DE102011102722A1

DE102011102722A1 - Verfahren und Vorrichtung zum In-Mold-Dekorieren

Info

Publication number: DE102011102722A1
Application number: DE102011102722A
Authority: DE
Inventors: Klaus Deckert; Thomas Komenda
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-05-21
Also published as: CN102785327B; JP2012240421A; JP5928713B2; US20120292817A1; CN102785327A; US9090009B2; DE102011102722B4

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines mittels In-Mold-Decoration (IMD) und In-Mold-Labeling (IML) dekorierten Formteils (14) mit einer Spritzgiellvorrichtung (1), die eine dekorseitige Werkzeughälfte (12) und eine kernseitige Werkzeughälfte (11) aufweist, wobei die dekorseitige Werkzeughälfte (12) bewegbar und die kernseitige Werkzeughälfte (11) gestellfest ausgebildet ist, beschrieben. In die dekorseitigen Werkzeughälfte (12) wird eine IMD-Folie (16) eingebracht und in die kernseitige Werkzeughälfte (11) wird ein IML-Formteil eingebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum In-Mold-Dekorieren.
Es ist bekannt, durch Spritzgießen hergestellte Kunststoffspritzteile beim Spritzgießen mit einer Dekorlage zu dekorieren, wobei eine sogenannte In-Mold-Decoration-Folie (IMD = In-Mold-Decoration) in das Spritzgießwerkzeug eingelegt wird und die Dekorlage der IMD-Folie auf die Oberfläche des Kunststoffspritzteils vollflächig übertragen wird. Die IMD-Folie ist ähnlich aufgebaut wie eine Heißprägefolie, wobei die Dekorlage lösbar, insbesondere mittels einer Ablöseschicht, auf einer Trägerfolie angeordnet ist, und wobei die Dekorlage weiterhin eine wärmeaktivierbare Kleberschicht aufweist. Weiter ist es bekannt, sogenannte In-Mold-Labeling- oder Insert-Molding-Formteile in Spritzgießformen einzulegen. Das IML-Formteil (IML = In-Mold-Labeling) ist ein dekoriertes Einlegeteil, bei dem eine Einlegeteildekorlage auf eine sogenannte Backingfolie thermokaschiert und/oder heißgeprägt und/oder aufgedruckt ist. Das IML-Formteil kann im Tiefziehverfahren vorgeformt sein und sodann ausgestanzt oder ausgeschnitten sein. Das erfindungsgemäße IML-Formteil kann entweder ein flaches Einlegeteil (Inmold Labeling) oder ein relativ zu einer Bezugsebene dreidimensional verformtes bzw. vorgeformtes Einlegeteil (Insert Molding) sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird dese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 und des Anspruchs 14 gelöst.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines mittels In-Mold-Decoration (IMD) und In-Mold-Labeling (IML) dekorierten Formteils vorgeschlagen mit einer Spritzgießvorrichtung, die eine dekorseitige und eine kernseitige Werkzeughälfte aufweist, wobei die dekorseitige Werkzeughälfte bewegbar und die kernseitige Werkzeughälfte gestellfest ausgebildet ist, umfassend folgende Verfahrensschritte:

a) Einbringen einer IMD-Folie in eine durch eine dekorseitige Formfläche ausgebildete Formausnehmung der dekorseitigen Werkzeughälfte und Fixieren der IMD-Folie;
b) Einlegen eines IML-Formteils in eine durch eine kernseitige Formfläche ausgebildete Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte und Fixieren des IML-Formteils, wobei das IML-Formteil eine Einlegeteildekorlage und eine Backingfolie umfasst;
c) Schließen der Spritzgießvorrichtung durch Absenken der dekorseitigen Werkzeughälfte auf die kernseitige Werkzeughälfte;
d) Einspritzen eines flüssigen thermoplastischen Spritzgießmaterials in die Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte, wobei das flüssige Spritzgießmaterial das IML-Formteil gegen die IMD-Folie in der Formausnehmung der dekorseitigen Werkzeughälfte drückt;
e) Öffnen der Spritzgießvorrichtung nach Ablauf einer Abkühlzeit des Formteils;
f) Entnahme des dekorierten Formteils.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiter gelöst mit einer Spritzgießvorrichtung zur Herstellung eines mittels In-Mold-Decoration (IMD) und In-Mold-Labeling (IML) dekorierten Formteils mit einer dekorseitigen Werkzeughälfte und einer kernseitigen Werkzeughälfte, wobei die dekorseitige Werkzeughälfte bewegbar und die kernseitige Werkzeughälfte gestellfest ausgebildet ist und mindestens einen Anspritzkanal aufweist, und wobei vorgesehen ist, dass eine Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte eine Fixiereinrichtung für ein IML-Formteil aufweist, und dass die Austrittsöffnung des mindestens einen Anspritzkanals unterhalb des in die kernseitige Werkzeughälfte eingelegten IML-Formteils angeordnet ist.
Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung vereinen die Vorzüge des Dekorierens mittels In-Mold-Dekor-Folie mit den Vorzügen des Dekorierens mittels In-Mold-Labeling-Formteilen und erschließt zugleich neue Gestaltungsmöglichkeiten.
Es kann vorgesehen sein, dass die IMD-Folie im Verfahrensschritt a) vollflächig über der Formausnehmung der dekorseitigen Werkzeughälfte positioniert wird. Die vorzugsweise als Bahn oder Streifen vorliegende IMD-Folio kann beispielsweise mit einer Folienvorschubeinrichtung durch die Spritzgieß-Vorrichtung geführt sein. Die Folienvorschubeinrichtung kann eine Vorratsrolle für die IMD-Folie, eine Aufwickelrolle für die Restfolie, eine Transporteinrichtung für den schrittweisen Transport der IMD-Folie sowie eine Fixiereinrichtung zum Festlegen der zugeführten IMD-Folie an der dekorseitigen Werkzeughälfte umfassen. Die IMD-Folie kann, vorzugsweise an ihrem äußeren Rand, Registermarken aufweisen, die von einem vorzugsweise optischen Lagesensor an der Spritzgieß-Vorrichtung detektiert werden. Der Lagesensor kann dadurch die Folienvorschubeinrichtung derart steuern, dass eine lagegenaue, d. h. registergenaue Positionierung der IMD-Folie relativ zu der Spritzgieß-Vorrichtung erfolgen kann. Die Lagegenauigkeit hat dabei in Vorschubrichtung eine Toleranz von etwa 0 mm bis 1 mm, bevorzugt 0,25 mm bis 0,75 mm. Dadurch ist es möglich, eine IMD-Folie mit einem Einzelbild-Dekor, welches lagegenau auf ein Formteil appliziert werden soll, entsprechend lagegenau mittels der Registermarken in der Spritzgieß-Vorrichtung zu positionieren. Die IMD-Folie kann aber auch ein Endlos-Dekor wie beispielsweise ein fortlaufendes Muster und/oder eine Holzmaserung und/oder eine einfarbige Färbung aufweisen, wobei für ein solches Endlos-Dekor eine lagegenaue Positionierung der IMD-Folie nicht erforderlich ist.
Das IML-Formteil kann vor dem Verfahrensschritt b) randseitig beschnitten werden und/oder vor oder nach dem Beschneiden thermisch verformt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das IML-Formteil im Verfahrensschritt b) durch in der Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte angeordnete Positionsstifte fixiert wird. Die Positionsstifte können so ausgebildet sein, dass sie in an der Rückseite des IML-Formteils, insbesondere in der Backingfolie angeordnete Ausnehmungen eingreifen und so das IML-Formteil gegen eine seitliche Verschiebung fixieren. Wird das flüssige thermoplastische Spritzgießmaterial eingespritzt, insbesondere unterhalb des IML-Formteils, wird das IML-Formteil von den Positionsstiften abgehoben und durch die Druckkraft des Spritzgießmaterials gegen die IMD-Folie in der Formausnehmung der dekorseitigen Werkzeughälfte gedrückt. Da diese Verschiebung des IML-Formteils ohne Führung durch die Positionsstifte sehr schnell durch das einströmende Spritzgießmaterial geschieht, hat die Praxis gezeigt, dass dabei störende seitliche Bewegungen des IML-Formteils keine nennenswerte Rolle spielen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das IML-Formteil im Verfahrensschritt b) durch elektrostatische Kraft und/oder durch Vakuumkraft in der Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte fixiert wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das Spritzgießmaterial ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat (ABS = Acrylnitril-Butadien-Styrol) oder eine Mischung aus einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat und einem Polycarbonat (PC) oder eine Mischung aus einem Polycarbonat und einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat ist und dass die Backingfolie ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat ist.
In einer anderen Ausbildung kann vorgesehen sein, dass das Spritzgießmaterial ein Polycarbonat ist und dass die Backingfolie ein Polycarbonat ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das Spritzgießmaterial Polypropylen (PP) und dass die Backingfolie Polypropylen ist.
Es ist auch möglich, dass das Spritzgießmaterial Polymethylmethacrylat (PMMA) und dass die Backingfolie Polymethylmethacrylat (PMMA) ist.
Neben den vorstehend beschriebenen Materialpaarungen des Spritzgießmaterials und der Backingfolie sind auch andere Kombinationen möglich, sofern die Backingfolie beim Spritzgießprozess zumindest im Oberflächenbereich verflüssigt wird und dadurch mit dem flüssigen Spritzgießmaterial eine stoffschlüssige Verbindung eingehen kann, die nach dem Erkalten beständig ist.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Einlegeteildekorlage des IML-Formteils strahlungsgehärtet, insbesondere UV-Licht-gehärtet ist. Durch das Härten wird erreicht, dass die Einlegeteildekorlage keine Verbindung mit der Dekorlage der IMD-Folie, insbesondere keine Verbindung mit einer Kleberschicht der Dekorlage der IMD-Folie, eingeht. Beispielsweise kann eine solche Einlegeteildekorlage aus einem isocyanatvernetzenden Acrylatschutzlack bestehen.
Weiter kann das IML-Formteil eine Schutzlackbeschichtung als äußere Schicht der Einlegeteildekorlage aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie im Verfahrensschritt d) nicht auf der Dekorlage der IMD-Folie, insbesondere nicht an der Kleberschicht der Dekorlage der IMD-Folie, haftet. Beispielsweise kann eine solche Schutzlackbeschichtung aus Polyurethan (PU), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyamid oder Polyester bestehen oder als Bestandteil aufweisen.
Es kann, insbesondere in Kombination mit der vorhergehend beschriebenen lagegenauen Positionierung der IMD-Folie in der Spritzgieß-Vorrichtung, vorgesehen sein, dass die IMD-Folie eine nur bereichsweise vorgesehene Kleberschicht aufweist, die insbesondere in den Flächenbereichen ausgespart ist, in denen die IMD-Folio mit dem IML-Formteil überlappt. Dadurch kann die Möglichkeit einer unerwünschten haftenden Verbindung zwischen der IMD-Folie, insbesondere der Kleberschicht der IMD-Folie und der Oberfläche des IML-Formteils reduziert werden.
Es kann, insbesondere in Kombination mit der vorhergehend beschriebenen lagegenauen Positionierung der IMD-Folie in der Spritzgieß-Vorrichtung, vorgesehen sein, dass die IMD-Folie eine vollflächig ausgebildete Kleberschicht aufweist, die insbesondere in den Flächenbereichen deaktiviert ist, in denen die IMD-Folie mit dem IML-Formteil überlappt. Zur Deaktivierung kann beispielsweise eine partielle Beschichtung vorgesehen sein, wobei diese Beschichtung so ausgebildet ist, dass sie während des Spritzgießvorgangs nicht oder nur geringfügig an der Oberfläche des IML-Formteils haftet. Die Beschichtung kann beispielsweise ein strahlungshärtender Lack, ein Lack mit hohem Pigmentanteil oder eine Pulverbeschichtung sein. Die Beschichtung kann flüssig oder auch in fester Form mittels einer Heißprägung aufgebracht werden. Die Beschichtung kann beispielsweise mittels eines Tintenstrahldruckers aufgebracht werden, welcher im Bereich der Folienzuführung zu der Spritzgieß-Vorrichtung angeordnet ist und im Zusammenspiel mit der vorstehend beschriebenen lagegenauen Positionierung der IMD-Folie relativ zu der Spritzgieß-Vorrichtung entsprechend lagegenau die Beschichtung auf die IMD-Folie aufbringt. Die Beschichtung kann auch ein selbstklebendes Etikett oder Label sein. Dadurch kann die Möglichkeit einer unerwünschten haftenden Verbindung zwischen der IMD-Folie, insbesondere der Kleberschicht der IMD-Folie und der Oberfläche des IML-Formteils weiter reduziert werden.
Neben den vorstehend beschriebenen Möglichkeiten, die Anhaftung der IMD-Folie, insbesondere der Kleberschicht der IMD-Folie an der Oberfläche des IML-Formteils, insbesondere während des Spritzgießvorgangs zu verhindern oder stark zu verringern, sind auch andere Kombinationen von IMD-Folie und IML-Formteil möglich, sofern die Adhäsion (Adhäsion = Anhangskraft zwischen zwei Stoffen durch molekulare Wechselwirkungen) der zueinander weisenden Schichten der IMD-Folie und des IMD-Formteils sowie die Kohäsion (Kohäsion = innere Bindungskräfte zwischen Atomen oder Molekülen innerhalb eines Stoffes) innerhalb der zueinander weisenden Schichten der IMD-Folie und des IMD-Formteils so aufeinander abgestimmt sind, dass die IMD-Folie so wenig auf der Oberfläche des IML-Formteils haftet, dass die IMD-Folie nach dem Spritzgussvorgang von dem IML-Formteil entfernt werden kann, ohne dass Bestandteile der IMD-Folie auf der Oberfläche des IML-Formteils anhaften oder ankleben. Gleichzeitig müssen die zueinander weisenden Schichten der IMD-Folie und des IML-Formteils in sich ausreichend stabil und beständig sein, um ihre zweckgebundenen Aufgaben, insbesondere als Kleberschicht oder Schutzschicht erfüllen zu können.
Durch die vorhandene Materialstärke bzw. Wandstärke des IML-Formteils kann sich in vorteilhafter Weise ein wärmeisolierender Abstand zwischen der während des Spritzgießvorgangs in die Spritzgieß-Vorrichtung einströmende heiße Spritzgussmasse und der wärmeaktivierbaren Kleberschicht der IMD-Folie ausbilden. Dadurch kann vermieden werden, dass die wärmeaktivierbare Kleberschicht der IMD-Folie ausreichend klebrig wird, d. h. aktiviert wird, um möglicherweise in dem Bereich, in welchem die Kleberschicht der IMD-Folie während des Spritzgießvorgangs an der Oberfläche des IML-Formteils anliegt eine Haftung (Adhäsion) zu der Oberfläche des IML-Formteils zu erzeugen. Insbesondere während der kurzen Zeit des Spritzgussvorgangs, in welcher die Spritzgieß-Vorrichtung geschlossen ist und der Spritzgussdruck im Inneren der Spritzgieß-Vorrichtung anliegt und damit auf die Kleberschicht der IMD-Folie einwirkt, die insbesondere nur wenige Sekunden (auch abhängig von der Teilegeometrie und Teilegröße etwa 1 bis 20 s) andauert, kann die Wärme der Spritzgussmasse nicht schnell genug und in ausreichender Menge den wärmeisolierenden Abstand des IML-Formteils überwinden und kann dadurch nicht ausreichend auf die Kleberschicht der IMD-Folie einwirken und aktivieren. In Verfahrensschritt d) wird das IML-Formteil während des Spritzgießvorgangs auf die dekorseitige Werkzeughälfte mit der dort positionierten IMD-Folie gedrückt. Dabei kann das IML-Formteil um etwa 2 bis 2,5 mm bewegt werden. Dieser „Weg” errechnet sich aus der endgültig gewünschten Formteil-Wandstärke minus der Wandstärke des IML-Formteils. Das Einspritzen des Spritzgießmaterials erfolgt vorzugsweise unterhalb des IML-Formteils in Richtung der dekorseitigen Werkzeughälfte mit der IMD-Folie, sodass das IML-Formteil praktisch nur in dieser Richtung bewegt wird und seitliche Schiebekräfte auf das IML-Formteil vermieden werden und ein senkrechtes Andrücken an die dekorseitige Werkzeughälfte sichergestellt wird.
Weitere Ausbildungen der Erfindung sind auf die Reinigung des aus der Spritzgieß-Vorrichtung entnommenen dekorierten Formteils gerichtet. Es ist unvermeidlich, dass auf dem dekorierten Formteil Dekorlagenreste der IMD-Folie, sogenannte Folienflakes, verbleiben, die von dem Formteil entfernt werden müssen. Diese Folienflakes sind Bruchteile der Dekorlage der IMD-Folie, die von der Trägerfolie abgelöst wurden und sind nicht mit einem Kunststoffgrat zu verwechseln, der sich an der Nahtstelle zwischen den beiden Werkzeughälften ausbilden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass als weiterer Verfahrensschritt

g) Reinigen des dekorierten Formteils vorgesehen ist.

Es kann im Verfahrensschritt g) eine berührende und/oder berührungslose Reinigung vorgesehen sein, beispielsweise eine Bürstenreinigung in Verbindung mit Ionisation. Durch die Ionisation können die Folienflakes entladen werden, so dass sie nicht mehr an der durch die Bürstenreibung elektrostatisch aufgeladenen Oberfläche des dekorierten Formteils haften, was die Bürstenreinigung erschwert.
Im Verfahrensschritt g) kann auch eine Kombination aus einer Reinigung mit Rotationsbürsten, durch Ionisierung und Absaugung vorgesehen sein.
Weiter kann im Verfahrensschritt g) eine Kombination aus einer Reinigung durch Ionisierung, Anblasen mit turbulenter Druckluft und optionaler Absaugung vorgesehen sein.
Die Spritzgießvorrichtung kann mehr als einen Anspritzkanal aufweisen. Diese Ausführung kann beispielsweise bei im Vergleich zur Abmessung des dekorierten Formteils großflächigem IML-Formteil bevorzugt sein, um das IML-Formteil gleichmäßig an die IMD-Folie an der dekorseitigen Werkzeughälfte anzudrücken.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die dekorseitige Formfläche ein Formelement zur Ausbildung einer das IML-Formteil umgebenden Designnut aufweist. Die Designnut kann Lage- und/oder Formungenauigkeiten des IML-Formteils relativ zu der Dekorlage der IMD-Folie optisch verbergen. Entsprechend der Toleranz in der Lagegenauigkeit der IMD-Folie relativ zu der Spritzgieß-Vorrichtung und dem IML-Formteil von etwa 0 mm bis 1 mm, bevorzugt 0,25 mm bis 0,75 mm und entsprechend der Toleranz in der Lagegenauigkeit des IML-Formteils in der Spritzgieß-Vorrichtung von etwa 0 mm bis 1 mm, bevorzugt 0,25 mm bis 0,75 mm ist es vorteilhaft, wenn die Designnut zwischen 0 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,5 mm breit ist.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel einer Spritzgießvorrichtung zur Herstellung eines mittels In-Mold-Decoration (IMD) und In-Mold-Labeling (IML) dekorierten Formteils in einer schematischen Schnittdarstellung;
2 die Spritzgießvorrichtung in 1 in geschlossenem Zustand;
3 die Spritzgießvorrichtung in 1 in geschlossenem Zustand und mit eingespritzter Kunststoffmasse;
4 die Spritzgiellvorrichtung in 1 in geöffnetem Zustand mit einem dekorierten Spritzgussteil;
5a das Spritzgussteil in 4 in einer schematischen Schnittansicht längs der Schnittlinie Va-Va in 5b;
5b das Spritzgussteil in 4 in einer schematischen Draufsicht;
6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines dekorierten Spritzgussteils in einer perspektivischen Darstellung;
7 das Spritzgussteil in 6 in einer schematischen Teilschnittdarstellung.
1 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Spritzgießvorrichtung 1, die eine kernseitige Werkzeughälfte 11 und eine dekorseitige Werkzeughälfte 12 aufweist. Die dekorseitige Werkzeughälfte 12 ist gegenüber der gestellfesten kernseitigen Werkzeughälfte 11 bewegbar ausgebildet. Beide Werkzeughälften weisen Formflächen 11f bzw. 12f auf, die eine Spritzgießform bilden.
In dem in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die kernseitige Formfläche 11f bereichsweise eine positive Krümmung auf, das heißt eine konvexe Ausbildung. Die dekorseitige Formfläche 12f weist bereichsweise eine negative Krümmung auf, das heißt eine konkave Ausbildung. Bei geschlossener Spritzgießform ist zwischen den beiden Formflächen 11f und 12f ein Aufnahmeraum für ein über einen Anspritzkanal 13 einbringbares verflüssigtes thermoplastisches Spritzgießmaterial 17 ausgebildet, wobei die Formflächen 11f und 12f die Außenkontur eines auf diese Weise herstellbaren dekorierten Formteils 14 (siehe 4, 5a und 5b) definieren.
In die dekorseitige Werkzeughälfte 12 ist eine In-Mold-Decoration-Folie 16 (IMD = In-Mold-Decoration) eingelegt, im Weiteren als IMD-Folie 16 bezeichnet. In die kernseitige Werkzeughälfte 11 ist ein mittels In-Mold-Labeling (IML = In-Mold-Labeling) dekoriertes Formteil 15 eingelegt, im Weiteren als IML-Formteil 15 bezeichnet.
Die IMD-Folie 16 weist eine als eine oder mehrere Schichten ausgebildete Dekorlage 16d auf, die ablösbar auf eine Trägerfolie aufgebracht ist. Die Dekorlage 16d weist vorzugsweise eine insbesondere mehrschichtige Schutzlackschicht, eine insbesondere mehrschichtige Dekorschicht, welche beispielsweise weitere vollflächige und/oder partielle Lackschichten oder Metallschichten aufweisen kann, und eine insbesondere mehrschichtige Kleberschicht auf. Zwischen diesen Schichten können insbesondere weitere haftvermittelnde Zwischenschichten vorgesehen sein. Die IMD-Folie 16 kann mit einer Folienvorschubeinrichtung (in 1 nicht dargestellt) durch die Spritzgießvorrichtung 1 geführt sein. Die Folienvorschubeinrichtung kann eine Vorratsrolle für die IMD-Folie, eine Aufwickelrolle für die Restfolie, das heißt für die Trägerfolie und auf der Trägerfolie verbliebene Reste der Dekorlage, eine Transporteinrichtung für den schrittweisen Transport der IMD-Folie sowie eine Fixiereinrichtung zum Festlegen der zugeführten IMD-Folie an der dekorseitigen Werkzeughälfte 12 umfassen. Während des Spritzgießvorgangs wird die Dekorlage 16d von der Trägerfolie gelöst und durch Temperatur- und/oder Druckeinwirkung auf die Oberfläche des Formteils 14 übertragen. Die IMD-Folie 16 ist, dem Prinzip der Heißprägefolien folgend, eine Weiterentwicklung derselben und eignet sich für die dreidimensionale Verarbeitung in speziellen IMD-Spritzgießwerkzeugen. Das IMD-Verfahren ist ein in den Spritzgießprozess integrierter Dekorationsprozess. Die klassischen Prägeparameter Druck, Temperatur und Zeit werden hierbei durch den Spritzgießprozess erzeugt. Voraussetzung für das nachfolgend beschriebene Dekorationsverfahren ist eine Artikelgeometrie, die vollflächig mit einer IMD-Folie dekorierbar ist.
Das IML-Formteil 15 ist ein dekoriertes Einlegeteil, bei dem eine Einlegeteildekorlage 15d auf eine sogenannte Backingfolie 15b thermokaschiert, heißgeprägt, kaltgeprägt oder aufgedruckt ist. Bei einer heißgeprägten Einlegeteildekorlage 15d wurde eine Heißprägefolie, aufweisend eine Trägerfolie und eine darauf ablösbar angeordnete Dekorlage, bestehend aus Ablöseschichten, Schutzschichten, Dekorschichten und Kleberschichten, mittels Druck und Hitze auf die Oberfläche des IML-Formteils aufgebracht, wobei die Trägerfolie anschließend von der Dekorlage abgezogen wird und die Schutzschicht die oberste Schicht der Dekorlage bildet. Bei einer kaltgeprägten Einlegeteildekorlage 15d wird zuerst eine Kleberschicht auf das IML-Teil aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt und anschließend eine Transferfolie, bestehend aus Trägerfolie und darauf ablösbar angeordneter Dekorlage, bestehend aus Ablöseschichten, Schutzschichten, Dekorschichten, auf der Kleberschicht abgerollt. Vor und/oder während und/oder nach dem Abrollen wir die Kleberschicht mittels energiereicher Strahlung, insbesondere UV-Strahlung ausgehärtet und damit aktiviert und anschließend die Trägerfolie von der auf dem IMD-Formteil fest klebenden Einlegeteildekorlage 15d abgezogen. Das IML-Formteil 15 ist ein zusätzliches Dekorelement, das im fertig gestellten Formteil 14 vollflächig von der Dekorlage 16d umgeben ist.
Das IML-Formteil 15 wird im Tiefziehverfahren vorgeformt und ausgestanzt. Die vorangehende thermische Verformung ist nicht zwingend erforderlich. Der Kantenbeschnitt kann beispielsweise durch Stanzen, Fräsen, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden erfolgen. Das technisch anspruchsvolle Verfahren eignet sich insbesondere für Endlosdekore auf starken 3D-Verformungen. Neben Standarddekoren sind mit einem zusätzlichen Veredelungsschritt spezielle Glanzgrade, höhere Tiefenwirkung und Abriebbeständigkeiten möglich.
Das IML-Formteil 15 kann auch aus einem Kompositmaterial bestehen, wobei dieses Kompositmaterial rückseitig mit einer der Backingfolie 15b funktional entsprechenden thermoplastischen Materialschicht versehen ist, um eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Spritzgießmaterial 17 und der Materialschicht während des Spritzgießvorgangs zu erzeugen. Auf der vorderseitigen Oberfläche kann das Kompositmaterial mit einer der Einlegeteildekorlage 15d funktional entsprechenden Schutzschicht versehen sein. Das Kompositmaterial kann beispielsweise eine Metallschicht, zum Beispiel aus Aluminium, Stahl, Kupfer, Titan, Messing oder Legierungen davon; eine natürliche oder synthetische Faserschicht, z. B. Baumwolle, Jute, Leinen, Sisal, Hanf, Glasfaser, Carbonfaser, Polyester, Polyamid; eine Naturstoffschicht, zum Beispiel Holz, Leder oder ein Laminat oder Verbundmaterial zum Beispiel Organoblech, faserverstärkter Kunststoff, GFK (GFK = glasfaserverstärkter Kunststoff), CFK (CFK = carbonfaserverstärkter Kunststoff) oder Kombinationen davon aufweisen, die wie vorbeschrieben, rückseitig und vorderseitig mit weiteren Schichten versehen ist.
Das IML-Formteil 15 kann durch Positionsstifte und/oder elektrostatische Kraftwirkung und/oder Vakuumkraft auf der kernseitigen Formfläche 11f fixiert sein. Die Austrittsöffnung des Anspritzkanals 13 ist unter dem IML-Formteil 15 angeordnet, so dass das IML-Formteil 15 beim Spritzen des thermoplastischen Kunststoffs gegen die Dekorlage 16d der IMD-Folie 16 gepresst und hinterspritzt wird. Wie 2 zeigt, liegt das IML-Formteil 15 bei geschlossener Spritzgießform bereits annähernd an der noch lose in der dekorseitigen Werkzeughälfte 12 angeordneten IMD-Folie 16 an, die bei diesem Verfahrensschritt noch nicht auf die dekorseitige Formfläche 12f gepresst ist.
3 zeigt die Spritzgießvorrichtung 1 mit eingespritztem Spritzgießmaterial 17. Das IML-Formteil 15 ist nun gegen die Dekorlage der IMD-Folie 16 gepresst und ist mit dem eingespritzten Spritzgießmaterial 17 stoffschlüssig verbunden. Bei dem Spritzgießmaterial 17 kann es sich um einen thermoplastischen Kunststoff oder ein thermoplastisches Kunststoffgemisch handeln, beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat (ABS), Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder ein Gemisch aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat (PC/ABS).
Als Material für die Backingfolie 15b des IML-Formteils 15 können die vorgenannten Kunststoffe ebenfalls verwendet werden. Dabei sind nicht alle Materialkombinationen geeignet. Es muss sich um Materialkombinationen handeln, die miteinander eine stoffschlüssige Verbindung eingehen und vorzugsweise als tiefziehfähige Kunststofffolien herstellbar sind.
In Tabelle 1 sind geeignete Kombinationen des Spritzgießmaterials 17 und der Backingfolie 15b des IML-Formteils 15 zusammengestellt:

Spritzgießmaterial Backingfolie

Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat (ABS) ABS

ABS/Polycarbonat (PC) ABS

PC/ABS ABS

PC PC

Polypropylen (PP) PP

Polymethylmethacrylat (PMMA) PMMA

Tabelle 1
Eine weitere Voraussetzung ist die Nicht-Haftung der Einlegeteildekorlage 15d des IML-Formteils 15 an der Dekorlage 16d der IMD-Folie 16, insbesondere an der zur Einlegeteildekorlage 15d weisenden Kleberschicht der IMD-Folie 16. Bezüglich der Einlegeteildekorlage 15d des IML-Formteils 15 hat sich eine UV-Härtung des tiefgezogenen und beschnittenen IML-Formteils 15 bewährt. Die höhere Vernetzung des Lacksystems der Einlegeteildekorlage 15d führt zu einer deutlich härteren Oberfläche sowie zu einer verringerten Oberflächenspannung, sodass die Einlegeteildekorlage 15d bei den notwendigen Werkzeug- und Spritzgießmaterialtemperaturen keine Verbindung mit der zur Einlegeteildekorlage 15d weisenden Kleberschicht der IMD-Folie 16 eingeht.
Tabelle 2 zeigt die im Versuch ermittelten Maximaltemperaturen für das Spritzgießwerkzeug und für das Spritzgießmaterial.

Komponente Temperaturbereich

Spritzgießwerkzeug 11 und 12 40–80°C

Spritzgießmaterial 17 200–280°C

Tabelle 2
4 zeigt die geöffnete Spritzgießvorrichtung 1 mit dem ausgehärteten dekorierten Formteil 14, das aus der Spritzgießvorrichtung 1 entnommen werden kann.
Die Dekorlage 16d der IMD-Folie 16 ist vollflächig auf die Dekorseite des Formteils 14 übertragen mit Ausnahme des Bereichs, in dem das IML-Formteil 15 angeordnet ist. Auf der dekorseitigen Formfläche 12f sind die Trägerfolie (in 4 nicht dargestellt) der IMD-Folie 16 und der nicht übertragene Bereich der Dekorlage 16d verblieben, die nun entfernt werden können.
Auf dem Formteil 14 können Dekorlagenreste, sogenannte Folienflakes, verblieben sein, die von dem Formteil 14 entfernt werden müssen. Diese Folienflakes sind nicht mit einem Kunststoffgrat zu verwechseln und sind als systemimmanent zu betrachten. Umfangreiche Versuche mit unterschiedlichen IMD-Folien 16 und IML-Formteilen 15 zeigten, dass sich die Folienflakes sehr gut mit einer Kombination aus Rotationsbürsten, Ionisation und Absaugen entfernen lassen. Für Formteile 14 mit ausgeprägter 3D-Struktur zeigte auch die Kombination Ionisation, turbulente Druckluft und optionale Absaugung sehr gute Ergebnisse.
Die 5a und 5b zeigen zum besseren Verständnis das fertig gestellte Formteil 14 aus 4 in zwei Ansichten. Im Unterschied zu der Darstellung in 4 ist der an der Rückseite des Formteils 14 verbliebene Anspritzstutzen entfernt.
Die 6 und 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem zur Designabgrenzung eine um das IML-Formteil 15 umlaufende Designnut 14n vorgesehen ist. Das Formteil 14 hat eine Doughnut-förmige Form, wobei das IML-Formteil 15 ringförmig ausgebildet ist und in seiner Geometrie der Geometrie des Formteils entspricht.
Die Designnut 14n verdeckt mögliche Positionstoleranzen des IML-Formteils 15 optisch. Als Spritzgießmaterial 17 kann bei diesem Ausführungsbeispiel ABS oder ABS/PC vorgesehen sein. Bei dem in 6 und 7 gezeigten Doughnutförmigen Formteil 14 wird das erfindungsgemäße Verfahren mit folgenden Parametern durchgeführt: Einspritzzeit etwa 1 s, Nachdruckzeit etwa 9 s, Abkühlzeit etwa 20 s (Verfahrensschritt d)). Die Zeit, in welcher Druck und Wärme, insbesondere auf die Kleberschicht der IMD-Folie 16 einwirkt und diese aktiviert und klebrig wird, beträgt dabei etwa 10 s (Einspritzzeit + Nachdruckzeit). Während der Einspritzzeit strömt heißes Spritzgießmaterial in die Spritzgießvorrichtung 1 ein und erzeugt durch den Einspritzdruck und die Temperatur des Spritzgießmaterials entsprechend Bedingungen innerhalb der Spritzgießvorrichtung 1. Während der Nachdruckzeit bleibt die Spritzgießvorrichtung 1 geschlossen, wird beheizt und unter Druck belassen, d. h. dass Druck und Temperatur während dieser Nachdruckzeit weitgehend konstant bleiben. Während der Abkühlzeit bleibt die Spritzgießvorrichtung 1 geschlossen, jedoch drucklos und mit kontinuierlich abnehmendem Temperaturlevel, bis die Spritzgießvorrichtung 1 geöffnet und das Formteil 14 entnommen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Spritzgießvorrichtung
11: kernseitige Werkzeughälfte
11f: kernseitige Formfläche
12: dekorseitige Werkzeughälfte
12f: dekorseitige Formfläche
13: Anspritzkanal
14: Formteil
14n: Designnut
15: IML-Formteil
15b: Backingfolie
15d: Einlegeteildekorlage
16: IMD-Folie
16d: Dekorlage
17: Spritzgießmaterial

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mittels In-Mold-Decoration (IMD) und In-Mold-Labeling (IML) dekorierten Formteils (14) mit einer Spritzgießvorrichtung (1), die eine dekorseitige Werkzeughälfte (12) und eine kernseitige Werkzeughälfte (11) aufweist, wobei die dekorseitige Werkzeughälfte (12) bewegbar und die kernseitige Werkzeughälfte (11) gestellfest ausgebildet ist, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Einbringen einer IMD-Folie (16) in eine durch eine dekorseitige Formfläche (12f) ausgebildete Formausnehmung der dekorseitigen Werkzeughälfte (12) und Fixieren der IMD-Folie (16); b) Einlegen eines IML-Formteils (15) in eine durch eine kernseitige Formfläche (11f) ausgebildete Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte (11) und Fixieren des IML-Formteils (15), wobei das IML-Formteil (15) eine Einlegeteildekorlage (15d) und eine Backingfolie (15b) umfasst; c) Schließen der Spritzgießvorrichtung (1) durch Absenken der dekorseitigen Werkzeughälfte (12) auf die kernseitige Werkzeughälfte (11); d) Einspritzen eines flüssigen thermoplastischen Spritzgießmaterials (17) in die Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte, wobei das flüssige Spritzgießmaterial (17) das IML-Formteil (15) von der kernseitigen Werkzeughälfte (11) lost und gegen die IMD-Folie (16) in der Formausnehmung der dekorseitigen Werkzeughälfte (12) drückt; e) Öffnen der Spritzgießvorrichtung (1) nach Ablauf einer Abkühlzeit des Formteils; f) Entnahme des dekorierten Formteils (14).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die IMD-Folie im Verfahrensschritt a) vollflächig über der Formausnehmung der dekorseitigen Werkzeughälfte positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das IML-Einlegeteil im Verfahrensschritt b) durch in der Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte angeordnete Positionsstifte fixiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das IML-Einlegeteil im Verfahrensschritt b) durch elektrostatische Kraft und/oder durch Vakuumkraft in der Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte fixiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießmaterial ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat oder eine Mischung aus einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat und einem Polycarbonat oder eine Mischung aus einem Polycarbonat und einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat ist und dass die Backingfolie ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolimerisat ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießmaterial ein Polycarbonat ist und dass die Backingfolie ein Polycarbonat ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießmaterial Polypropylen und dass die Backingfolie Polypropylen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießmaterial Polymethylmethacrylat und dass die Backingfolie Polymethylmethacrylat ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegeteildekorlage (15d) des IML-Formteils (15) UV-Lichtgehärtet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das IML-Formteil (15) eine Schutzlackbeschichtung aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie im Verfahrensschritt d) nicht auf der Dekorlage (16d) der IMD-Folie (16) haftet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IMD-Folie eine vollflächig ausgebildete Kleberschicht aufweist, die durch eine partielle Beschichtung in den Flächenbereichen deaktiviert ist, in denen die IMD-Folie mit dem IML-Formteil überlappt, wobei die partielle Beschichtung so ausgebildet ist, dass sie während des Verfahrensschritts d) nicht oder nur geringfügig an der Oberfläche des IML-Formteils haftet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Verfahrensschritt g) Reinigen des dekorierten Formteils (14) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt g) eine berührende und/oder berührungslose Reinigung vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt g) eine Kombination aus einer Reinigung durch Ionisierung, Anblasen mit turbulenter Druckluft und optionaler Absaugung vorgesehen ist.
Spritzgießvorrichtung (1) zur Herstellung eines mittels In-Mold-Decoration (IMD) und In-Mold-Labeling (IML) dekorierten Formteils (14) mit einer dekorseitigen Werkzeughälfte (12) und einer kernseitigen Werkzeughälfte (11), wobei die dekorseitige Werkzeughälfte (12) bewegbar und die kernseitige Werkzeughälfte (11) gestellfest ausgebildet ist und mindestens einen Anspritzkanal (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formausnehmung der kernseitigen Werkzeughälfte (11) eine Fixiereinrichtung für ein IML-Formteil (15) aufweist, und dass die Austrittsöffnung des mindestens einen Anspritzkanals (13) unterhalb des in die kernseitige Werkzeughälfte (11) eingelegten IML-Formteils (15) angeordnet ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Anspritzkanal vorgesehen ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die dekorseitige Formfläche (12f) ein Formelement zur Ausbildung einer das IML-Formteil (15) umgebenden Designnut (14n) aufweist.