DE102006049913A1

DE102006049913A1 - Surface finished shaped articles, e.g. automobile bodywork components, have elastic intermediate layer between thermoplastic film and plastics support to ensure smooth surface

Info

Publication number: DE102006049913A1
Application number: DE200610049913
Authority: DE
Inventors: Michael Weinholdt
Original assignee: SCHMUHL FASERVERBUNDTECHNIK GmbH AND CO KG
Current assignee: SCHMUHL FASERVERBUNDTECHNIK GmbH AND CO KG
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2008-04-24

Abstract

In shaped articles (I) having a decorative and/or functional surface, consisting of (a) a thermoplastic film, (b) an elastic intermediate layer and (c) a plastics supporting component, the intermediate layer (b) has a Shore A hardness of 15-75 and a thickness of 0.05-1 mm. An independent claim is included for the production of (I), by applying the intermediate layer (b) to the film (a) then bonding the assembly to the supporting component (c).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Formteile mit dekorativen und/oder funktionellen Oberflächen und ein Verfahren zur Herstellung sowie die Verwendung der so hergestellten Formteile.The The present invention relates to decorative and / or decorative moldings functional surfaces and a process for the preparation and the use of the thus prepared Moldings.

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 ).It belongs to the state of the art that in various areas plastic moldings are provided with decorative and / or functional surfaces. In addition to painting, which usually causes very high costs, plastic components are coated as carrier parts with films that have the desired decorative and / or functional properties. The methods known to the person skilled in the art are gluing and laminating of plastic components, for example with synthetic leather films, which have the desired color, grain, resistance to abrasion and aging. Increasingly, it is also being made to produce plastic components coated with films in that a film having the desired decorative and / or functional properties is deep-drawn into a mold and back-injected, back-foamed or back-pressed with a plastic as support element ( DE 10 2004 059 773 A1 . DE 10 350 050 A1 ). The preparation is known to the person skilled in the art. Increasingly, such moldings are also used for automotive applications as body panels, replacing painted metal parts. The films used to make such moldings are typically multilayer thermoplastic films. As is known, they consist of a carrier film, at least one color and / or effect coating and a clearcoat. The outer surface is often provided with a protective film ( DE 103 35 620 A1 ), which is optionally processed on the outside to equalize unevenness ( DE 10 322 994 A1 ). To improve the adhesion, these films are provided on the back with primer ( DE 19 932 788 A1 ) or flamed or silicified ( 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.The foil-coated plastic components are subject to a number of requirements. For the fulfillment z. As the demands for color fidelity, gloss and scratch resistance are a number of solutions disclosed (eg DE 10 2005 049 521 A1 . DE 10 2004 029 217 A1 ). In addition to the above requirements is for body components beyond the demand for a uniform appearance. This requirement is usually associated with the notion of Class A surface. In particular, when using fiber-reinforced plastics for the plastic part, the problem arises that structures of the plastic component, in particular caused by the located on the surface of the plastic component reinforcing fibers, through the surface film on the decorative outer surface of the component. However, such labels interfere with the appearance of the components. This effect is reinforced even when using continuous fiber-reinforced plastics for the carrier part. In such materials, the peculiarity that alternately zones are present on the surface of components produced there, which are either particularly rich in fibers or particularly rich in plastic. This leads, in particular with thermal cycling, to the fact that fiber and / or fabric structures sometimes appear very clearly on the outside of the plastic components. Particularly disturbing is the effect when the carrier parts consist of a continuous fiber-reinforced plastic laminate of a crosslinking, thermosetting resin by well-known methods of laminating (hand lamination, infusion techniques, vacuum and pressure injection, compression of prepregs in presses or autoclave - hereinafter these methods as back-laminating) is produced. All known solutions are not yet suitable to meet the usual requirements for the surface finish of plastic components, as they are placed on painted components sufficient.

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.Of the Invention is based on the object, a plastic molding in which the signing of eventual structures of the surface of the plastic carrier part through the film layer on the outer surface of the plastic molding is avoided.

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.Especially should the surface quality of the plastic molding be secured even if the carrier part is a continuous fiber-reinforced plastic laminate is made of a cross-linking, thermosetting synthetic resin, which is generally known method of laminating is produced.

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

According to the invention the object is achieved in a molded part with a decorative and / or functional surface, consisting of a thermoplastic film, an elastic intermediate layer and a plastic carrier part, characterized in that the intermediate layer has a Shore A hardness of 15 to 75 and a thickness of 0 , 05 mm to 1 mm. The material for the intermediate layer may consist of the material groups of the rubber materials, the thermoplastic elastomers, the elastic reaction resins, eg. As the elastic polyurethanes or dispersions of elastic materials (latices) can be selected. The elastic intermediate layer can be applied directly to the back side of the film during the manufacturing process of the thermoplastic film. Application may be by known methods such as casting or coextrusion. The production of the moldings according to the invention takes place in this case in the steps:

1. Making the thermoplastic film with back elastic intermediate layer
2. Deep drawing of the film
3. Insert the thermoformed film in an open mold and
4. Injection, backfoaming, backpressing or laminating the film with a carrier part

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

However, the elastic intermediate layer can also be applied after deep drawing to the back of the thermoplastic film by brushing, spraying or spraying a liquid, reactive 2K system or an elastomer dispersion. The spraying or spraying can be done after inserting the previously thermoformed thermoplastic film in the mold, in which also the back molding, foam backing, back-pressing or back lamination takes place. In this case, the production of the moldings according to the invention takes place in the steps:

1. Deep drawing of the thermoplastic film
2. Insert the thermoformed thermoplastic film in an open mold
3. Apply the elastic intermediate layer by brushing, spraying or spraying the liquid elastomer
4. Ausreagieren or venting the elastomeric intermediate layer and
5. Injection, backfoaming, back pressing or laminating the film with a carrier part

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.The Moldings produced in this way have an excellent surface quality. In particular, occur on the surface no disturbances by marking fibers or fiber structures of the carrier part on. Even during and after storage of the parts at elevated temperature (80 ° C, 24 h), no defects are visible on the surface. The parts show also excellent mechanical strength and excellent Surface quality on, if they are exposed to cycles of thermal cycling or storage in moist heat become, how they z. B. are common in the automotive industry. As an example of such exams can the test regulations PV 2005, PV 3929 or PV 3930 from Volkswagen AG.

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.If it is to be expected that there is a lack of adhesion between the layers can come both the thermoplastic film and / or the intermediate layer on the back before joining with a primer or by flaming or by silicating be treated.

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.The Selection of material for the intermediate layer and its thickness are each in coordination with the thermoplastic film used and the material and the Production method of the plastic carrier part.

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.The thus produced parts thus have an excellent surface quality, the especially the demands of the automotive industry for a Class-A surface fair and excellent mechanical strength even after being used in the automotive industry Own climatic tests.

Die erfindungsgemäßen Formteile sind somit in vielen Bereichen der Industrie vielfältig einsetzbar. Insbesondere sind sie geeignet, im Automobilbau als Karosseriebauteile eingesetzt zu werden.The moldings according to the invention are thus versatile in many areas of industry. Especially they are suitable for use in automobile construction as body components to become.

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.The Invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment. In the embodiment is the preparation of a molded part according to the invention and used Materials closer explained as well as the results of the test in comparison to a molded part without the construction according to the invention shown.

Herstellung der Prüfkörper:Production of test specimens:

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.The Be test specimen by back laminating a thermoplastic film with a carbon fiber laminate produced in the resin transfer molding process. starting product in the production of a molded part according to the invention is a thermoplastic Foil.

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.The thickness of the film is 1 mm. The film is placed in a plate tool. As elastic intermediate layer, a polyurethane dispersion is applied completely opaque without any further surface pretreatment. Thereafter, the layer is dried in a heating cabinet at 60 ° C over a period of 2 h. The resulting layer thickness of the intermediate layer is 0.5 mm. Subsequently, 5 layers of a carbon fiber fabric (245 g / m ² , twill weave) are draped onto the intermediate layer. The tool is closed and injected by means of pressure injection, a liquid epoxy resin. The laminate is cured at room temperature for a period of 12 hours. The thickness of the laminate is 2 mm. After demolding, the molding according to the invention is postcured at a temperature of 80 ° C for a period of 3 h in a heating cabinet.

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.For the preparation of the comparative molding, the same thermoplastic film is re-inserted into the mold and treated with a primer. After the primer has been flashed off (about 30 minutes), five layers of a carbon fiber fabric (245 g / m ² , twill weave) are draped onto the primed layer. The tool is closed and injected by injection of the same liquid epoxy resin. The laminate is cured at room temperature for a period of 12 hours. The thickness of the laminate is 2 mm. After demolding, the comparative molding is also at a temperature of 80 ° C during cured for 3 hours in a warming cabinet.

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.To the final curing become the molding according to the invention and the comparative molding evaluated visually. While in the comparative molding the Fabric structures of the carbon fiber fabric are clearly visible, is the surface of the molding according to the invention high-gloss, smooth and shows no interference the surface through visible structures of the carbon fiber fabric.

Beide Formteile werden nun verschiedenen Klimaprüfungen unterzogen. Nach jeder Prüfung wird jeweils die Oberflächenqualität visuell beurteilt.Both Molded parts are now subjected to various climatic tests. After every exam each surface quality becomes visual assessed.

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)

In detail, the following tests are carried out:

1. Testing the climate change resistance (according to VW PV 2005, 60 cycles)
2. Weathering in dry-hot climate (according to VW PV 3929, test duration: 1500 h)
3. Weathering in humid and warm climate (according to VW PV 3930, test duration: 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.To The examination shows the inventively prepared Molded part no visible damage. In particular, there are no disturbances the surface through visible structures of carbon fiber laminate present. the across from have the disturbances the surface by visible structures of the carbon fiber laminate in the comparative molding reinforced by the climatic loads.

Claims

Molded part with a decorative and / or functional surface, consisting of a thermoplastic film, an elastic intermediate layer and a plastic carrier part, characterized in that the intermediate layer has a Shore A hardness of 15 to 75 and a thickness of 0.05 mm to 1 mm having.

Molding according to claim 1, characterized that the intermediate layer of a material of the material groups the rubber materials, the thermoplastic elastomers, the reactive 2K systems or the Elastomeric dispersions.

Process for producing a molded part according to claim 1, characterized in that on the thermoplastic film first the intermediate layer is built up and then with the plastic carrier part is connected.

Method according to claim 3, characterized that in the production of the thermoplastic film, the intermediate layer directly on the back is applied.

Method according to claim 4, characterized in that that the intermediate layer applied by casting or co-extruding becomes.

Method according to claim 3, characterized that the intermediate layer after thermoforming of the thermoplastic Foil directly on the back is applied.

Method according to Claim 6, characterized that the intermediate layer applied by brushing, spraying or spraying becomes.

Method according to one of claims 3 to 7, characterized that the plastic carrier part by spraying, backfoaming, Hinterpressen or back lamination is produced.

Method according to one of claims 3 to 7, characterized that the plastic carrier part is built on the intermediate layer.

Use of the moldings according to claim 1 in construction, of medical technology, in mechanical engineering, in vehicle construction and in the furniture industry.

Use of the moldings according to claim 1 in the body shop as doors, Flaps, roofs, Spoilers, mirrors, cladding and cultivation and trim parts.