DE102008022224A1

DE102008022224A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffformteils mit einer Lackbeschichtung

Info

Publication number: DE102008022224A1
Application number: DE102008022224A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. Wazula
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: PPG Advanced Surface Technologies LLC
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2009-11-12

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffformteils mit einer Lackbeschichtung, wobei die Lackbeschichtung in Form eines ausgehärteten, nicht mehr thermoformbaren Transferlackträgers bereits beim Urformen des Grundkörpers des Kunststoffformteils mit diesem direkt stoffschlüssig verbunden wird. Es wird dabei ein mehrschichtig aufgebauter Transferlackträger verwendet, welcher eine abziehbare Trägerfolie, eine UV-Klarlackschicht sowie eine beliebig pigmentierbare Haftschicht umfasst. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Kunststoffformteil, insbesondere ein Verkleidungsteil für einen Kraftwagen, welches mit einem solchen Verfahren hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffformteils mit einer Lackbeschichtung, sowie ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Kunststoffformteil, insbesondere ein Verkleidungsteil für einen Kraftwagen.
Um gattungsgemäße Kunststoffformteile herzustellen, werden in der Regel lackbeschichtete Kunststofffolien mit einem vorher ausgeformten Kunststoffformteil verklebt. Vor dem Verkleben werden diese Folien im Allgemeinen durch Tiefziehen vorgeformt und an die Kontur des Formteils angepasst. Die EP 1 189 742 B1 offenbart ein solches Verfahren, bei dem eine Kunststofffolie mittels eines Tiefziehwerkzeugs verformt, anschließend mit Klebstoff beschichtet, ausgeschnitten und schließlich auf die zu bedeckende Werkstückoberfläche aufgebracht wird.
In der DE 41 16 437 C2 ist ein ähnliches Verfahren beschrieben, bei welchem eine mit einem farbigen Lack beschichtete Folie im Vakuumverfahren tiefgezogen wird, woraufhin das Tiefziehformwerkzeug durch ein zugeordnetes Kernwerkzeug verschlossen wird und die vorgeformte Folie im geschlossenen Werkzeug mit einem aushärtbaren Kunststoffmaterial hinterspritzt wird.
Alternativ zu beschichteten Folien können, wie in der EP 1 770 130 A1 offenbart, auch Kunststoff-Formhäute mit der Oberfläche des zu beschichtenden Kunststoffformteils verbunden werden. Dabei wird eine Lackzusammensetzung, die später die Beschichtung bilden soll in eine entsprechende Form eingebracht, und dort zumindest teilweise gehärtet, woraufhin das Formteil in die Form eingebracht und mit der Lackzusammensetzung verbunden wird.
Vergleichbar hierzu sind weiterhin verschiedene, dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmende Verfahren des In-mould-coating.
Solche dem Stand der Technik entsprechende Verfahren führen zu Kunststoffformteilen mit einer Oberflächenbeschichtung, die in vielen Fällen den hohen mechanischen und gegebenenfalls auch thermischen Belastungen, wie sie an Außenverkleidungsteilen von Kraftfahrzeugen auftreten können, nicht standzuhalten vermögen. Weiterhin ist aufgrund prozesstechnischer Gegebenheiten die Auswahl an verwendbaren Lacken oftmals limitiert, so dass es technisch schwierig bis unmöglich ist, Kunststoffteile für einen Kraftwagen herzustellen, die in ihrer Pigmentierung und Beständigkeit anderen, metallischen Außenverkleidungsteilen eines Kraftwagens entsprechen.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es also, ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffformteils mit einer Lackbeschichtung bereitzustellen, welches die Herstellung von kratzfesten, witterungsbeständigen und langzeitstabilen beschichteten Kunststoffformteilen, insbesondere Außenverkleidungsteilen für Kraftfahrzeuge, deren Pigmentierung frei auf die Gesamtlackierung eines Kraftwagens abstimmbar ist, ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffformteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein vollständig ausgehärteter, nicht thermoformbarer Transferlackträger, welcher mehrschichtig aufgebaut ist und aus einer abziehbaren Trägerfolie einer UV-Klarlackschicht sowie einer pigmentierten Haftschicht besteht, mit einer Kunststoffformmasse auf Seite der Haftschicht zumindest bereichsweise direkt stoffschlüssig verbunden. In diesem Zusammenhang ist unter dem vollständigen Aushärten z uverstehen, dass das für den Transferlackträger vorgesehene chemische Härtersystem vollständig umgesetzt ist, beziehungsweise die vorgesehene Härtereaktion abgeschlossen ist.
Die Verwendung eines solchen ausgehärteten mehrschichtigen Transferlackträgers ermöglicht das Erzielen der gewünschten kratzfesten und witterungsbeständigen Oberflächenqualität, sowie eine im Wesentlichen frei wählbaren Pigmentierung der Lackbeschichtung.
Der ausgehärtete Charakter des Transferlackträgers verhindert allerdings ein beliebiges Umformen des Beschichtungsmaterials, so dass dieses nicht tiefgezogen werden kann. Auch ein nach dem stoffschlüssigen Verbinden mit der Kunststoffformmasse erfolgendes Umformen des Kunststoffformteils ist nicht mehr beliebig möglich. Gleichwohl behält das Material des Transferlackträgers, eine gewisse für Kunststoffe, insbesondere Duromere, übliche plastische Verformbarkeit.
Nach Aushärten der Kunststoffformmasse unter Ausbildung eines stabilen Formteils kann das Formteil allerdings ohne Beeinträchtigung der gewünschten Eigenschaften der Lackbeschichtung noch immer entlang einer Raumrichtung durch Biegen umgeformt werden. Um die Lackqualität zu erhalten ist es dabei vorteilhaft, eine Dehnung der Lackschicht beim Umformen von etwa 60% nicht zu überschreiten. Bevorzugt liegt die Biegung nicht oberhalb eines Bereiches von 30–50%.
Darüber hinausgehende Verformungen führen zwar zunächst nicht zur Zerstörung, haben aber optische Beeinträchtigung, beispielsweise durch Mikrorisse zur Folge. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher besonders zur Herstellung flacher, ebener oder leistenförmiger Kunststoffformteile, wie z. B. Bordkantenzierleisten oder Dachkantenzierleisten für einen Kraftwagen.
Für das formschlüssige Verbinden der Kunststoffformmasse mit der Haftschicht des Transferlackträgers steht hierbei eine Mehrzahl von Verfahren bereit. Bevorzugt wird die Kunststoffformmasse durch ein Spritzgießverfahren auf die Haftschicht des Transferlackträgers aufgebracht. Vor dem Hinterspritzen mit der Kunststoffformmasse ist der Transferlackträger noch eingeschränkt formbar, und kann daher in eine entsprechende Spritzgussform eingelegt werden. In nicht mit dem Transferlackträger in Kontakt stehenden Bereichen kann das Kunststoffformteil selbstverständlich beliebig konturiert werden. Alternativ kann die Kunststoffformmasse durch Pressen einer Harzmatte zu einem sheet moulding compound auf die Haftschicht des Transferträgers aufgebracht werden. Auch eine Coextrusion des Transferlackträgers mit einer Kunststoffformmasse ist möglich, was besonders vorteilhaft die Herstellung von langen, leistenförmigen Kunststoffformteilen ermöglicht. Weiterhin kann die Kunststoffformmasse durch Schäumen oder Spritzgussschäumen auf die Haftschicht des Transferlackträgers aufgebracht werden.
Als Kunststoffformmasse wird hierbei bevorzugt einer der thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoffe Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitryl-Butadien-Styrol (ABS) oder Polyamid (PA) verwendet. Als weitere Kunststoffe sind auch die weniger üblichen Thermoplaste Polycarbonat (PC), Polycarbonat/Polybutylentherephthalat, Acrylester-Styrol-Acrylnitril-Coploymere (ASA) und PC/ASA geeignet. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Haftschicht des Transferlackträgers aus dem gleichen Kunststoff wie die Kunststoffformmasse besteht. Dadurch kann ein spannungsfreier und besonders fester Stoffschluss zwischen dem Kunststoffformteil und seiner Beschichtung erzielt werden.
Um die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffformteils weiter vorteilhaft zu beeinflussen, können der Kunststoffformmasse Zuschläge wie z. B. Mineralpulver, Talkum, Glasfasern oder dergleichen zugegeben werden.
Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, einen Transferlackträger zu verwenden, dessen Trägerfolie eine Dicke im Bereich von 25 bis 75 μm, dessen UV-Klarlackschicht eine Dicke von 15 bis 55 μm und dessen pigmentierte Haftschicht eine Dicke von 10 bis 20 μm aufweist. Bevorzugt liegt das Dickenverhältnis bei 50/30/10 bis 50/40/20 μm.
Im Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert werden, wobei die einzige Figur einen schematischen Querschnitt durch ein mit einem Transferlack beschichtetes erfindungsgemäßes Kunststoffformteil darstellt.
Das im Ganzen mit 10 bezeichnete Kunststoffformteil ist auf der Oberfläche 12 des Kunststoffgrundkörpers 14 mit einem mehrschichtigen Lack 16 beschichtet. Direkt an die Oberfläche 12 schließt sich dabei eine pigmentierte Haftschicht 18 an, welche aus einer polymeren Grundmasse und Pigmentzuschlägen besteht. Um den gewünschten Pigmentierungseffekt zu erzielen, kann die pigmentierte Haftschicht auch weitere Zuschläge, wie beispielsweise Aluminiumpartikel, zum Erzielen eines Metalliceffekts beinhalten.
In Richtung auf die Außenseite 20 des Formteils hin schließt sich an die pigmentierte Haftschicht 18 eine gehärtete UV-Klarlackschicht 22 an. Ein solcher gehärteter UV-Klarlack verleiht der Oberfläche des Kunststoffformteils die erwünschte Kratzfestigkeit und Witterungsbeständigkeit, und schützt darüber hinaus die pigmentierte Haftschicht vor ultravioletter Einstrahlung, welche zu einem Ausbleichen oder einer sonstigen Veränderung der Pigmente führen könnte.
Während der Verarbeitung wird der Transferlackträger, sowie das Kunststoffformteil von einer an der Oberfläche 20 des Formteils angebrachten, abziehbaren, temporären Trägerfolie 24 geschützt. Die Dicke d1 der pigmentierten Haftschicht beträgt dabei 10 bis 20 μm, die Dicke d2 der Klarlackschicht 30 bis 40 μm sowie die Dicke der abziehbaren Trägerfolie d3 50 μm.
Zur Herstellung des Formteils 10 wird der Transferlackträger 16 in eine Spritzgussform eingelegt, so dass die Oberfläche 26 der Trägerfolie 24 an der Wandung der Form anliegt. Zur Ausbildung des Grundkörpers 14 des Formteils 10 wird der Transferlackträger in dieser Spritzgussform mit einem thermoplastischen Kunststoff hinterspritzt. Dabei ist es vorteilhaft, für den Grundkörper 14 und die pigmentierte Haftschicht 18 denselben Kunststoff zu verwenden, so dass sich ein stabiler, direkter Stoffschluss zwischen Grundkörper und Haftschicht ergibt. Die Haftung der Beschichtung wird dabei durch ein partielles Anschmelzen der pigmentierten Haftschicht im Kontakt mit der Kunststoffformmasse weiter verbessert.
Da die Klarlackschicht 22 beim Hinterspritzen des Transferlackträgers 16 mit der Kunststoffformmasse 14 bereits ausgehärtet ist, ist das resultierende Bauteil nur noch begrenzt umformbar. Bei Beschränkung der Krümmung auf eine Raumrichtung sind jedoch auch mit diesem Verfahren Biegewinkel α bis zu einer Dehnung der Lackschicht von 60% darstellbar.
Zur Herstellung längerer oder anders geformter Bauteile ist es auch möglich, den Kunststoffgrundkörper 14 nicht durch Spritzgießen, sondern durch andere Verfahren auf die Haftschicht 18 aufzubringen. So ist beispielsweise eine Coextrusion des Transferlackträgers 16 mit dem Kunststoffgrundkörper 14 möglich, um lange, leistenförmige Kunststoffformteile darzustellen. Solche Teile können in Form von Dachkanten, Zierleisten oder Bordkantenzierleisten Anwendung als äußere Kunststoffverkleidungsteile eines Kraftwagens finden. Durch die frei wählbare Pigmentierung der Haftschicht 18 kann dabei eine Anpassung der Kunststoffformteile an die Gesamtlackierung des Kraftwagens erzielt werden. Um besondere optische Effekte zu erzielen ist es auch möglich die Haftschicht 18 inhomogen pigmentiert auszuführen, wodurch beispielsweise Farbverläufe oder ähnliche Effekte erzielbar sind. Auch eine variierende Dicke d1 der Haftschicht 18 und damit einhergehende Strukturierung der Oberfläche 28 der Haftschicht 18 ermöglicht zusätzliche optische Effekte.
Um besondere Materialeigenschaften zu erzielen, kann für den Kunststoffgrundkörper 14 neben einfachen thermoplastischen Kunststoffen wie Polypropylen, Polyvinylchlorid, Acrylnitryl-Butadien-Styrol oder Polyamid auch eine Mischung verschiedener Kunststoffe, eine Mischung der Kunststoffe mit weiteren Zuschlägen wie beispielsweise Talkum oder Glasfasern oder dergleichen verwendet werden. Auch ein Hinterschäumen des Transferlackträgers 16 mit geeigneten Kunststoffen ist möglich.
Eine alternative Ausführung des Verfahrens erlaubt zudem die Herstellung von beschichteten Faserverbundkunststoffbauteilen. Hierzu wird wieder ein Transferlackträger 16 in eine entsprechende Form eingelegt, so dass die Oberfläche 26 der temporären Trägerfolie 24 in Anlage an die Wand der Form kommt, woraufhin harzgetränkte Fasermaterialien wie Prepregs oder imprägnierte Rovings auf die Oberfläche 12 der Haftschicht aufgebracht werden können und dort durch Pressen ausgehärtet werden. Dies ermöglicht die Herstellung besonders stabiler Faserverbundteile, welche dennoch eine optisch ansprechende, kratzfeste und witterungsbeständige Oberfläche aufweisen.
Neben der beschriebenen Verwendung entsprechend gefertigter Kunststoffformteile für Außenverkleidungsteile von Kraftfahrzeugen sind selbstverständlich auch weitere Verwendungsmöglichkeiten gegeben. Insbesondere ist eine Verwendung für Innenverkleidungsteile von Kraftwagen möglich, die beispielsweise Verblendungen im Bereich des Armaturenbretts oder der Seitenverkleidungen oder auch Funktionsteile wie Cupholder oder Ähnliches umfassen können. Des weiteren sind Zierleisten im Griffbereich der Türen oder im Bereich der Bodengruppe oder des Türschwellers günstige Verwendeungen.
Die eingeschränkte Formbarkeit solcher Teile durch den bereits ausgehärteten Transferlack ist selbstverständlich nur für diejenigen Oberflächenbereiche gegeben, die in direktem Kontakt mit dem Transferlack stehen. Andere, unbeschichtete Bereiche des Kunststoffformteils können im Rahmen des für das jeweils verwendete Verfahren zum Formen des Kunststoffgrundkörpers 14 nahezu beliebig ausgestaltet werden. So ist es möglich weitere Funktionselemente an ein solches Kunststoffformteil anzubringen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Dichtlippen, Flansche oder dergleichen handeln. Auch ein Eingießen weiterer Funktionselemente in den Kunststoffgrundkörper 14 ist möglich. So könnten für eine Dachkantenzierleiste beispielsweise Antennendrähte oder Antennenfolien in den Kunststoffgrundkörper 14 eingespritzt werden, so dass das Teil neben der ästhetischen Formung der Fahrzeugverkleidung weitere funktionale Eigenschaften erhält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1189742 B1 [0002]
- DE 4116437 C2 [0003]
- EP 1770130 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffformteils (10) mit einer Lackbeschichtung (16), bei welchem ein ausgehärteter, nicht thermoformbarer Transferlackträger, der eine abziehbare Trägerfolie (24), eine UV-Klarlackschicht (22) sowie eine pigmentierte Haftschicht (18) umfasst, mit einer Kunststoffformmasse (14) auf Seite (12) der Haftschicht (18) zumindest bereichsweise stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aushärten der Kunststoffformmasse (14) das Formteil (10) entlang einer Raumrichtung durch Biegen umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung des Kunststoffformteils (10) beim Umformen des Kunststoffformteils (10) 60% nicht übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffformmasse (14) durch ein Spritzgießverfahren auf die Haftschicht (18) des Transferlackträgers (16) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffformmasse (14) durch Pressen einer Harzmatte zu einem sheet moulding compound auf die Haftschicht (18) des Transferlackträgers (16) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffformmasse (14) durch Coextrusion mit dem Transferlackträger (16) auf die Haftschicht (18) des Transferlackträgers (16) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffformmasse (14) durch Schäumen oder Spritzgussschäumen auf die Haftschicht (18) des Transferlackträgers (16) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffformmasse (14) einer der Kunststoffe Polypropylen, Polyvinylchlorid, Acrylnitryl-Butadien-Styrol oder Polyamid verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (18) des Transferlackträgers (16) aus dem gleichen Kunststoff wie die Kunststoffformmasse (14) besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffformmasse (14) Zuschläge wie Mineralpulver, Talkum, Glasfasern oder dgl. enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie (24) eine Dicke d₃ von 50 μm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Klarlackschicht (22) eine Dicke d₂ von 30 bis 40 μm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pigmentierte Haftschicht (18) eine Dicke d₁ von 10 bis 20 μm aufweist.
Verkleidungsteil für einen Kraftwagen, welches mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüchen hergestellt ist.
Verkleidungsteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleidungsteil Funktionselemente wie Dichtlippen, Fügeflächen oder dgl. umfasst.
Verkleidungsteil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleidungsteil als Außenverkleidungsteil, insbesondere als Dachzierleiste ausgebildet ist, wobei die pigmentierte Haftschicht (18) des Transferlacks (16) die gleiche Pigmentierung wie ein benachbartes Karosserieelement des Kraftwagens aufweist.
Verkleidungsteil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleidungsteil als Innenverkleidungsteil im Interieur eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, insbesondere Zierleisten im Griffbereich der Türen oder im Bereich der Bodengruppe oder des Türschwellers.