Beschichtung für ein Substrat

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Beschichtung für ein Substrat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein Substrat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

[0002] Im Stand der Technik sind Substratbeschichtungen auf Basis von Fluorpolymeren bekannt, beispielsweise die Beschichtung von Kochgeräten. Polytetrafluorethylen (PTFE) ist dabei ein äußerst häufig eingesetztes Fluorpolymer, welches jedoch im flüssigen Zustand je nach Molekulargewicht oberhalb von 300-340°C eine derart hohe Schmelzviskosität aufweist, dass es entweder nur durch Presssintern oder bei sehr hoher Temperatur verarbeitet werden kann. Für hochwertige PTFE-Beschichtungen liegt die übliche Einbrenntemperatur daher bei über 420°C. Dies hat jedoch zur Folge, dass dann die Verarbeitungstemperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Polymeren liegt, wodurch aggressive Säure freigesetzt wird, die Metalle und Kohlenstoffe angreift.

[0003] Auch die aus dem Stand der Technik bekannte Beschichtungskombination aus Polyetheretherketon (PEEK) und PTFE unterliegt ebenfalls der Schwierigkeit, dass PEEK gegenüber Säuren der Halogene (zum Beispiel Flusssäure) unbeständig ist und schon bei der Verarbeitung angegriffen werden kann. Eine Beschichtung aus PEEK allein weist dagegen weder einen guten Antihafteffekt auf, auch ist sie als Dichtungswerkstoff nur geeignet, wenn die Pressung sehr hoch ist.

[0004] Weiterhin sind Fluorpolymere bezüglich ihrer Einsatztemperatur begrenzt. Die Erweichungstemperatur vieler Fluorpolymere liegt im Bereich von etwa 250°C. Ein solcher Temperaturbereich kommt bei Gebrauch von, beispielsweise, Bratpfannen durchaus vor.

[0005] Zusätzlich ist auch die hohe Einbrenntemperatur von über 420°C für viele zu beschichtende Substrate schlichtweg zu hoch, zum Beispiel für viele Aluminiumgusswerkstoffe und Aluminiumlegierungen, noch vielmehr für Kunststoffteile, zum Beispiel auch Faserverbundkunststoffe wie die mit "Carbon"-Fasern

[0006] Eine Beschichtung für ein Substrat, die auf den Einsatz von Fluorpolymeren verzichtet, wäre daher vorteilhaft.

[0007] Auch bei Einsatz der Fluorpolymere zur Abdichtung zeigt die Erfahrung, dass diese unter Reibbeanspruchung und erhöhter Temperatur zur Zersetzung mit Abspaltung fluorhaltiger Säure führen, die die abzudichtenden Gegenflächen, beispielsweise aus Aluminium, massiv angreift und in Folge zum Dichtungsausfall führt. Beispielsweise im Falle von Zylinderkopfdichtungen muss dann nicht nur die Dichtung, sondern auch der Zylinderkopf erneuert werden.

[0008] Aus dem Stand der Technik sind auf der anderen Seite auch Silikonelastomer- und Silikonharze bekannt, die als Antihaft- und als Dichtungswerkstoffe eingesetzt werden. Diese haben den Nachteil, dass sie nicht sehr verschleißbeständig sind, eine nur geringe Haftung zum Substrat aufbauen und deshalb für erhöhte Anforderungen ungeeignet sind. Die temperaturbeständigen Silikonharze sind zusätzlich sehr spröde, was einerseits schlechte Verschleißeigenschaften bedingt andererseits auch eine große Empfindlichkeit für Oberflächenbeschädigungen hervorbringt. Ferner ist die Kratzbeständigkeit ungenügend.

[0009] Schließlich sind aus dem Stand der Technik Beschichtungen, insbesondere Antihaftbeschichtungen, bekannt auf Basis so genannter keramischer Beschichtungen mit titanatischen oder zirkonatischen Bindesystemen. Diese sind zwar sehr temperaturbeständig und hart, aber auch sehr spröde und kratzempfindlich. Zusätzlich ist die Beständigkeit gegen Medien, vor allem heißes Wasser und Laugen, sehr schlecht.

[0010] Aus der WO2004/076570 A1 ist eine Sol-Gel-Beschichtung für Haushaltsgeräte wie etwa Kochgeschirr bekannt, wobei die auf Polysiloxan, Silika und Fluoropolymerpartikeln basierende Hybridbeschichtung die Kratzfestigkeit, Verschleißbeständigkeit und die Antihafteigenschaften des Substrats verbessern sollen.

[0011] Die DE 10 2009 044 340 A1 offenbart die Herstellung einer organisch-anorganischen Hybridkeramik, basierend auf einer keramischen Matrix umfassend Polymereinschlüsse.

[0012] Die US 2007/072978 A1 beschreibt die Verwendung von fluorpolymerfreien thermoplastischen Kunststoffen zur Herstellung einer Hybridbeschichtung.

[0013] Die aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungen weisen häufig die Nachteile auf, dass sie sehr schnell verschleißen, eine schlechte Haftung zum Substrat zeigen und eine recht starke Sprödigkeit aufweisen. Zusätzliche Nachteile sind fehlende Kratzbeständigkeit sowie mangelhafter Korrosionsschutz.

[0014] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vielfältig einsetzbare Beschichtung für ein Substrat bereitzustellen, die die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet. Insbesondere soll die Beschichtung eine gute Haftung an einem Substrat erlauben, ein verbessertes Verschleißverhalten und eine geringere Sprödigkeit zeigen. Dabei soll eine Beschichtung bereitgestellt werden, die auf Fluorpolymere, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon), gänzlich verzichtet und dennoch eine thermisch und mechanisch äußerst widerstandsfähige, kratzfeste und gut auf dem Substrat haftende Beschichtung ausbildet.

[0015] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Beschichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11.

[0016] Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung einen Schichtaufbau aus einem Substrat, einer Beschichtungs- oder Grundschicht und einer Deckschicht. Zwischen Substrat und Grundschicht kann ein Haftvermittler angeordnet sein.

[0017] Wie im weiteren bei der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung von Fachleuten ohne weiteres zu verstehen ist, baut die Bindematrix bei der Temperung auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungs- oder Liquidustemperatur des thermoplastischen Kunststoffs ihren organischen Anteil ab, so dass nur ein keramischer Rest erhalten bleibt. Beispielhaft liegt die Erweichungstemperatur von PEEK bei etwa 320°C und die Liquidustemperatur bei 340°C, während für PPS die entsprechenden Temperaturen jeweils etwa 60°C niedriger liegen. Bei Verwendung von Silikonharz als Bindematrix wird nach ausreichend langem Tempern somit lediglich ein keramischer Rest, nämlich SiO₂, zurückbehalten. Gleiches gilt für die Verwendung von Titanat- oder Zirkonatverbindungen mit organischen Resten. Diese zerfallen unter Hydrolyse unter Temperatur ebenfalls in keramische Bestandteile. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beschichtung liegt im Einsatz einer Mischung aus Silikonharz und einem Titanat, beispielsweise Isobutyltitanat, als Bindematrix.

[0018] Als Silikonharz kommen beispielsweise Methylsilikonharz und/oder Phenylsilikonharz in Frage.

[0019] Als Substrate können beispielsweise metallische Substrate, insbesondere Aluminum(guss), (rostfreier) Stahl, Stahlemaille, Kupfer, Messing, Bronze, Nickel, Chrom und Magnesium, keramische Substrate sowie Kunststoffe und Faserwerkstoffe, zum Beispiel Glasfasern und Carbonfasern, genannt werden.

[0020] Dabei ist die erfindungsgemäße Beschichtung gekennzeichnet durch eine Deckschicht auf der Grundschicht, die eine Bindematrix mit einem kleineren Anteil eines thermoplastischen Kunststoffs als die Grundschicht enthält.

[0021] Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es ferner, dass bei Einsatz einer Mischung aus Silikonharz und Titanat bzw. Zirkonat und/oder Silan(en) in der Grundschicht dort ein höherer Anteil an Titanat bzw. Zirkonat als in der Deckschicht eingesetzt wird.

[0022] Es kann vorgesehen sein, dass die Grundschicht 30 bis 99 Gew.% Silikonharz (Trockengewicht) enthält, bevorzugter mehr als 50 Gew.-% Silikonharz, und insbesondere frei von Polytetrafluorethylen ist.

[0023] Wie bereits oben ausgeführt, bezieht sich der Anteil des Silikonharzes auf den Anteil im Ausgangsprodukt, mit dem die Beschichtung hergestellt wird. Nach einer Temperung bei mehr als 240°C zerfällt das Silikonharz in SiO₂.

[0024] Die Deckschicht kann 35 bis 100 Gew.-% Silikonharz (Trockengewicht) enthalten.

[0025] Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass der thermoplastische Kunststoff in der Grundschicht und/oder in der Deckschicht ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus flüssig kristallinem Polymer (LCP), Polyaryletherketon, Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethersulfon (PES), Polyphenylenethersulfon (PPSU) und Mischungen derselben. Bevorzugt liegt die Temperaturbeständigkeit der eingesetzten thermoplastischen Kunststoffe bei über 200°C, bevorzugter bei über 250°C.

[0026] Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass der Anteil an thermoplastischem Kunststoff in der Deckschicht weniger als oder gleich 2 Gew.-% oder weniger als oder gleich 1 Gew.-% beträgt. Insbesondere kann die Deckschicht frei von thermoplastischem Kunststoff sein.

[0027] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Deckschicht frei von Polytetrafluorethylen ist. Tatsächlich haben Versuche mit (zugefügten) Fluorkunststoffen negative Ergebnisse erbracht.

[0028] Auch ist bevorzugt, dass die Deckschicht einen anderen thermoplastischen Kunststoff als die Grundschicht enthält.

[0029] Die Grundschicht und/oder Deckschicht kann eine Füllung von mineralischen, metallischen und/oder keramischen Partikeln enthalten, deren Korngröße im Bereich von 10 bis 200 nm, insbesondere 30 bis 70 nm liegen kann. Der Partikelanteil kann 0,1 bis 10 Gew.-% betragen, bezogen auf die Grundschicht bzw. Deckschicht. Ebenfalls metallische Füllstoffe und deren Oxide sind geeignet, insbesondere Aluminium, Aluminiumoxid, Kupfer oder Kupferchromid. Bevorzugte Füllstoffe sind SiO₂, Al₂O₃ sowie Aluminiumgrieß.

[0030] Insbesondere zur Erzielung eines guten Antihafteffekts sollte die Deckschicht weniger stark gefüllt sein als die Grundschicht.

[0031] Neben der Füllung mit Partikeln im Nanometer-Bereich ist es ebenfalls möglich, dass zusätzlich zu diesen Nanoteilchen auch Partikel mit einer Teilchengröße im Mikrometer-Bereich, beispielsweise zwischen 10 bis 50 µm, enthalten sind. Diese Partikel im Mikrometer-Bereich sollen jedoch in einem kleineren Anteil als die Nanoteilchen enthalten sein. Dies gilt insbesondere für die Deckschicht, die bevorzugt keine solchen (makroskopischen) Füllstoffe enthält.

[0032] Zusätzlich kann sowohl die Grundschicht als auch die Deckschicht titanatische oder zirkonatische Binder enthalten, mengenmäßig 0,05 - 5 Gew.-%

[0033] Für die erfindungsgemäße Beschichtung ist es somit denkbar, dass Titanat bzw. Zirkonat lediglich als Zusätze zum Silikonharz vorgesehen werden können, beispielsweise in einer Menge von 3 Gew.-%. Jedoch ist es erfindungsgemäß auch denkbar, das Silikonharz vollständig durch Titanat und/oder Zirkonat zu ersetzen. Dabei könnte eine beispielhafte Beschichtungszusammensetzung wie folgt aussehen: 85 Gew.-% Isobutyltitanat, 5 Gew.-% Aluminiumgries, 5 Gew.-% PEEK und 5 Gew.-% anorganisches Pigment, wobei zur Herstellung der Beschichtung eine Einbrenntemperatur bei 360°C oder höher liegt. Bei Einsatz von Titanat als Bindematrix wird ein hervorragender Haftvermittler für PEEK und auch PTFE mit verbessertem Korrosionsschutz erhalten.

[0034] Vorzugsweise sieht die Erfindung vor, dass der Anteil an thermoplastischem Kunststoff innerhalb der Grundschicht in Richtung weg vom Substrat abnimmt. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Anteil an thermoplastischem Kunststoff innerhalb der Deckschicht in Richtung einer freien Oberfläche der Deckschicht abnimmt, wobei insbesondere die Deckschicht an der freien Oberfläche frei von thermoplastischem Kunststoff ist.

[0035] Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein Substrat nach Anspruch 11.

[0036] Vor Aufbringen der Grundschicht kann ein Haftvermittler auf das Substrat aufgebracht werden.

[0037] Auf die Grundschicht wird eine Deckschicht aufgebracht, die eine Bindematrix mit einem kleineren Anteil eines thermoplastischen Kunststoffs als die Grundschicht enthält.

[0038] Die Grundschicht und/oder die Deckschicht kann bzw. können in flüssiger Form oder pulverförmig aufgebracht werden. Die Beschichtung kann somit nass oder mittels Pulver, zum Beispiel elektrostatisch, sowie in Kombinationen derselben auf ein Substrat aufgebracht werden. Die Beschichtung ist auch geeignet für Tauchbeschichtungen, insbesondere auch für Trommelbeschichtungen. Auch kann eine Grundschicht als Pulver sowie eine Deckschicht nass aufgetragen werden oder umgekehrt.

[0039] Es kann vorgesehen sein, dass die Bindematrix der Grundschicht bei einer Temperatur vernetzt wird, die unter einer Erweichungs- oder Verflüssigungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs liegt, oder aber bei einer Temperatur, die bei oder über einer Erweichungs- oder Verflüssigungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs liegt.

[0040] Beschrieben wird auch ein Pulver, ein Granulat, eine Dispersion oder eine Lösung zur Herstellung einer Grundschicht für eine erfindungsgemäße Beschichtung, enthaltend eine Bindematrix, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silikonharz, Titanat, Zirkonat, Silanen und Mischungen derselben, wobei die Bindematrix einen Anteil von 0,5 bis 20 Gew.-% eines thermoplastischen Kunststoffs enthält, bevorzugt weniger als 15% oder 10%.

[0041] Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass eine Kombination aus Bindematrix mit einem Hochtemperaturthermoplasten bereits bei nur einem kleinen Anteil an Thermoplast eine auffällige Steigerung im Verschleißverhalten zeigt. Außerdem wird die Haftfähigkeit an einem Substrat beträchtlich verbessert und die ansonsten auftretende Sprödigkeit erheblich reduziert. Bereits eine Zugabe von beispielsweise 1 Gew.-% des thermoplastischen Kunststoffs zeigt eine sprunghafte Verbesserung der genannten Eigenschaften.

[0042] Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ergibt sich durch Beschichtung einer Grundschicht aus Silikonharz, die etwa 4 Gew.-% PEEK enthält, auf einem Substrat, und die Beschichtung einer Deckschicht aus Silikonharz auf der Grundschicht, wobei die Deckschicht keinen Thermoplasten enthält.

[0043] Das Aufbringen einer Deckschicht ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Antihafteigenschaften im Vordergrund stehen. Ist dies nicht der Fall, wird eine solche Deckschicht nicht zwingend benötigt.

[0044] Auch wurde überraschend gefunden, dass in einer bevorzugten Ausführungsform die Beimengung von 2 Gew.-% PPS in eine Silikonharzbeschichtung einen Antihafteffekt nicht negativ beeinflusst, während mechanische Eigenschaften jedoch stark verbessert sind. Dadurch lässt sich ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes Einschichtsystem auf einem Substrat erhalten.

[0045] Da die Oberfläche auch unter Verschleiß glatt bleibt und nicht rau wird, wie es bei harten, spröden Silikonharzen oder Keramikschichten ansonsten der Fall ist, ist das Verschleißverhalten günstig. Zudem ist die Beständigkeit gegenüber Heißwasser und Basen verbessert. Ebenfalls überraschend gut sind die Korrosionsschutzeigenschaften auf Stahl und Aluminium. Insbesondere die Empfindlichkeit von Aluminium- (guss) legierungen gegenüber Säureangriff ist durch die erfindungsgemäße Beschichtung beseitigt. Entsprechende Auslagerungsversuche haben weder Ablösungen noch Blasenbildung gezeigt, wie sie sonst bei Fluorpolymerbeschichtungen auftreten.

[0046] Die vorteilhaften Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Beschichtung werden anhand eines 1000h-Salzsprühtest von beschichtetem ferritischem Stahl veranschaulicht. Dabei wurde auf ferritischem Stahl eine Beschichtung aufgetragen, die folgende Zusammensetzung aufwies: 63 Gew.-% Silikonharz, 7 Gew.-% PEEK, 3 Gew.-% Titanat, 7 Gew.-% Aluminiumgries, 5 Gew.-% Pigment und 15 Gew.-% Füllstoffe. Auf eine so hergestellt Grundschicht wurde eine Deckschicht aufgetragen, die 100 Gew.-% Silikonharz enthält. Die Einbrenntemperaturen der Grund- und Deckschicht betrugen 200°C/320°C für den ersten und zweiten Temperschritt.

[0047] Der Test erfolgte dann bei Raumtemperatur durch Aufsprühen einer fünfprozentigen NaCl-Lösung in Wasser gemäß Norm mit Gitterschnitt.

[0048] Die erfindungsgemäße Beschichtung zeigte bei einer Schichtdicke von nur 20 µm keine Unterwanderung am Gitterschnitt sowie keine Ablösungen.

[0049] Die erfindungsgemäße Beschichtung schneidet damit im Korrosionsschutzverhalten besser ab als Beschichtungen aus den einzelnen Komponenten, zum Beispiel einer 100%-igen PEEK-Beschichtung oder einer 100%-igen Polymethylsiloxan-Beschichtung. Beide Vergleichsbeschichtungen zeigten Ablösungen am Gitterschnitt sowie Unterwanderungen mit Rotrost.

[0050] Durch die erfindungsgemäße Beschichtung werden, wie oben ausgeführt, das Verschleißverhalten und die Haftung an ein Substrat verbessert und die Sprödigkeit der Beschichtung reduziert. Die Antihafteigenschaften der "freien" Oberfläche der erfindungsgemäßen Beschichtung können besonders bevorzugt dadurch verbessert werden, indem für die erfindungsgemäße Beschichtung ein zweischichtiger Aufbau vorgesehen wird. Dazu wird auf einem Substrat, wie beispielsweise einer Metalloberfläche eines Kochgeräts, zunächst eine Grundschicht aufgebracht, die bspw. ein Silikonharz mit einem Anteil von 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 4 Gew.-%, eines thermoplastischen Kunststoffs enthält. Auf diese Grundschicht wird dann eine Deckschicht aufgebracht, die bspw. ein Silikonharz mit einem kleineren Anteil eines thermoplastischen Kunststoffs als die Grundschicht enthält, beispielsweise unter 1 Gew.-%.

[0051] Die Antihafteigenschaften der Deckschicht können noch dadurch gesteigert werden, dass mineralische und/oder keramische Partikel enthalten sind, beispielsweise in einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Deckschicht. Die Größe der Partikel kann im Bereich von beispielsweise 10 bis 200 nm liegen, etwa zwischen 30 und 70 nm.

[0052] Vorteilhaft ist es, wenn innerhalb der Grundschicht bereits ein Gradient des Thermoplastanteils besteht, wobei der Thermoplastanteil in der Nähe des Substrats relativ hoch und in der Nähe zum Übergang zur Deckschicht relativ niedrig ist. Dabei ist weiterhin günstig, wenn in der Deckschicht wenig oder kein Thermoplast enthalten ist, oder wenn in der Deckschicht ein entsprechender Gradient wie in der Grundschicht vorhanden ist und der Anteil an Thermoplast in Richtung auf eine freie Oberfläche der Deckschicht abnimmt und an der Oberfläche nur wenig oder bevorzugt kein Thermoplast mehr enthalten ist.

[0053] Die Grundschicht und/oder die Deckschicht kann entweder in fließfähiger Form oder pulverförmig aufgebracht werden.

[0054] Obwohl das Silikonharz bei einer Temperatur vernetzt werden kann, die unter einer Erweichungs- oder Verflüssigungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs liegt, ist es vorteilhaft, wenn die Vernetzungstemperatur bei oder über einer Erweichungs- oder Verflüssigungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs liegt, damit die günstigen Verschleiß- und Hafteigenschaften der Grundschicht weiter gesteigert werden. Vorteilhafte Eigenschaften ergeben sich in einem Herstellungsverfahren bereits bei einer Verarbeitungstemperatur von nur 150° - 230°C, bei der das Bindematrixsystem vernetzt, der thermoplastische Kunststoff jedoch noch nicht weich oder flüssig ist, jedoch oberhalb seiner Glasübergangstemperatur liegt.

[0055] Besonders bevorzugt ist ein zweistufiger Vernetzungsprozess bei, zum Beispiel, zunächst 200°C, und anschließend einer höheren Temperatur von, zum Beispiel, 300°C. Der Verzicht auf den ersten Vernetzungsschritt ist nicht bevorzugt. Ein sofortiger Einbrand bei zum Beispiel 300°C führt zu wesentlich verschlechterten Ergebnissen. Es wird angenommen, dass der erste Temperschritt dabei zur Vernetzung des Silikonharzanteils führt, während der zweite Temperschritt zur Anbindung an den Thermoplastanteil dient. Der erste Temperschritt soll somit dazu dienen, dass bei Einsatz von Silikonharz in der Bindematrix dieses soweit vernetzen kann, dass es einer benötigten höheren Temperatur ohne eine unerwünschte Zersetzung stand hält. Dabei liegt die erste Temperstufe bevorzugt bei 150 bis 230°C und gegebenenfalls kann diese erste Temperstufe in einigen Systemen durch eine Vernetzung bei Raumtemperatur ersetzt werden, die dann jedoch eine deutlich längere Zeit benötigt.

[0056] In der zweiten Temperstufe zerfällt der organische Anteil der Bindmatrix, zumindest teilweise, jedoch nicht zwingend vollständig. Ohne die vorhergehende Vorvernetzung wird in vielen Fällen jedoch eine amorphe Schicht ohne starke Bindung erhalten.

[0057] Mit dem Aufbau aus Grundschicht und Deckschicht kann die erfindungsgemäße Beschichtung äußerst vorteilhaft als Antihaftbeschichtung, beispielsweise zur Beschichtung von Kochgeräten, eingesetzt werden.

[0058] Eine lediglich aus einer Grundschicht aus Bindematrix mit einem Anteil an thermoplastischem Kunststoff bestehende Beschichtung kann vorteilhaft als verschleißarme Grundierung für Dichtungsbeschichtungen eingesetzt werden. Eine solche Grundschicht kann dabei aus Silikonharz, mineralischen und/oder metallischen Füllstoffen oder Metalloxiden, thermoplastischem Kunststoff und weiteren Zusätzen, wie Titanat oder Zirkonat (Lewissäure), aufgebaut sein. Optional kann eine Deckschicht auf Basis eines Silikonharzes bereitgestellt sein. Eine solche Grundierung ist wesentlich beständiger als übliche, aus dem Stand der Technik bekannte Silan-Haftvermittler. Vorteile ergeben sich insbesondere in Bezug auf die chemische Beständigkeit der Bindung sowie durch den zusätzlichen Verschleiß- und Korrosionsschutz. Die Widerstandsfähigkeit gegen mechanisches Abreißen durch Überlastung ist enorm reduziert. Besonders vorteilhaft ist die nochmalige Abdeckung der oben beschriebenen Grundschicht durch eine wenige Mikrometer dicke Silikonharzschicht für das Verschleißverhalten. Insbesondere kann zumindest die oberste Silikonharzschicht nicht ausvemetzt sein, so dass sich eine Nachhärtung nach dem Dichtungseinbau derselben ergibt.

[0059] Eine weitere sehr vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Beschichtung ergibt sich als Beschichtung bzw. Imprägnierung von Faserstoffen, das heißt Fasergeweben oder auch zufälligen Faserverteilungen. Insbesondere der Einsatz bei der Beschichtung bzw. Imprägnierung von Carbonfasern ist vorteilhaft, weil hier die Bindung zur Faser sehr gut ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Carbonwerkstoffen mit Bindeharzen auf Basis von Epoxiden oder Phenolharzen ergibt sich eine überlegene Temperaturbeständigkeit von kurzfristig bis zu 500°C.

[0060] Eine besonders vorteilhafte Beschichtung ist wie folgt:

(Alle Prozentangaben in der vorliegenden Anmeldung sind, sofern nicht anderweitig bezeichnet, Gewichtsprozentangaben, jeweils basierend auf dem Gewicht der Grundschicht und/oder Deckschicht.)

[0061] Auf einem Substrat wird eine Grundschicht aufgetragen, die 4 bis 10% (alle Angaben, sofern nicht anderweitig erwähnt, in Gewichtsprozent) Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyetherketon (PEK), 0-25% Füllstoffe und als Rest Methylsilikonharz enthält. Auf diese Grundschicht wird eine Deckschicht aufgetragen, die weniger Füllstoffe und etwa 0-4% Polyphenylensulfid (PPS) enthält. Diese Beschichtung wird nach der Trocknung bei etwa 200°C für etwa 20-60 Minuten vernetzt und danach bei etwa 300°C-360°C für etwa 5-30 Minuten nachgetempert.

[0062] Durch dieses Verfahren wird eine Beschichtung erhalten, die alle Anforderungen an eine überlegene Antihaft-Beschichtung erreicht. Erstaunlich ist jedoch auch, dass bei einer Temperatur oberhalb der Liquidustemperatur der Thermoplasten keine Nachteile in den Eigenschaften auftreten. Ohne an eine Theorie gebunden werden zu möchten, erscheint es so, dass die Maximaltemperatur für eine solche Beschichtung von der SiO₂-Matrix dominiert wird, so dass zumindest kurzzeitig 450-500°C erreicht werden können. Die Oberflächenhärte und Kratzbeständigkeit sowie Schlagzähigkeit der auf einem Substrat aufgetragenen erfindungsgemäßen Beschichtung liegen über den Werten für aus dem Stand der Technik bekannte Beschichtungen.

[0063] Soll die Beschichtung als Dichtungsbeschichtung eingesetzt werden, ist ein Aufbau aus einer Grundschicht und einer darauf angeordneten, weicher eingestellten Harz-, Polymer- oder Elastomerschicht vorteilhaft. Beispielhafte Polymer- oder Elastomerschichten können beispielsweise Schichten auf Basis von Fluorelastomeren, PTFE oder PEEK sein. Weicher wird die Deckschicht bspw. durch geringere Zugabe eines Vernetzers, weniger starke Füllung etc. Eine weitere Möglichkeit der Steuerung liegt in der Zugabe von Vernetzungshemmern, zum Beispiel Silikonöl.

[0064] Auch liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, bei besonders hohen Verschleißbeanspruchungen, zusätzlich unter der Grundschicht eine Hochleistungspolymerschicht aufzutragen, die als Unterschicht dient. Diese sollte vorteilhaft einen Füllstoff enthalten, jedoch vorteilhaft kein Silikonharz. Diese Unterschicht müsste vor dem Auftragen der Grundschicht eingebrannt werden, und zwar vorteilhaft oberhalb der Verflüssigungstemperatur des Hochleistungspolymers. Bei Einsatz von PEEK wäre eine Temperatur von über 340°C, bevorzugt über 360°C, vorteilhaft, bei Einsatz von PPS eine Temperatur von über 285°C, bevorzugt über 300°C.

Ansprüche

1. Beschichtung für ein Substrat, mit einer Grundschicht auf dem Substrat, wobei die Grundschicht eine Bindematrix, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silikonharz, Titanat, Zirkonat und Mischungen derselben, umfasst, wobei die Bindematrix einen Anteil von 0,5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Grundschicht, eines thermoplastischen Kunststoffs enthält, der eine Temperaturbeständigkeit von über 200°C aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundschicht frei von Fluorpolymeren ist und bei einer Temperatur zwischen 150°C und 230°C getempert ist, wobei auf der Grundschicht eine Deckschicht angeordnet ist, die eine Bindematrix mit einem kleineren Anteil eines thermoplastischen Kunststoffs als die Grundschicht enthält.

2. Beschichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Grundschicht 30 bis 99 Gew.-% Silikonharz enthält, bevorzugt mehr als 50 Gew.-% Silikonharz.

3. Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht 35 bis 100 Gew.-% Silikonharz enthält.

4. Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an thermoplastischem Kunststoff in der Deckschicht weniger als oder gleich 2 Gew.-% oder weniger als oder gleich 1 Gew.-% beträgt.

5. Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht frei von Polytetrafluorethylen ist.

6. Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht einen anderen thermoplastischen Kunststoff als die Grundschicht enthält.

7. Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundschicht und/oder Deckschicht mineralische, metallische und/oder keramische Partikel mit Korngrößen im Bereich von 10 bis 200 nm, insbesondere 30 bis 70 nm enthält bzw. enthalten.

8. Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an thermoplastischem Kunststoff innerhalb der Grundschicht in Richtung weg vom Substrat abnimmt.

9. Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an thermoplastischem Kunststoff innerhalb der Deckschicht in Richtung einer freien Oberfläche abnimmt.

10. Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht an einer freien Oberfläche frei von thermoplastischem Kunststoff ist.

11. Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein Substrat, wobei eine Grundschicht, die eine Bindematrix enthält, die ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Silikonharz, Titanat, Zirkonat, Silanen und Mischungen derselben, auf das Substrat aufgebracht wird, welche Bindematrix einen Anteil von 0,5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Grundschicht, eines thermoplastischen Kunststoffs enthält, und die Grundschicht getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundschicht frei von Fluorpolymeren ist und bei einer Temperatur zwischen 150°C und 230°C thermisch vernetzt wird, wobei auf die Grundschicht eine Deckschicht aufgebracht wird, die eine Bindematrix mit einem kleineren Anteil eines thermoplastischen Kunststoffs als die Grundschicht enthält.

Claims

1. Coating for a substrate, with a base layer on the substrate, wherein the base layer comprises a binding matrix which is selected from the group comprising silicon resin, titanate, zirconate and blends thereof, wherein the binding matrix contains a proportion of 0.5 to 20% by weight, in relation to the weight of the base layer, of a thermoplastic synthetic material which has a temperature-resistance of over 200°C, characterised in that the base layer is free of fluoropolymers and is tempered at a temperature between 150°C and 230°C, wherein arranged on the base layer is a covering layer which contains a binding matrix with a smaller proportion of a thermoplastic synthetic material than the base layer.

2. Coating according to claim 1, characterised in that the base layer contains 30 to 99% by weight of silicon resin, preferably more than 50% by weight of silicon resin.

3. Coating according to one of the claims 1 or 2, characterised in that the covering layer contains 35 to 100% by weight of silicon resin.

4. Coating according to one of the preceding claims, characterised in that the proportion of thermoplastic synthetic material in the covering layer is less than or equal to 2% by weight or less than or equal to 1% by weight.

5. Coating according to one of the preceding claims, characterised in that the covering layer is free of polytetrafluoroethylene.

6. Coating according to one of the preceding claims, characterised in that the covering layer contains a different thermoplastic synthetic material than the base layer.

7. Coating according to one of the preceding claims, characterised in that the base layer and/or covering layer contain(s) mineral, metallic and/or ceramic particles with grain sizes in the range from 10 to 200 nm, in particular 30 to 70 nm.

8. Coating according to one of the preceding claims, characterised in that the proportion of thermoplastic synthetic material within the base layer decreases in the direction away from the substrate.

9. Coating according to one of the preceding claims, characterised in that the proportion of thermoplastic synthetic material within the covering layer decreases in the direction of a free surface.

10. Coating according to one of the preceding claims, characterised in that the covering layer on a free surface is free of thermoplastic synthetic material.

11. Method for applying a coating to a substrate, wherein a base layer, which contains a binding matrix that is selected from the group comprising silicon resin, titanate, zirconate, silanes and blends thereof, is applied to the substrate, this binding matrix containing a proportion of 0.5 to 20% by weight, in relation to the weight of the base layer, of a thermoplastic synthetic material, and the base layer is dried, characterised in that the base layer is free of fluoropolymers and is thermally cross-linked at a temperature between 150°C and 230°C, wherein applied to the base layer is a covering layer which contains a binding matrix with a smaller proportion of a thermoplastic synthetic material than the base layer.

Revendications

1. Revêtement pour un substrat, une couche de base étant sur le substrat, dans lequel la couche de base comporte une matrice de liaison qui est sélectionnée dans le groupe constitué par de la résine de silicone, du titanate, du zirconate et des mélanges de ceux-ci, dans lequel la matrice de liaison contient une proportion de 0,5 à 20 % en poids, par rapport au poids de la couche de base, d'une matière synthétique thermoplastique qui a une résistance thermique de plus de 200°C, caractérisé en ce que la couche de base est exempte de fluoropolymères et est revenue à une température entre 150°C et 230°C, dans lequel la couche de base comporte, arrangée sur celle-ci, une couche de couverture qui contient une matrice de liaison selon une proportion inférieure d'une matière synthétique thermoplastique par rapport à la couche de base.

2. Revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de base contient de 30 à 99 % en poids de résine de silicone, de préférence plus de 50 % en poids de résine de silicone.

3. Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche de couverture contient de 35 à 100 % en poids de résine de silicone.

4. Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion de matière synthétique thermoplastique dans la couche de couverture est inférieure ou égale à 2 % en poids ou inférieure ou égale à 1 % en poids.

5. Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de couverture est exempte de polytétrafluoroéthylène.

6. Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de couverture contient une matière synthétique thermoplastique différente de celle de la couche de base.

7. Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de base et/ou la couche de couverture contient (contiennent) des particules minérales, métalliques et/ou céramiques ayant des grosseurs de grains de l'ordre de 10 à 200 nm, en particulier de 30 à 70 nm.

8. Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion de matière synthétique thermoplastique à l'intérieur de la couche de base diminue dans la direction allant à l'opposé du substrat.

9. Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion de matière synthétique thermoplastique à l'intérieur de la couche de couverture diminue dans la direction d'une surface libre.

10. Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de couverture sur une surface libre est exempte de matière synthétique thermoplastique.

11. Procédé permettant d'appliquer un revêtement sur un substrat, dans lequel une couche de base, qui contient une matrice de liaison qui est sélectionnée dans le groupe constitué par de la résine de silicone, du titanate, du zirconate, des silanes et des mélanges de ceux-ci, est appliquée sur le substrat, cette matrice de liaison contenant une proportion de 0,5 à 20 % en poids, par rapport au poids de la couche de base, d'une matière synthétique thermoplastique, et la couche de base est séchée, caractérisé en ce que la couche de base est exempte de fluoropolymères et est thermiquement réticulée à une température entre 150°C et 230°C, dans lequel la couche de base comporte, appliquée sur celle-ci, une couche de couverture qui contient une matrice de liaison selon une proportion inférieure d'une matière synthétique thermoplastique par rapport à la couche de base.