技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于生产层复合材料的方法，该层复合材料包括至少一个金属
基板和至少一个塑料层，并涉及用于生产包括至少一个金属基板和至少一个塑料层的层复合材料的设备。此外，本发明涉及一种层复合材料，其包括至少一个金属基板，至少一个塑料层和至少一个安置在其中的增附剂层。
背景技术
[0002] 符合这种类型的层复合材料的应用，比如在两层金属薄
覆盖层之间具有热塑性塑料层的夹芯
金属薄板，在
汽车领域中轻质构造概念的实现中是有利的。当使用这种层复合材料时能够进一步增大车辆制造中的重量节省潜
力。此外，层复合材料能够提供不同的，有利的，通常独特的特性。由此符合该类型的层复合材料基于塑料层而具有比全金属薄板明显更小的重量并且同时提供了高的强度值。此外，层复合材料能够
隔音并且提供高的
刚度。
[0003] 为了塑料层与金属基板的连接可以在金属基板和塑料层之间设置增附剂层。使用湿化学法，如辊轧包层，喷涂或者热浸
镀将增附剂层涂覆在金属带上。
[0004] 然而，根据客户专
门要求层复合材料应具有不同特性的区域也可能是必须的。这可能是必要的，因为不同的区域会经受不同的要求。比如某些区域所经受的成形度就比其它区域更高。当层复合材料作为
车身元件使用时，在发生事故时具有特定特性或者显示出特定行为的区域也是值得期望的。原则上，利用比如相应专门特制的覆盖层或者塑料层来达到这些也是可行的。但这会导致复杂的生产过程。
发明内容
[0005] 从
现有技术出发，本发明的目的在于给出一种方法，设备和层复合材料，其中以简单的、工艺可靠的方式到达对层复合材料特性与各个相应使用目的专门的匹配。
[0006] 关于方法，该目的根据本发明的第一种教导通过使得该方法具有以下步骤来解决：
[0007] -准备金属基板和塑料层，
[0008] -沿着金属基板和/或塑料层的表面借助通过
等离子体镀层设备的等离子体镀层涂覆增附剂层，其中为了产生增附剂层，在等离子镀层时如此控制该等离子镀层设备，使得至少区域性地沿着金属基板和/或塑料层的表面设置增附剂层的目标形貌以及[0009] -将塑料层与具有增附剂层的金属基板表面相连接和/或将金属基板与具有增附剂层的塑料层表面相连接以生产复合材料。
[0010] 通过沿着金属基板和/或塑料层的表面利用等离子体镀层涂覆增附剂层首先达到了层复合材料各个层之间非常高的附着特性。这种附着特性到目前为止无法利用传统增附剂层，比如通过湿化学方法，比如辊轧包层，喷涂或者热浸镀所涂覆的增附剂层来达到。
[0011] 同时，通过在等离子体镀层过程中对等离子镀层设备的控制使得能够达到在镀层过程中对增附剂层的产生非常精准的影响。这使得达到了沿着金属基板和/或塑料层的表面目的性设置的增附剂层的形貌，这利用目前的方法是不可能的。比如，也需考虑在镀层时才出现的偏差(比如在金属带情况下带运行速度的改变)。
[0012] 增附剂层目标形貌的设置的意思尤其是有目的性地设置沿着金属基板和/或塑料层的表面的增附剂层的特性(比如增附剂层的厚度，增附剂层的
密度，增附剂层的组成，增附剂层的表面结构等)。由此能够局部精确地并且资源高效地设置由此产生的附着强度。
[0013] 对增附剂层目标形貌的设置比如能够基于对增附剂层特定特性的规定。同样可行的是，做出对附着强度的设定，对等离子体镀层设备的控制以此为
基础进行。
[0014] 沿着表面的镀层比如能够通过金属基板和/或塑料层与等离子体镀层设备的相对运动来达到。
[0015] 层复合材料也能够具有多于一个的金属基板和/或多于一个的塑料层。就此方面而言，金属基板的意思是至少一个金属基板。层复合材料比如是具有作为金属基板的两个金属覆盖层以及设置在其间的例如热塑性塑料层的夹心金属薄板。
[0016] 同样能够设置多于一个的等离子体镀层设备。就此方面而言，等离子体镀层设备的意思是至少一个等离子体镀层设备。比如每个金属基板和/或塑料层分别设置一个等离子体镀层设备。
[0017] 金属基板比如构建为扁坯或者带形，比如金属带。带比如能够由卷材制成，该带由该卷材展开得来。带的镀层比如与各个层的连接步骤内嵌进行，比如在
层压设备中。
[0018] 金属基板比如是未镀层的或者镀层的基板。金属基板比如由
钢，尤其由
不锈钢，
铝，铝
合金，镁，镁合金，锌，
铜，
钛或者其组合制成。镀层的金属基板能够是
镀锌，镀锌镁，镀铬或者铝基镀层的。金属基板例如是
电解镀锌，电解镀铬或者锌基或铝基热浸镀的。
[0019] 塑料层比如是
聚合物，优选热塑性聚合物。
[0020] 根据符合本发明方法的一个优选设计方案，沿着金属基板和/或塑料层的表面的增附剂层的目标形貌是沿着表面目的性均匀的或者目的性变化的形貌。
[0021] 如果设定增附剂层沿着表面目的性均匀的形貌，能够达到资源效率的提升。比如能够通过在等离子体镀层时对于等离子体镀层设备的控制达到镀层与带材速度的匹配，由此能够最优化地使用资源，如前驱物材料。
[0022] 如果根据一个尤其有利的设计方案设定增附剂层沿着表面目的性变化的形貌，能够有意精确设置不均一的附着强度。例如可以为(之后)经受更高度的成形的层复合材料区域设置更高的附着强度，以防止各个层的脱离。例如可以为用作车身元件的层复合材料在发生碰撞时应目的性分层的区域选择性设置更低的附着强度。通过对等离子体镀层设备的控制也能够考虑在这种情况下在镀层时产生的变化，比如带材速度的变化。
[0023] 根据符合本发明方法的一个优选设计方案，等离子体镀层设备包括多个等离子模
块并且对该等离子体镀层设备的控制包括对各等离子模块至少部分分离的控制。由此提供了达到增附剂层尤其目的性变化的形貌的可能性。在涂覆增附剂层时所需的区域性精确例如能够通过等离子模块的排布和数量来达到。根据要求能够灵活改变，增加或者减少各个模块的排布。多个等离子模块可以是比如两个等离子模块，三个等离子模块，四个等离子模块等。
[0024] 根据符合本发明方法的另一个设计方案，多个等离子模块沿着金属基板和/或塑料层的表面彼此相邻，尤其是矩阵式排布。由此增附剂层复杂的形貌也能够通过等离子体镀层设备各个等离子模块相对简单的排布来达到。比如能够将两个或者多个等离子模块相邻排布。比如能够将两个或者多个等离子模块在第一方向上相邻排布和/或将两个或者多个等离子模块在第二方向上(比如与第一方向垂直)相邻排布。比如将等离子模块以2×1矩阵，1×2矩阵，2×2矩阵等矩阵式排布。如果金属基板和/或塑料层比如长形构建，那么能够将等离子模块比如在纵向上观察前后和/或相邻排布。
[0025] 根据符合本发明方法的一个设计方案，对于等离子体镀层设备的控制引起该等离子体镀层设备的至少一个部件，尤其是一个或者多个等离子模块相对于金属基板和/或相对于塑料层的相对
位置的改变。由此提供了达到增附剂层尤其目的性变化的形貌的可能性，而无需改变等离子体镀层设备或者各个等离子模块的工艺参数。因而，等离子体镀层设备或其部件，比如等离子模块能够在镀层
时移动。原则上该设计方案也可以与等离子体镀层设备的其它控制方案结合来设置目标形貌。
[0026] 根据符合本发明方法的另一个设计方案，等离子体镀层包括下列步骤中的一个或者多个：
[0027] -准备过程气，
[0028] -产生等离子体，
[0029] -将前驱体添加到等离子体中或者等离子体余晖中以产生增附剂层以及[0030] -将等离子聚合的增附剂层至少部分沉积在金属基板和/或塑料层上。
[0031] 可以看到，在这种等离子体镀层中通过增附剂层来高效和精确设置附着强度是可能的。等离子体镀层优选在
大气压下进行。由此等离子体镀层能够相对简单地实现，因为不必设置
真空室或者压力室。等离子体比如能够在第一
电极和第二电极之间产生。其中金属基板能够有利地同时作为电极中的一个。增附剂层的厚度可以在2nm和50nm之间或者在这两个值之间变化，这实现了可靠的附着强度和在设置附着强度时足够的
自由度。
[0032] 前驱体可以比如是粉末状的，液态的或者气态的。例如可以将液态前驱体雾化并与载体气体一起作为
气溶胶输送。前驱体包括比如
有机酸，尤其有机
羧酸，优选
丙烯酸或者甲基丙烯酸。前驱体可以包含烯丙基胺，甲基丙烯酸烯丙酯，丙烯酸羟乙酯，(3-
氨丙基)三乙
氧基
硅烷和/或(3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷。
[0033] 过程气比如包括N2，CO2，Ar和/或He。此外过程气能够包含氢作为反应气(例如最多5％)。
[0034] 根据符合本发明的方法的另外一个设计方案，对于等离子体镀层设备的控制引起了等离子体镀层设备的一个或者多个工艺参数的改变，尤其是一个或者多个等离子
体模块的改变，尤其是关于等离子体功率，前驱体输送和/或过程气的工艺参数的改变。通过在等离子体镀层过程中一个或者多个工艺参数的改变提供了达到增附剂层尤其目的性变化的形貌的可能性。如果单个等离子体模块的工艺参数改变了，能够达到增附剂层形貌更高的空间
分辨率。关于等离子体功率的工艺参数比如可以是电极电势的改变。关于前驱体输送的工艺参数的改变可以比如是前驱体组成或者是前驱体流量的改变。关于过程气的工艺参数的改变可以比如是过程气组成或者过程气流量的改变。
[0035] 同样地，对于等离子体镀层设备的控制能够引起等离子体镀层设备一个等离子体模块的仅一个部件的一个或者多个工艺参数的改变，以进一步提高空间分辨率。
[0036] 根据符合本发明的方法的另外一个设计方案，等离子体镀层设备，尤其等离子体镀层设备的一个或者多个等离子体模块具有多个输送点，并且对等离子体镀层设备的控制包括对于该多个输送点上输送的至少部分分离的控制。由此能够达到增附剂层目的性设置的形貌的进一步提高的空间分辨率。通过对于输送的控制例如能够达到输送参数的改变，例如前驱体组成或者量的改变，过程气组成或者量的改变。
[0037] 根据符合本发明的方法的另外一个设计方案，对于等离子体镀层设备的控制基于至少部分预设的附着强度情况进行。可以比如给定空间解析的附着强度情况，然后从中得出增附剂层的目标形貌。例如为此设定控制单元，其至少部分执行等离子体镀层设备的控制。例如可以以一个或者多个特性曲线和/或一个或者多个计算模型为基础来探明对等离子体镀层设备的控制以建立增附剂层的目标形貌。这里，当是带形金属基板和/或塑料层时，可以将当前的带材速度考虑在内。
[0038] 根据符合本发明的方法的另外一个设计方案，该层复合材料包括一个第一金属基板和一个第二金属基板，其中塑料层设置在该第一和第二金属基板之间，并且增附剂层涂覆在第一和/或第二金属基板和/或塑料层上。由此能够将根据本发明的方法的该设计方案用于生产夹心板。关于前述金属基板的实施形式适用于该第一和第二金属基板。这里该第一和第二金属基板可以是相同的或者不同的。也可以设置多于两个金属基板。
[0039] 根据符合本发明的方法的另外一个设计方案，将第一金属基板利用第一等离子体镀层设备进行镀层，并且将第二金属基板利用第二等离子体镀层设备进行镀层。这里，该第一和/或第二等离子体镀层设备可以是前述的等离子体镀层设备。也可以设置如前所述的其它的等离子体镀层设备。这里，等离子体镀层设备也可以彼此不相关地具有各个前述特点。例如，等离子体镀层设备可以是相同的或者不同的。
[0040] 由此实现了两个金属基板与设置在其间的塑料层的附着强度的目的性调整。由此不仅能够目的性地平面(即二维)设置层复合材料两个层之间的附着强度，也能够设置涉及层复合材料不同层的附着强度，也就是涉及另外一个维度(即三维)。例如不仅能够设置在哪个位置上某个层应该目的性分层，也能够设置在承受负荷的时候这些层中的哪一个应目的性分层。
[0041] 关于设备，尤其是用于执行根据本发明的方法的设备，根据本发明的方法的第二个教导，开头所述的目的通过使得该设备如下构成而解决：
[0042] -用于准备金属基板和塑料层的装置，
[0043] -用于沿着金属基板和/或塑料层的表面利用等离子体镀层来涂覆增附剂层的等离子体镀层设备，
[0044] -用于在产生增附剂层的等离子体镀层过程中控制该等离子体镀层设备的控制单元，由此能够至少部分地设置出沿着金属基板和/或塑料层的表面的增附剂层的目标形貌以及
[0045] -用于将塑料层与金属基板具有增附剂层的表面连接和/或将金属基板与塑料层具有增附剂层的表面连接以生产层复合材料的装置。
[0046] 正如已经提到的，通过利用等离子体镀层沿着金属基板和/或塑料层的表面涂覆增附剂层达到了层复合材料各个层之间非常高的附着强度。此外，通过设置控制单元达到对等离子体镀层设备在等离子体镀层过程中的控制，由此能够达到在镀层过程中对增附剂层的产生非常精确的影响。由此能够局部精确地并且资源高效地设置由此而产生的附着强度。
[0047] 关于根据本发明的设备的有利的设计方案，参见根据本发明的方法和其设计方案的实施方案，其也相应适用于设备。
[0048] 尤其通过先前和接下来对于根据本方法的优选实施形式的方法步骤的说明也通过设备的优选实施形式公开用于执行这些方法步骤的相应器件或者装置。同样地，通过公开用于执行某方法步骤的器件来公开该相应的方法步骤。
[0049] 根据本发明的方法的第三个教导，开头提到的目的关于层复合材料通过根据符合本发明的方法来生产该层复合材料而解决。
[0050] 根据符合本发明的层复合材料的一个设计方案，沿着金属基板和/或塑料层的表面的增附剂层的目标形貌为目的性变化的形貌，由此该层复合材料具有不同附着强度的区域。
[0051] 与已知的层复合材料相反，根据本发明的层复合材料的设计方案具有改善的附着强度。此外，根据本发明的层复合材料的设计方案具有精确设置的变化的附着强度，其中不仅能够在增附剂层内部局部地目标性调整，不同的增附剂层也能够目标性彼此相互协调。
附图说明
[0052] 接下来借助于
实施例连同图示进一步说明本发明。图中：
[0053] 图1示出了用于实施根据本发明的方法的实施例的根据本发明的设备实施例的示意性图示；
[0054] 图2示出了根据本发明的层复合材料的实施例的示意性截面图；
[0055] 图3示出了等离子体镀层步骤的实施例；
[0056] 图4-5示出了等离子体镀层步骤的不同实施例；
[0057] 图6示出了等离子体模块替代性排布的示意性俯视图；
[0058] 图7示出了受控制的工艺参数的时间过程的示意性图示；
[0059] 图8示出了具有目标性变化的形貌的具有增附剂层的金属基板的示意性图示。
具体实施方式
[0060] 图1示出了用于实施根据本发明的方法的实施例的根据本发明的设备实施例的示意性图示。设置第一和第二金属带1，2作为金属基板，其由卷材1‘，2‘通过开卷设备(未示出)展开得来。在第三个卷材3‘上准备热塑性
中间层3。由此实现了用于准备金属基板和塑料层的装置。每个金属带1，2通过等离子体镀层设备4，4‘进行镀层，这些等离子体镀层设备用于用等离子体镀层沿着金属带1，2的各相应表面涂覆增附剂层。作为替代，用一个或者两个等离子体镀层设备4，4‘将塑料层3单面或者双面镀层也是可行的。这种情况下每个等离子体镀层设备4，4‘分别具有两个等离子体模块4a和4b或者4a‘和4b‘。等离子模块4a和4b或者4a‘和4b‘在带运行方向(例如由箭头示出)上彼此先后设置。等离子体模块在下面会更具体地进一步说明。在对两个金属带1，2的各相应朝向塑料层3的内表面进行镀层后将金属带1，2和塑料层3通过层压连接为带形的层复合材料5。这利用层压设备6进行，层压设备用作将塑料层3与各个相应金属带1，2具有增附剂层的表面连接以生产层复合材料5的设备并同样示意性示出。通过用等离子聚合的增附剂层对金属带1，2的等离子体镀层能够在利用层压设备6进行层压后达到层复合材料5有利的附着强度。
[0061] 在图1中示出的设备此外还具有用于在产生增附剂层的等离子体镀层过程中对等离子体镀层设备4，4‘的等离子模块分开控制的控制单元(未示出)。由此能够至少部分地设置出目标形貌，比如增附剂层沿着金属带1，2的表面目标性变化的形貌。
[0062] 等离子体镀层优选在大气压下进行。这里准备过程气，制造等离子体，将前驱体添加至等离子体中或者等离子体余晖中以制造增附剂层并且在各个相应的金属带1，2上沉积等离子聚合的增附剂层。
[0063] 图2示出了复合薄板7形式的根据本发明的层复合材料的实施例的示意性横截面图，该复合薄板由带形的层复合材料5生产得到。复合薄板7具有两个金属盖板1，2，例如钢质薄板。两个金属盖板1，2具有带有等离子聚合的增附剂层的、朝向热塑性塑料层3的表面1a，1b，其具有局部目的性与使用区域相匹配的形貌。
[0064] 图3范例性示出了一个等离子体镀层步骤的实施例，这里是范例性针对金属带2的。等离子体镀层能够比如在等离子模块4‘，4b，4a‘，4b‘中进行。过程气8在第一电极9和第二电极10之间涌入穿过。等离子体12在第一和第二电极9，10之间形成。等离子体余晖能够延伸至金属带2的表面。将气溶胶11输送至等离子体余晖13中。气溶胶通过载体气体和液态前驱体构成并与过程气8和等离子体一起对准至金属带2的内侧。由此将等离子聚合的前驱体在金属带2上沉积为增附剂层2a。等离子体12或者等离子体余晖13激活金属带2的表面和包含在气溶胶中的前驱体。通过金属带2和等离子体镀层设备4，4‘的相对运动在金属带2上利用等离子聚合的增附剂层构建一层非常薄的镀层，其厚度比如可以是2至50nm，优选5至30nm。
[0065] 图4示出了一个等离子体镀层步骤的替代性实施例，这里范例性针对金属带2。等离子体12在这种情况下通过设置在金属带2两面的电极9‘，10’产生。如通过箭头示出的那样将气溶胶11输送到等离子体12中，这使得等离子聚合的增附剂层2a在该金属带上沉积。除了气溶胶也可以输送气态前驱体。
[0066] 图5示出了一个等离子体镀层步骤的另一个替代性实施例，依旧范例性针对金属带2。等离子体12在第一电极9‘’和起到第二电极作用的金属基板2之间产生。
[0067] 图6示出了等离子模块替代性排布的示意性俯视图。这里将包括两个等离子模块14a，14b的等离子体镀层设备14设置在金属基板的上部，这里金属基板是金属带2，但也可以是金属带1。等离子模块能够比如如图3-5所示那样构建并如图1所示使用。与图1所示的等离子模块4a，4b，4a‘，4b’不同，等离子模块14a，14b并不是彼此先后排布，而是彼此相邻，也就是横向于通过箭头示出的带运行方向排布。通过等离子体镀层设备14，沿着金属基板2的表面利用等离子体镀层来涂覆增附剂层。这里，为了产生增附剂层2a，在等离子体镀层时如此控制该等离子体镀层设备14，使得至少部分地设置出增附剂层沿着金属带2的表面目的性变化的形貌。
[0068] 为此图7示出了受控制的工艺参数随时间
进程的示意性图示。该图沿着x轴16示出了时间并且沿着y轴17示出了等离子模块14a的工艺参数18a和等离子模块14b的工艺参数18b的大小。如此控制等离子体镀层设备14，使得等离子体镀层设备14的等离子模块14a，
14b的工艺参数达到随时间的变化。该工艺参数能够影响通过增附剂层得到的附着强度。这种情况下通过高的工艺参数值得到高的附着强度并且通过低的工艺参数值得到低的附着强度。工艺参数可以比如涉及等离子体功率，前驱体输送或者过程气。
[0069] 在该实例中等离子模块14a的工艺参数18a在阶段I中处于低
水平，在阶段II和III中处于中等水平，在阶段IV中处于高水平。等离子模块14b的工艺参数18b在阶段I中处于中等水平，在阶段II中处于高水平，在阶段III中处于中等水平，在阶段IV中处于高水平。当然也可以相应设置其它的进程。对等离子参数18a，18b的控制比如可以基于：从所希望的附着强度情况导出增附剂层的目标形貌并且由此建立对于工艺参数的控制，为此可以比如使用一个或者多个特征曲线和/或一个或者多个计算模型。如果涂覆有具有目标形貌的增附剂层2a，那么这促使得到所希望的附着强度情况。这里，可以有利地考虑金属带2的当前带速度。
[0070] 图8示出了利用等离子聚合的增附剂层2a镀层后的金属带2。在通过等离子模块14a镀层的区域中，金属带2在阶段Ia中具有小的附着强度，在阶段IIa中和阶段IIIa中具有中等附着强度并且在阶段IVa中具有高附着强度。在通过等离子模块14b镀层的区域中，金属带2在阶段Ib中具有中等的附着强度，在阶段IIb中具有高附着强度，在阶段IIIb中具有中等附着强度并且在阶段IVa中具有高附着强度。
[0071] 可以比如在金属带1的表面上设置完全相同或者有偏差的增附剂层形貌。从金属带1，2和塑料层3中能够如所述的那样生产出层复合材料5或者复合薄板7。通过沿着金属带的表面利用等离子体镀层根据目标形貌涂覆增附剂层能够局部精确地并且资源高效地设置由此产生的附着强度。作为结果，能够在三维中(在金属基板的彼此叠置的表面上)过程可靠地设置附着强度。
