una capa (3) del adherente (16), en especial para la unión con un componente plástico (14) formado por polipropileno, contiene el butanol, en especial en una cantidad del 1 al 2,5 por ciento en peso de la cantidad total, la trimetilciclohexenona, en especial en una cantidad del 2 al 25 por ciento en

peso de la cantidad total, un éter de monoetilo del propllengllcol, en especial en una cantidad del 25 al 5 por ciento en peso de la cantidad total, las fracciones de punto de ebullición bajo del petróleo, tratadas con hidrógeno, en especial en una cantidad del ,5 al 1 por ciento en peso de la cantidad total así como los aléanos, en especial en una cantidad del 7,5 al 15 por ciento en peso de la cantidad total.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque los alcanos son una mezcla de aquellos que tienen una longitud de cadena de 11 a 15 átomos de carbono, en especial en una cantidad del 2,5 al 5 por ciento en peso de la cantidad total, y de aquellos, que tienen una longitud de cadena de 16 a 2 átomos de carbono, en especial del 5 al 1 por ciento en peso.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 9, caracterizado porque una combinación de resinas sintéticas empleada para la formación de una capa (3) del adherente (16), en especial para la unión con un componente plástico (14) formado por acrilonitrilo-butadieno-estireno, contiene resinas de bisfenol A-epiclorhidrina de un peso molar promedio no superior a 7 g/mol, en especial en una cantidad del 1 al 2,5 por ciento en peso de la cantidad total, el acetato de n-butilo, en especial en una cantidad del 5 al 1 por ciento en peso de la cantidad total, y fracciones aromáticas pesadas del petróleo, es decir, fracciones de punto de ebullición alto, en especial en una cantidad como máximo del ,5 por ciento en peso de la cantidad total.

15. Pieza mixta de metal y plástico (1), formada por un componente metálico (12) y por un componente (14) formado por un termoplástico (2) así como por una capa de adherente (3) formada por un adherente (16) intercalado entre los componentes (12,14), fabricada en especial por el procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 14, caracterizada porque, en la zona del ensamblado (26) con el adherente (16), el componente termoplástico (14) presenta una zona recalcada (3).

16. Pieza mixta (1) según la reivindicación 15, caracterizada porque el componente termoplástico (14) presenta un abombamiento (28) en la zona recalcada (3).

17. Pieza mixta (1) según la reivindicación 16, caracterizada porque el componente metálico (12) es una chapa, en especial una chapa de acero, y el componente plástico (14) es una estructura nervada, que forman una pieza de tipo

marco.

18. Pieza mixta (1) según la reivindicación 16 ó 17, caracterizada porque la resistencia a la tracción de la unión entre el componente plástico (14) y el componente metálico (12) se sitúa aprox. en 8,5 ± 2, kN / cm2

19. Pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 18, caracterizada porque, como material termoplástico (2), el componente plástico (14) está formado por poliamida, polipropileno o acrilonitrilo-butadieno- estlreno.

2. Pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 19, caracterizada porque del adherente (16) está formado por un barniz para cables, en especial un barniz para cables que contiene amida.

21. Pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 19, caracterizada porque el adherente (16) está formado por una combinación de resinas sintéticas, que contiene principalmente acetato de butilo o una mezcla de un éster de alquilo del propilenglicol o un compuesto de clclohexenona alquilada.

22. Pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 21, caracterizada porque en una capa límite (G) entre la capa de adherente (3) y el material termoplástico (2) se forman zonas de transición fundidas entre sí y/o en el material termoplástico (2) se forman zonas (2b) de fase pollmérlca amorfa.

23. Pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 22, caracterizada porque, para generar la conductividad eléctrica y la capacidad de soldadura así como para permitir el recubrimiento por barnizado de inmersión catódica, el adherente (16) contiene grafito.

24. Pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 23, caracterizada porque el componente metálico (12) está formado por un fleje de acero laminado en frío, con preferencia de los tipos DC 1 bis DC 4 según la norma DIN EN 1 139, por una chapa fina o extra fina o por una banda de acero Inoxidable, de aluminio o de metal no ferroso (1).

25. Pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 24, caracterizada porque la capa de adherente (3) es una doble capa formada por una capa de Imprimación (3a) situada Inmediatamente encima de la capa de metal (1) y por una capa de cobertura (3b) situada encima de la anterior.

26. Pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 25, caracterizada porque el grosor (D) de la capa de adherente (3) configurada en forma de capa simple o de doble capa se sitúa entre 3 y 3 pm, en especial entre 6 y 23 pm, con preferencia entre 1 y 15 pm.

27. Pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 26, caracterizada porque debajo de la capa de adherente (3) y sobre la capa de metal (1) se ha aplicado una capa de pasivo y/o de protección (4).

28. Uso de un componente termoplástico (14) para un procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 15 o

para la fabricación de una pieza mixta (1) según una de las reivindicaciones de 16 a 27.

29. Uso según la reivindicación 28, caracterizado porque el componente plástico (14) está formado por un plástico amorfo o semicristalino, sin reforzar, reforzado o provisto de cargas de relleno, por ejemplo una poliamida, un

poliéster, una poliolefina, un poliestireno, un copolímero de estireno-acrilonitrilo, un copollmero de acrilonitrilo- butadieno-estireno, un policarbonato, un poli(óxido de propileno), un poli(sulfuro de fenileno), una poliimida, una policetona o por una mezcla de estos materiales.

3. Uso según la reivindicación 28 ó 29, caracterizado porque el componente plástico (14) en la zona de punta (34) 15 prevista para la unión con un componente metálico, p. ej. mediante un biselado (32), presenta un estrechamiento de

la sección transversal (36), que en un caso extremo posee una configuración solamente lineal o puntual.