DE102004002385A1

DE102004002385A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils und Formteil

Info

Publication number: DE102004002385A1
Application number: DE200410002385
Authority: DE
Inventors: Rainer Weiss
Original assignee: WEISS KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Current assignee: WEISS KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, bestehend aus einem Stoffverbund aus mindestens zwei verschiedenen Materialien, wobei das eine Material eine Folie und das andere Material ein aushärtbarer Kunststoff ist, ist zum Erhalt einer quasi veredelten Oberfläche derart ausgestaltet, dass der Folie eine Form vermittelt wird und der Kunststoff unter Ausbildung eines Stoffverbundes auf die Folie aufgebracht wird und unter Beibehaltung der vermittelten Form auf der Folie aushärtet. Ein entsprechendes Formteil wird nach dem Verfahren gefertigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils bestehend aus einem Stoffverbund aus mindestens zwei verschiedenen Materialien, wobei das eine Material eine Folie und das andere Material ein aushärtbarer Kunststoff ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Formteil, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Verfahren zur Herstellung von Formteilen und die damit hergestellten Formteile der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und finden ihre Anwendung in der Automobilindustrie der Medizin-, Maschinen-, Anlagen- und der Bautechnik, womit das Anwendungsgebiet dieser Teile fast unbegrenzt ist. Besonders in der Automobilindustrie leisten diese Formteile zum einen einen wesentlichen Beitrag zur Erfüllung ökologischer und ökonomischer Anforderungen, indem sie das Gewicht der Fahrzeuge bei Verwendung als Karosserieaußenteile verringern und somit den Kraftstoffverbrauch senken und können zum anderen aufgrund ihrer einfachen Formgebung für die immer aufwendiger werdende Gestaltung der Innenräume der Fahrzeuge sowie für technische Motorenelemente verwendet werden. Bei all den bekannten Verfahren zur Herstellung von Formteilen und den mit diesen Verfahren hergestellten Formteilen ist nachteilig, dass die Formteile für die Oberflächenveredelung – quasi in einem zusätzlichen Verfahrensschritt – lackiert oder mit einer Folie verklebt werden müssen. Dabei müssen bis zur endgültigen Fertigstellung des Formteils mehrere Arbeitsschritte an unterschiedlichen Arbeitsplätzen durchgeführt werden. Darüber hinaus müssen an den zusätzlichen Arbeitsplätzen Lösungsmitteldämpfe, wie sie z.B. beim Lackieren oder beim Verkleben des Formteils mit einer Folie auftreten, abgesaugt werden, um ein Gesundheitsrisiko auszuschließen. Sind solche Vorkehrmaßnahmen nicht möglich, muss mit Schutzkleidung, wie zum Beispiel Atemmasken oder Schutzbrillen, an diesen Arbeitsplätzen gearbeitet werden. Daher sind die bekannten Verfahren zur Herstellung von oberflächenveredelten Formteilen sehr aufwendig und dadurch kostenintensiv und stellen zudem ein durch die Schadstoffbelastung in Form von freiwerdenden Lösungsmitteldämpfen nicht ganz unerhebliches Gesundheitsrisiko dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils und ein Formteil der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ein oberflächenveredeltes Formteil kostengünstig und ohne Ver wendung von lösungsmittelhaltigen Substanzen in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist das Verfahren derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Folie eine Form vermittelt wird und dass der Kunststoff unter Ausbildung eines Stoffverbundes auf die Folie aufgebracht wird und unter Beibehaltung der vermittelten Form auf der Folie aushärtet. Des Weiteren ist die voranstehende Aufgabe durch ein Formteil gemäß Patentanspruch 30 gelöst, nämlich unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass ein Kunststoff, der auf eine Folie aufgebracht wird, mit der Folie einen Stoffverbund ausbildet, während er auf der Folie aushärtet. Darüber hinaus ist erkannt worden, dass das Aushärten des Kunststoffs die der Folie vermittelte Form nicht beeinflusst, so dass die Folie als Oberfläche für den Kunststoff verwendet werden kann, wodurch eine weitere Bearbeitung des Formteils für eine Oberflächenveredelung überflüssig wird.

Folglich ist ein Verfahren angegeben, mit dem ohne Verwendung von lösungsmittelhaltigen Substanzen ein oberflächenveredeltes Formteil an ein und demselben Arbeitsplatz hergestellt werden kann.

Es ist denkbar, dass zwischen der Folie und dem Kunststoff ein mechanischer Verbund durch makro- oder mikromechanische Verankerungen hergestellt wird. Die Folie könnte aber auch durch spezifische Adhäsion mit dem Kunststoff verbunden sein. Zudem könnte beim Aufbringen des Kunststoffs auf die Folie und mit dem Beginn der Polymerisation des Kunststoffs eine chemische Reaktion zwischen der Oberfläche der Folie und dem Kunststoff ausgelöst werden, wodurch ein chemischer Stoffverbund zwischen der Folie und dem Kunststoff ausgebildet wird. Zusätzlich zu den schon genannten Verbindungen könnte der Stoffverbund durch physikalische Bindekräfte hergestellt werden. Voraussetzung dafür wäre, dass die Folie den Kunststoff völlig spaltenfrei berührt, woraus physikalische Nebenvalenzkräfte entstehen, wodurch die Folie mit dem Kunststoff verbunden wird.

Zur Ausbildung eines festen Stoffverbundes könnte die dem Kunststoff zugewandte Fläche der Folie durch mechanische oder chemische Oberflächenbearbeitung oberflächenkonditioniert werden. Die Aktivierung der Oberfläche würde die Benetzbarkeit der Folie erhöhen, womit die Qualität des Stoffverbunds zwischen der Folie und dem aufgebrachten Kunststoff verbessert werden kann. Eine makro- und/oder mikromechanische Behandlung der Oberfläche der Folie, wie zum Beispiel eine Aufrauung der Oberfläche, würde zudem die mechanische Verankerung und somit den mechanischen Stoffverbund begünstigen.

Für die Formvermittlung könnte die Folie in ein Teil eines, aus mindestens zwei Teilen bestehenden Werkzeugs eingelegt werden. Im einfachsten Fall könnte das Werkzeug aus zwei Schalen bestehen, wobei die eine Schale derart in die andere Schale greift, dass ein geringer Spalt zwischen den Wandungen der beiden Schalen entsteht, der zur Einstellung der Schichtdicke des Kunststoffs verwendet wird. Für das Einlegen der Folie sollte das Werkzeug zu öffnen sein, damit zum einen das Auflegen der Folie in die eine Schale des Werkzeugs ermöglicht wird und zum anderen das fertige Formteil nach dem Aushärten aus dem Werkzeug entfernbar ist. Zusätzlich ist denkbar, dass die Folie durch in das Werkzeug eingearbeitete Vakuumdüsen an die Wandung der Schale angesaugt und so eine exakte Abbildung der Oberfläche des Werkzeugs erzielt wird, wodurch die Folie zum einen ihre Form erhält und zum anderen jede durch die Wandung der Schale vermittelte Oberflächenstruktur annimmt.

Vor diesem Hintergrund könnte die Folie im Handauflegeverfahren in die Form eingelegt werden, was besonders die Herstellung von Prototypformteilen oder die Fertigung von Formteilen in Kleinserien begünstigt. Nach dem Einlegen per Hand bietet es sich des Weiteren an, per Vakuum-Tiefziehverfahren die Folie anzuformen. Für eine industrielle Fertigung von Formteilen in Großserien könnte die Folie aber auch maschinell in die Form eingelegt werden.

Ist die Folie in die eine Schale des Werkzeugs eingelegt, könnte das Werkzeug mit der zweiten Schale verschlossen werden, um den Kunststoff einzufüllen. Die in einem solchen geschlossenen System bei der Reaktion des Kunststoffs oder bei der chemischen Ausbildung des Stoffverbundes mit der Folie eventuell in Form von Gasen auftretenden Schadstoffe könnten gezielt abgesaugt und über ein Filtersystem gereinigt werden, so dass eine Schadstoffbelastung und somit ein gesundheitliches Risiko am Arbeitsplatz praktisch ausgeschlossen ist.

Die Folie könnte aus einem Polymer hergestellt werden. In Betracht kommen alle Polymerfolien, so zum Beispiel auch thermochrome, photochrome, und elektrochrome Polymerfolien.

In besonders vorteilhafter Weise könnte die Folie aus Polyolefin, wie zum Beispiel aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Ethylen-Vinylacetat (EVA), Ethylen-Acrylester (AEM) oder Polyolefin-Elastomeren (TPO) hergestellt werden. Polystyrole kommen ebenso in Frage, so beispielsweise aus thermoplastischen Styrolen (TPS). Die TPO-Folie zeichnet sich hierbei besonders durch ihre gute Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen, physikalischen und chemischen Einflüssen aus. Des Weiteren eignet sich die TPO-Folie besonders gut als Oberfläche für einen auf die Folie aufgebrachten flüssigen und auf der Folie aushärtbaren Kunststoff, da ihre durch das Werkzeug vermittelte Form nicht durch die Aushärtreaktion des Kunststoffs in der Weise leidet, dass sich die Folie zusammenzieht oder ihre durch die Wandung des Werkzeugs vermittelte Oberflächenstruktur verliert.

Vor dem Hintergrund einer einfachen farblichen Abstimmung der Folie an die Farbvorgaben, z.B. von Automobilherstellern, könnte die Folie beliebig einfärbbar sein. Dazu könnten Farbpigmente in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis dem Ausgangsmaterial der Folie beigemengt werden.

Zur Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften der in diesem Verfahren verwendeten Folie, wie zum Beispiel der Reißfestigkeit und der Schlagzähigkeit, könnten Additive der Folie beigemengt werden.

Die verwendete Folie könnte eine Schichtdicke von 0,4 mm bis 5 mm haben. Die Schichtdicke der Folie wird hierbei vom Einsatzgebiet des Formteils bestimmt. Zum einen lässt sich durch die Verarbeitung einer sehr dünnen Folie Gewicht einsparen, was besonders bei der Verwendung von Formteilen als Karosserieteile von Kraftfahrzeugen einen Beitrag zur Erfüllung ökologischer und ökonomischer Anforderungen leistet, da durch die Verringerung des Gewichts der Fahrzeuge der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden könnte. Zum anderen könnte die Folie als Oberflä che für ein Formteil in einer stationär betriebenen und stark beanspruchten Anlage dienen, wobei die Verwendung einer dickeren Folie von Vorteil wäre, da dadurch der unter der Folie liegende Kunststoff besser geschützt wird.

In besonders raffinierter Weise könnte die Folie in dem Werkzeug geprägt werden. Das daraus resultierende Oberflächenfinish, wie z.B. Narbeneffekte, Ledereffekte und andere Strukturen könnten so in der Oberfläche des Formteils ausgebildet werden, was eine verbesserte Kratzfähigkeit und mechanische Beanspruchbarkeit der Oberfläche bewirkt.

Die Folie könnte zwei unterschiedliche Oberflächen aufweisen, wobei die eine Oberfläche für die Oberflächenveredelung des Formteils und die andere Oberfläche zur Ausbildung des Stoffverbunds mit dem Kunststoff dient. Dabei könnte die zur Ausbildung des Stoffverbunds dienende Oberfläche der Folie mechanisch oder chemisch präpariert sein, um eine verbesserte Verbindung mit dem Kunststoff eingehen zu können.

Bei dem verwendeten Kunststoff könnte es sich um einen Integral-Weichschaum oder einen Integral-Hartschaum handeln. Hierbei ist auf die spätere Verwendung des Formteils abzustellen. Der Integral-Hartschaum könnte zum Beispiel für ein Formteil, zum Beispiel ein Gerätegehäuse oder ein Karosserieteil, verwendet werden, wogegen sich der Integral-Weichschaum für ein als eine Armlehne oder als eine Sitzfläche ausgebildetes Formteil verwenden lässt.

In besonders vorteilhafter Weise könnte der Kunststoff aus Dicyclopentadien (DCPD) hergestellt werden. DCPD eignet sich besonders im Fahrzeugbau für Dachverkleidungen, Karosserieverkleidungen, Stoßfänger, Motorhauben und Kotflügel und kann darüber hinaus im Maschinen- und Gerätebau für Verkleidungsteile, Abdeckhauben, Gehäuse und den Behälterbau eingesetzt werden. Vorteilhaft ist die Verwendung von Dicyclopentadien auch dahingehend, dass das Dicyclopentadien bei der Polymerisation zu p-DCPD (poly-Dicyclopentadien) einen festen Stoffverbund mit einer Polyolefinfolie insbesondere mit der TPO-Folie oder einer TPS-Folie ausbildet.

Der Kunststoff könnte aus mehreren Komponenten hergestellt werden. Denkbar ist, dass das DCPD in einem Mischungsverhältnis 1:1 von DCPD enthaltend einen Katalysator und DCPD enthaltend einen Aktivator (Reaktionsbeschleuniger) gemischt wird. Die für den Kunststoff verwendeten Komponenten könnten sowohl in dem Werkzeug gemischt werden, woraus eine hohe Abbildungsgenauigkeit mit guter Reproduzierbarkeit resultiert, als auch in einem dem Werkzeug vorgeschalteten Mischer gemischt werden. Der Einsatz von ausgewählten Katalysatorsystemen und Reaktionsbeschleunigern ermöglicht es, den Vernetzungsgrad und die Reaktionszeit gezielt zu steuern. Für eine Großserienproduktion könnte so ein hoher Vernetzungsgrad bei kurzen Reaktionszeiten erzielt werden. Im Speziellen könnte der Kunststoff im Reaktions-Spritzgießverfahren in das Werkzeug und somit auf die Folie aufgebracht werden.

Der Kunststoff könnte mit einer Schichtdicke von 2 mm bis 40 mm hergestellt werden. Je nach Anwendungsgebiet könnten so Formteile mit unterschiedlicher Stabilität und unterschiedlichem Teilegewicht hergestellt werden.

Bei der Herstellung der Formteile könnten Einlegeteile aus Metall und/oder Holz und/oder Kunststoff zur Aussteifung und zur Erhöhung der Stabilität des Formteils in den Kunststoff eingegossen werden. Neben der erhöhten Stabilität des Formteils würde sich so auch die Möglichkeit ergeben, Einlegeteile über den Kunststoff – als Klebemittel – mit der Folie zu verbinden.

In vorteilhafter Weise könnte das Formteil als Bauteil für die Medizin-, Fahrzeug-, Maschinen-, Anlagen- und Bautechnik verwendet werden. Der daraus resultierende Anwendungsbereich ist damit praktisch unbegrenzt.

Auch ist es denkbar, ein Formteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen, wonach die Folie und der Kunststoff einen Stoffverbund bilden.

Abschließend sei angemerkt, dass es zahlreiche Möglichkeiten gibt, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erörterung der beanspruchten Lehre, schränken diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele ein.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Formteils bestehend aus einem Stoffverbund aus mindestens zwei verschiedenen Materialien, wobei das eine Material eine Folie und das andere Material ein aushärtbarer Kunststoff ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Folie eine Form vermittelt wird und dass der Kunststoff unter Ausbildung eines Stoffverbundes auf die Folie aufgebracht wird und unter Beibehaltung der vermittelten Form auf der Folie aushärtet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffverbund als mechanischer Verbund hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffverbund als adhäsiver Verbund hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffverbund als chemischer Verbund hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffverbund durch physikalische Bindekräfte hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kunststoff zugewandte Fläche der Folie für den Stoffverbund oberflächenkonditioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie in das eine Teil eines aus mindestens zwei Teilen bestehenden geöffneten Werkzeugs eingelegt und mittels eines Vakuums an die Wandung des Werkzeugs angesaugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie im Handauflegeverfahren in das Werkzeug eingelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff nach dem Verschließen des Werkzeugs in das Werkzeug eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus einem Polymer hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus Polyolefin, insbesondere aus TPO, oder aus Polystyrol, insbesondere aus TPS, hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie beliebig eingefärbt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Folie Additive zugemischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mit einer Schichtdicke von 0,4 mm bis 0,8 mm hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie im Werkzeug geprägt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mit zwei unterschiedlichen Oberflächen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff als Integral-Weichschaum hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff als Integral-Hartschaum hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus DCPD hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus mehreren Komponenten hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten im Werkzeug gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten in einem dem Werkzeug vorgeschalteten Mischer gemischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass für die Reaktion ein Katalysatorsystem verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass für die Reaktion ein Reaktionsbeschleuniger verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff im Reaktions-Spritzgiessverfahren in das Werkzeug und auf die Folie aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff mit einer Schichtdicke von 3 mm bis 30 mm hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kunststoff Einlegeteile eingegossen werden.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass Einlegeteile aus Metall und/oder Holz und/oder Kunststoff verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil als Bauteil für die Medizin-, Fahrzeug-, Maschinenbau-, Anlagen- und Bautechnik hergestellt wird.
Formteil bestehend aus einer Folie und einem Kunststoff, das nach dem in einem der Ansprüche 1 bis 29 genannten Verfahren hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie und der Kunststoff einen Stoffverbund ausbilden.