DE10120463B4

DE10120463B4 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit einer mikrostrukturierten, hinterspritzten Folienschicht, insbesondere einer Abdeckplatte vor einer Anzeige eines Autoradios

Info

Publication number: DE10120463B4
Application number: DE10120463.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hruschka Martin; Heinrich Flohr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: DE10120463A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit einer mikrostrukturierten, hinterspritzten Folienschicht, insbesondere einer Abdeckplatte vor einer Anzeige eines Autoradios, wobei – in ein Formteil (1) mit einer Fläche (5), die eine Mikrostruktur (6) mit halbkugelförmigen Vertiefungen aufweist, eine aus transparentem Material bestehende Folie (2), bestehend aus einer abriebfesten Schicht (3) und einer Trägerschicht (4), eingelegt wird, dann – das Formteil (7) mit einer Erweiterung (9) in die U-förmige Öffnung des Formteiles (1) teilweise eingebracht wird, wodurch ein Füllraum (13) in der Form (1, 7) gebildet und die Form (1, 7) geschlossen wird, dann – in den Füllraum (13) durch eine Öffnung (8) das Kunststoffmaterial (11) unter Druck eingespritzt wird, wobei sich der Kunststoff (11) mit der Trägerschicht (4) verbindet und die Schicht (3) gegen die Mikrostruktur (6) der Formhälfte (1) gepresst wird, in deren Folge in die Schicht (3) die Mikrostruktur (6) eingeprägt wird, dann – die Form (1, 7) geöffnet und das Kunststoffbauteil (22) entnommen wird, worauf dann – die Schicht (3) des Kunststoffbauteils 22 durch ultraviolette Strahlung gehärtet wird und dann – eine Entspiegelungsschicht aus SiO2 oder TiO2 aufgedampft wird, wodurch die Reflexivität verringert wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit einer mikrostrukturierten, hinterspritzten Folienschicht, insbesondere einer Abdeckplatte vor einer Anzeige eines Autoradios, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der US 5 837 086 A ist bereits ein Spritzgussverfahren bekannt, bei dem auf ein mit dem Spritzgussverfahren hergestelltes Kunststoffmaterial zur elektrischen Abschirmung eine Metallfolie bzw. ein Plastiklaminat bei der Formbildung des Kunststoffteils während des Spritzgussverfahrens aufgebracht wird. Ferner ist bekannt, insbesondere transparente Kunststoffteile zur Abdeckung oder zur Hinterleuchtung von Anzeigen aus einem Kunststoffmaterial zu fertigen und insbesondere in einem Spritzgussverfahren herzustellen. Ferner ist bekannt, auf Oberflächen Strukturen anzubringen, um Oberflächenreflexionen zu vermeiden. Insbesondere sind hierzu sogenannten Mottenaugenstrukturen bekannt, bei denen die Oberfläche mit halbkugelförmigen Mikrostrukturen besetzt ist. Ferner ist als sogenannter Lotuseffekt eine im Mikrobereich möglichst rauhe Oberfläche bekannt, die so rauh ausgeführt ist, dass Schmutz sich an der rauhen Oberfläche nicht ansetzen kann. Auch sind Mikroprismenstrukturen bekannt, die dazu dienen, entweder in ein Kunststoffteil eingekoppeltes Licht umzulenken bzw. um aus dem Kunststoffteil abzustrahlendes Licht in eine Vorzugsrichtung zu lenken. Herkömmliche Kunststoffmaterialien, z. B. Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyethylen (PE) oder Polyvinylchlorid (PVC) haben dabei den Nachteil, dass derartige Mikrostrukturen zwar ausformbar sind, diese jedoch gegenüber mechanischer Beschädigung, so z. B. Stoß oder Abrieb, oder Verschmutzung nicht beständig sind. Insbesondere können diese aus den genannten Kunststoffen geformten Mikrostrukturen leicht verkratzen, z. B. bei einem Reinigungsvorgang. Es sind ferner Kunststoffmaterialien bekannt, die eine hohe Abriebfestigkeit aufweisen, so z. B. organische Siliziumpolymere, die jedoch nach einer Härtung spröde sind und daher nicht mehr auf ein zu schützendes Kunststoffmaterial aufgebracht werden können, nach dem eine Mikrostruktur haltbar angeformt wurde.
Die EP 0 320 925 B1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen mit dekorativ geprägter Oberflächenbeschichtung. Dazu wird eine Folie in ein Formteil mit einer entsprechend strukturierten Innenoberfläche eingelegt. Anschließend wird das Formteil geschlossen und in einem Spritzgießverfahren ein fließfähiger Kunststoff in den entstandenen Füllraum eingespritzt, sodass die Folie auf die strukturierte Innenoberfläche gepresst wird. Auf diese Weise kann eine dekorative Oberflächenstrukturierung auf die Folie übertragen werden.
Aus der Schrift „Mikrostrukturierte Funktionsoberflächen spritzgießen” (Walter Michaeli, Alrun Spennemann, Aachen, Kunststoffe, Jg. 90(2000)9, S. 52–57) sind verschiedene Spritzgießverfahren zur Herstellung von Kunststoffen mit Oberflächenstrukturen im Mikrobereich bekannt.
Aus der Schrift „Spritzgießen im Nanobereich” (Alessandro D'Amore, David Simoneta, Wolfgang Kaiser, Helmut Schift, Markus Gabriel, Kunststoffe, Jg. 90(2000)6, S. 52–55) ist ein Replikationsverfahren zur Herstellung von Kunststoffen mit nanostrukturierten Oberflächen bekannt, bei dem ein entsprechend strukturierter Siliziumwafer als Master- oder Kalibrierstruktur verwendet wird.
Die JP H08-283 199 A beschreibt ein Fullerenderivat, das durch Photopolymerisation mit UV-Licht gehärtet werden kann, um eine Polymerverbindung, beispielsweise ein Siliziumpolymer, zu erhalten.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass bei einer Verbindung einer schützenden Folie mit einem Kunststoffmaterial in einem Werkzeug bei dem Verbindungsvorgang direkt eine Mikrostruktur in die Folie eingebracht wird. Hierdurch wird vermieden, dass nach dem Einbringen einer Mikrostruktur noch ein zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich ist, mit dem eine Schutzabdeckung auf ein zu schützendes Kunststoffmaterial aufgebracht wird.
Besonders vorteilhaft ist, die Mikrostruktur als eine Mottenaugenstruktur auszuführen, da hierdurch die Oberflächenreflexivität gesenkt wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, das Kunststoffmaterial mittels Spritzguss in das Werkzeug einzubringen, da hierdurch neben der Ausformung der Mikrostrukturen eine Formgebung eines durch das Kunststoffmaterial gebildeten Bauteils erfolgen kann.
Weiterhin ist vorteilhaft, die Folie zumindest teilweise aus einem abriebfesten Material, insbesondere aus einem organischen Siliziumpolymer, zu fertigen, da hierdurch das darunter liegende Kunststoffmaterial geschützt und die Mikrostruktur damit haltbar wird.
Weiterhin ist vorteilhaft, bei einer Verbindung des Kunststoffmaterials mit der Folie beide zu erwärmen, um eine optimale Verbindung, vorzugsweise durch Anschmelzen, zu erhalten, so dass insbesondere ein optischer Kontakt zwischen der Folie und dem Kunststoffmaterial hergestellt wird.
Weiterhin ist vorteilhaft, die Folie und/oder das Kunststoffmaterial nach dem Verbinden zu härten, um die Festigkeit der angeordneten Mikrostruktur zu erhöhen.
Weiterhin ist vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Anzeigenabdeckung zu verwenden, da für eine Anzeigenabdeckung einerseits eine niedrige Oberflächenreflexivität und andererseits eine hohe Abriebfestigkeit zu gewährleisten sind.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ein Werkzeug mit einer Folie in einem ersten Schritt des Verfahrens, 2 das Werkzeug mit der Folie und einem Kunststoffmaterial in einem zweiten Verfahrensschritt. 3 zeigt eine gefertigte Anzeigenabdeckung in einem elektrischen Gerät.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Folie kann mit dem Kunststoffmaterial auf verschiedene Weise verbunden werden, z. B. durch Aneinanderpressen und zeitgleichem Erwärmen, durch Ultraschallschweißen oder durch Laserschweißen. Im Folgenden wird als ein Ausführungsbeispiel die Verbindung der Folie mit dem Kunststoffmaterial am Beispiel eines Spritzgussverfahrens erläutert.
In der 1 ist ein erster Verfahrensschritt des Verfahrens dargestellt. In ein erstes Formteil 1 eines Werkzeugs ist eine Folie 2 eingelegt, die eine erste Schicht 3 und eine zweite Schicht 4 aufweist. Die erste Schicht 3 ist aus einem abriebfesten Kunststoffmaterial gefertigt, z. B. einem organischen Siliziumpolymer, bei dem in das aus dem Siliziumoxid gebildeten Gitter Kohlenwasserstoffketten eingebaut sind. Die zweite Schicht 4 ist eine Trägerschicht, auf die die erste Schicht 3 dünn auflaminiert ist. Das erste Formteil 1 bildet eine U-Form aus, wobei auf einer Bodenfläche 5 des ersten Formteils eine Mikrostruktur 6 angeordnet ist. Die Mikrostruktur 6 weist halbkugelförmige Vertiefungen auf, deren Durchmesser in einem ersten Ausführungsbeispiel kleiner als die Wellenlänge sichtbaren Lichts sind und die z. B. zwischen 100 nm und 300 nm liegen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Durchmesser der Halbkugeln jedoch auch in einem Bereich von 500 nm bis zu 50 μm liegen. In die U-förmige Öffnung des ersten Formteils des Werkzeugs wird ein zweites Formteil 7 eingebracht, das eine Öffnung 8 zum Einfügen von Kunststoffmaterial aufweist. Eine Erweiterung 9 des zweiten Formteils 7 ragt dabei in die von dem ersten Formteil gebildete, U-förmige Öffnung hinein.
In der 2 schließt das zweite Formteil 7 bündig an das erste Formteil 1 an. Übergange 10 zwischen den Formteilen 1, 7 dichten einen Füllraum 13 ab. Über die Öffnung 8 wird ein erwärmtes Kunststoffmaterial 11 in den zwischen der Erweiterung 9 des zweiten Formteils 7 und dem ersten Formteil 1 gebildeten Füllraum 13 unter Druck durch die Öffnung 8 eingespritzt. Das Kunststoffmaterial 11 ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Polymethylmethacrylat (PMMA). Durch den Druck und die Erwärmung verbindet sich das Kunststoffmaterial entlang einer gestrichelt eingezeichneten Linie 12 mit der zweiten Schicht 4 der Folie 2. Die erste Schicht 3 wird gegen die Mikrostruktur 6 gepresst, wobei sich bei der Erwärmung und dem entsprechenden Druck die Mikrostruktur 6 in die erste Schicht 3 einprägt. Die erste Schicht 3 ist in dem gewählten Ausführungsbeispiel ebenso wie die zweite Schicht 4 aus einem transparenten Material gefertigt. Nach einem Abkühlen ist das zweite Formteil 7 von dem ersten Formteil 1 abnehmbar, so dass ein durch das Kunststoffmaterial 11 gebildetes Kunststoffbauteil aus der U-förmigen Form des ersten Formteils 1 entnehmbar ist. Im Anschluss daran wird insbesondere die erste Schicht 3 durch Einstrahlen ultravioletter Strahlung gehärtet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann zusätzlich, z. B. durch Aufdampfen, eine Entspiegelungsschicht aufgebracht werden, z. B. aus SiO₂ oder aus TiO₂. In einem weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können auch in den Mottenaugenstrukturen in vergleichbaren Größen Mikroprismen mit z. B. dreieckigem, quaderförmigem oder trapezförmigem Querschnitt in die Folie eingeformt werden. Dabei ist sowohl eine Ausformung inverser Prismen möglich, die als Vertiefungen in die erste Schicht 3 eingeformt werden, als auch die Anordnung von Prismen, die über eine übrige Oberfläche der ersten Schicht 3 erhaben ausgebildet sind.
In der 3 ist das gemäß dem anhand der 1 und 2 erläuterten Verfahren gefertigte Kunststoffteil 22 in ein Gehäuse 20 einer Anzeigevorrichtung, z. B. eine Anzeige eines Autoradios, eingefügt. In dem Gehäuse 20 ist eine Anzeigeeinheit 21, vorzugsweise eine Flüssigkristallanzeige, angeordnet, die über Lichtquellen 23 hinterleuchtet wird. Das aus dem Kunststoffmaterial 11 gebildete Kunststoffteil 22 ist als eine Abdeckplatte vor der Anzeigeeinheit 21 angeordnet, wobei die Mikrostruktur 6 einem Benutzer zuweist. Durch die an das Kunststoffteil 22 angeformten Halbkugeln ist die Reflexivität des Kunststoffteils 22 stark verringert, während durch die abriebfeste Ausführung der Mikrostrukturen 6 auch bei einer Berührung bzw. bei einer Reinigung der Abdeckplatte die Mikrostrukturen des Kunststoffteils nicht beschädigt werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit einer mikrostrukturierten, hinterspritzten Folienschicht, insbesondere einer Abdeckplatte vor einer Anzeige eines Autoradios, wobei – in ein Formteil (1) mit einer Fläche (5), die eine Mikrostruktur (6) mit halbkugelförmigen Vertiefungen aufweist, eine aus transparentem Material bestehende Folie (2), bestehend aus einer abriebfesten Schicht (3) und einer Trägerschicht (4), eingelegt wird, dann – das Formteil (7) mit einer Erweiterung (9) in die U-förmige Öffnung des Formteiles (1) teilweise eingebracht wird, wodurch ein Füllraum (13) in der Form (1, 7) gebildet und die Form (1, 7) geschlossen wird, dann – in den Füllraum (13) durch eine Öffnung (8) das Kunststoffmaterial (11) unter Druck eingespritzt wird, wobei sich der Kunststoff (11) mit der Trägerschicht (4) verbindet und die Schicht (3) gegen die Mikrostruktur (6) der Formhälfte (1) gepresst wird, in deren Folge in die Schicht (3) die Mikrostruktur (6) eingeprägt wird, dann – die Form (1, 7) geöffnet und das Kunststoffbauteil (22) entnommen wird, worauf dann – die Schicht (3) des Kunststoffbauteils 22 durch ultraviolette Strahlung gehärtet wird und dann – eine Entspiegelungsschicht aus SiO₂ oder TiO₂ aufgedampft wird, wodurch die Reflexivität verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmigen Vertiefungen einen Durchmesser kleiner als die Wellenlänge sichtbaren Lichts, zwischen 100 nm und 300 nm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmigen Vertiefungen einen Durchmesser größer als die Wellenlänge sichtbaren Lichts, zwischen 780 nm bis 50 μm aufweisen.