DE102014222500A1

DE102014222500A1 - Verfahren zum Herstellen eines Ausstattungsteils und Ausstattungsteil für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102014222500A1
Application number: DE102014222500.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Kuckertz; Iris Wegner
Original assignee: Johnson Controls Interiors Management GmbH
Current assignee: Adient Interiors Management GmbH
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Ausstattungsteils, insbesondere für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges. Bei dem Verfahren wird zunächst eine thermoplastische Folie bereitgestellt, welche eine A-Seite und eine B-Seite aufweist. Anschließend wird zumindest bereichsweise eine Beschichtung auf wenigstens die A-Seite der Folie aufgebracht und dann die aufgebrachten Beschichtung teilgehärtet. Im Anschluss daran wird die Folie auf ein Formungswerkzeug geladen erwärmt. Dann erfolgt ein Prägen der erwärmten Folie in einer Negativform des Formungswerkzeugs. Zum Schluss erfolgt eine Endhärten der auf der A-Seite aufgebrachten Beschichtung mit aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Ausstattungsteil, insbesondere für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges, und spezifischer folienbezogene Ausstattungsteile mit Dekorapplikationen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen bestehen heutzutage aus einer Vielzahl von Formkörpern, insbesondere in Gestalt von Cockpits, Instrumententafeln und Ausstattungsteilen, die ein aus einem Trägermaterial bestehendes Substrat aufweisen, welches für die entsprechende Formstabilität des Formkörpers sorgt und die im Gebrauch auftretenden mechanischen Kräfte aufnehmen. Dieses Substrat ist in der Regel mit einer Folie kaschiert, um die optische Anmutung im Innenbereich des Kraftfahrzeuges zu erhöhen.
Die Gestaltung des Kraftfahrzeug-Innenraums mit einer dauerhaft hochwertigen Anmutung spielt bei heutigen Automobilen eine zunehmend wichtigere Rolle. Die Forderungen nach geringstem Narbauszug, unterschiedlichen Narbzonen und einer hohen Resistenz gegen mechanischen und chemischen Belastungen sowie eine optimale UV-Stabilität können mit herkömmlichen Herstellungsprozessen nicht erfüllt werden.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Ausstattungsteil für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, eine angenehme Haptik aufweist, und insbesondere besonders widerstandsfest gegenüber mechanischen und chemischen Einflüssen ist, und gleichzeitig rationell gefertigt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines solchen Ausstattungsteils anzugeben.
Im Hinblick auf das Verfahren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Demnach ist insbesondere vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine thermoplastische Folie bereitgestellt wird, welche eine A-Seite und eine B-Seite aufweist. Unter dem hierin verwendeten Begriff „A-Seite“ ist die der sichtbaren Fläche des fertiggestellten Ausstattungsteils zugewandte Fläche der Folie zu verstehen. Andererseits ist unter dem hierin verwendeten Begriff „B-Seite“ die im Normalfall für den Benutzer bzw. Fahrzeuginsassen nicht sichtbare Innenfläche der entsprechenden A-Seite sowie der tragenden Struktur des Objekts zu verstehen.
Als thermoplastisch wird allgemein eine Folie bezeichnet, die oberhalb der Gebrauchstemperatur einen reversiblen Erweichungspunkt oder -bereich aufweist, oberhalb dessen sie mechanisch verformt werden kann, wobei die neue Form nach dem Abkühlen des Stoffes unterhalb des Erweichungspunkts oder -bereichs erhalten bleibt.
Die im ersten Verfahrensschritt bereitgestellte thermoplastische Folie enthält vorzugsweise Polyolefin, Polypropylen (PP) und/oder ein Polypropylen-Copolymer. Denkbar in diesem Zusammenhang ist es aber auch, als Folie eine Mehrschichtfolie, insbesondere eine Polypropylen-Copolymerisat-Mehrschichtfolie vorzusehen.
Die Folie des Ausstattungsteils dient als Trägermaterial für eine zumindest auf der A-Seite der Folie zu applizierende Beschichtung und muss neben allgemeinen Beständigkeitsanforderungen vor allem die nötige thermische Verformbarkeit besitzen. Als Folienmaterial ist – neben den bereits genannten Materialien – insbesondere somit ein Material geeignet, welches thermoplastische Polymere, insbesondere Polyacrylate, Polymethacrylate, thermoplastische Polyurethane, Polyester, Polyether, Polyolefine, Polyamide, sowie Copolymere unterschiedlicher Polymere aufweist. Besonders geeignet sind thermoplastische Polyurethane, Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie modifizierte Varianten von PMMA, Polycarbonate, Acrylstyrolacrylnitrilcopolymere (ASA) sowie Mischungen dieser Polymere.
Erfindungsgemäß wird auf wenigstens die A-Seite der bereitgestellten Folie zumindest bereichsweise eine Beschichtung appliziert, welche anschließend vorzugsweise durch Wärmezufuhr trocknet. Vorzugsweise wird das Trocknen der Beschichtung derart durchgeführt, dass die Beschichtung durch einen Polyadditionsmechanismus thermisch vorgehärtet wird.
Unter einer Vorhärtung mittels Polyadditionsreaktion ist hierin eine Polyreaktion zu verstehen, bei der sich durch vielfach wiederholte Addition von di- oder polyfunktionellen Monomeren ein polymeres Produkt bildet, wobei die Additionsreaktion vorzugsweise ohne Abspaltung einer niedermolekularen Verbindung abläuft. Polyadditionsreaktionen sind beispielsweise die Bildung von Polyharnstoffen, Polyurethanen und die Reaktionen von Epoxidharzen mit Di- oder Polyaminen.
Aus diesem Grund ist es gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung von Vorteil, wenn die Beschichtung Polyurethan aufweist. So ist es insbesondere denkbar, dass die Beschichtung als wässrige Polyurethan-Dispersion auf zumindest die A-Seite der Folie aufgebracht wird. Indem eine wässrige Polyurethan-Dispersion verwendet wird, werden gleich mehrere Vorteile auf einmal erreicht: Zum einen ist eine wässrige Polyurethan-Dispersion besonders umweltfreundlich, da Wasser als Lösungsmittel eingesetzt wird. Darüber hinaus ermöglichen wässrige Polyurethan-Dispersionen eine schnelle Trocknung und Vorhärtung der Beschichtung, und sie lassen sich ferner leicht im Sprühverfahren applizieren. Ferner hat sich herausgestellt, dass wässrige Polyurethan-Dispersionen leichter mattierbar sind als beispielsweise 100 %ige UV-vernetzende Lacke. Darüber hinaus erreichen wässrige Polyurethan-Dispersionen, die mit UV-Strahlung vernetzbar sind, im Allgemeinen auch eine bessere Haftung auf der A-Seite der Folie.
Nach dem Applizieren der Beschichtung auf zumindest die A-Seite der Folie und dem anschließenden Trocknen und Vorhärten der aufgebrachten Beschichtung kann die Folie zum Transport oder auch zur Aufbewahrung auf Rollen aufgewickelt und anschließend vor Ort zur Weiterverarbeitung gebracht werden.
Gemäß der Erfindung sieht die Weiterverarbeitung der beschichteten Folie vor, dass diese auf ein Formungswerkzeug geladen wird, so dass die A-Seite der beschichteten Folie zu einer Negativform der Formungswerkzeugs zeigt.
Die Negativform des Formungswerkzeugs weist vorzugsweise eine in Richtung der A-Seite der Folie zeigende, zumindest bereichsweise genarbte Oberfläche auf. Auf diese Weise kann in einem anschließenden Verfahrensschritt die ursprünglich ungeprägte, thermoplastische Folie auf einen Träger kaschiert werden und im gleichen Schritt ihre Narbung erhalten.
Hierzu wird die auf dem Formungswerkzeug geladene Folie zunächst erwärmt, um die Formbarkeit bzw. die Dehnbarkeit der Folie zu erhöhen. Anschließend erfolgt das Prägen der erwärmten Folie in der Negativform des Formungswerkzeugs, wobei nicht nur eine dreidimensionale Kontur der Folie erzielbar ist, sondern auch eine Narbung in der A-Seite der Folie.
Nach dem Prägen der erwärmten Folie in der Negativform des Formungswerkzeugs erfolgt die Endhärtung der auf der A-Seite aufgebrachten Beschichtung. Dies erfolgt insbesondere mit aktinischer Strahlung, und im Einzelnen mit UV-Strahlung.
Unter Härtung mit aktinischer Strahlung ist hierin eine radikalische Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen zu verstehen, was vorzugsweise mittels Initiatorradikalen erfolgt, die durch Bestrahlung mit aktinischer Strahlung beispielsweise aus Fotoinitiatoren freigesetzt werden.
Zu diesem Zweck ist in besonders bevorzugten Realisierungen der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die auf die A-Seite der Folie aufgebrachte Beschichtung nicht nur Polyurethan, sondern auch Acrylat oder Acrylsäure aufweist, um bei der Endhärtung der Beschichtung die Polymerisation des in der Beschichtung enthaltenden Polyurethan zu fördern.
Alternativ oder zusätzlich ist es ferner von Vorteil, wenn die Beschichtung fotoaktive Substanzen, insbesondere Fotoinitiatoren aufweist, so dass bei der Enthärtung der auf der A-Seite aufgebrachten Beschichtung die fotoaktiven Substanzen Radikale bilden und eine Polymerisation des Materials der Beschichtung auslösen.
Insbesondere eignen sich hierbei Benzophenon und/oder Derivate hiervon als fotoaktive Substanzen.
Fotoinitiatoren sind durch aktinische Strahlung aktivierbare Initiatoren, die eine radikalische Polymerisation der entsprechenden polymerisierbaren Gruppen auslösen. Fotoinitiatoren sind beispielsweise aromatische Ketonverbindungen, z.B. Benzophenone in Kombination mit tertiären Aminen, Alkylbenzophenone, 4,4'-Bis(dimethylamino)benzophenon, Anthron und halogenierte Benzophenone oder Mischungen der genannten Typen, oder beispielsweise Benzoin und seine Derivate, Benzilketale, Acylphosphinoxide, wie z.B. 2,4,6-Trimethyl-benzoyldiphenylphosphinoxid, Bisacylophosphinoxide, Phenylglyoxylsäureester, Campherchinon, α-Aminoalkylphenone, α, α-Dialkoxyacetophenone und α-Hydroxyalkylphenone. Es kann vorteilhaft sein, auch Gemische dieser Verbindungen einzusetzen. Je nach zur Härtung verwendeter Strahlungsquelle sollte der Typ und die Konzentration an Fotoinitiator entsprechend angepasst werden.
Vorzugsweise weist die Beschichtung auch Additive, wie etwa Stabilisatoren, Katalysatoren und/oder andere Zusatzstoffe auf. Insbesondere ist es von Vorteil, als Additive zu der Beschichtung Lichtschutzmittel wie UV-Absorber und sterisch gehinderte Amine (HALS) einzusetzen. Denkbar wäre es ferner Antioxidantien sowie Lackhilfsmittel als Additive vorzusehen, z.B. Antiabsetzmittel, Entschäumungs- und/oder Netzmittel, Verlaufmittel, Weichmacher, Katalysatoren, Hilfslösemittel und/oder Verdicker sowie Pigmente, Farbstoffe und/oder Mattierungsmittel.
Durch die Endhärtung der Beschichtung werden Beständigkeitseigenschaften der A-Seite der Folie und der Narbung erreicht, wie sie bei herkömmlichen Ausstattungsteilen nicht erzielbar sind. Insbesondere wird nicht nur die Beständigkeit gegen Verkratzen, sondern auch die Beständigkeit gegen chemische Substanzen deutlich erhöht, was die erfindungsgemäße Lösung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren abgrenzt. Im Einzelnen ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Ausstattungsteil chemisch resistent gegenüber Octocrylen, wobei es sich hierbei um eine chemische Verbindung handelt, die als Sonnenschutzfilter in Kosmetika Verwendung findet.
Untersuchungen haben gezeigt, dass das erfindungsgemäß hergestellte Ausstattungsteil insbesondere auch gegenüber Octylamin und Diethyltoluamid (DEET) resistent ist. Octylamin kommt häufig als Korrosionsinhibitor beispielsweise in Weichspülern und Waschmitteln zum Einsatz. Diethyltoluamid (DEET) ist ein chemisches Insektenabwehrmittel.
Die bei der erfindungsgemäßen Lösung zum Einsatz kommende Beschichtung, welche vor dem Prägen der Folie zumindest auf die A-Seite der Folie aufgebracht und nach dem Prägen der Folie endgehärtet wird, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es sich hierbei um eine Beschichtung handelt, die nach dem Aufbringen auf die A-Seite der Folie trocknet und somit mittels Polyadditionsreaktion zu einer blockfesten, aber thermoplastischen Schicht aushärtet. Auf diese Weise kann die beschichtete Folie problemlos weiterverarbeitet, und insbesondere verformt und mit einer Narbung versehen werden, ohne dass es zu einer Rissbildung in der auf der A-Seite der Folie ausgebildeten Beschichtung kommt. Nach dem Prägen und Formen der Folie wird die A-Seite der Folie gegenüber mechanischen und insbesondere auch chemischen Belastungen resistent, indem durch Strahlung die zuvor teilgehärtete Beschichtung endgehärtet wird.
Als blockfest wird hierin eine Beschichtung bezeichnet, die keine Neigung zum Verkleben mit sich selbst aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auf zumindest einen Bereich der B-Seite der Folie ein Trägermaterial aufgebracht, um dem fertiggestellten Ausstattungsteil die notwendige Formstabilität zu geben. Das Trägermaterial kann auf verschiedene Weise auf die B-Seite der Folie angebracht werden. Vorzugsweise weist das Trägermaterial ein Thermoplast, insbesondere Polypropylen, Acryl-Butadien-Styrol und/oder thermoplastische Polyurethanelastomere und/oder Naturfaserkomposite auf, wobei aber auch andere Trägermaterialien, insbesondere auch Naturfaser-Materialien, in Frage kommen.
Zum einen ist es denkbar, das Trägermaterial vorzugsweise nach dem Prägen der Folie durch Hinterspritzen auf die B-Seite der Folie aufzubringen.
Alternativ hierzu ist es aber auch denkbar, das Trägermaterial während des Prägens der Folie auf die B-Seite der Folie aufzubringen, insbesondere durch Pressung.
Auf der Rückseite der Folie, d.h. auf der B-Seite der Folie, auf der die Beschichtung nicht aufgebracht wird, kann optional eine beispielsweise thermisch verformbare Klebstoffschicht aufgebracht sein, um die stoffschlüssige Verbindung mit dem Trägermaterial zu verbessern. Hierzu eignen sich je nach Vorgehensweise bevorzugt Schmelzkleber bzw. strahlungshärtende Kleber. Besonders bevorzugt kommt eine wärmeaktivierbare Klebstoffschicht zum Einsatz, die durch die Rest-Wärme der Folie beim Prägen der Folie aktivierbar ist.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann es – abhängig von dem Material der Folie und dem Trägermaterial – von Vorteil sein, einen Haftvermittler auf die B-Seite der Folie zu applezieren.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gleichzeitig mit dem Prägen der Folie das Trägermaterial auf zumindest einen Bereich der B-Seite der Folie insbesondere durch Pressung aufgebracht, wobei sich das Trägermaterial vorzugsweise beim anschließenden Abkühlen der Folie mit der Folie stoffschlüssig verbindet.
Denkbar in diesem Zusammenhang ist insbesondere, dass das Trägermaterial an einer zu der B-Seite der Folie zeigenden Oberfläche einer Positivform des Formungswerkzeugs angeordnet ist und durch Kaschieren auf die B-Seite der Folie aufgebracht wird. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere denkbar, dass vor dem Kaschieren das Trägermaterial mit Hilfe der Positivform des Formungswerkzeuges umgeformt wird.
Im Hinblick auf die Folie ist es insbesondere von Vorteil, wenn diese eine Schichtdicke von kleiner als oder gleich etwa 750 µm aufweist, bevorzugt kleiner als oder gleich etwa 500 µm aufweist, ganz besonders bevorzugt kleiner als oder gleich 400 µm aufweist. Es hat sich gezeigt, dass mit diesen Schichtdicken der Folie es möglich ist, die Folie besonders effizient mit einem sogenannten In-Mold-Graining-Verfahren weiterverarbeitbar ist, und zwar selbst mit der auf der A-Seite der Folie applizierten Beschichtung, die vor der Weiterverarbeitung bereits teilgehärtet ist.
In-Mold Graining ist ein Kaschierverfahren, bei dem die in der Automobilindustrie häufig genutzte thermoplastische Polyolefin-Folie (TPO) ihre Oberflächenstruktur durch ein speziell genarbtes Werkzeug erhält. Die ungeprägte Folie wird mit Hilfe eines Vakuums im Werkzeug geformt und geprägt. Im selben Arbeitsschritt wird das Material auf den Träger kaschiert. So lässt sich ein Verzerren der Narbung an scharfen Kanten, wie es bei Verfahren mit vorgeprägten Folien und Häuten vorkommen kann, vermeiden. Um eine weiche Haptik zu erzeugen, ist in vielen Anwendungsfällen insbesondere eine TPO-Schaumfolie bevorzugt.
Bezüglich der Schichtdicke der auf der A-Seite der Folie aufgebrachten Beschichtung ist es bevorzugt, wenn die Beschichtung eine Schichtdicke von etwa 1 µm bis etwa 30 µm aufweist, bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, besonders bevorzugt von etwa 10 µm. Mit diesen Schichtdicken ist sichergestellt, dass trotz der bereits vorgehärteten Beschichtung die Folie insbesondere mit einem In-Mold Graining-Verfahren weiterverarbeitbar ist, ohne dass die Gefahr einer Rissbildung in der Beschichtung besteht.
Die Erfindung ist nicht nur auf ein Verfahren zum Herstellen eines Ausstattungsteils gerichtet, sondern auch auf ein Ausstattungsteil, insbesondere ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ausstattungsteil.
Das erfindungsgemäße Ausstattungsteil zeichnet sich nicht nur dadurch aus, dass es in einer besonders effizienten und somit kostengünstigen Weise herstellbar ist, sondern auch dadurch, dass die A-Seite des Ausstattungsteils, d.h. die im Innenraum eines Kraftfahrzeuges sichtbare Oberfläche des Ausstattungsteils, insbesondere eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit aufweist, und zwar vor allem gegenüber Chemikalien, die beispielsweise in Sonnencremes, Kosmetika, Insektenschutzmitteln etc. vorhanden sind.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung somit auch ein Ausstattungsteil für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Substrat aus einem Trägermaterial und eine damit verbundene thermoplastische Folie, insbesondere auch Mehrschichtfolie, wobei die Folie die A-Seite des Ausstattungsteils bildet und vorzugsweise Polyolefin, Polypropylen (PP) oder ein Polypropylen-Copolymer enthält, und wobei auf der A-Seite der Folie eine durch UV-Strahlung endgehärtete Beschichtung aufweist, so dass die genannte Chemikalienbeständigkeit des Ausstattungsteils realisiert wird.
Die bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommende Folie ist insbesondere eine TPO-Folie, welche kein PVC enthält und mit relativ geringem Aufwand von dem Trägermaterial getrennt und werkstofflich wiederverwendet werden kann. Im Hinblick auf das Trägermaterial ist es insbesondere bevorzugt, Fibrit bestehend aus Naturfasern als Trägerwerkstoff einzusetzen, was zusätzlich die Umweltverträglichkeit erhöht, da Naturfasern nachwachsende Rohstoffe sind und bei der Entsorgung keine umweltschädlichen Rückstände hinterlassen. Wird ein Trägermaterial verwendet, das im chemischen Aufbau der Folie ähnlich ist, lässt sich das Ausstattungsteil vollständig in einem Arbeitsschritt recyclen.
Indem die Endhärtung der chemikalienresistenten Beschichtung erfindungsgemäß durch Applikation von aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, erfolgt, ist der Vorteil gegeben, dass alle Bereiche der A-Seite der im Prägungsschritt ggf. verformten Folie ohne Aufwand berührungslos mit der Strahlung erreichbar sind, um die Endhärtung zu bewirken.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung somit insbesondere ein kombiniertes Verfahren, bei dem eine anfänglich ungeprägte Folie insbesondere durch ein In-Mold Graining-Verfahren oder durch ein dergleichen Kaschierungsverfahren, insbesondere mit Hilfe eines Vakuums im Werkzeug die Folie geformt und geprägt wird, und bei dem im selben Arbeitsschritt das Trägermaterial auf die B-Seite der als Träger dienenden Folie kaschiert wird, wobei zur anschließenden Endhärtung der auf der A-Seite der Folie applizierten Beschichtung eine aktinische Bestrahlung zum Einsatz kommt, um somit eine optimierte Chemikalienbeständigkeit des Ausstattungsteils zu realisieren.
Darüber hinaus verbessert die endgehärtete Beschichtung auf der A-Seite der Folie bzw. des Ausstattungsteils die Narbprägnanz der als Dekor- oder Sichtfläche dienenden A-Seite der Folie bei einem effizienten und kostengünstigen Herstellungsverfahren des Ausstattungsteils.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen anhand exemplarischer Ausführungsformen das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen:
1 schematisch die Herstellung eines Ausstattungsteils gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung der Formwerkzeuge, die bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel bei der Herstellung des Ausstattungsteils zum Einsatz kommen;
3 schematisch die chemischen Veränderungen bei der thermischen Behandlung und bei der Endhärtung der Beschichtung der Folie; und
4 eine illustrative Darstellung der chemischen Veränderung von Bestandteilen der Beschichtung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines insbesondere im Hinblick auf die Chemikalienbeständigkeit optimierten Ausstattungsteils für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges sind die folgenden Verfahrensschritte vorgesehen:

a) Bereitstellen einer thermoplastischen Folie, welche eine A-Seite und eine B-Seite aufweist;
b) zumindest bereichsweises Aufbringen einer Beschichtung auf wenigstens die A-Seite der Folie und anschließendes Trocknen und Teilhärten der aufgebrachten Beschichtung;
c) Laden der beschichteten Folie auf ein Formungswerkzeug, so dass die A-Seite der beschichteten Folie zu einer Negativform des Formungswerkzeugs zeigt, wobei die Negativform des Formungswerkzeugs vorzugsweise eine in Richtung der A-Seite der Folie zeigende, zumindest bereichsweise genarbte Oberfläche aufweist;
d) Erwärmen der thermoplastischen Folie;
e) Prägen der erwärmten Folie in der Negativform des Formungswerkzeugs; und
f) Endhärten der auf der A-Seite aufgebrachten Beschichtung mit aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung.

Demnach erfolgt zunächst die Applikation einer Beschichtung auf die Substratfolie (Folie) nach gängigen Methoden wie Rakeln, Walzen, Spritzen oder Drucken. Die applizierten Schichtdicken (vor der Härtung) liegen typischerweise zwischen 1 µm bis etwa 30 µm, bevorzugt zwischen etwa 5 µm bis etwa 20 µm, besonders bevorzugt bei etwa 10 µm.
Daran schließt sich ein Trocknungs- bzw. Vorhärtungsschritt an, bei dem eine thermische Polyadditionsreaktion ausgelöst wird. Durch die definierte Funktionalität der Komponenten des Beschichtungsmittels entsteht dabei eine blockfeste Beschichtung mit thermoplastischen Eigenschaften.
Nach dem Trocknungs- bzw. Vorhärtungsschritt kann die beschichtete Folie ggf. aufgerollt werden, ohne dass es zum Verkleben der Beschichtung mit der Rückseite der Folie, d.h. der B-Seite der Folie, kommt. Es ist aber auch möglich, die beschichtete Folie zuzuschneiden und die Zuschnitte einzeln oder als Stapel der Weiterverarbeitung zuzuführen.
Nach dem Trocknungs- bzw. Vorhärtungsschritt oder ggf. nach dem Aufrollen kann die beschichtete Folie durch thermisches Verformen in die gewünschte Endform gebracht werden. Dies kann nach gängigen Verfahren wie Tiefziehen, Vakuum-Tiefziehen, Pressen, Blasverformen erfolgen. Insbesondere kann die beschichtete Folie ggf. im erwärmten Zustand zum stoffschlüssigen Verbinden mit einem Trägermaterial verwendet werden. Dabei kann ggf. eine Klebschicht als Haftvermittler zwischen Folie und der Trägerschicht eingesetzt werden.
Nach dem Verformungsschritt wird die Beschichtung der Folie durch Bestrahlung mit aktinischer Strahlung endgehärtet. Die Strahlungshärtung erfolgt bevorzugt durch Einwirkung energiereicher Strahlung, insbesondere UV-Strahlung z.B. mit einer Wellenlänge von 200 bis 750 nm, oder durch Bestrahlen mit energiereichen Elektronen (Elektronenstrahlung, 90 bis 300 keV). Als Strahlungsquellen für Licht oder UV-Licht dienen beispielsweise Mittel- oder Hochdruckquecksilberdampflampen, wobei der Quecksilberdampf durch Dotierung mit anderen Elementen wie Gallium oder Eisen modifiziert sein kann. Laser, gepulste Lampen (unter der Bezeichnung UV-Blitzlichtstrahler bekannt), Halogenlampen oder Eximerstrahler sind ebenfalls einsetzbar.
In der Teildarstellung a) in 1 ist ein offenes Herstellungswerkzeug gezeigt, bei dem im offenen Zustand ein erstes Formwerkzeug 5 im oberen Bereich und ein zweites Formwerkzeug 6 im unteren Bereich angeordnet ist. Vorzugsweise sind oberhalb des ersten Formwerkzeugs Vakuumkanäle 7 vorgesehen, durch welche das erste Formwerkzeug 5 mit Vakuum beaufschlagt werden kann. Das erste Formwerkzeug 5 kann hierbei Öffnungen aufweisen, so dass eine Folie 2 durch Beaufschlagung mit Vakuum über die Vakuumkanäle 7 an das erste Formwerkzeug 5 tiefgezogen werden kann.
Das erste Formwerkzeug 5 kann andererseits auch aus einer Schale oder einer Schalung bestehen, wobei oberhalb der Schale ein Hohlraum und oberhalb des Hohlraums ein Werkzeugteil mit Durchgangslöchern vorgesehen sein kann, wobei wiederum die Durchgangslöcher mit den Vakuumkanälen 7 verbunden sind und durch Beaufschlagung der Vakuumkanäle 7 mit Vakuum im Hohlraum oberhalb der Schale ein Vakuum derart erzeugt wird, dass über weitere Durchgangslöcher, die innerhalb der Schale vorgesehen sind, die Folie 2 in die Schale tiefgezogen werden kann.
An dem zweiten Formwerkzeug 6 wird ein Träger 4 angebracht, wobei dies beispielsweise durch Beaufschlagen des zweiten Formwerkzeugs 6 mit Vakuum über die Vakuumkanäle 7 – ähnlich wie zuvor unter Bezug auf das erste Formwerkzeug 5 beschrieben – durchgeführt werden kann. Alternativ kann der Träger 4 auch lediglich auf das zweite Formwerkzeug 6 aufgelegt werden.
Erfindungsgemäß wird die Folie 2 vor dem Einbringen in das Formwerkzeug und vor dem Tiefziehen auf das erste Formwerkzeug 5 mit einer Beschichtung 3 versehen und thermisch behandelt. Die Beschichtung 3 weist Polyurethan auf, die bei der thermischen Behandlung polymerisieren, vorzugsweise radikalisch, wodurch die mechanische und chemische Belastbarkeit der Beschichtung 3 und damit der Folie 2 verbessert wird. Nach dem Beschichten der Folie 2 und dem Einbringen der Folie 2 in das Werkzeug wird die Folie 2, die mit der Beschichtung 3 versehen ist, in das erste Formwerkzeug 5 tiefgezogen.
In Bezug auf 1 ist in der Unterdarstellung b) und c) das Verfahren dargestellt, bei dem durch Hinterspritzen die Folie 2 mit einem Trägermaterial 4 verbunden wird, um somit das Ausstattungsteil 1 zu erzeugen. Hierbei kommen beispielsweise Thermoplaste oder andere Kunststoffe zum Einsatz. In der Unterdarstellung c) ist hierbei noch der optionale Schritt des Stanzens (engl. punching) des Ausstattungsteils 1 illustrativ dargestellt.
In der Unterdarstellung d) ist dargestellt, wie das erste Formwerkzeug 5 vom Ausstattungsteil 1 abgehoben und das Ausstattungsteil 1, das nunmehr aus der Folie 2, der Beschichtung 3 sowie dem Träger 4 besteht, aus der Form entnommen wird.
In der Unterdarstellung e) in 1 ist der erfindungsgemäße Schritt dargestellt, bei dem das Ausstattungsteil 1 nach dem Beschichten der Folie 2, der thermischen Behandlung der Folie 2/Beschichtung 3, dem Tiefziehen der Folie 2 und dem Hinterspritzen der Folie 2 mit dem Träger 4 das Ausstattungsteil 1 einem UV-Härtungsprozess ausgesetzt bzw. unterzogen wird. Hierbei wird vorzugsweise das Ausstattungsteil 1 auf ein Förderband 9 gelegt, wobei das Förderband 9 mittels Rollen 10 und mittels eines Antriebs 11 unter einer UV-Lampe derart hindurchbewegt wird, dass das Ausstattungsteil 1 mit UV-Strahlung 8 bestrahlt wird.
Hierdurch wird eine Reaktion der Acrylate, die in der Beschichtung 3 vorhanden sind, in Gang gesetzt derart, dass eine Quervernetzung der Acrylate erfolgt, so dass quervernetzte Acrylatgruppen im Bereich der Oberfläche des Ausstattungsteils erzeugt werden. Hierdurch wird die Belastbarkeit der Oberfläche des Ausstattungsteils insbesondere bezüglich Insektenschutzmitteln und Bleichmitteln erhöht.
2 zeigt detaillierter das Werkzeug, das zum Ausbilden des Ausstattungsteils 1 verwendet wird. Hierbei sind im Detail die Vakuumkanäle 7 sowie das erste Formwerkzeug 5 und das zweite Formwerkzeug 6 gezeigt, wobei im in 2 gezeigten Fall die Folie 2 an das erste Formwerkzeug 5 tiefgezogen wurde und der Träger 4 am zweiten Formwerkzeug 6 anliegt.
3 zeigt schematisch den chemischen Prozess, der in der Beschichtung 3, die auf der Folie 2 aufgebracht ist, abläuft. Im Schritt A) wird die Folie 2 mit einer Beschichtung 3 versehen, wobei die Beschichtung 3 Polyurethane und Acrylate aufweist. Im Schritt B) wird durch thermisches Behandeln, insbesondere Erhitzen, eine Polymerisierung der Polyurethane in Gang gesetzt, so dass Polyurethanpolymere erzeugt werden, die die Widerstandsfähigkeit der Beschichtung 3 erhöhen, ohne die Flexibilität der Komponenten Beschichtung 3 – Folie 2 entscheidend zu beeinträchtigen. Im Schritt C) wird die Beschichtung 3 UV-Strahlung ausgesetzt derart, dass eine Quervernetzung der in der Beschichtung 3 vorhandenen Acrylate in Gang gesetzt wird derart, dass quervernetzte Acrylgruppen in der Beschichtung 3 gebildet werden.
4 zeigt schematisch die Ausbildung von Polyurethanpolymeren 3‘ bei der thermischen Behandlung der Beschichtung 3 sowie das Ausbilden der quervernetzten Acrylgruppen bei 3‘‘ als Folge der Bestrahlung der in der Beschichtung 3 vorhandenen Acrylate mit UV-Strahlung.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenstellung sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.
Bezugszeichenliste

1: Ausstattungsteil
2: Folie
3: Beschichtung
3': Polyurethane/Polyurethanpolymere
3'': Acrylate/Acrylatgruppen
4: Träger
5: erstes Formwerkzeug
6: zweites Formwerkzeug
7: Vakuumkanäle
8: UV-Strahlung
9: Förderband
10: Rollen
11: Antrieb

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Ausstattungsteils, insbesondere für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: a) Bereitstellen einer thermoplastischen Folie, welche eine A-Seite und eine B-Seite aufweist; b) zumindest bereichsweises Aufbringen einer Beschichtung auf wenigstens die A-Seite der Folie und anschließendes Trocknen und Teilhärten der aufgebrachten Beschichtung; c) Laden der beschichteten Folie auf ein Formungswerkzeug, so dass die A-Seite der beschichteten Folie zu einer Negativform des Formungswerkzeugs zeigt, wobei die Negativform des Formungswerkzeugs vorzugsweise eine in Richtung der A-Seite der Folie zeigende, zumindest bereichsweise genarbte Oberfläche aufweist; d) Erwärmen der thermoplastischen Folie; e) Prägen der erwärmten Folie in der Negativform des Formungswerkzeugs; und f) Endhärten der auf der A-Seite aufgebrachten Beschichtung mit aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner der Verfahrensschritt des Aufbringens eines Trägermaterials auf zumindest einen Bereich der B-Seite der Folie vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Trägermaterial ein Thermoplast, insbesondere Polypropylen, Acryl-Butadien-Styrol und/oder thermoplastische Polyurethanelastomere und/oder Naturfaserkomposite aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Trägermaterial vorzugsweise vorgeformt ist und beim oder nach dem Prägen der Folie gegen die B-Seite der Folie gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei vorzugsweise vor dem Verfahrensschritt c) ferner der Verfahrensschritt des Aufbringens einer Klebstoffschicht, insbesondere einer wärmeaktivierbaren Klebstoffschicht, auf die B-Seite der Folie und/oder der Verfahrensschritt des Aufbringens eines Haftvermittlers auf die B-Seite der Folie vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die wärmeaktivierbare Klebstoffschicht durch die Rest-Wärme der zuvor erwärmten Folie beim Prägen der Folie aktivierbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei gleichzeitig mit dem Prägen der Folie das Trägermaterial auf zumindest einen Bereich der B-Seite der Folie insbesondere durch Pressung aufgebracht wird und sich vorzugsweise beim anschließenden Abkühlen der Folie mit der Folie stoffschlüssig verbindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Trägermaterial an einer zu der B-Seite der Folie zeigenden Oberfläche einer Positivform des Formungswerkzeugs angeordnet ist und durch Kaschieren auf die B-Seite der Folie aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei vor dem Kaschieren das Trägermaterial mit Hilfe der Positivform des Formungswerkzeuges umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei nach dem Prägen der Folie das Trägermaterial auf zumindest einen Bereich der B-Seite der Folie aufgebracht wird, vorzugsweise durch Hinterspritzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Formungswerkzeug ein Vakuumformungswerkzeug ist, und wobei das Prägen der Folie mit oder zumindest mit Unterstützung von Vakuumabsaugung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei beim Trocknen der Beschichtung im Verfahrensschritt b) die Beschichtung durch einen Polyadditionsmechanismus thermisch vorgehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Beschichtung Acrylsäure oder Acrylat aufweist, insbesondere ungesättigtes Acrylat; und/oder wobei die Beschichtung Polyurethan aufweist und im Verfahrensschritt b) vorzugsweise als wässrige Polyurethan-Dispersion auf zumindest die A-Seite der Folie aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Beschichtung fotoaktive Substanzen, insbesondere Fotoinitiatoren, insbesondere Benzophenon und/oder Derivate hiervon, aufweist derart, dass bei der Endhärtung der auf der A-Seite aufgebrachten Beschichtung im Verfahrensschritt f) die fotoaktiven Substanzen Radikale bilden und eine Polymerisation von insbesondere ungesättigten Acrylaten auslösen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Beschichtung mindestens eine aus der nachfolgenden Gruppe ausgewählte Komponente aufweist: Isocyanat-Hydroxy/Thiol/Amin, Carboxylat-Epoxid, Melamin-Hydrxoxyl, und Carbamat-Hydroxyl, Isocyanate, Hydroxyl, primäre und/oder sekundäre Amine, Asparaginat, aromatische, araliphatische, aliphatische und cycloaliphatische Di- oder Polyisocyanate.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Folie eine Schichtdicke von kleiner als oder gleich etwa 750 µm aufweist, bevorzugt kleiner als oder gleich etwa 500 µm aufweist, ganz besonders bevorzugt kleiner als oder gleich 400 µm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei im Verfahrensschritt b) die Beschichtung derart auf die A-Seite der Folie aufgebracht wird, dass die Beschichtung eine Schichtdicke von etwa 1 µm bis etwa 30 µm aufweist, bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, besonders bevorzugt von etwa 10 µm.
Ausstattungsteil für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Substrat aus einem Trägermaterial und eine damit verbundene thermoplastische Folie, insbesondere Mehrschichtfolie, wobei die Folie die A-Seite des Ausstattungsteils bildet und vorzugsweise Polyolefin, Polypropylen (PP) und/oder ein Polypropylen-Copolymer enthält, und wobei auf der A-Seite der Folie eine durch UV-Strahlung endgehärtete Beschichtung ausgebildet ist.
Ausstattungsteil nach Anspruch 18, wobei die auf der A-Seite der Folie ausgebildete Beschichtung mindestens eine fotoaktive Substanz, insbesondere Fotoinitiatoren, insbesondere Benzophenon und/oder Derivate hiervon, aufweist.