CN116265129A

CN116265129A - 用于生产装饰部件的方法

Info

Publication number: CN116265129A
Application number: CN202211627312.6A
Authority: CN
Inventors: 克劳斯·比涅克; 穆阿梅特·萨迪库
Original assignee: Junsheng Quine Automatic System Co ltd
Current assignee: Junsheng Quine Automatic System Co ltd
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2042-12-16
Also published as: DE102021133458A1; US20230191445A1; CN116265129B

Abstract

本发明涉及一种用于生产具有覆盖层的装饰部件的方法，该方法包括以下步骤：提供具有安装侧和可见侧的模制部件，其中，模制部件包括安装侧上的基底层和可见侧上的装饰层，以及将涂层材料施加到模制部件的可见侧以形成覆盖层。为了减少涂层材料的消耗，本发明提出通过打印头施加涂层材料。

Description

用于生产装饰部件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产具有覆盖层的装饰部件的方法，尤其是用于车辆内部的装饰部件，该装饰部件包括具有装饰层的可见侧和具有基底层的安装侧，其中覆盖层被施加到装饰层上。

背景技术

尤其在机动车辆的内部使用的装饰部件为模制部件，其通常具有基底层和施加到基底层上的装饰层。装饰层设置在装饰部件的面向用户的一侧，因此形成装饰部件的所谓可见侧。装饰部件的相对侧由基底层形成并且被称为安装侧。基底层为装饰部件提供必要的尺寸稳定性并且用于紧固装饰部件。

装饰部件必须满足其视觉和触觉质量方面，以及尺寸精度和抵抗环境影响的高要求。为此，装饰层通常设置有保护性透明覆盖层。

例如在EP 2 298 528 A1中公开了一种用于生产具有透明覆盖层的装饰部件的方法。这里，装饰层在其面向可见侧的一侧层压有透明膜，并且在其面向安装侧的一侧层压有阻挡层。层压后的装饰层形成预成型件，该预成型件然后用透明塑料包覆成型以形成覆盖层，并且用承载塑料背面注射成型以形成基底。形成了装饰部件，其中透明膜布置在覆盖层和装饰层之间，并且阻挡层布置在基底和装饰层之间。透明膜由例如热塑性塑料(尤其是聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑性聚氨酯(TPU)或这些材料的复合材料)制成。覆盖层由可注射成型的塑料(特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))制成。

这种方法的缺点是通过注射成型生产覆盖层需要使用可注射成型的塑料，因此不适用于所有类型的涂层材料。

由DE 10 2009 053 501 A1已知一种用于机动车辆部件的含聚硅氮烷的涂层。其借助于例如微细纤维布或海绵施加。

这种方法的缺点在于以下事实：借助于布或海绵的施加是复杂的并且不允许高生产量。此外，涂层材料的消耗增加，因为部分涂层材料残留在布或海绵中。

发明内容

本发明基于提供一种用于生产具有覆盖层的装饰部件的改进方法的问题。该方法旨在尤其适用于装饰部件的大量生产。此外，涂层材料的消耗将被最小化。最后，该方法尤其旨在适用于使用含聚硅氮烷和聚硅氧烷的涂层材料涂覆装饰部件。

这个问题通过一种用于生产具有覆盖层的装饰部件的方法来解决，该方法包括以下步骤：

提供具有安装侧和可见侧的模制部件，其中模制部件包括安装侧上的基底层和可见侧上的装饰层；以及

将涂层材料施加到模制部件的可见侧以形成覆盖层，

其中，涂层材料通过打印头施加。

该方法的特征尤其在于通过打印头施加涂层材料。通过使用打印头，涂层材料可以以有针对性的方式施加到装饰部件上。所使用的涂层材料几乎完全沉积在装饰部件上，因此涂层材料仅发生轻微的损失。因此，该方法可以最小化所使用的涂层材料的量，并且非常经济。此外，打印头也可以用于施加不适于通过注射成型处理的涂层材料。最后，可以通过使用打印头将涂层材料的厚度调节到几微米，从而可以产生非常薄但均匀的涂层。

具体实施方式

如本发明中所限定的，打印头是用于施加涂层材料的装置，其产生涂层材料的一个或更多个目标射流。该特征将打印头与产生涂层材料的喷洒的其它施加装置(比如旋转雾化器)区分开来。特别地，打印头可以以喷墨打印机的方式工作，以产生涂层材料射流。涂层材料射流可以是连续射流或液滴射流。通过使打印头产生目标涂层材料射流，可以极其精确且基本上没有损失地施加涂层材料。

在优选实施例中，打印头产生液滴射流。以这种方式，涂层材料的各个液滴可以以高空间精度施加到装饰部件。

为此目的，打印头具有用于产生液滴射流的装置。特别地，这是压电控制装置。利用该装置，振动可以耦合到连续的涂层材料射流中，使得涂层材料射流分裂成液滴。除了使用压电装置之外，还可以设想通过耦合超声波或空气射流来产生液滴射流。

在优选实施例中，打印头通过按需滴注法或连续喷射法操作。为此目的，打印头优选具有用于产生涂层液滴的压电控制单元。在按需滴注法中，涂层材料的各个液滴响应于电脉冲从打印头喷出。在连续喷射法中，产生液滴射流。液滴速率(即每单位时间射出的液滴数量)由电控制信号的脉冲频率决定。

在特别优选的实施例中，打印头产生平均液滴体积为1pl至300pl(1至300皮升(picoliter))并且液滴速率为1kHz至200kHz的液滴射流。

打印头具有至少一个用于产生涂层材料射流的喷嘴。由喷嘴产生的涂层材料射流具有极小的散射角。优选地，涂层材料射流的散射角小于30°，优选地小于20°，特别优选地小于10°。

在优选实施例中，打印头具有多个喷嘴，以用于产生多个涂层材料射流。例如，单个打印头可以具有2至6000个喷嘴，每个喷嘴均产生涂层材料射流。由各个喷嘴产生的射流优选地基本平行地排列。优选地，打印头的喷嘴可以单独地或成组地控制。例如，各个喷嘴或各个喷嘴组的液滴速率、液滴体积或喷洒速率(即每单位时间输送的液体的体积)可以以这种方式彼此独立地设定和变更。

在优选实施例中，打印头具有压电装置，以用于使用按需滴注法产生液滴射流。特别优选地，该实施例中的打印头产生平均液滴体积为1pl至300pl以及液滴速率为1kHz至200kHz的液滴射流，并且具有2至6000个喷嘴。

根据本发明的方法不限于使用单个打印头。也可以借助于多个打印头来施加涂层材料。例如，多个打印头可以布置成使得它们可以同时涂覆待涂覆的模制部件的整个表面。

在优选实施例中，当施加涂层材料时，一个或更多个打印头相对于模制部件移动，使得涂层材料可以施加到模制部件的多个区域。在这种情况下，打印头和模制部件都可以以固定或可移动的方式布置。以这种方式，可以用单个打印头或几个打印头均匀地涂覆待涂覆的模制部件的整个表面。

当施加涂层材料时，一个或更多个打印头可以以多道次或单道次方法操作。在多道次方法中，打印头在待涂覆的模制部件上方被引导多次，以便施加涂层材料。在每一道次中都施加一层涂层材料。在单道次方法中，打印头在待涂覆的模制部件上方仅被引导一次，以便施加一层涂层材料。

如果仅使用一个单独打印头，其优选以多道次方法操作。在优选实施例中，使用多个打印头，每个打印头以单道次方法操作。

在优选实施例中，在涂层材料的施加期间，打印头和/或模制部件各自附接到可移动的机械臂。以这种方式，打印头和模制部件可以相对于彼此移动。机械臂可以是全自动控制的机械臂。但是，术语机械臂并不旨在限于全自动控制。机械臂也可能由人类操作员控制。

优选地，机械臂具有三个自由度(3轴机器人)，特别优选地六个自由度(6轴机器人)。3轴机器人可以在三个空间方向上进行平移或者围绕三个空间轴进行旋转。6轴机器人可以在三个空间方向上进行平移并且围绕三个空间轴进行旋转。

在优选实施例中，打印头安装在机械臂上并且可以借助机械臂相对于模制部件移动。在优选实施例中，使用一起安装在机械臂上的多个打印头。优选地，这是6轴机器人。多个打印头的三维布置优选地适应于模制部件的几何形状，使得例如打印头可以在距离模制部件的表面的均匀距离处被引导。优选地，在这种情况下，打印头使用单道次方法操作。

在一个实施例中，模制部件由机械臂保持，优选为3轴机器人，特别优选为6轴机器人。机械臂优选地具有用于保持模制部件的吸盘，因此可以避免对模制部件的损坏，并且尤其是避免模制部件的表面上的划痕。但是，也可以以其他方式将模制部件附接到机械臂，例如经由夹持装置。在该实施例中，打印头可以是固定的，其中模塑部件通过机械臂相对于打印头移动。在该实施例中，也可以将打印头设置成可移动的。以这种方式，对于打印头和模制部件的相对对准，可获得最大的自由度。

根据本发明的涂层材料优选地是耐刮擦的透明涂料。

涂层材料优选地包括至少一种有机聚合物。例如，涂层材料可以包括聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸烷基酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、硅氧烷丙烯酸酯、纤维素酯、纤维素醚、聚酯、聚醚、环氧树脂、聚硅氮烷、聚硅氧烷及其混合物和/或衍生物。

在一个实施例中，涂层材料包含纳米颗粒形式的改性硅酸酯与丙烯酸酯或丙烯酸酯衍生物的混合物。

在优选实施例中，涂层材料包含聚硅氧烷和/或聚硅氮烷。这些涂层材料被证明是特别优选的，因为它们的特征是具有优异的机械阻力和透明度。此外，它们可以通过根据本发明的方法非常好地加工。

特别地，聚有机硅氧烷用作聚硅氧烷，即其中硅原子经由氧原子彼此链接并且硅原子另外被一个或更多个烃基取代的聚合物。优选的聚硅氧烷可以被例如烷基、烯基、芳基和/或烷氧基取代。烷基优选为具有1至12个碳原子、优选地1至8个碳原子、进一步优选地1至6个碳原子的直链或支链烷基，特别优选为甲基、乙基、正丙基或异丙基。烯基优选为具有2至12个碳原子、更优选地2至8个碳原子的直链或支链烯基。优选地，烯基为乙烯基。芳基优选地包含6至19个碳原子，优选地6至13个碳原子。优选地，芳基为苄基或苯基。烷氧基优选为具有1至12个碳原子、优选地1至8个碳原子、更优选地1至6个碳原子的直链或支链烷氧基。特别优选的是甲氧基、乙氧基、正丙氧基或异丙氧基。烷基、烯基、芳基和烷氧基可以被一个或更多个卤素原子(尤其是氟原子)取代。

特别优选的取代基是烷基和烷氧基，尤其是甲基、乙基、正丙基、异丙基、甲氧基、乙氧基、正丙氧基和异丙氧基。

聚硅氧烷可以被一种类型的烃基或不同烃基的混合物取代。也可以使用不同取代的聚硅氧烷的混合物。

可以使用直链、环状、支链和/或交联的聚硅氧烷。交联聚硅氧烷是特别优选的。也可以使用所述聚硅氧烷的混合物。优选地，聚硅氧烷组合物包含至少一种交联聚硅氧烷。

在优选实施例中，使用交联烷基取代的聚硅氧烷，尤其是交联甲基取代的聚硅氧烷。

在进一步优选的实施例中，使用交联烷基和/或烷氧基取代的聚硅氧烷，尤其是用甲基、乙基、正丙基、异丙基、甲氧基、乙氧基、正丙氧基和/或异丙氧基取代的交联聚硅氧烷。在本发明的上下文中，交联烷基和烷氧基取代的聚硅氧烷也称为硅酸酯改性的聚硅氧烷树脂。

聚硅氧烷优选地用作胶体，特别优选地以纳米颗粒的形式。

聚硅氧烷优选地具有300至100,000g/mol，优选地500至30,000g/mol，最优选地750至10,000g/mol的重均分子量。重均分子量尤其可以通过使用聚苯乙烯标准的凝胶渗透色谱法测定。

所使用的聚硅氮烷可以是全氢化聚硅氮烷(无机的聚硅氮烷)、有机聚硅氮烷(有机的聚硅氮烷)或不同聚硅氮烷的混合物。特别优选至少一种有机聚硅氮烷。

例如，合适的聚硅氮烷可以从商标Durazane购买获得。无机的聚硅氮烷在Durazane 2000产品范围内可获得，有机的聚硅氮烷在Durazane 1000产品范围内可获得。

有机的聚硅氮烷，如聚硅氧烷，可以用上述有机基团改性。甲基和/或甲基乙烯基改性的有机聚硅氮烷特别用作有机的聚硅氮烷。

全氢化聚硅氮烷在固化期间特别形成无碳、玻璃状氧化硅网络，其表现出优异的表面性能。

优选地，聚硅氮烷的数均分子量为150g/mol至150,000g/mol，更优选地1,000g/mol至100,000g/mol，最优选地2,000g/mol至20,000g/mol。重均分子量尤其可以通过使用聚苯乙烯标准的凝胶渗透色谱法测定。

除了上述提到的聚合物，涂层材料优选地包含至少一种溶剂。这优选地是有机溶剂。例如，溶剂可以是极性或非极性的。合适的溶剂例如为二甲苯、乙苯、二正丁基醚、乙酸正丁酯和/或乙酸叔丁酯。

在优选实施例中，涂层材料包括颗粒的分散体，例如改性硅酸酯或一种上述聚合物颗粒。平均颗粒尺寸例如在0.01μm至200μm的范围内，优选地0.01μm至10μm。

为了以根据本发明的方法处理，涂层材料优选地在施加期间具有2mPa·s至200mPa·s的粘度，特别优选地10mPa·s至150mPa·s，最优选地50至120mPa·s。这是指在相应的处理温度时的粘度。粘度尤其取决于溶剂含量和处理温度。优选地，选择这些参数从而获得涂层材料的上述粘度。

在一个实施例中，涂层材料在施加后固化。固化可以特别加热地进行，例如通过IR辐射和/或通过UV辐射。

在一个实施例中，固化是加热进行的，即在高温下，优选地在50℃至100℃的温度和10％至80％的相对湿度下进行。特别优选地，温度为60℃至90℃，最优选地75℃至85℃。相对湿度优选地为40％至80％。

在另一个实施例中，固化通过红外辐射(IR辐射)加热进行。优选地，覆盖层被加热到50℃到100℃的温度，特别优选地60℃到90℃。

在另一个实施例中，固化通过UV辐射进行。优选地，使用波长范围从100nm到380nm的UV光。所使用的辐射也可以包含更短或更长的波长分量，前提是在特定的波长范围内确保足够的强度。UV固化可以例如通过使用气体放电灯，尤其是汞蒸气灯或者具有镓-铟掺杂、铁掺杂或铅掺杂的金属卤化物灯来进行。替代地，UV固化可以使用LED灯进行。

在特别优选的实施例中，固化通过在上述条件下UV辐射结合高温进行，尤其是通过UV辐射结合IR辐射。

其中首先通过IR辐射随后通过UV辐射进行固化的方法是特别优选的。特别地，覆盖层首先通过IR辐射1至5分钟，随后通过UV辐射30至60秒进行固化。在这些条件下，覆盖层获得优异的防污性能，同时保持高透明度和机械稳定性。

在施加和可能的固化之后，覆盖层优选地具有1μm至100μm的厚度，特别优选地2μm至20μm。

本文描述的装饰部件包括基底层和施加到基底层上的装饰层。该结构限定了装饰部件的可见侧和安装侧。可见侧是装饰层的装饰表面可见的一侧。安装侧是与可见侧相对的一侧，其上施加有基本上平坦的基底层。

基底层优选由塑料形成，尤其是热固性或热塑性塑料。用于基底层的适当材料包括聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、苯乙烯-马来酸酐(SMA)、聚丙烯醚(PPE)、聚苯醚(PPO)或这些塑料中的几种的混合物。比如PC和ABS的共混物，ABS和PA的共混物，或者PC和SAN的共混物都特别适合。特别优选地，基底层包括TPU与一种或更多种其他塑料，尤其是一种或更多种上述塑料的共混物。

基底层的塑料可以包括另外的添加物。例如，塑料可以用玻璃纤维、碳纤维或天然纤维增强。优选地，塑料是玻璃纤维增强的塑料。此外，可以包括填料，比如二氧化硅或炭黑。基底层可以与基底一体地形成，优选地通过注射成型形成基底和基底层的塑料材料。基底通常具有从其后侧突出的至少一个安装突起，该至少一个安装突起可以由形成基底的塑料材料或通过包覆成型附接到基底的紧固件(比如螺钉或螺栓)形成。

装饰层可以由例如木质薄板、金属、纸、塑料或织物形成。优选地，木质薄板是真正的木质薄板，优选为珍贵的木质薄板。木质薄板可以在安装侧与附加的盲薄板(blindveneer)连结，装饰性木质薄板和盲薄板例如借助用苯酚-三聚氰胺树脂浸渍的毛绒布(fleece)或一层胶连结。如果装饰层由金属形成，则铝、钢和铜尤其适合于此目的。金属优选为薄片金属。所用的织物可以是由天然或合成纤维、玻璃、碳、凯夫拉尔(Kevlar)织物、金属或金属化织物制成的纺织织物，或由上述几种织物制成的混合织物，其可以紧密或广泛地交织，从而使其后面的层可见，例如装饰层后面的基底层。

装饰层的厚度优选在0.1mm至2mm的范围内，特别优选地0.3mm至0.7mm。

装饰层优选地具有亲水表面，以提高装饰层和直接连接到装饰层的其它层之间的粘附性。此外，装饰层优选地具有开孔的表面，以便在装饰层和直接结合到装饰层的其它层之间获得更大的接触面积。

在优选实施例中，装饰层由铝制成。优选地，在该实施例中，涂层材料直接施加到铝装饰层上。

在一个实施例中，装饰部件包括中间层，该中间层被施加到装饰层的可见侧，并且涂层材料被施加到该中间层。优选地，使用由热塑性或热固性材料制成的至少一个中间层。所使用的热塑性材料是例如含聚甲基丙烯酸甲酯的组合物，所使用的热固性塑料是例如含聚氨酯的组合物。特别优选地使用含聚甲基丙烯酸甲酯的中间层。中间层是至少局部半透明的，以确保装饰层的可见性。中间层可以是无色的或有色的。

设置中间层(尤其是含聚甲基丙烯酸甲酯或聚氨酯的中间层)改善了覆盖层的光泽性能并允许产生高光泽的表面。此外，中间层(尤其是含聚甲基丙烯酸甲酯或聚氨酯的中间层)改善了覆盖层的粘附性和机械稳定性。

如果装饰层由木质薄板、纸、塑料或织物形成，则中间层是特别有利的。如果装饰层由金属(尤其是铝)形成，则中间层可以省去。

根据本发明，装饰部件被设置为包括基底层、装饰层和任何中间层的模制部件，并且涂层材料被施加到该模制部件的可见侧。因此，装饰部件优选地已经具有其最终形状。以这种方式，可以省去后续的模制步骤。优选地，在施加涂层材料之后，不进行进一步的成型步骤。

为了生产装饰部件，装饰层优选地形成为预成型件。该预成型件的形状基本上对应于后续装饰部件的形状。预成型件在适当的压模中生产。在该形成过程之前、期间或之后，装饰层可以连结到基底层。

装饰层和基底层通过已知的方法连结，尤其是通过压制或注射成型方法。例如，装饰层可以被压制到基底层上，尤其是SMC(片状模塑料)或GMT(玻璃纤维毡增强热塑性复合材料)被用作压制方法。替代地，基底层也可以注射成型到装饰层上。也可以使用反应注射成型方法注射基底层。

在注射成型方法的情况下，装饰层优选地在连结到基底层之前形成预成型件，其形状基本上对应于后面的装饰部件。随后可以将基底层注射到预成型件上，其中该预成型件用作决定装饰部件的最终形状的模具。

在压制处理的情况下，形成装饰层并且将其连结到基底层可以在单个步骤中进行。为此，装饰层和基底层被制备成平坦的平面形式并压制在一起。替代地，装饰层也可以在连结到基底层之前形成预成型件。为了使装饰层和基底层能够被压制在一起，在这种情况下，基底层也优选地在连结之前形成相应的预成型件。

为了增加装饰层和基底层之间的粘附性，粘附促进剂优选地在装饰层连结到基底层之前施加到装饰层的安装侧。粘附性促进剂例如是胶或反应性热熔粘合剂。金属制成的装饰层尤其如此。如果装饰层是在安装侧具有盲薄板的木质薄板，则浸渍有苯酚-三聚氰胺树脂的毛绒布或胶也可以放置在装饰层的安装侧。

如果将中间层(尤其是聚甲基丙烯酸甲酯或含聚氨酯的中间层)施加到装饰层上，这优选在装饰层形成之后进行。例如，中间层可以通过注射成型来施加。因此，中间层可以直接施加到预先形成的装饰层上，并且不必随后再次形成。随后将覆盖层施加到中间层上，而覆盖层不必再次变形。

中间层优选地在洁净室中与覆盖层一起施加。优选地，中间层通过注射成型来施加。优选地，涂覆有中间层的模制部件借助机械臂从注射模具中移除，并使用上述方法直接涂覆涂层材料。如上所述，如此产生的覆盖层优选地在洁净室中固化，并且随后从洁净室中排出。

Claims

1.一种用于生产具有覆盖层的装饰部件的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有安装侧和可见侧的模制部件，其中，所述模制部件包括安装侧上的基底层和可见侧上的装饰层；以及

将涂层材料施加到所述模制部件的可见侧以形成所述覆盖层，

其特征在于，所述涂层材料通过打印头施加。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述打印头产生用于施加涂层材料的涂层材料射流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述打印头产生涂层材料的液滴射流。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述打印头具有用于通过按需滴注法产生液滴射流的压电装置，并且具有2至6000个喷嘴，并且产生平均液滴体积为1pl至300pl且液滴速率为1kHz至200kHz的液滴射流。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述打印头和/或所述模制部件在涂层材料的施加期间相各自附接到可移动机械臂，并且相对于彼此移动。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用至少一个打印头，其在多道次过程中操作，或者使用多个打印头，每个打印头在单道次过程中操作。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用多个打印头，所述多个打印头的三维布置适应于所述模制部件的几何形状。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述涂层材料包括聚硅氮烷和/或聚硅氧烷。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂层材料在施加期间具有2mPa·s至200mPa·s的粘度。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述覆盖层在施加后热固化和/或通过UV辐射固化。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装饰层由木质薄板、金属、纸或织物形成。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模制部件包括施加到所述装饰层的可见侧的中间层。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述中间层包括聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚碳酸酯。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述中间层通过注射成型施加，其中，所述中间层的施加优选地在洁净室中与所述涂层材料的施加一起进行，并且所述涂层材料优选地在注射成型后立即施加到所述中间层。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂层材料包括聚硅氮烷和/或聚硅氧烷，并且所述模制部件包括施加到所述装饰层的可见侧的中间层，其中，所述中间层包括聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚碳酸酯。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述中间层通过注射成型施加。