DE102006049913A1 - Formteil mit einer dekorativen und/oder funktionellen Oberfläche und Verfahren zu seiner Herstellung sowie deren Verwendung - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft Formteile mit dekorativen und/oder funktionellen Oberflächen und ein Verfahren zur Herstellung sowie die Verwendung der so hergestellten Formteile. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffformteil zu schaffen, bei dem die Abzeichnung von eventuellen Strukturen der Oberfläche des Kunststoffträgerteils durch die Folienschicht hindurch auf der Außenoberfläche des Kunststoffformteils vermieden wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Formteil mit einer dekorativen und/oder funktionellen Oberfläche, bestehend aus einer thermoplastischen Folie, einer elastischen Zwischenschicht und einem Kunststoffträgerteil, dadurch gelöst, dass die Zwischenschicht eine Shore-A-Härte von 15 bis 75 und eine Dicke von 0,05 mm bis 1 mm aufweist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Formteile mit dekorativen und/oder funktionellen Oberflächen und ein Verfahren zur Herstellung sowie die Verwendung der so hergestellten Formteile.
- Es gehört zum Stand der Technik, dass in verschiedenen Bereichen Kunststoffformteile mit dekorativen und/oder funktionellen Oberflächen versehen werden. Neben der Lackierung, die üblicherweise sehr hohe Kosten verursacht, werden Kunststoffbauteile als Trägerteile mit Folien beschichtet, die über die gewünschten dekorativen und/oder funktionellen Eigenschaften verfügen. Die dem Fachmann bekannten Verfahren sind dabei das Bekleben und Kaschieren von Kunststoffbauteilen zum Beispiel mit Kunstlederfolien, die über die gewünschte Farbe, Narbung, Abrieb- und Alterungsbeständigkeit verfügen. Verstärkt wird auch dazu übergegangen, mit Folien beschichtete Kunststoffbauteile herzustellen, indem eine Folie, die die gewünschten dekorativen und/oder funktionellen Eigenschaften besitzt, tiefgezogen in ein Formwerkzeug eingelegt und mit einem Kunststoff als Trägerteil hinterspritzt, hinterschäumt oder hinterpresst wird (
DE 10 2004 059 773 A1 ,DE 10 350 050 A1 ). Die Herstellung ist dem Fachmann bekannt. Zunehmend werden derartige Formteile auch für Anwendungen im Automobilbau als Karosserieteile angewendet und ersetzen dabei lackierte Metallteile. Die zur Herstellung derartiger Formteile verwendeten Folien sind typischerweise mehrschichtige, thermoplastische Folien. Sie bestehen bekanntermaßen aus einer Trägerfolie, mindestens einer farb- und/oder effektgebenden Lackierung und einer Klarlackierung. Die äußere Oberfläche ist häufig mit einer Schutzfolie versehen (DE 103 35 620 A1 ), die gegebenenfalls zur Egalisierung von Unebenheiten außenseitig bearbeitet wird (DE 10 322 994 A1 ). Zur Verbesserung der Haftung werden diese Folien rückseitig mit Primer versehen (DE 19 932 788 A1 ) oder beflammt oder silikatisiert (DE 10 2004 008 718 A1 ). - An die mit einer Folie beschichteten Kunststoffbauteile werden eine Reihe von Anforderungen gestellt. Für die Erfüllung z. B. der Forderungen nach Farbtreue, Glanz und Kratzfestigkeit sind eine Reihe von Lösungen offenbart (z.B.
DE 10 2005 049 521 A1 ,DE 10 2004 029 217 A1 ). Neben den genannten Forderungen steht für Karosseriebauteile darüber hinaus die Forderung nach einem einheitlichen Erscheinungsbild. Diese Forderung wird gewöhnlich mit dem Begriff der Class-A-Oberfläche verbunden. Insbesondere bei der Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen für das Kunststoffteil tritt dabei das Problem auf, dass sich Strukturen aus dem Kunststoffbauteil, insbesondere hervorgerufen durch die an der Oberfläche des Kunststoffbauteils liegenden Verstärkungsfasern, durch die Oberflächenfolie hindurch auf der dekorativen Außenoberfläche des Bauteils abzeichnen. Derartige Abzeichnungen stören jedoch das Erscheinungsbild der Bauteile. Verstärkt wird dieser Effekt noch bei der Verwendung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen für das Trägerteil. Bei derartigen Werkstoffen besteht die Eigenheit, dass an der Oberfläche daraus hergestellter Bauteile abwechselnd Zonen vorhanden sind, die entweder besonders faserreich oder besonders kunststoffreich sind. Das führt insbesondere bei Temperaturwechselbelastung dazu, dass sich Faser- und/oder Gewebestrukturen teilweise sehr deutlich auf der Außenseite der Kunststoffbauteile abzeichnen. Besonders störend ist der Effekt, wenn die Trägerteile aus einem endlosfaserverstärkten Kunststofflaminat aus einem vernetzenden, duromeren Kunstharz bestehen, das durch allgemein bekannte Verfahren der Laminiertechnik (Handlaminieren, Infusionstechniken, Vakuum- und Druckinjektion, Verpressen von Prepregs in Pressen oder Autoklaven – nachfolgend werden diese Verfahren als Hinterlaminieren bezeichnet) hergestellt wird. Alle bekannten Lösungen sind bisher nicht geeignet, die üblichen Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit von Kunststoffbauteilen, wie sie an lackierte Bauteile gestellt werden, ausreichend zu erfüllen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffformteil zu schaffen, bei dem die Abzeichnung von eventuellen Strukturen der Oberfläche des Kunststoffträgerteils durch die Folienschicht hindurch auf der Außenoberfläche des Kunststoffformteils vermieden wird.
- Insbesondere soll die Oberflächenqualität des Kunststoffformteils auch dann gesichert werden, wenn das Trägerteil ein endlosfaserverstärktes Kunststofflaminat aus einem vernetzenden, duromeren Kunstharz ist, das durch allgemein bekannte Verfahren der Laminiertechnik hergestellt wird.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Formteil mit einer dekorativen und/oder funktionellen Oberfläche, bestehend aus einer thermoplastischen Folie, einer elastischen Zwischenschicht und einem Kunststoffträgerteil, dadurch gelöst, dass die Zwischenschicht eine Shore-A-Härte von 15 bis 75 und eine Dicke von 0,05 mm bis 1 mm aufweist. Das Material für die Zwischenschicht kann dabei aus den Werkstoffgruppen der Gummiwerkstoffe, der thermoplastischen Elastomere, der elastischen Reaktionsharze, z. B. der elastischen Polyurethane oder Dispersionen elastischer Materialien (Latices) ausgewählt werden. Die elastische Zwischenschicht kann dabei zum einen im Herstellungsprozess der thermoplastischen Folie direkt auf die Rückseite der Folie aufgebracht werden. Das Aufbringen kann durch bekannte Verfahren wie Gießen oder Coextrudieren erfolgen. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile erfolgt in diesem Falle in den Schritten:
- 1. Herstellen der thermoplastischen Folie mit rückseitiger elastischer Zwischenschicht
- 2. Tiefziehen der Folie
- 3. Einlegen der tiefgezogenen Folie in ein geöffnetes Formwerkzeug und
- 4. Hinterspritzen, Hinterschäumen, Hinterpressen oder Hinterlaminieren der Folie mit einem Trägerteil
- Die elastische Zwischenschicht kann aber auch nach dem Tiefziehen auf die Rückseite der thermoplastischen Folie durch Streichen, Sprühen oder Spritzen eines flüssigen, reaktionsfähigen 2K-Systems oder einer Elastomerdispersion aufgebracht werden. Das Aufsprühen oder Spritzen kann nach dem Einlegen der vorher tiefgezogenen thermoplastischen Folie in dem Formwerkzeug erfolgen, in dem auch das Hinterspritzen, Hinterschäumen, Hinterpressen oder Hinterlaminieren erfolgt. In diesem Falle erfolgt die Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile in den Schritten:
- 1. Tiefziehen der thermoplastischen Folie
- 2. Einlegen der tiefgezogenen thermoplastischen Folie in ein geöffnetes Formwerkzeug
- 3. Aufbringen der elastischen Zwischenschicht durch Streichen, Spritzen oder Sprühen des flüssigen Elastomers
- 4. Ausreagieren oder Ablüften der elastomeren Zwischenschicht und
- 5. Hinterspritzen, Hinterschäumen, Hinterpressen oder Hinterlaminieren der Folie mit einem Trägerteil
- Die so hergestellten Formteile haben eine ausgezeichnete Oberflächenqualität. Insbesondere treten an der Oberfläche keinerlei Störungen durch Abzeichnungen von Fasern oder Faserstrukturen des Trägerteils auf. Selbst bei und nach einer Lagerung der Teile bei erhöhter Temperatur (80 °C, 24 h) sind keine Defekte an der Oberfläche sichtbar. Die Teile weisen auch dann eine hervorragende mechanische Festigkeit und ausgezeichnete Oberflächenqualität auf, wenn sie Temperaturwechselzyklen oder einer Lagerung bei feuchter Wärme ausgesetzt werden, wie sie z. B. in der Automobilindustrie üblich sind. Als Beispiel für derartige Prüfungen können die Prüfvorschriften PV 2005, PV 3929 oder PV 3930 der Volkswagen AG genannt werden.
- Wenn zu erwarten ist, dass es zu einer mangelhaften Haftung zwischen den Schichten kommt, können sowohl die thermoplastische Folie und/oder die Zwischenschicht rückseitig vor dem Fügen mit einem Primer oder durch Beflammen oder durch Silikatisieren behandelt werden.
- Die Auswahl des Materials für die Zwischenschicht und ihre Dicke erfolgt jeweils in Abstimmung mit der verwendeten thermoplastischen Folie und dem Material sowie dem Herstellungsverfahren des Kunststoffträgerteils.
- Die so hergestellten Teile weisen somit eine hervorragende Oberflächenqualität auf, die insbesondere den Forderungen des Automobilbaus nach einer Class-A-Oberfläche gerecht werden und eine hervorragende mechanische Festigkeit auch nach im Automobilbau üblichen Klimatests besitzen.
- Die erfindungsgemäßen Formteile sind somit in vielen Bereichen der Industrie vielfältig einsetzbar. Insbesondere sind sie geeignet, im Automobilbau als Karosseriebauteile eingesetzt zu werden.
- Die Erfindung soll nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In dem Ausführungsbeispiel wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Formteiles und die verwendeten Materialien näher erläutert sowie die Ergebnisse der Prüfung im Vergleich zu einem Formteil ohne den erfindungsgemäßen Aufbau dargestellt.
- Herstellung der Prüfkörper:
- Die Prüfkörper werden durch Hinterlaminieren einer thermoplastischen Folie mit einem Karbonfaserlaminat im Resin Transfer Moulding-Verfahren hergestellt. Ausgangsprodukt bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Formteiles ist eine thermoplastische Folie.
- Die Dicke der Folie beträgt 1 mm. Die Folie wird in ein Plattenwerkzeug eingelegt. Als elastische Zwischenschicht wird eine Polyurethan-Dispersion ohne jede weitere Oberflächenvorbehandlung vollständig deckend aufgetragen. Danach wird die Schicht in einem Wärmeschrank bei 60 °C über eine Zeit von 2 h getrocknet. Die resultierende Schichtdicke der Zwischenschicht beträgt 0,5 mm. Anschließend werden auf die Zwischenschicht 5 Lagen eines Karbonfasergewebes (245 g/m2, Köperbindung) drapiert. Das Werkzeug wird geschlossen und mittels Druckinjektion ein flüssiges Epoxidharz injiziert. Das Laminat wird bei Raumtemperatur über eine Zeit von 12 h ausgehärtet. Die Dicke des Laminates beträgt 2 mm. Nach der Entformung wird das erfindungsgemäße Formteil bei einer Temperatur von 80 °C während einer Zeit von 3 h in einem Wärmeschrank nachgehärtet.
- Für die Herstellung des Vergleichsformteils wird die gleiche thermoplastische Folie wieder in das Formwerkzeug eingelegt und mit einem Primer behandelt. Nach Ablüften des Primers (ca. 30 min) werden auf die geprimerte Schicht fünf Lagen eines Karbonfasergewebes (245 g/m2, Köperbindung) drapiert. Das Werkzeug wird geschlossen und mittels Druckinjektion das gleiche flüssige Epoxidharz injiziert. Das Laminat wird bei Raumtemperatur über eine Zeit von 12 h ausgehärtet. Die Dicke des Laminates beträgt 2 mm. Nach der Entformung wird das Vergleichsformteil ebenfalls bei einer Temperatur von 80 °C während einer Zeit von 3 h in einem Wärmeschrank nachgehärtet.
- Nach der Endaushärtung werden das erfindungsgemäße Formteil und das Vergleichsformteil visuell beurteilt. Während bei dem Vergleichsformteil die Gewebestrukturen des Karbonfasergewebes deutlich sichtbar sind, ist die Oberfläche des erfindungsgemäßen Formteils hochglänzend, glatt und zeigt keine Störungen der Oberfläche durch sichtbare Strukturen des Karbonfasergewebes.
- Beide Formteile werden nun verschiedenen Klimaprüfungen unterzogen. Nach jeder Prüfung wird jeweils die Oberflächenqualität visuell beurteilt.
- Im einzelnen werden folgende Prüfungen durchgeführt:
- 1. Prüfung der Klimawechselfestigkeit (nach VW PV 2005, 60 Zyklen)
- 2. Bewitterung in trocken-heißem Klima (nach VW PV 3929, Prüfdauer: 1500 h)
- 3. Bewitterung in feucht-warmen Klima (nach VW PV 3930, Prüfdauer: 1500 h)
- Nach der Prüfung zeigt das erfindungsgemäß hergestellte Formteil keine sichtbaren Schäden auf. Insbesondere sind keine Störungen der Oberfläche durch sichtbare Strukturen des Karbonfaserlaminates vorhanden. Dem gegenüber haben sich die Störungen der Oberfläche durch sichtbare Strukturen des Karbonfaserlaminates bei dem Vergleichsformteil durch die Klimabelastungen noch verstärkt.
Claims (11)
- Formteil mit einer dekorativen und/oder funktionellen Oberfläche, bestehend aus einer thermoplastischen Folie, einer elastischen Zwischenschicht und einem Kunststoffträgerteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine Shore-A-Härte von 15 bis 75 und eine Dicke von 0,05 mm bis 1 mm aufweist.
- Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus einem Material der Werkstoffgruppen der Gummiwerkstoffe, der thermoplastischen Elastomere, der reaktionsfähigen 2K-Systeme oder der Elastomerdispersionen besteht.
- Verfahren zur Herstellung eines Formteiles nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die thermoplastischen Folie zunächst die Zwischenschicht aufgebaut wird und anschließend mit dem Kunststoffträgerteil verbunden wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der thermoplastischen Folie die Zwischenschicht direkt auf die Rückseite aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht durch Gießen oder Coextrudieren aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht nach dem Tiefziehen der thermoplastischen Folie direkt auf die Rückseite aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht durch Streichen, Spritzen oder Aufsprühen aufgebracht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffträgerteil durch Hinterspritzen, Hinterschäumen, Hinterpressen oder Hinterlaminieren hergestellt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffträgerteil auf die Zwischenschicht aufgebaut wird.
- Verwendung der Formteile nach Anspruch 1 im Bauwesen, der Medizintechnik, im Maschinenbau, im Fahrzeugbau und in der Möbelindustrie.
- Verwendung der Formteile nach Anspruch 1 im Karosseriebau als Türen, Klappen, Dächer, Spoiler, Spiegel, Verkleidungen und Anbau- sowie Zierteile.
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