DE102005006459A1

DE102005006459A1 - Metallisiertes Kunststoffbauteil mit einem Anzeigebereich und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102005006459A1
Application number: DE102005006459A
Authority: DE
Inventors: Frank Lochner
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2005-02-12
Filing date: 2005-02-12
Publication date: 2006-08-17
Also published as: US20080063836A1; WO2006084756A1; EP1853744A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein metallisiertes Kunststoffbauteil mit einer ersten haftvermittelnden Schicht und einer zweiten metallischen Deckschicht. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren eines metallisierten Kunststoffbauteils, bei dem auf das Kunststoffbauteil zuerst eine haftungsvermittelnde Schicht und anschließend eine Deckschicht aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein metallisiertes Kunststoffbauteil mit einer ersten haftvermittelnden Schicht und einer zweiten metallischen Deckschicht, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Kunststoffbauteils, bei dem auf das Kunststoffbauteil zuerst eine haftvermittelnde Schicht und anschließend eine Deckschicht aufgebracht wird.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung liegt im Bereich der Kraftfahrzeuge und dort bei Bedienelementen, die zum größten Teil hinterleuchtet sind. Zur Hinterleuchtung werden hierbei bevorzugt transluzente Kunststoffe eingesetzt, die die Möglichkeit bieten mittels eines Leuchtmittels den Taster oder das Bedienelement von seiner Rückseite her anzuleuchten und eine in das Bedienelement oder die Taste eingebrachte Symbolik zu durchleuchten. Ein bevorzugter, in der Automobilindustrie eingesetzter Werkstoff ist hierbei Polycarbonat (PC), dieser Kunststoff bietet die günstigsten Eigenschaften in Bezug auf Verarbeitung und Durchleuchtung.

Ein sich bei Bedienelementen in Kraftfahrzeugen durchsetzender Trend geht dahin, die Bedienelemente mit metallisch anmutender Optik zu versehen. Hierbei werden die Bauteile aus Kunststoff gespritzt und nach verschiedensten Verfahren mit einem metallischen Überzug versehen. Metallische Oberflächen, die eine hochglänzende Chromoptik oder das Aussehen von Aluminium oder Ruthenium (Ru) oder eine vergleichbare Oberfläche aufweisen, werden nach heutigem Stand der Technik durch ein Galvanisierungs- oder PVD (Physical Vapor Deposition)-Verfahren aufgetragen.

Beim Galvanisieren erfolgt eine Metallisierung üblicherweise nach den Prozessschritten Palladiumbekeimung, Reduktionen, chemische Metallisierung, zum Beispiel mit Nickel oder Kupfer und galvanische Verstärkung, zum Beispiel mit Chrom. Beim PVD-Verfahren erfolgt das metallisieren mittels einer physikalischen Abscheidung aus der Gasphase, zum Beispiel mittels Aufdampfens.

Aus der DE 100 04 555 A1 ist ein Schichtsystem für die dekorative Beschichtung von galvanisierbaren Werkstücken bekannt, bei dem zuerst eine galvanische Schicht auf das Werkstück und anschließend eine mittels eines PVD-Verfahrens erzeugte Schicht aufgetragen ist. Als Werkstoffe sind hierbei insbesondere Kunststoffe genannt. Das auf das Werkstück aufgebrachte Schichtsystem hat hierbei die vordringliche Aufgabe ein Schichtsystem bereit zu stellen, dass hohen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gerecht wird, zugleich eine hohe Abtriebsbeständigkeit aufweist und zudem eine Vielzahl von dekorativen Farbgestaltungen bietet. Welche vorteilhaften Möglichkeiten es für dieses Schichtsystem auf Kunststoffen gibt oder welche Kunststoffe bevorzugt eingesetzt werden können wird in dieser Druckschrift nicht hingewiesen.

Der Einsatz eines PVD-Verfahrens in Bezug auf Kunststoffe zur Erzeugung von Metallschichten auf Werkstücken ist ausführlich in der DE 103 37 456 A1 beschrieben. Auf den gesamten Inhalt, der in dieser Druckschrift offenbart ist wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. So bietet dieses Verfahren die Möglichkeit einer Direktmetallisierung der Oberfläche des Werkstoffes oder Bauteils, wobei die Metallbeschichtung aus einer oder mehreren aufeinander liegenden gleichen oder unterschiedlichen Metallschichten besteht. Mittels der in dem Verfahren beschriebenen Technik, können auch Werkstoffe oder Bauteile mit niedrigen Oberflächenenergien beschichtet werden. Hierbei werden die Oberflächenenergien der Werkstoffe oder Bauteile mittels eines Plasmas aktiviert, wodurch eine sehr gute Haftung auf Polymeren erzeugt wird. Bei der Plasmaaktivierung wird ein Gas oder ein Gasgemisch einer elektrischen Gasentladung im Vakuum unterzogen. Dabei werden Elektronen Ionen Radikale und Neutralteilchen erzeugt, die auf die Oberfläche des Werkstoffs des Bauteils prallen. Dadurch können Kontaminationen entfernt und die Oberfläche aufgeraut und chemisch modifiziert werden. Danach erfolgt eine Direktmetallisierung, bei der in einem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Chrom- und Aluminiumschicht erzeugt wird, die eine Gesamtschichtdicke von 330 nm aufweist.

In der gattungsbildenden Offenlegungsschrift DE 189 51 579 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen sowie die damit hergestellten metallisierten Kunststoffe beschrieben. Hierbei erfolgt die Aktivierung des Kunststoffs unter Zuhilfenahme einer Hoch spannungsgasentladung bei einem Druck von 0,1 bar bis 1,5 bar. Nach dem Aufbringen der Oberflächenschicht wird mit einem beliebigen, geläufigen Metallisierungsverfahren ein metallischer Überzug auf das Werkstück aufgebracht. Als gängiges nasschemisches Metallisierungsverfahren ist hierbei die stromlose und oder die galvanische Metallisierung beschrieben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauteil und ein Verfahren zu entwickeln, beidem und mit dem festhaftende Schichten auf Kunststoffen erzeugt werden und beidem und mit dem Anzeigebereiche, wie zum Beispiel Symboliken, in den metallisch beschichteten Oberflächen erzeugt werden können. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung Bauteile und Verfahren zur Herstellung zu entwickeln, die kostengünstiger und mit reduziertem Aufwand durchgeführt beziehungsweise hergestellt werden können.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird in Bezug auf das Kunststoffbauteil dahingehend gelöst, dass in die haftvermittelnde Schicht mittels eines Lasers ein Anzeigebereich insbesondere ein Symbol, eingebracht ist und die Deckschicht lediglich im Bereich der haftvermittelnden Schicht aufgebracht ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des metallisierten Bauteils aus Kunststoff ist nun die Möglichkeit geschaffen, dass Kunststoffbauteil lediglich bereichsweise mit einer festhaftenden metallischen Deckschicht zu versehen. Durch das Entfernen der haftvermittelnden Schicht kann die Deckschicht lediglich in dem Bereich auf dem Kunststoffbauteil anhaften, in dem die haftvermittelnde Schicht noch auf dem Kunststoffbauteil vorhanden ist. Es ist somit die Möglichkeit geschaffen, in metallische Deckschichten Symbole, Zeichen, Ziffern, Piktogramme, alphanumerische Zeichen oder sonstige Darstellungen einzubringen. Diese freigelaserten Bereiche dienen dann bei einer Hinterleuchtung des Kunststoffbauteils als durchleuchtbare Bereiche und somit als Anzeigebereiche, die zum Beispiel im Kraftfahrzeugen die Bedienung oder Funktion des Bedienelementes oder Tasters kennzeichnen.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Aufbringung der haftvermittelnden Schicht ist das PVD-Verfahren. Mittels des ebenfalls im Stand der Technik beschriebenen PVD-Verfahrens ( DE 103 37 456 A1 ) können beliebige metallische Werkstoffe auf dem Rohling als Kunststoffbauteil aufgebracht werden. Bevorzugt werden die Elemente Kupfer und Nickel oder eine Kombination aus Kupfer und Nickel als Haftschicht auf dem Kunststoffbauteil aufgebracht. Entsprechend dem Anspruchsbegehren wird die haftvermittelnde Schicht in einer Dicke von ca. 200 nm bis 500 nm aufgetragen. Bevorzugt wird aber eine Dicke von ca. 300 nm, was in etwa der Dicke von 200 Atomlagen entspricht auf dem Kunststoffbauteil aufgebracht. Die aufgetragene Schicht kann beispielsweise eine Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Aluminium (Al) Schicht sein. Alleine aus dem Grund der sehr geringen Dicke der haftvermittelnden Schicht ist es hierbei dem Laser möglich, ohne dass dieser unmittelbar reflektiert wird, die Haftschicht bereichsweise zu entfernen. So ist der Energieeintrag mittels des Lasers in die haftvermittelnde Schicht so groß, dass die haftvermittelnde Schicht entfernbar ist.

Auf das Kunststoffbauteil wird nach dem bereichsweise Entfernen der haftvermittelnden Schicht eine weitere Metallschicht als Deckschicht mittels eines galvanischen Verfahrens abgeschieden. Hierbei ergibt sich zusätzlich ein Vorteil, der die Wirtschaftlichkeit dieses Bauteils unterstreicht und die Fertigungszeiten deutlich reduziert. Durch das Aufbringen der metallischen Haftschicht kann auf den chemischen Prozessschritt der Palladiumbekeimung verzichtet werden, da bereits eine metallische Haftschicht auf dem Kunststoffbauteil vorliegt und somit unmittelbar mit der galvanischen Metallisierung begonnen werden kann. Vorteilhaft ist hierbei weiterhin, dass beliebige galvanisierbare und nicht galvanisierbare Kunststoffe mit einer galvanischen Deckschicht ausgestattet werden können, da sich die galvanisch abgeschiedene Deckschicht lediglich in den Bereichen auf dem Kunststoffbauteil absetzt, die mit der Haftschicht versehen ist. Im freigelegten Anzeigebereich wird kein Deckschichtmaterial anhaften. Die metallische Deckschicht wird mit einer dicke von 20 μm bis 100 μm auf das Kunststoffbauteil aufgebracht eine bevorzugte Dicke ist hierbei eine Dicke von 30 μm bis 60 μm Das Kunststoffbauteil wird bevorzugt aus einem transluzenten Grundstoff hergestellt. Zu nennen sind hierbei Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid (PA) oder Polymethylmethacrylat (PMMA), wobei noch bevorzugter Polycarbonat eingesetzt wird. Die Aufzählungen dieser Werkstoffe sind nicht beschränkend, es sind vielmehr sämtliche Transluzenten Kunststoffe angesprochen, bei denen eine Hinterleuchtung möglich oder vorstellbar ist. Wird beispielsweise ein Polycarbonat eingesetzt und ist das Kunststoffbauteil ein hinterleuchtetes Bedienelement für ein Kraftfahrzeug, so ist das Kunststoffbauteil im Anzeigebereich mit einer Dicke von 0,6 mm ausgeführt.

In Verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass vor dem Aufbringen der Deckschicht die haftvermittelnde Schicht bereichsweise entfernt wird und die Deckschicht lediglich im Bereich der verbleibenden haftvermittelnden Schicht aufgetragen wird. Durch die beanspruchte Merkmalskombination der Ansprüche die eine haftvermittelnde Schicht mit einer darauf aufgebrachten galvanisch abgeschiedenen Metallschicht beschreibt kann ein Verfahrenschritt während des Galvanisierens entfallen. So ist insbesondere die Bekeimung von galvanisierbaren Kunststoffen nicht notwendig, da auf dem Kunststoffbauteil bereits eine metallische haftvermittelnde Schicht vorhanden ist. Dies bietet den Vorteil eines verkürzten Galvanisierungsprozesses. Durch den Einsatz des Lasers ist die Möglichkeit geschaffen sehr präzise Symboliken oder Darstellungen auf dem Kunststoffbauteil darzustellen.

Auch gilt wie bereits beschrieben, dass weder das PVD-Verfahren noch das galvanische Metallisierungsverfahren auf einen speziellen metallischen Werkstoff festgelegt sind sondern, dass es je nach Kundenanforderungen und Ausgestaltungsvarianten beliebige Kombinationen und Farbgestaltungen beziehungsweise Optiken erzeugbar sind. Darüber hinaus ist es vorstellbar auf die Galvanikschicht eine Lackschicht aufzubringen. Die galvanische Metallschicht bietet zwar eine ausreichende Haftfestigkeit und Beständigkeit, es ist aber in Bezug auf spezielle Ausgestaltungsvarianten von zum Beispiel Bedienelementen möglich auf die Galvanikschicht eine Lackschicht in eingefärbter oder ungefärbter Form aufzutragen.

Claims

Metallisiertes Kunststoffbauteil mit einer ersten haftvermittelnden Schicht und einer zweiten metallischen Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, dass in die haftvermittelnde Schicht mittels eines Lasers ein Anzeigebereich, insbesondere ein Symbol eingebracht ist und die Deckschicht lediglich im Bereich der haftvermittelnden Schicht aufgebracht ist.
Kunststoffbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die haftvermittelnde Schicht eine metallische Beschichtung ist.
Kunststoffbauteile nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung durch eine Direktmetallisierung auf die Oberfläche des Kunststoffbauteils aufgebracht ist.
Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Direktmetallisierung ein PVD-Verfahren ist.
Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die haftvermittelnde Schicht eine Dicke von 200 nm bis 500 nm, insbesondere etwa 300 nm, aufweist und aus einem oder mehreren der Elemente Kupfer, Nickel, Molybdän, Chrom, Aluminium gebildet ist.
Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht mittels eines nasschemischen Verfahrens, insbesondere mittels eines galvanischen Metallisierungsverfahren, aufgebracht ist.
Kunststoffbauteile nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht eine Dicke von 20 μm bis 100 μm, vorzugsweise eine Dicke von 30 μm bis 60 μm, aufweist.
Kunststoffbauteile nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil aus Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), (PC+ABS)-Blends, Polyamid (PA) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) gebildet ist, wobei das Kunststoffbauteil bevorzugt aus Polycarbonat (PC) gebildet ist.
Kunststoffbauteile nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil ein hinterleuchtbares Bedienelement für ein Kraftfahrzeug ist und dass das Kunststoffbauteil im Anzeigebereich bevorzugt eine Dicke von etwa 0,6 mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Kunststoffbauteils bei dem auf das Kunststoffbauteil zuerst eine haftvermittelnde Schicht und anschließend eine Deckschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Deckschicht die haftvermittelnde Schicht bereichsweise entfernt wird und die Deckschicht lediglich im Bereich der verbleibenden haftvermittelnden Schicht aufgetragen wird.
Verfahren zur Herstellung eines metallischen Kunststoffbauteils nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die haftvermittelnde Schicht mittels eines Lasers entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Kunststoffbauteils nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die haftvermittelnde Schicht mittels eines PVD-Verfahrens als metallische Schicht und die Deckschicht mittels einer galvanischen Metallisierung aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Kunststoffbauteils nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des PVD-Verfahrens eines oder mehrere der Elemente Kupfer und Nickel und mittels der galvanischen Metallisierung eine Chromschicht aufgebracht wird.