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Dokumentenidentifikation DE10014432A1 20.09.2001
Titel Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Kunststoff-Formteils sowie Kunststoff-Formteil
Anmelder Volkswagen AG, 38440 Wolfsburg, DE
Erfinder Christahl, Helmut, 38442 Wolfsburg, DE;
Wilgeroth, Ulrich, 38165 Lehre, DE
Vertreter Schneider Patentanwaltskanzlei, 10117 Berlin
DE-Anmeldedatum 16.03.2000
DE-Aktenzeichen 10014432
Offenlegungstag 20.09.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2001
IPC-Hauptklasse B29C 39/02
IPC-Nebenklasse B29C 41/22   B29C 44/14   B32B 7/00   B32B 31/30   B60K 37/00   B60R 19/02   B60R 13/02   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Kunststoff-Formteils sowie ein verfahrensgemäß hergestelltes hergestelltes Kunsttoff-Formteil, wobei eine Kunststoff-Formmasse in einen Formraum eines Werkzeuges eingebracht wird und dort zumindest teilweise unter Bildung des Kunststoff-Formteils erstarrt oder aushärtet und eine Oberfläche des Kunststoff-Formteils nach Entformen aus dem Werkzeug zumindest bereichsweise beschichtet wird.
Es ist vorgesehen, dass die zu beschichtende Oberfläche (20) während des Formprozesses des Kunststoff-Formteils (10) mit einer definierten Rauhigkeit hergestellt wird. Die Haftung der Kunststoff-Oberfläche (20) für beliebige Beschichtungen wird somit erhöht, wobei die Rauhigkeit auf eine zu erzielende Oberflächengüte abgestimmt werden kann.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Kunststoff-Formteils sowie ein mit dem Verfahren hergestelltes Kunststoff-Formteil mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche genannten Merkmalen.

Kunststoffoberflächen weisen häufig eine sehr geringe Haftung für Beschichtungen auf und sind zudem häufig mit dem Beschichtungsmaterial nur schwer benetzbar. Dies gilt insbesondere für sehr unpolare Kunststoffe, wie Polyolefine. Um die Haftungseigenschaften einer Kunststoffoberfläche zu verbessern, sind mechanische Vorbehandlungsmaßnahmen bekannt, beispielsweise Schleifen oder Strahlen, durch welche die zu beschichtende Oberfläche aufgeraut wird. Die mechanischen Vorbehandlungsverfahren sind sehr arbeitsaufwendig. Zudem kann mit diesen Verfahren keine definierte Oberflächenrauhigkeit mit einer vorgebbaren Spezifikation einer Narbung der Oberfläche erzielt werden. So sind die mechanischen Aufrauverfahren bei hohen Anforderungen an die Oberflächengüte, beispielsweise für zu lackierende Oberflächen im Fahrzeugbau, ungeeignet.

Es sind ferner Oberflächenaktivierungsverfahren bekannt, mit denen die Benetzbarkeit unpolarer Kunststoffoberflächen erhöht wird. Zu diesen chemischen Vorbehandlungsverfahren zählt das Anätzen mit hochreaktiven Chemikalien, das Beflammen mit Butan- oder Propangasflammen, das Bestrahlen mit UV-Licht, die Corona- Behandlung, die ein Bombardement der Oberfläche mit energiereichen Ionen bezeichnet, und schließlich die Niederdruck-Plasmabehandlung. Diese Aktivierungsverfahren verbessern die Benetzbarkeit der zu beschichtenden Oberfläche und bewirken eine dauerhafte Haftungsverbesserung. Sie sind zum Teil jedoch sehr kostenintensiv und gehen mit einem hohen maschinellen und zeitlichen Aufwand einher.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Kunststoff-Formteils vorzuschlagen, mit welchem eine Haftung einer Beschichtung auf der Kunststoffoberfläche mit minimalem Prozessaufwand verbessert werden kann sowie ein beschichtetes Kunststoff-Formteil mit den entsprechenden vorteilhaften Eigenschaften.

Indem verfahrensgemäß die zu beschichtende Oberfläche des Kunststoff-Formteils bereits während des Formprozesses mit einer definierten Rauhigkeit hergestellt wird, wird die Haftung der Oberfläche entscheidend erhöht und gleichzeitig ein zusätzlicher Verfahrensschritt zur Oberflächenbehandlung eingespart. Die Haftungsverbesserung ist dabei sowohl auf eine Vergrößerung der beschichteten Oberfläche sowie auf eine mechanische Verankerung der Schicht zurückzuführen. Ferner kann in Abhängigkeit von einer Beschichtungsart und einer zu erzielenden Oberflächengüte eine Spezifikation einer Oberflächennarbung exakt vorgegeben werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Rauhigkeit der Oberfläche des Kunststoff-Formteils durch Übertragen einer Narbung einer Wandungsoberfläche des Formraums des Werkzeugs, in welchem der Formprozess stattfindet, auf das Kunststoff- Formteil erzeugt. Entsprechend dieser Ausgestaltung erfordert das erfindungsgemäße Verfahren lediglich eine einmalige Erzeugung einer geeigneten Narbung der Werkzeugoberfläche, beispielsweise durch Sandstrahlen oder Säureätzen fotografisch übertragener Vorlagen. Diese Verfahren sind an sich bekannt und sollen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.

Prinzipiell eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren praktisch für alle bekannten Formgebungsverfahren für Kunststoffe. Besonders vorteilhaft kann der Formprozess und damit die Übertragung der Narbung in einem Gieß-, Spritz-, Spritzgieß-, Blas- oder Presswerkzeug erfolgen.

Ferner eignet sich das Verfahren für das Aufbringen beliebiger Beschichtungsmaterialien. Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Kunststoff-Formteil mit einer Lackschicht, einer Klebstoffschicht, einer Folie oder einer Umschäumung beschichtet. Dabei können, abhängig von der Art der Beschichtung, jegliche Beschichtungsverfahren zum Einsatz kommen. So kann etwa eine Lackschicht oder eine Klebstoffschicht durch Sprühen, Tauchen oder Aufstreichen auf die Kunststoffoberfläche aufgebracht werden und eine Umschäumung durch an sich bekannte Umschäum- oder Hinterschäumtechniken.

Die Spezifikation der zu erzeugenden Rauhigkeit der Kunststoffoberfläche richtet sich vornehmlich nach der Art der Beschichtung und der Anforderung an die Oberflächenoptik. Für eine zu lackierende Oberfläche eines Kunststoff-Formteils wurde herausgefunden, dass eine Rauhigkeit mit einer mittleren Rautiefe von 0,010 bis 0,025 mm und einer Entformkonizität von 1 bis 2° erzeugt werden kann, ohne die optische Qualität der lackierten Oberfläche zu beeinträchtigen. Auf der anderen Seite zeigt eine solche Oberfläche bereits eine deutliche Haftungsverbesserung der Lackschicht gegenüber einer herkömmlichen glatten Kunststoffoberfläche. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Rauhigkeit mit einer mittleren Rautiefe von 0,017 mm und einer Entformkonizität von 1,5° erwiesen.

Soll die Kunststoffoberfläche mit einer dekorativen Folie beschichtet werden, kann die Rauhigkeit sogar noch geringfügig stärker gewählt werden, ohne den optischen Eindruck nachteilig zu beeinflussen. Spielt dagegen die Oberflächengüte nur eine geringfügige oder gar keine Rolle, beispielsweise für nicht sichtbare Verklebungen, ist eine deutlich stärkere Rauhigkeit vorteilhaft.

Eine erfindungsgemäß hergestellte raue Oberfläche eines Kunststoff-Formteils kann bei Bedarf vor seiner Beschichtung einem an sich bekannten Verfahren zur Oberflächenaktivierung, insbesondere Anätzen, Beflammen, UV-Bestrahlung, Corona- Behandlung und/oder Niederdruck-Plasmabehandlung, unterzogen werden.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Kunststoff-Formteil gelöst, dessen zumindest bereichsweise beschichtete Oberfläche wenigstens bereichsweise eine definierte, während des Formens des Kunststoff-Formteils in einem Formraum eines Werkzeugs erzeugte Rauhigkeit aufweist.

Obwohl die Erfindung nicht auf bestimmte Kunststoffe beschränkt ist, kommt der Vorteil der Erfindung besonders bei Kunststoffen zum Tragen, die bekanntermaßen eine mangelnde Haftung für Beschichtungen aufweisen. Dies sind insbesondere Kunststoffe auf Polyolefin-, Polyfluorcarbon- oder Polyacetylenbasis.

Ein Kunststoff-Formteil, dessen Beschichtung eine Lackschicht ist, weist vorteilhafterweise eine Rauhigkeit der lackierten Oberfläche mit einer Rautiefe von 0,010 bis 0,025 mm, insbesondere 0,017 mm, auf und eine Entformkonizität von mindestens 1 bis 2°, insbesondere 1,5°. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist ein solches Kunststoff-Formteil ein zumindest bereichsweise lackierter Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug.

Nach zwei weiteren vorteilhaften Ausführungen ist das Kunststoff-Formteil ein zumindest bereichsweise mit einer Folie beschichteter Träger einer Türinnenseitenverkleidung beziehungsweise ein Schalttafelträger für ein Kraftfahrzeug.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Figur näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt die Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäß beschichteten Kunststoff-Formteils. Die Schritte S1 bis S3 stellen schematisch den Ablauf der Herstellung des Kunststoff-Formteils 10 im Spritzgießverfahren dar. Dabei zeigt S1 das Einspritzen einer fließfähigen Kunststoff-Formmasse 12 in den Formraum 14 eines Werkzeugs 16, welches aus zwei Halbteilen zusammengesetzt ist. Die Kunststoff- Formmasse 12 kann beispielsweise eine Schmelze eines thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffes sein, welcher mittels einer hier nicht gezeigten beheizten Schnecke aufgeschmolzen, transportiert und über eine Düse dem Formraum 14 zugeführt wird. In der in S1 gezeigten Phase ist der Formraum 14 teilweise mit der Formmasse 12 gefüllt. Im weiteren Verlauf der Beschickung wird der Formraum 14 zunehmend mit der Formmasse 12 aufgefüllt. In Schritt S2 erstarrt die Kunststoff-Formmasse 12, nachdem das Werkzeug 16 vollständig befüllt wurde. Das in diesem Schritt entstehende Kunststoff-Formteil 10 erhält dabei die durch den Formraum 14 vorgegebene äußere Gestaltung. Eine Wandung 18 des Formraums 14 ist erfindungsgemäß mit einer definierten Narbung versehen, die in diesem Schritt auf eine zu beschichtende Oberfläche 20 des Kunststoff-Formteils 10 abgebildet wird (vergleiche Einzelheit in S2). Nach ausreichender Erstarrung werden in Schritt S3 die Halbteile des Werkzeugs 16 geöffnet und das Formteil 10 aus dem Werkzeug 16 entformt. Im anschließenden Schritt S4 erfolgt die Beschichtung der Oberfläche 20 des Kunststoff- Formteils 10, welche hier exemplarisch durch Aufsprühen eines Lackes mittels einer Düse 22 durchgeführt wird. In S5 schließlich ist das fertige Kunststoff-Formteil 10 mit der Beschichtung 24 dargestellt. Die Haftung der Beschichtung 24 an dem Kunststoff-Formteil 10 ist erheblich dadurch verbessert, dass die Größe der Kunststoff-Oberfläche 20 durch die von dem Formwerkzeug 16 übertragene Narbung vergrößert ist. Zusätzlich führt die Struktur der Oberfläche 20 zu einer mechanischen Verankerung der Beschichtung 24. Insgesamt bewirkt die Erfindung also eine erheblich erhöhte Lebensdauer der Beschichtung 24, die lediglich eine einmalige Ausgestaltung des Werkzeugs 16 mit einer entsprechenden Narbung erfordert. Ein zusätzlicher Verfahrensschritt zur Aufrauung der Kunststoffoberfläche 20 gemäß dem Stand der Technik entfällt, wodurch die Herstellungskosten deutlich gesenkt werden. BEZUGSZEICHENLISTE 10 Kunststoff-Formteil

12 Kunststoff-Formmasse

14 Formraum

16 Werkzeug

18 Wandungsoberfläche (Werkzeug)

20 Oberfläche (Kunststoff-Formteil)

22 Düse

24 Beschichtung

S1 Einspritzen

S2 Erstarren

S3 Entformen

S4 Beschichten

S5 Produkt


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Kunststoff-Formteils, wobei eine Kunststoff-Formmasse in einen Formraum eines Werkzeuges eingebracht wird und dort zumindest teilweise unter Bildung des Kunststoff-Formteils erstarrt oder aushärtet und eine Oberfläche des Kunststoff-Formteils nach Entformen aus dem Werkzeug zumindest bereichsweise beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende Oberfläche während des Formprozesses des Kunststoff-Formteils (10) mit einer definierten Rauhigkeit hergestellt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauhigkeit der Oberfläche (20) des Kunststoff-Formteils (10) durch Übertragen einer Narbung einer Wandungsoberfläche (18) des Formraums (14) des Werkzeuges (16) auf das Kunststoff-Formteil (10) erzeugt wird.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formprozess insbesondere in einem Gieß-, Spritz-, Spritzgieß-, Blas- oder Press- Werkzeug erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil (10) mit einer Lackschicht, einer Klebstoffschicht, einer Folie oder einer Umschäumung beschichtet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu lackierenden Oberfläche (20) des Kunststoff-Formteils (10) mit einer Rauhigkeit mit einer mittleren Rautiefe von 0,010 bis 0,025 mm, insbesondere 0,017 mm, und einer Entformkonizität von mindestens 1 bis 2°, insbesondere 1,5°, erzeugt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (22) durch Sprühen, Tauchen, Aufstreichen, Umschäumen oder Hinterschäumen auf die Oberfläche (20) des Kunststoff-Formteils (10) aufgetragen wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil (10) vor seiner Beschichtung durch Anätzen, Beflammen, UV- Bestrahlung, Corona-Behandlung und/oder Niederdruck-Plasmabehandlung aktiviert wird.
  8. 8. Kunststoff-Formteil mit einer zumindest bereichsweise eine Beschichtung tragenden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichtete Oberfläche (20) zumindest bereichsweise eine definierte, während eines Formens des Kunststoff- Formteils (10) in einem Formraum (14) eines Werkzeuges (16) erzeugte Rauhigkeit aufweist.
  9. 9. Kunststoff-Formteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (22) eine Lackschicht, eine Klebstoffschicht, eine Folie oder eine Umschäumung ist.
  10. 10. Kunststoff-Formteil nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil (10) ein Polyolefin-, ein Polyfluorcarbon- oder Polyacetylen-Formteil ist.
  11. 11. Kunststoff-Formteil nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (22) eine Lackschicht ist und die Rauhigkeit der lackierten Oberfläche durch eine Rautiefe von 0,010 bis 0,025 mm, insbesondere 0,017 mm, und einer Entformkonizität von mindestens 1 bis 2°, insbesondere 1, 5°, charakterisiert ist.
  12. 12. Kunststoff-Formteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff- Formteil (10) ein zumindest bereichsweise lackierter Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug ist.
  13. 13. Kunststoff-Formteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil (10) ein zumindest bereichsweise mit einer Folie beschichteter Träger einer Türinnenseitenverkleidung für ein Kraftfahrzeug ist.
  14. 14. Kunststoff-Formteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil (10) ein zumindest bereichsweise mit einer Folie beschichteter Schalttafelträger für ein Kraftfahrzeug ist.






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