DE102006013684A1

DE102006013684A1 - Oberflächenoptimiertes Kunststoffbauteil

Info

Publication number: DE102006013684A1
Application number: DE102006013684A
Authority: DE
Inventors: Albert Geiger; Peter Altenhofen; Markus Schierbel; Matthias Hegelein; Paul Dr. Seibold
Original assignee: Geiger Technik GmbH
Current assignee: Geiger Automotive GmbH
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-09-27

Abstract

Beansprucht wird ein Kunststoffbauteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung mit den Merkmalen, die in der vorhergehenden Beschreibung und insbesondere in der Merkmalsaufzählung genannt sind und zwar sowohl einzeln als auch in jeglicher Kombination der Merkmale.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kunststoffbauteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung, welches als technisches Funktionsbauteil eingesetzt wird, also zum Beispiel als Strukturbauteil entsprechende Lasten aufnehmen muss.
STAND DER TECHNIK
Kunststoffbauteile werden in der Technik sehr weit verbreitet eingesetzt und übernehmen dort vielfältige Funktionen. Insbesondere werden derartige Kunststoffbauteile auch als Strukturbauteile eingesetzt, die hohe mechanische, insbesondere dynamische Belastungen unter Medien- und Temperatureinfluss zu überstehen haben.
Neben den geforderten mechanischen Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Elastizität, Schlagzähigkeit, Druckbeständigkeit und dergleichen kommen zusätzliche Anforderungen hinsichtlich weiterer Eigenschaften hinzu wie beispielsweise Medien- bzw. Korrosionsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und dergleichen.
Insbesondere bei besonderen Anforderungsprofilen, bei denen vielfältige Eigenschaften erfüllt werden müssen, müssen die Strukturbauteile sehr oft aus einem sehr hochwertigen und damit aufwendig herzustellendem Kunststoff gefertigt werden, der alle Eigenschaften, die gefordert sind, erfüllt.
Um den Aufwand für derartig hochwertige Werkstoffe zu reduzieren, ist es auch bereits bekannt, Verbundwerkstoffe oder Werkstoffverbünde einzusetzen, um durch eine Kombination von Werkstoffen mit einem geringeren Aufwand das gewünschte Eigenschaftsprofil zu erreichen.
Beispielsweise kann dies beim Spritzgießen durch Zweikomponentenspritzguss erzielt werden, so dass das fertige Bauteil zumindest zwei unterschiedliche Werkstoffkomponenten aufweist, die an den jeweiligen Einsatzstellen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und Aufgaben erfüllen.
Allerdings ist der Einsatz derartiger Technologien je nach Einsatzfall technologisch oder wirtschaftlich nicht möglich, da beispielsweise die Einsparungen an hochwertigem Werkstoff durch den zusätzlichen Aufwand für die Herstellung des Verbundwerkstoffs oder der Werkstoffverbünde aufgefressen werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffstrukturbauteilen sowie entsprechende Strukturbauteile bereitzustellen, welche in einfacher und effektiver Weise ein Eigenschaftsprofil mit vielfältigen unterschiedlichen Anforderungen erfüllen.
LÖSUNG DER AUFGABE
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kunststoffbauteil bzw. entsprechende Verfahren zu seiner Herstellung, bei welchen eine Trägersubstanz vorgesehen ist, welche im Wesentlichen die mechanischen Eigenschaften erfüllt, und die mit einer dünnen Funktionsschicht versehen ist, welche zusätzliche Funktionen, wie die Korrosions- bzw. Medienbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit, Lebensmittelechtheit, Trinkwassereignung bzw. -zulassung und dergleichen bereitstellt.
Die Funktionsschicht wird dabei vorzugsweise so bereitgestellt, dass die Funktionsschicht als dünne Folien vorliegt oder in einem Lösungsmittel gelöst ist, welches nach dem flüssigen oder gasförmigen Auftragen der Funktionsschicht auf die Trägersubstanz entfernt wird. Dabei ist die Funktionsschicht vorzugsweise durch ein Polymer bzw. Kunststoff gebildet, welches die entsprechenden Eigenschaften hinsichtlich der gewünschten Zusatzfunktionen, wie Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Lebensmittelechtheit usw. erfüllt. Alternativ kann die Funktionsschicht auch als so genanntes Organoblech ausgebildet sein. Hierbei handelt es sich um einen Verbundwerkstoff, bei dem Fasern, z.B. Glasfasern, Kohlenstoff- bzw. Carbonfasern, Kunststofffasern, wie Aramid-Fasern, und insbesondere Fasergewebe oder -filze daraus mit einer Matrix aus thermoplastischem Kunststoff umgeben sind.
Vorzugsweise wird bei der Aufbringung der Funktionsschicht über eine Folie oder ein Organoblech die Folie oder das Organoblech zunächst durch Tiefziehen, beispielsweise mittels Luftdruck vorgeformt, um anschließend in einer Form, vorzugsweise Spritzgussform angeordnet zu werden, so dass auf einer Seite der vorgeformten Folie oder dem Organoblech, d.h. der Rückseite, die Trägersubstanz durch Gießen, insbesondere Spritzgießen aufgebracht werden kann.
Die Organobleche werden zum dreidimensionalen Umformen z.B. über Infrarotstrahlung erwärmt und z.B. mittels Diaphragmaverfahren oder mit Gummi- oder Metallwerkzeugen umgeformt.
Die Folie oder das Organoblech weist hierbei vorzugsweise eine Schichtdicke von einigen wenigen Zehntel Millimetern bis zu einem Millimeter auf.
Um die Haftung zwischen der Folie oder dem Organoblech einerseits und der Trägersubstanz andererseits zu verbessern, kann vor dem Hintergießen bzw. Hinterspritzen der Folie oder des Organoblechs eine Haftvermittler- oder Primerschicht auf dem Organoblech oder der Folie, d.h. der Folienrückseite aufgebracht werden. Ferner kann auch eine alternative oder zusätzliche Oberflächenbehandlung der Folie oder des Organoblechs erfolgen, wie beispielsweise eine Plasmabehandlung, eine Koronabehandlung oder dergleichen. Ferner ist es vorstellbar, dass die Folie oder das Organoblech an der Oberfläche auch ein Oberflächenmuster oder eine Oberflächenstruktur zur besseren Haftung der Trägersubstanz aufweisen kann, welche beispielsweise beim Formgebungsprozess eingebracht werden können.
Bei der Aufbringung über eine flüssige oder gasförmige Phase kann der Funktionswerkstoff bzw. das Funktionspolymer oder der Funktionskunststoff in einem Lösemittel aufgelöst werden, so dass er dann durch Kontakt der Flüssig- oder Gasphase mit der Trägersubstanz die Trägersubstanz benetzt und der Funktionswerkstoff nach dem Entfernen der Flüssig- oder Gasphase bzw. Beendigung des Kontakts mit der Flüssig- oder Gasphase durch weiteres Entfernen des Lösungsmittels, beispielsweise durch Verdampfen oder dergleichen auf der Trägersubstanz zurückbleibt.
Auch damit kann ein sehr dünner Film einer Kunststoff- bzw. einer Polymerfunktionsschicht auf einem Kunststoff- bzw. Polymerträger in der Regel von wenigen Zehntel Millimetern bis zu einem Millimeter aufgebracht werden. Zur Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen Funktionsschicht und Trägersubstanz kann auch hier die Grenzfläche entsprechend vorbereitet werden. Allerdings wird hier die Oberflächenstruktur bzw. eine entsprechende Primerschicht auf der Trägersubstanz aufgebracht.
Als Werkstoffe kommen für die Trägersubstanz allgemein thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polyamide (PA), Polypropylen (PP), Polyphthalamide (PPA), Poly(arylenethersulfone), wie Polyethersulfone (PES), Polysulfone (PSU), Polyphenylensulfone (PPSU) oder Polyetherimid (PEI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyester, wie Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyetylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE) oder Polyimide (PI) und dergleichen in Frage.
Als Funktionswerkstoff kommen vernetzte Kunststoffe, Duroplaste, Schutzlacke, oder ebenfalls thermoplastische Kunststoffe in Frage, wie beispielsweise ebenfalls Polyamide, insbesondere aromatische Polyamide wie Polyphtalamid. Weitere Kunststoffe, die als Funktionsschichten eingesetzt werden können sind Polysulfon PSU und Polyphenylensulfid PPS oder Polyphthalamide (PPA), Poly(arylenethersulfone), wie PES, PPSU oder PEI, Polyester, wie Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyetylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) oder Polyimide (PI) Derartige Kunststoffstrukturbauteile eignen sich beispielsweise insbesondere für den Einsatz im Trinkwasserbereich, bei dem z.B. bei Leitungen oder Teilen davon hohe Druckbeständigkeit bei hoher Lebenszeit und hoher Lebensmittelechtheit gefordert sind. Im Automobilbereich können Kühlwasserausgleichsbehälter, Wasserkästen, Thermostatgehäuse oder Kühlwasserleitungen entsprechend gefertigt werden, da dort ebenfalls hohe Drücke, bei hohen Temperaturen im Zusammenhang mit Glycol-Wasser-Gemischen auftreten, die eine geeignetes Oberflächenmaterial erfordern.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich somit durch folgende Merkmale aus:

– Kunststoffstrukturbauteil mit zwei Bereichen, nämlich einer Funktionsschicht, insbesondere Oberflächenschicht und einer Trägersubstanz oder -schicht, insbesondere für die erforderlichen mechanischen Eigenschaften;
– Die Funktionsschicht wird durch eine Folie oder ein Organoblech oder durch einen durch eine Flüssigkeitsphase oder Gasphase abgeschiedenen Kunststoff gebildet;
– Die Folie oder das Organoblech wird vorgeformt, beispielsweise durch Tiefziehen oder andere geeignete Formgebungsverfahren;
– Die Folie und/oder Trägersubstanz weist einen Haftvermittler bzw. eine Primerschicht bzw. eine Oberflächenstruktur auf, die insbesondere beim Formgebungsverfahren vermittelt worden ist;
– Der Kunststoff der Funktionsschicht wird in einem Lösungsmittel gelöst, so dass er in einer Flüssig- oder Gasphase vorliegt;
– Die Funktionsschicht und insbesondere die Ausgangsstoffe, insbesondere die Folie sind einige Zehntel Millimeter bis zu einem Millimeter dick;
– Die Materialien für die Trägersubstanz sind thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyphthalamide (PPA), Polyarylamid (PAA), Polyphenylensulfid (PPS), Polyester, wie Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyethylen (PE);
– Die Werkstoffe für die Funktionsschicht sind Duroplaste, Lacke, vernetzte Kunststoffe oder ebenfalls thermoplastische Kunststoffe, vorzugsweise höherwertigere bzw. chemisch beständigere, thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polyamide, vorzugsweise aromatische Polyamide, Polypropylen (PP), Polyacetale (POM), Polyphthalamide (PPA), Poly(arylenether)sulfone, wie PES, PSU, PPSU oder PEI, Polyphenylensulfid (PPS), Polyethylen (PE) oder Polyimide (PI) oder Polyetheretherketone (PEEK).