DE102011004502A1

DE102011004502A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Polarität der Oberfläche eines EPP-Formteiles

Info

Publication number: DE102011004502A1
Application number: DE201110004502
Authority: DE
Inventors: Andreas Geltinger; Martin Lehner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Zur Erwiderung der Polarität der Oberfläche eines EPP-Formteiles (13) das durch Bedampfen von EPP-Partikeln (11) in einer Form (3) gebildet wird, werden die EPP-Partikel (11) vor dem Bedampfen in der Form (3) in einer Vorbehandlungseinheit (4) einem Oberflächenbehandlungsverfahren unterworfen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Polarität der Oberfläche eines Formteiles aus expandiertem Polypropylen (EPP) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Gegenstand.
Wie Formteile aus den meisten Kunststoffen haben auch Formteile aus EPP eine unpolare Oberfläche, so dass sie nur mit Klebstoffen oder nach einer Oberflächenbehandlung mit anderen Teilen fest verbunden werden können.
Um die Polarität der Oberfläche eines EPP-Formteils zu erhöhen, wird nach dem Stand der Technik die Oberfläche des fertigen EPP-Formteiles in einem separaten Schritt einem Oberflächenbehandlungsverfahren unterworfen, beispielsweise einer Corona-Behandlung, alternativ einer Flamm- oder Plasmabehandlung, einer Fluorierung oder einer Behandlung mit einem Primer.
Die Oberflächenbehandlung des EPP-Bauteiles stellt einen separaten Arbeitsschritt dar, der mit mehreren Nachteilen verbunden ist. So ist ein entsprechendes Handling des EPP-Formteiles notwendig, um es nach der Entnahme aus dem Formwerkzeug in eine Oberflächenbehandlungsstation überzuführen. Dadurch wird zudem die Zykluszeit verlängert. Ferner ist für die Oberflächenbehandlung, beispielsweise die Corona-Behandlung, die meist mit einem Roboter erfolgt, eine kostenaufwändige Aufnahme für das Formteil erforderlich, um die elektrische Entladung durch exaktes Positionieren des Formteiles möglichst gleichmäßig über die Formteiloberfläche zu verteilen, also insbesondere sogenannte „hot spots” zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Polarität der Oberfläche eines EPP-Formteiles, das durch Verbinden zu einem zusammengesetzten Erzeugnis weiter verarbeitet werden soll, erhöht wird, ohne dass die Zykluszeit zur Herstellung des zusammengesetzten Erzeugnisses verlängert wird, wobei von einer zusätzlichen Aufnahme für das Formteil bei der Oberflächenbehandlung abgesehen werden kann und dennoch eine gleichmäßige Verteilung der Polarität auf der Formteiloberfläche sichergestellt wird.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem in Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren erreicht.
Bei der Herstellung von EPP-Formteilen wird die Form mit EPP-Partikeln gefüllt und anschließend bedampft, um die EPP-Partikel zu versintern. Nach der Erfindung werden die EPP-Partikel dem Oberflächenbehandlungsverfahren dabei vor dem Bedampfen, insbesondere vor dem Füllen der Form einer Oberflächenbehandlung unterworfen.
Damit wird ein EPP-Formteil erhalten, das an seiner Oberfläche eine hohe homogene Polarität aufweist, wobei sogenannte „hot spots”, wie sie beispielsweise sonst bei einer Corona-Behandlung an der Oberfläche des Formteiles auftreten können, vermieden werden.
Dabei werden auch solchen Bereichen der Formteiloberfläche eine hohe Polarität verliehen, die sonst kaum oder nur schwer einem Oberflächenbehandlungsverfahren zugänglich sind, beispielsweise Hinterschneidungen, Ausnehmungen, Bohrungen und dergleichen. Insbesondere wird bei der Weiterverarbeitung des Formteiles zu einem zusammengesetzten Erzeugnis durch die erfindungsgemäße Oberflächenbehandlung der EPP-Partikel vor dem Bedampfen in der Form die Zykluszeit zur Herstellung des zusammengesetzten Erzeugnisses praktisch nicht verlängert. D. h. das erfindungsgemäße Verfahren kann „in-line” während der Herstellung des EPP-Formteiles und damit der Herstellung des zusammengesetzten Erzeugnisses durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch „off-line” durchgeführt werden. So können die EPP-Partikel beispielsweise beim Hersteller, einem Veredler, also einem der Hersteller nachgeordneten Betrieb oder an einer anderen Stelle dem Oberflächenbehandlungsverfahren unterworfen werden.
Ferner fallen keine Kosten für eine separate Aufnahme des fertigen Formteiles für die Oberflächenbehandlung mehr an. Auch kann auf einen Klebstoff bei der Herstellung eines zusammengesetzten Erzeugnisses mit dem erfindungsgemäß hergestellten Formteil häufig ganz verzichtet werden.
Für die Oberflächenbehandlung der EPP-Partikel sind erfindungsgemäß alle Verfahren geeignet, die zu einer Erhöhung der Polarität an der Oberfläche der EPP-Partikel führen, also zur Bildung polarer funktioneller Gruppen wie der von Alkoholen, Aldehyden, Carbonsäure, Ester, Ether oder Peroxiden. Durch die Einführung der polaren funktionellen Gruppen in die Oberfläche der EPP-Partikel wird zugleich die Oberflächenspannung der EPP-Partikel und damit die Oberflächenspannung des EPP-Formteiles erhöht.
Die Oberflächenbehandlung der EPP-Partikel kann durch Corona-Behandlung erfolgen, bei der die EPP-Partikel einer elektrischen Hochspannungsentladung ausgesetzt sind. Stattdessen können die EPP-Partikel auch beflammt oder durch Plasma-Behandlung einem Plasma, also Ionen, Elektronen und dergleichen elektrisch geladenen Teilchen, ausgesetzt werden.
Ferner können die EPP-Partikel zur Oberflächenbehandlung mit einem reaktiven Gas, insbesondere mit Fluor behandelt werden. Auch ist es möglich, die Oberfläche der EPP-Partikel mit einem Primer zu behandeln, also einer Flüssigkeit, die die Polarität und damit die Oberflächenspannung der Oberfläche der EPP-Partikel erhöht.
Die EPP-Partikel können unterschiedlich geformt, also beispielsweise kugelförmig, als Hohlzylinder oder in anderer Weise ausgebildet sein. Die Form kann durch ein Formwerkzeug, eine EPP-Schäummaschine oder dergleichen ggf. auch durch einen Extruder gebildet sein.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte EPP-Formteil, das eine erhöhte Polarität an seiner Oberfläche aufweist, ist insbesondere dazu bestimmt, zu einem zusammengesetzten Erzeugnis verbunden zu werden.
Dazu kann das erfindungsgemäß hergestellte EPP-Formteil mit wenigstens einem anderen Körper verbunden werden. Der andere Körper kann eine Beschichtung aus einer Masse, z. B. ein Beschichtungsstoff, eine Folie oder beispielsweise ein Textilmaterial sein. So kann das erfindungsgemäß hergestellte EPP-Formteil beispielsweise mit einer Haptik-, einer Optik- oder einer Schutzschicht versehen werden.
Der andere Körper kann aus Kunststoff, Metall oder Holz bestehen. Der Kunststoff, aus dem der andere Körper besteht, kann ebenfalls ein EPP-Formkörper oder ein ggf. faserverstärkter Körper aus einem anderen Kunststoff, beispielsweise einem anderen Polypropylen-Kunststoff, einem anderen Polyolefin, wie Polyethylen, Polyamid, Polycarbonat, Polyester oder ABS oder ein Gemisch aus mehreren unterschiedlichen Polymeren sein.
Außer zur Verbindung mit einer Beschichtung oder dergleichen flächigem Körper, wie einer Folie, Textilmaterial oder dergleichen ist das erfindungsgemäß hergestellte EPP-Formteil insbesondere zur Verbindung mit räumlichen Körpern, also insbesondere zur Verbindung mit weiteren Form- oder Bauteilen geeignet.
Das erfindungsgemäß hergestellte EPP-Formteil ist insbesondere im Automobilbereich einsetzbar, insbesondere zur Herstellung von Teilen der Innenausstattung, wie Instrumententafel, Mittelkonsole, Türverkleidung, Kofferraumverkleidung und dergleichen. Dabei kann das weitere Bauteil, das mit dem EPP-Formteil verbunden wird, beispielsweise ein Anbauteil, wie ein Lüftergitter, ein Abstandshalter, ein Scharnier oder dergleichen, oder ein Befestigungsteil beispielsweise an der Rückseite des EPP-Formteiles sein.
Die Verbindung zu dem zusammengesetzten Erzeugnis kann kleberlos erfolgen, wodurch die Zykluszeit weiter verringert wird.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch
1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines EPP-Formteiles;
2.1 bis 2.4 einen Schnitt durch die Form beim Schließen, Befüllen und Bedampfen der Form sowie Entformen des EPP-Formteiles;
3 bis 6 einen Abschnitt der Förderstrecke für die EPP-Partikel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Vorbehandlungseinheit zur Oberflächenbehandlung der EPP-Partikel nach jeweils einer anderen Ausführungsform.
Gemäß 1 besteht die Vorrichtung aus einem Zwischenbehälter 1, der mit EPP-Partikeln gefüllt ist, von dem die EPP-Partikel 11 (vergleiche 2 bis 6) über eine Förderstrecke 2, beispielsweise eine Förderleitung, der Form 3, also beispielsweise einem Formwerkzeug zugeführt werden. In der Förderstrecke 2 ist eine Vorbehandlungseinheit 4 zur Oberflächenbehandlung der über die Förderstrecke 2 dem Formwerkzeug 3 zugeführten EPP-Partikel 11 vorgesehen.
Wie aus 2.1 bis 2.4 ersichtlich, besteht das Formwerkzeug 3 aus zwei Teilen 4 und 5. Das Formwerkzeug 3 weist zur Zufuhr der EPP-Partikel 11 Zufuhrkanäle 6, sogenannte „Füller”, auf, die verschließbar sind. Die beiden Teile 4 und 5 der Form 3 sind mit Dampfdurchtrittsöffnungen 8 versehen, um das Innere des Formwerkzeugs 3 mit über die Kanäle 9, 10 zugeführtem Wasserdampf zu bedampfen.
Bei geschlossenem Formwerkzeug 3 gemäß 2.1 und nachdem die Füller 4 aus den Zufuhrkanälen 6 entfernt worden sind, werden die mit der Vorbehandlungseinheit 4 oberflächenbehandelten EPP-Partikel 11 mittels Druckluft in das Formwerkzeug 3 befördert (2.2). Nach Befüllung des Formwerkzeugs 3 werden die Zufuhrkanäle oder Füller 6 verschlossen und die aneinander anliegenden EPP-Partikel 11 in dem Formwerkzeug 3 mit Heißdampf 12 beaufschlagt, wodurch, wie in 2.3 dargestellt, die oberflächenbehandelten EPP-Partikel 11 sintern, also an ihren Berührungspunkten miteinander verschmelzen. Nach dem Abkühlen und Entformen kann das EPP-Bauteil 13 aus dem Formwerkzeug 3 entnommen werden (2.4).
Gemäß 3 und 4 wird die Förderstrecke 2 durch ein Rohr oder dergleichen Leitung 14 gebildet, an der die Vorbehandlungseinheit 4 angeordnet ist.
Die Vorbehandlungseinheit 4 kann dabei mehrere Elektroden oder Düsen z. B. in Form von Lanzen 15 aufweisen, mit denen die Polarisierung der Oberfläche der EPP-Partikel 11 durchgeführt wird. Dabei kann mit den Elektroden oder Düsen 15 eine Corona- oder Plasmabehandlung oder eine Beflammung der Oberfläche der EPP-Partikel 11 durchgeführt werden. Auch kann damit ein Fluorgas zugeführt werden, um die Oberfläche der EPP-Partikel 11 zu fluorieren.
Nach 3 weist die Leitung 14 im Bereich der Vorbehandlungseinheit 4 eine partielle Verjüngung 16 auf, wodurch ein enger Spalt gebildet wird, so dass die einzelnen EPP-Partikel 11 durch die Vorbehandlungseinheit 4 optimal erreicht werden. D. h. der Durchmesser der Verjüngung ist z. B. maximal 5 Mal größer als der Durchmesser der Partikel 11.
Nach 4 ist in der Förderstrecke 2 eine Kammer 17 angeordnet, in der die EPP-Partikel 11 für eine bestimmte Zeit verweilen, um durch Verwirbelung beispielsweise durch Luft oder Mischerelemente immer wieder an den Lanzen 15 der Vorbehandlungseinheit 4 vorbeigeführt zu werden. Nach der Verweilzeit in der Kammer 17 werden die oberflächenbehandelten EPP-Partikel 11 weiter zum Formwerkzeug 3 befördert.
Gemäß 5 wird die Kammer 17 durch eine entsprechend dem Pfeil 19 umlaufende Trommel 18 gebildet.
Nach 6 weist die Förderstrecke 2 Transportbänder 20, 21, 22 auf, auf denen die EPP-Partikel 11 verteilt sind, um mit der Vorbehandlungseinheit 4 oberflächenbehandelt zu werden. Um eine optimalere Behandlung der einzelnen EPP-Partikel zu erreichen, weist dabei das zwischengeschaltete Transportband 21, an dem die Vorbehandlungseinheit 4 angeordnet ist, eine höhere Geschwindigkeit als das in Transportrichtung vorgeschaltete und nachgeschaltete Transportband 20 bzw. 22 auf, wodurch die EPP-Partikel 11 auf dem zwischengeschalteten Transportband 21 weiter auseinander verteilt liegen.

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Polarität der Oberfläche eines Formteiles aus expandiertem Polypropylen (EPP) durch ein Oberflächenbehandlungsverfahren, wobei das EPP-Formteil durch Bedampfen von expandierten Polypropylen-Partikeln in einer Form gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die EPP-Partikel (11) dem Oberflächenbehandlungsverfahren vor dem Bedampfen in der Form (3) unterworfen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die EPP-Partikel (11) dem Oberflächenbehandlungsverfahren vor dem Füllen der Form (3) unterworfen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Oberflächenbehandlungsverfahren, welchem die EPP-Partikel (11) unterworfen werden, eine Corona-, Flamm-, oder Plasma-Behandlung oder eine Fluorierung oder eine Behandlung mit einem Primer durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die EPP-Partikel (11) der Form (3) von einem Vorratsbehälter (1) über eine Förderstrecke (2) zugeführt werden und an der Förderstrecke (2) eine Vorbehandlungseinheit (4) für die Oberflächenbehandlung der EPP-Partikel (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke (2) durch eine Leitung (14) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (14) eine Verjüngung (16) aufweist und die Vorbehandlungseinheit (4) an der Verjüngung (16) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Förderstrecke (2) eine Kammer (17) angeordnet ist, die derart ausgebildet ist, dass die EPP-Partikel (11) in ihr bewegt werden, wobei die Vorbehandlungseinheit (4) an der Kammer (17) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (17) zur Verwirbelung der EPP-Partikel (11) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (17) durch eine drehbare Trommel (18) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke wenigstens ein Transportband (21) aufweist, an dem die Vorbehandlungseinheit (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Transportband (21), an dem die Vorbehandlungseinheit (4) angeordnet ist, ein Transportband (20) vorgeordnet und ein Transportband (22) nachgeordnet ist, wobei das Transportband (21), an dem die Vorbehandlungseinheit (4) angeordnet ist, eine höhere Transportgeschwindigkeit aufweist, als das vorgeordnete Transportband (20) und das nachgeordnete Transportband (22).
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Verbinden des EPP-Frontteiles (13) zu einem zusammengesetzten Erzeugnis.
EPP-Partikel zur Herstellung eines Formteils aus EPP, dadurch gekennzeichnet, dass die EPP-Partikel einer Oberflächenbehandlung unterworfen worden sind.