DE102022100412A1

DE102022100412A1 - Beschichtungsstoffübertragungsanordnung

Info

Publication number: DE102022100412A1
Application number: DE102022100412.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Ott; Klaus-Dieter Vissing; Pascal Joel Baur; Thorben Brenner; Joachim Scheller
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-01-10
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2023-07-13
Also published as: WO2023131708A1

Abstract

Beschichtungsstoffübertragungsanordnung, umfassenda) eine vakuum-streckziehfähige Trägerfolie aus Kunststoff undb) einen Beschichtungsstoff, der bei 23 °C eine Bruchdehnung zwischen 10% und 800% aufweist, bevorzugt zwischen 20% und 300%, besonders bevorzugt zwischen 50% und 200%, wobei die Schälkraft zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff im ungedehnten Zustand bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte beim Abschälen eines 25 mm breiten Trägerfolienstreifens im 180°-Schälversuch ≥ 0,3 N, bevorzugt ≥ 0,5 N, weiter bevorzugt ≥ 0,7 N, weiter bevorzugt ≥ 0,9 N, weiter bevorzugt ≥ 1,1 N, weiter bevorzugt ≥ 1,3 N und besonders bevorzugt ≥ 1,5 N, sowie ≤ 9 N, bevorzugt ≤ 8 N, weiter bevorzugt ≤ 7 N, weiter bevorzugt ≤ 6 N, weiter bevorzugt ≤ 5 N und besonders bevorzugt ≤ 4 N beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsstoffübertragungsanordnung, umfassende eine vakuum-streckziehfähige Trägerfolie aus Kunststoff und einen Beschichtungsstoff mit einer hohen Bruchdehnung, wobei die Schälkraft zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff im 180°-Schälversuch ≥ 0,3N beträgt. Die Erfindung betrifft ferner eine Form für eine Urformverfahren umfassend eine erfindungsgemäße Beschichtungsstoffübertragungsanordnung und die Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung zur Übertragung des Beschichtungsstoffes auf ein Bauteil, bevorzugt im Rahmen eines Urformverfahrens.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung sowie ein Verfahren zum Übertragen eines Beschichtungsstoffes auf ein Bauteil.
Zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, wie z. B. Faserverbund-(FVK) Formbauteilen, wird häufig ein Vakuuminfusionsverfahren bzw. RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding) verwendet. In beiden Verfahren wird ein herzustellendes Kunststoffbauteil, wie z. B. Faserverbund-Formbauteil, mittels Infusionieren (im Falle des Vakuuminfusionsverfahrens) bzw. Injizieren (z.B. im Falle eines RTM-Verfahrens) aus einem Reaktivharz geformt. Sollen die resultierenden Kunststoffbauteile nach dem Aushärten des Reaktivharzes beschichtet, insbesondere lackiert, werden, so stehen heutzutage zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Verfügung:

a) Entweder wird das Bauteil nach entsprechender Reinigung und Vorbehandlung beschichtet, insbesondere lackiert (Postlackierung)

b) es wird eine In-Mold-Beschichtung (Lackierung) vorgenommen.

Bei einer In-Mold-Lackierung wird die Formoberfläche mit einem typischerweise dickflüssigen oder gelartigen Lacksystem versehen. Dieses Material lüftet ab und beginnt auszuhärten. Sodann wird der Lagenaufbau vorgenommen und das entsprechende Kunststoffbauteil, wie z. B. ein Faserverbund-Bauteil, hergestellt. Nach der zumeist thermischen Aushärtung sind sowohl das Harz als auch der in der In-Mold-Lackierung verwendete Lack ausgehärtet. Analoges gilt auch für andere Beschichtungsstoffe. Die zeitliche Abfolge der Fertigungsabläufe sind an die materialspezifischen Härtungsbedingungen gebunden.
Beide Vorgehensweisen (sowohl Option a) als auch Option b)) verlängern und erschweren damit den Fertigungsablauf eines industriellen Herstellungsprozesses eines Kunststoffbauteils und führen somit zu Mehrkosten. Weiterhin ist ein erheblicher Aufwand zu betreiben, um die erforderliche Oberflächenqualität zu gewährleisten. Daher besteht ein Bedarf an einer Fertigungsmöglichkeit, die eine effektivere Beschichtung von Kunststoffbauteilen ermöglicht, insbesondere einer in den bereits verwendeten Herstellungsprozess integrierten Fertigungsmöglichkeit, ohne dass eine In-Mold-Lackierung der Form oder eine nachträgliche Beschichtung oder Lackierung des Kunststoffbauteils vorgenommen werden muss.
Idealerweise soll das Kunststoffbauteil im Sinne eines „One-shot-Vorganges“, direkt mit einer gewünschten Oberflächenbeschichtung versehen werden, ohne dass es in der Fertigungsumgebung für FVK-Bauteile lackiert werden muss oder die hergestellten Kunststoffbauteile nachträglich bewegt, gereinigt und lackiert werden müssen. Vorzugsweise ist der Beschichtungsvorgang des Kunststoffbauteils in den jeweiligen Herstellprozess, z.B. den RTM-Prozess oder das Vakuuminfusionsverfahren, integriert.
Um dieses Ziel zu erreichen, können Verbundfolien bereitgestellt werden, welche bereits mit einem (teil-)ausgehärteten Lack versehen sind und dazu geeignet sind, den Lack auf das Bauteil zu übertragen. Bei dem Lackprodukt kann es sich auch um eine Grundierung bzw. einen Primer handeln. Ebenso können mehrstufig aushärtbare Lacksysteme zum Einsatz gebracht werden.
Lösungsansätze nach bisherigem Stand der Technik
WO 2012/069344 A1 mit WO 2009/024310 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einem Faserverbundwerkstoff mit einer lackierten Oberfläche. Dazu wird eine Trägerfolie mit einer speziellen Lackkomposition bereitgestellt. Die Trägerfolie ist bevorzugt ein Thermoplast, ggf. eine Verbundfolie. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dieser Lack noch mit einem Haftvermittler versehen, welcher dann später zwischen Formteil und Lack angeordnet ist.
Der Schichtverbund (Trägerfolie + Lack + ggf. Haftvermittler) wird bevorzugt vakuumunterstützt an die Innenkontur des Formgebungswerkzeuges angepasst. Weiterhin weist der Schichtverbund vorzugsweise eine Reissdehnung im Bereich von ca. 50 - 80% auf, wobei die Lackschichtdicke mit 15 - 80 µm angegeben wird. Bevorzugt weist der Schichtverbund eine Schicht mit einer farb- und/oder effektgebenden Eigenschaft auf, welche über eine Dicke von 5 - 40 µm verfügt. Über die Anordnung gibt es keine klare Vorgabe.
Das beanspruchte Lacksystem kann sowohl über UV-Strahlung als auch thermisch ausgehärtet werden. Nach der endgültigen Aushärtung ist der Lack wickelfähig und die Trägerfolie ist ablösbar. Es ist auch möglich den Lack nach der Auftragung auf das Formteil und vor der Trägerfolienablösung final auszuhärten.
Die Verarbeitung dieses Produktes erfolgt durch Verklebung und Kaschierung, kann aber auch hinterspritzt oder hinterschäumt werden.
Es werden keine Angaben gemacht, wie höhere Dehngrade der Verbundfolie erreicht werden können, wie andere Beschichtungsprodukte auszuwählen sind und wie eine dehnungsgerechte Haftung einzustellen ist. Es findet sich lediglich der allgemeine Hinweis, dass die Trägerfolie einer Coronaentladung unterzogen werden kann. Insbesondere fehlen Angaben, wie eine hohe Prozesssicherheit erreicht werden kann.
Um die Produktion zu vereinfachen wird in DE 10 2016 120 781 A1 eine Verbundfolie zur Beschichtungsstoffübertragung beschrieben, umfassend

a) eine Trägerfolie aus Kunststoff,
b) einen Beschichtungsstoff, der bei 23 °C eine Bruchdehnung zwischen 5% und 800% aufweist, bevorzugt zwischen 8% und 300%, besonders bevorzugt zwischen 18% und 150%, und
c) eine siliziumorganische Schicht, die zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff angeordnet ist, wobei die Haftfestigkeit zwischen der siliziumorganischen Schicht und dem Beschichtungsstoff nach Aushärtung des Beschichtungsstoffes kleiner ist, als die Haftfestigkeit zwischen der siliziumorganischen Schicht und der Trägerfolie.

Untersuchungen haben gezeigt, dass es bei Nacharbeitung der in der DE 10 2016 120 781 A1 beschriebenen Lehre, insbesondere auch unter Berücksichtigung der Beispiele, häufig zu einer vorzeitigen Beschichtungsstoffablösung während des Steckziehvorganges kommt. Dies gilt insbesondere dann, wenn mit komplexen 3D-konturierten Formen gearbeitet wird. Damit ist auch hier wünschenswert, die Prozesssicherheit zu erhöhen.
Folgt man somit dem Stand der Technik zur foliengestützten In-Mold-Beschichtung von dreidimensional konturierten Kunststoff-Formbauteilen auf Basis von Reaktivharzen so ergeben sich praktische Probleme, für die es bisher keinen zuverlässigen Lösungsansatz gibt.
Untersuchungen haben gezeigt, dass Folien zur Beschichtungsstoffübertragung wie im Stand der Technik beschrieben oft, selbst für einfache Formgebungswerkzeuggeometrien, während des Einbringens in die Werkzeugkavität mittels eines vakuumgestützten Streckziehprozesses (häufig auch als vakuumgestütztes Tiefziehen bezeichnet) über eine hohe Dehnfähigkeit verfügen müssen, denn dieser Prozessschritt führt regelmäßig zu lokal stark unterschiedlichen Dehngraden. In einigen Formbereichen legt sich die Folie bereits zu einem frühen Zeitpunkt an die Werkzeugwand an und verharrt dort aufgrund der Haftreibungskraft zwischen Folie und Werkzeug. Ab diesem Zeitpunkt werden nur noch die Folienbereiche gedehnt, welche noch ohne Werkzeugkontakt sind. Entsprechend sind zu diesem Zeitpunkt der Verarbeitung Dehngrade von mehr als 100% notwendig.
Durch den Streckziehvorgang kann sich die Haftkraft zwischen Trägerfolie und Beschichtungsstoff pro Flächeneinheit deutlich verändern, denn beim Dehnvorgang wird primär auf der Trägerfolienseite neue Oberfläche gebildet. Streckt man beispielsweise ein Folienrechteck von 15 × 15 cm in beide Raumrichtungen um 100%, so wird die Fläche von 225 cm² auf 900 cm² (das 4-fache) angehoben. Dehnt man in beide Raumrichtungen um 150%, so wird die Fläche auf 1.406 cm² (das 6,25-fache) vergrößert. Daher muss die Haftkraft, die Adhäsion des Beschichtungsstoffes zur Trägerfolie, sehr sorgfältig eingestellt werden, um einerseits deren einfache und rückstandsfreie Ablösung zu gewährleisten (keine Kontamination der späteren Lackoberfläche) und andererseits ein zu frühes Ablösen (Pre-Release) während des Streckziehvorganges oder während der Bauteilaushärtung zu verhindern. Hierzu finden sich im Stand der Technik keinerlei Angaben.
Praktische Versuche zeigten, dass Verbundfolien gemäß DE 10 2016 120 781 A1 manchmal zu einem Pre-Release nach dem Streckziehen in eine Form führten. Dabei ist auffällig und im besonderen Maße kritisch, dass die Ablösung des Lackes von der plasmapolymer beschichteten Folie nicht immer sofort nach dem Streckziehen erfolgt, sondern häufig auch zeitlich versetzt - teilweise um mehrere Minuten. Zudem ist die Ablösung nicht einfach reproduzierbar und erfolgt teilweise erst, wenn von außen ein minimaler lokaler Defekt in den Lack eingebracht wird. Solche Defekte können beispielsweise durch die Einlage von Trockenfasern in die mit der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung versehene Bauteilkavität erfolgen. Sie bleiben häufig bis nach der Bauteilherstellung unentdeckt und resultieren in Bauteilen mit unzureichender Oberflächenqualität durch unvollständige Beschichtung mit dem Übertragungsstoff.
Die Lösung gemäß DE 10 2016 120 781 A1 führt daher zu keinen ausreichend prozesssicheren Lösungen. Das Verhalten der Verbundfolie wird durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst:

- die Oberflächenenergie der siliziumorganischen Schicht auf der Trägerfolie (die für eine ausreichende Benetzung beim Aufbringen des Beschichtungsstoffes entscheidend ist)
- die chemische Zusammensetzung der siliziumorganischen Schicht auf der Trägerfolie (die für die Haftfestigkeit des Beschichtungsstoffes im Verlaufe des Einsatzes, von der Aufbringung über die Trocknung, die Lagerung und das Streckziehen bis zur Herstellung des beschichteten Kunststoffbauteiles, entscheidend ist)
- die Zusammensetzung, Mischung und Applikation des Beschichtungsstoffes (beispielsweise, inwieweit hierdurch Poren im Beschichtungsstoff entstehen)
- die Bedingungen bei der Aufbringung der Verbundfolie auf die Werkzeugoberfläche (insbesondere Luft- und Werkzeugtemperatur, sowie Luftfeuchtigkeit)
- das nano-, mikro- und makroskopische Verhalten der Trägerfolie, der siliziumorganischen Schicht und des Beschichtungsstoffes unter Dehnung - insbesondere in den grenzflächennahen Bereichen
- das Verhalten der Trägerfolie, der siliziumorganischen Schicht und des Beschichtungsstoffes unter den jeweiligen Prozessbedingungen (den jeweiligen Kombinationen aus chemischen Wechselwirkungen mit Bestandteilen der jeweils anderen Komponenten oder Bestandteilen aus dem Reaktivharz oder der Atmosphäre, der Temperatur, der mechanischen Belastung, insbesondere durch das Streckziehen und die Druckdifferenzen bei der Herstellung des Kunststoffbauteils-jeweils unter Berücksichtigung der Dauer dieser Beanspruchungen).

Vor diesem Hintergrund des Standes der Technik, war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, die für eine Beschichtungsstoffübertragung für eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Prozesssicherheit bei Urformverfahren sorgen. Dabei war bevorzugt auch darauf zu achten, dass eine zuverlässige Entnahme des Formteiles nach der Aushärtung aus der Form möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beschichtungsstoffübertragungsanordnung, umfassend

a) eine vakuum-streckziehfähige Trägerfolie aus Kunststoff und
b) einen Beschichtungsstoff, der bei 23 °C eine Bruchdehnung zwischen 10% und 800% aufweist, bevorzugt zwischen 20% und 300%, besonders bevorzugt zwischen 50% und 200%,

Überraschenderweise stellte sich heraus, dass durch die Bestimmung der Schälkraft zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff bereits im ungedehnten Zustand besonders geeignete Anordnungen für die Herstellung beschichteter Kunststoffbauteile mit zweidimensional gekrümmter Oberfläche - insbes. aus duroplastischem, elastomerem oder faserverstärktem Kunststoff - ermittelt werden können. Dies ist auch daher überraschend, da Messungen (siehe Beispiele) ergaben, dass auch eine höhere Schälkraft zwischen einer Trägerfolie und einem Beschichtungsstoff, resultierend in Schälkraftwerten im Schälversuch entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach der Fertigung eines entsprechenden Bauteils nicht verhindert, dass sich die Trägerfolie problemlos von dem beschichteten Bauteil abziehen lässt. Insbesondere kommt es auch beim Abziehen weder zu einem Kohäsionsversagen innerhalb der Trägerfolie oder des Beschichtungsstoffs. Zudem lässt sich die Verbundfolie händisch vom Bauteil abziehen, ohne das Bauteil zu beschädigen.
Ein Beschichtungsstoff ist im Zusammenhang mit diesem Text ein Material, welches die Fähigkeit besitzt, spätestens nach Übertragung auf ein Substrat, bevorzugt ein Kunststoffbauteil, eine flächige, geschlossene Bedeckung der Oberfläche dieses Bauteiles in dem Bereich, wo die Übertragung stattgefunden hat, zu gewährleisten. Bevorzugte Beschichtungsstoffe sind Lacke, Lacke mit metallischen Füllstoffen, Haftvermittler, wobei unter Haftvermittler auch Grundierungen bzw. Primer verstanden werden,
„Vakuum-Streckziehfähig“ im Sinne dieses Textes bedeutet eine Dehnkraft bei 10% Dehnung von weniger als 15 N bei Probekörper Typ 5 gemäß DIN EN ISO 527-3 (gemessen nach DIN EN ISO 527 bei 23 °C) und eine Bruchdehnung von mindestens 120%
Die Bruchdehnung im Sinne dieses Textes wird im Zweifelsfall nach DIN EN ISO 527-1 und 527-3 gemessen. Abweichend von dieser Norm werden an der Stelle von „Folien“ die Beschichtungsstoffe gemessen. Diese werden - ebenfalls abweichend von der Norm - in einer Dicke zwischen 25 und 70 µm gemessen, im Zweifelsfall bei einer Dicke von 50 µm. Im Zweifelsfall wird die Bruchdehnung bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchte gemessen.
Die Ermittlung der Schälkraft zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff findet in Anlehnung an die DIN EN ISO 8510-2 statt. Im Zweifelsfall wird die Bestimmung vorgenommen, wie im Messbeispiel 1 beschrieben. Dabei wird bei einer Umgebungstemperatur von 22°C und einer Luftfeuchtigkeit von 50% ± 15% relativer Luftfeuchte gemessen. Dabei ist die Schälkraft die Kraft, die in dem entsprechenden Versuch benötigt wird, um die Trägerfolie von dem jeweiligen Beschichtungsstoff zu lösen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung gilt eine entsprechende Schälkraft nur dann, wenn es zu einem Adhäsionsversagen zwischen dem Beschichtungsstoff und der Trägerfolie beziehungsweise der haftungsmodifizierten Schicht kommt.
Grundsätzlich gilt für diesen Text, dass der Ausdruck „Beschichtungsstoff mit einer Bruchdehnung“ zwischen ... % und ... % bedeutet, dass der Beschichtungsstoff bereits als Festkörper vorliegt und in diesem Zustand über eine Bruchdehnung im genannten Bereich verfügt. Dabei wird der Festkörper bevorzugt mittels eines chemischen Aushärtungsmechanismus, d.h. besonders bevorzugt durch Ausbildung von kovalenten Bindungen, ausgehärtet. Es ist aber im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich - wenn auch bevorzugt - dass der Beschichtungsstoff zum Zeitpunkt seines technischen Einsatzes auf der Trägerfolie schon vollständig ausgehärtet ist. Der Beschichtungsstoff kann daher ggf. in seiner Form verändert werden, bevor er einem finalen Aushärtungsprozess, z.B. durch Wärme oder Strahlung unterzogen wird.
Unter dem Zustand „vollständig ausgehärtet“ ist zu verstehen, dass das Kunststoffbauteil bzw. der Beschichtungsstoff in üblichem gebrauchsfertigen Zustand ist und somit im technischen Sinne vollständig ausgehärtet ist. Dies bedeutet bevorzugt, dass die Kettenbildung und Vernetzung im jeweiligen Polymer abgeschlossen ist.
In der Praxis ist es nicht selten, dass die jeweils einzusetzende Trägerfolie und der einzusetzende Beschichtungsstoff aufgrund ihrer Oberflächenenergien nicht optimal miteinander wechselwirken: Vor einer entsprechenden Applikation sollte daher ermittelt werden, ob der Beschichtungsstoff die Trägerfolie ausreichend benetzt und die Trägerfolie auch benetzt bleibt, bis der Beschichtungsstoff durch Trocknung (bzw. Aushärtung) seine Fließfähigkeit verliert. Ist diese Benetzung nicht ausreichend gegeben, ist es bevorzugt, auf der erfindungsgemäß einzusetzenden Trägerfolie eine Haftungsmodifizierung vorzunehmen.
Dementsprechend ist eine erfindungsgemäße Beschichtungsstoffübertragung bevorzugt, umfassend zusätzlich
c) eine haftungsmodifizierende Schicht, bevorzugt eine siliziumorganische Schicht, die zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff angeordnet ist und deren Haftfestigkeit zum Beschichtungsstoff nach Aushärtung des Beschichtungsstoffes kleiner ist, als die Haftfestigkeit zur Trägerfolie, wobei die Schälkraft zwischen der haftungsmodifizierenden Schicht und dem Beschichtungsstoff im ungedehnten Zustand bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte beim Abschälen eines 25 mm breiten Trägerfolienstreifens im 180°-Schälversuch ≥ 0,3 N, bevorzugt ≥ 0,5 N, weiter bevorzugt ≥ 0,7 N, weiter bevorzugt ≥ 0,9 N, weiter bevorzugt ≥ 1,1 N, weiter bevorzugt ≥ 1,3 N und besonders bevorzugt ≥ 1,5 N, sowie ≤ 9 N, bevorzugt ≤ 8 N, weiter bevorzugt ≤ 7 N, weiter bevorzugt ≤ 6 N, weiter bevorzugt ≤ 5 N und besonders bevorzugt ≤ 4 N beträgt.
Eine Haftungsmodifikation im Sinne des vorliegenden Textes liegt vor, wenn die ursprüngliche Haftung zwischen (unbeschichteter) Trägerfolie und Beschichtungsstoff durch die haftungsmodifizierende Schicht verändert wird. Dabei kann sowohl eine Haftungserhöhung als auch eine Haftungsverringerung vorliegen, entscheidend ist jedoch, dass die Haftung so eingestellt wird, dass die erfindungsgemäß einzuhaltende Schälkraft zwischen der (beschichteten) Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff gegeben ist.
Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die haftungsmodifizierende Schicht so ausgestaltet, dass deren Haftfestigkeit zum Beschichtungsstoff nach Aushärtung des Beschichtungsstoffes kleiner ist als die Haftfestigkeit zur Trägerfolie.
Dadurch ist es gewährleistet, dass die haftungsmodifizierende Schicht nach Übertragung des Beschichtungsstoffes und Abzug der Trägerfolie nicht auf dem Beschichtungsstoff verbleibt.
Alternativ können aber unter bestimmten Umständen Varianten bevorzugt sein, bei dem die Haftverhältnisse zwischen Trägerfolie, haftungsmodifizierende Schicht und Beschichtungsstoff so ausgestaltet werden, dass die haftungsmodifizierende Schicht auf dem Beschichtungsstoff nach Abzug der Trägerfolie verbleibt. In diesem Fall kann die haftungsmodifizierende Schicht z.B. Schutzfunktionen ausüben.
Bevorzugt ist die haftungsmodifizierende Schicht eine silizium-organische Schicht, weiter bevorzugt eine plasmapolymere siliziumorganische Schicht.
Eine plasmapolymere siliziumorganische Schicht ist eine solche, die in einem PE-CVD-Verfahren abgeschieden wurde.
Siliziumorganische Schichten weisenden Vorteil auf, dass sie hinsichtlich ihrer Oberflächeneigenschaft insbesondere hinsichtlich ihrer Oberflächenenergien hervorragend eingestellt werden können, sodass sie eine optimale Haftvermittlung zwischen Trägerfolie und Beschichtungsstoff gewährleisten können. Darüber hinaus sind sie - bei geeigneter Ausführung der Schichten - zusammen mit der Trägerfolie dehnfähig, sodass ein vorzeitiges Ablösen auch unter Streckbelastung, insbesondere beim Vakuum-Streckziehen, vermieden werden kann.
Plasmapolymere siliziumorganische Schichten haben - bei geeigneter Ausführung der Beschichtung - den Vorteil, dass sie durch chemische Bindungen eine exzellente Haftung zur Trägerfolie aufweisen, wodurch sie bei zu großer Streckbelastung in einem Abstand von weniger als 10 µm Risse bilden, ohne dass sie von der Trägerfolie abgelöst werden. Weiterhin sind solche Schichtsysteme in sich selbst gut vernetzt, so dass sie über eine hohe Kohäsionsfestigkeit verfügten.
Zusätzlich oder alternativ zu der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform kann in beschränktem Maße die Benetzung durch die Erhöhung der Nass-, bzw. Trockenschichtdicke des Beschichtungsstoffs, sowie die Auswahl des geeigneten Applikationsprozesses verbessert werden. Für die Applikation des Beschichtungsstoffs kommen beispielsweis Rakel-, Kalandrier-, Druck- und Sprühverfahren in Betracht. Dabei ist das Kalandrieren, Rakeln und Drucken mit Druckformen für eine bessere Benetzung zu bevorzugen. Zudem kann es bevorzugt sein, den Aushärtungsprozess möglichst schnell zu gestalten, beispielsweise durch Zuführung hoher Energie in Form von Wärme zum Trocknen oder UV-Licht für UV-Aushärtung.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Benetzung durch eine Anpassung der Beschichtungsmittelrezeptur anzupassen. Hierbei kann am einfachsten der Gehalt und die Zusammensetzung des wässrigen oder organischen Lösemittels herangezogen werden. Dabei führt vor allem die Verringerung der Oberflächenspannung des flüssigen Beschichtungsstoffs zu einer verbesserten Benetzung, daneben auch die Erhöhung der Viskosität.
Zudem sollte vor der Bestimmung der Schälkraft zwischen dem Beschichtungsstoff und der Trägerfolie bzw. der siliziumorganisch beschichteten Trägerfolie ermittelt werden, ob Beschichtungsstoff und Folie unter den Bedingungen des Applikations- und Trocknungsprozesses ausreichend verträglich sind. Eine Unverträglichkeit zeigt sich beispielsweis im Auflösen oder -quellen der Trägerfolie. Ein deutliches Zeichen für das Quellen der Folie ist das Ausdehnen der Folie, welches typischerweise zu einer Wellenbildung führt. Sollte keine ausreichende Verträglichkeit vorhanden sein, kann insbesondere eine andere Folie oder eine andere Beschichtungsstoffzusammensetzung gewählt werden. Bei der Beschichtungsstoffzusammensetzung kann wiederum die Zusammensetzung des wässrigen oder organischen Lösemittels herangezogen werden. Bei den Folien sind beispielsweise Polyamidfolien besser als thermoplastische Copolyester-Elastomerfolien für Beschichtungsstoffsystemen auf Lösemittelbasis geeignet, während sie bei wässrigen Beschichtungsstoffsystemen gegebenenfalls durch Quellen zur Wellenbildung neigen. Für wässrige Beschichtungsstoffsysteme sind Polyamidfolien daher nicht bevorzugt.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Beschichtungsübertragungsanordnung, wobei sich der Beschichtungsstoff bei einer uniaxialen Dehnung der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung von

a) 75% der Bruchdehnung des Beschichtungsstoffes im Falle einer Bruchdehnung des Beschichtungsstoffes ≤ 133% oder
b) 100% für alle übrigen Fälle

Oben wurde bereits beschrieben, dass es überraschend ist, dass die Einstellung der Schälkraft im ungedehnten Zustand ausschlaggebend für eine hohe Prozesssicherheit ist. Nichtsdestotrotz spielen selbstverständlich auch in vielen Fällen die Situation nach der Dehnung der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung für die Prozesssicherheit eine Rolle. Dementsprechend sind die Merkmale der hier besprochenen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung für das Erreichen einer besonders hohen Prozesssicherheit (insbesondere der bevorzugten Varianten) hilfreich.
Zusätzlich oder alternativ erfindungsgemäß bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Beschichtungsstoffübertragungsanordnung, wobei die Schälkraft zwischen Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff nach einer uniaxialen Dehnung der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung von

a) 75% der Bruchdehnung des Beschichtungsstoffes, im Falle einer Bruchdehnung des Beschichtungsstoffes ≤ 133% oder
b) 100% für alle übrigen Fälle

Zusätzlich zu dem oben gesagten ist für die Prozesssicherheit auch von hoher Bedeutung, dass nach der Beschichtungsstoffübertragung eine Abziehbarkeit der Trägerfolie gegeben ist. Dementsprechend tragen die zuletzt genannten Merkmale ebenfalls zur Prozesssicherheit bei.
Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt die Schälkraft zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff nach 25% Dehnung in Schälrichtung und 25% Dehnung senkrecht zur Schälrichtung bei 22°C und 50% relativer Luftfeuchte 0,05 N bis 0,6 N, weiter bevorzugt 0,1 N bis 5 N, noch weiter bevorzugt, 0,15 N bis 4,5 N, noch weiter bevorzugt 0,2 N bis 4,0 N und ganz besonders bevorzugt 0,25 N bis 3,5 N.
Auch wenn wie bereits oben beschrieben die Schälkraft im ungedehnten Zustand schon hinreichendes Maß für hohe Prozesssicherheit darstellt, so stellen die im vorhergehenden Absatz genannten Werte nach Dehnung eine ganz besonders hohe Prozesssicherheit sicher.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Beschichtungsstoffübertragungsanordnung, wobei die Trägerfolie oder - wenn vorhanden - die haftungsmodifizierende Schicht vor der Beschichtung mit dem Beschichtungsstoff auf der dem Beschichtungsstoff zugewandten Seite eine Oberflächenenergie bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte von ≤ 38 mN/m, bevorzugt ≤ 35 mN/m, weiter bevorzugt ≤ 32 mN/m, weiter bevorzugt ≤ 30 mN/m und besonders bevorzugt ≤ 28 mN/m aufweist.
Zur Bestimmung der Oberflächenenergie eines Festkörpers misst man die Kontaktwinkel von Testflüssigkeiten, deren Oberflächenspannung inkl. dispersem und polarem Anteil bekannt ist. Diese Anteile gehen in die Grenzflächenenergie zwischen Festkörper und Flüssigkeit ein, für die ein geeignetes Modell zugrunde gelegt wird. Im Zweifelsfall wird im Sinne des vorliegenden Textes die Oberflächenenergie nach der Ausbreitungsmethode gemäß Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK-Modell), das die geometrischen Mittel der dispersen und polaren Anteile von Oberflächenspannung der Flüssigkeit und Oberflächenenergie des Festkörpers beinhaltet, bestimmt, (siehe D. H. Kaelble, Dispersion-Polar 10 Surface Tension Properties of Organic Solids. In: J. Adhesion 2 (1970), S. 66-81; D. Owens; R. Wendt, Estimation of the Surface Free Energy of Polymers. In: J. Appl. Polym. Sci 13 (1969), S. 1741-1747; W. Rabel, Einige Aspekte der Benetzungstheorie und ihre Anwendung auf die Untersuchung und Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Polymeren. In: Farbe und Lack 77,10 (1971), S. 997-1005).
Wie bereits oben angedeutet, spielen die Oberflächenenergien bei Beschichtungsstoff und Trägerfolie für die Haftverhältnisse in vielen Fällen eine wichtige Rolle. Dementsprechend gewährleistet die zuletzt als bevorzugt beschriebene Beschichtungsstoffübertragungsanordnung ebenfalls eine hohe Prozesssicherheit.
Analoges gilt auch für eine alternativ oder zusätzlich bevorzugte erfindungsgemäße Beschichtungsübertragungsanordnung, wobei die Trägerfolie oder - wenn vorhanden - die haftungsmodifizierende Schicht vor der Beschichtung mit dem Beschichtungsstoff auf der dem Beschichtungsstoff zugewandten Seite einen polaren Anteil der Oberflächenenergie von ≤ 5,0 mN/m, bevorzugt ≤ 4,0 mN/m und besonders bevorzugt ≤ 3,0 mN/m aufweist.
Zusätzlich oder alternativ ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Oberflächenenergie der einzusetzenden Trägerfolie und/oder deren polarer Anteil nacheiner Temperierung bei 95°C für 2 Minuten an Luft um maximal 25%, bevorzugt maximal 15% abfällt.
Solche Folien weisen auch bei erhöhten Beanspruchungen während Formgebungsverfahrens eine gute Eigenschaftstabilität auf, sodass sie zur Prozesssicherheit beitragen.
Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Beschichtungsübertragungsanordnung, wobei eine haftungsmodifizierende Schicht vorhanden ist und diese haftungsmodifizierende Schicht eine plasmapolymere siliziumorganische Schicht ist, bevorzugt mit einer Dicke von ≤ 0,5 µm, bevorzugt ≤ 200 nm, weiter bevorzugt ≤ 100 nm und besonders bevorzugt ≤ 50 nm.
Diese bevorzugte haftungsmodifizierende Schicht trägt ebenfalls (insbesondere im bevorzugten Ausgestaltungsform) zur Prozesssicherheit bei.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Beschichtungsstoffübertragung bevorzugt, wobei die Trägerfolie eine ein- oder mehrschichtige Folie, bestehend aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, bevorzugt Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP)); Polyamiden bevorzugt PA66; thermoplastischen Elastomeren bevorzugt auf Copolyesterbasis (TPC), Polyurethanbasis (TPU), Polyamidbasis (TPA) oder Olefinbasis (TPO); Polyvinylalkohol (PVAL) und Fluorpolymerfolien wie beispielsweise Polyvinylfluorid (PVF), Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE) oder Perfluoralkoxy-Polymere (PFA).
Besonders bevorzugt sind für den Einsatz als Trägerfolie Polyolefine, dabei bevorzugt Polyethylen oder Polypropylen, Polyamide, dabei bevorzugt PA66, thermoplastischen Elastomeren, dabei bevorzugt solche, die auf Copolyesterbasis (TPC), Polyurethanbasis (TPU), Polyamidbasis (TPA) oder Olefinbasis (TPO) bestehen, oder Polyvinylalkohol (PVAL).
Diese Materialien für die Trägerfolie haben sich in der Praxis besonders tauglich im Hinblick auf die Prozesssicherheit dargestellt.
Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Beschichtungsstoffübertragungsanordnung, wobei die Trägerfolie bei einer Dehnung zwischen 10% und 50% gemäß EN ISO 527-3 für einen Probekörper Typ 2 mit einer Breite (b) von 20 mm eine Dehnkraft zwischen 4 N und 60 N, bevorzugt zwischen 5 N und 50 N, weiter bevorzugt zwischen 6 N und 40 N und besonders bevorzugt zwischen 7 und 35 N aufweist.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Beschichtungsanordnung, wobei der Beschichtungsstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lack und Haftvermittler, wobei bevorzugt der Lack oder Haftvermittler ein polyurethanhaltiges Bindemittel umfasst und besonders bevorzugt zu ≥ 50 Gew.-% bezogen auf die Lackformulierung ein polyurethanhaltiges Bindemittel umfasst.
Ein Lack im Sinne der vorliegenden Erfindung ist im Zweifelsfall ein Beschichtungsstoff gemäß 2.51 der DIN EN ISO 4618 (flüssiges oder pastenförmiges oder pulverförmiges Produkt, das, auf ein Substrat aufgetragen, eine haftende Beschichtung mit schützenden, dekorativen und/oder anderen spezifischen Eigenschaften ergibt).
Teil der Erfindung ist auch ein Urformverfahren, umfassend eine erfindungsgemäße Beschichtungsstoffübertragungsanordnung im für die Formung vorgesehenen Bearbeitungsraum, wobei die Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche bevorzugt streckgeformt oder besonders bevorzugt vakuum-streckgezogen wurde.
Ein Urformverfahren im Sinne des vorliegenden Textes ist ein Verfahren, bei dem aus einer formlosen Masse, z. B. einer zähflüssigen Masse, einem Fasergebilde getränkt mit Reaktionsharzen, einer Pulveranordnung oder einer Flüssigkeit ein Festkörper gebildet wird. Dabei erfolgt der Urformprozess aus dem flüssigen, plastischen, breiigen, pulver- bzw. faserförmigen Zustand.
Bevorzugte Urformverfahren im Sinne des vorliegenden Textes sind Harzinfusionsverfahren, Harzinjektionsverfahren (besonders bevorzugt Resin Transfer Moulding (RTM)), Pressverfahren, Autoklavverfahren, Schäumverfahren Reaction Injection Moulding (RIM) und Handlaminieren).
Eine entsprechende erfindungsgemäße mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung ausgestattete Form bildet eine hervorragende Grundlage für die Formung eines Bauteiles und Ausstattung desselben mit der zu übertragenen Beschichtung in einem Arbeitsschritt.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Form für ein Urformverfahren, umfassend außerdem ein im Urformverfahren geformtes Bauteil, wobei der Beschichtungsstoff an dem Bauteil fester haftet als an der Trägerfolie oder - wenn vorhanden - der haftungsmodifizierenden Schicht.
Teil der Erfindung ist auch ein im Urformverfahren geformtes Bauteil, beschichtet mit einer erfindungsgemäßen Beschichtungsübertragungsanordnung, wobei der Beschichtungsstoff an dem Bauteil fester haftet als an der Trägerfolie oder - wenn vorhanden - der haftungsmodifizierenden Schicht.
Bevorzugt ist, dass für das erfindungsgemäße im Urformverfahren geformte Bauteil in den Formungsprozess wenigstens teilweise Reaktivharz eingesetzt wird, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxid-, Polyurethan-, ungesättigten Polyester-, Vinylester- oder Phenol-Formaldehydharzen.
Besonders bevorzugt besteht das erfindungsgemäße im Urformverfahren hergestellte Bauteil aus faserverstärktem Kunststoff, womit selbstverständlich lediglich das Bauteil selbst und nicht die Beschichtung zu verstehen ist.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungsübertragungsanordnung beschichtete, im Urformverfahren hergestellte Kunststoffbauteil nach dem Abziehen der Trägerfolie eine Beschichtungsoberfläche aufweist, dass keine signifikanten Reste der Trägerfolie oder- sofern ursprünglich vorhanden - der haftungsmodifizierenden Schicht nach dem Abziehen der Trägerfolie aufweist.
Im Sinne des vorliegenden Textes bedeutet dabei keine signifikanten Reste von der Trägerfolie bzw. der haftungsmodifizierenden Schicht, dass weniger als 40%, bevorzugt weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 20% der Elementmengenanteile auf der Oberfläche des Bauteils, gemessen mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) aus der Trägerfolie bzw. aus der haftungsmodifizierenden Schicht stammen (bezogen auf die mit XPS erfassten Elemente).
Teil der Erfindung ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung zur Übertragung eines Beschichtungsstoffes auf ein Bauteil, bevorzugt im Rahmen eines Urformverfahrens und bevorzugt unter Streckformen und/oder Vakuum-Streckziehen der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung.
Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen eines Beschichtungsstoffes bevorzugt wie weiter oben näher definiert,
b) Bereitstellen einer vakuum-streckziehfähigen Trägerfolie aus Kunststoff, bevorzugt wie weiter oben näher definiert,
c) gegebenenfalls Anpassen der Oberflächeneigenschaften und/oder Beschichten der Trägerfolie mit einer haftungsmodifizierenden Schicht, bevorzugt wie weiter oben näher definiert, und
d) Beschichten der Trägerfolie aus Kunststoff oder der haftungsmodifizierenden Schicht, so dass die Schälkraft zwischen der Trägerfolie oder der haftungsmodifizierenden Schicht und dem Beschichtungsstoff im ungedehnten Zustand bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte beim Abschälen im 180° Schälversuch eines 25 mm breiten Trägerfolienstreifens ≥ 0,3 N, bevorzugt ≥ 0,5 N, weiter bevorzugt ≥ 0,7 N, weiter bevorzugt ≥ 0,9 N, weiter bevorzugt ≥ 1,1 N, weiter bevorzugt ≥ 1,3 N und besonders bevorzugt ≥ 1,5 N, sowie ≤ 9 N, bevorzugt ≤ 8 N, weiter bevorzugt ≤ 7 N, weiter bevorzugt ≤ 6 N, weiter bevorzugt ≤ 5 N und besonders bevorzugt ≤ 4 N beträgt.

Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich die erfindungsgemäße Beschichtungsstoffübertragungsanordnung herstellen.
Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Übertragen eines Beschichtungsstoffes auf ein Bauteil umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen einer Form für ein Urformverfahren,
b) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung
c) Einbringen der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung in die Form, bevorzugt durch Streckformen oder weiter bevorzugt durch Vakuum-Streckziehen,
d) Bereitstellen des im Urformverfahren zu verarbeitenden Materials, bzw. Materialmixes,
e) Herstellen eines Bauteils in der Form unter Verwendung der Materialien aus Schritt d), so dass in der Form ein geformtes Bauteil entsteht, bei dem der Beschichtungsstoff an dem Bauteil fester haftet als an der Trägerfolie oder - wenn vorhanden - der haftungsmodifizierenden Schicht und
f) nach der Bauteilentnahme aus dem Formwerkzeug Trennen der Trägerfolie und - wenn vorhanden - der der haftungsmodifizierenden Schicht von der Bauteiloberfläche, so dass der Beschichtungsstoff auf dem Bauteil verbleibt.

Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist es effektiv Beschichtungsstoffe auf ein Bauteil zu übertragen, wobei eine hohe Prozesssicherheit gegeben ist.
Beispiele
Messbeispiel 1
Messbeispiel 1a Schälkraftmessunqen im ungedehnten Zustand (180° Schälversuch)
Die Messung der Schälkräfte erfolgt in Anlehnung an DIN EN ISO 5810-2. Dazu wird eine 10 mm starke, 250 mm breite und 300 mm lange Platte aus Aluminium vollflächig und überlappungsfrei mit doppelseitigem Klebeband (Tesa 56171-00003) versehen. Die 50 mm breiten Klebeband-Bahnen sind dabei in Plattenlängsrichtung orientiert. Anschließend wird die Beschichtungsfolie faltenfrei auf dem Klebeband abgelegt, die Bahnlängsrichtung der Trägerfolie ist dabei in Plattenlängsrichtung orientiert, der Beschichtungsstoff zeigt in Richtung des doppelseitigen Klebebandes, die Trägerfolie ist vom Klebeband abgewandt. Anschließend wird die Beschichtungsfolie mit einer Pajarito Andruckrolle ø50×150mm (Artikelnummer: W-040074) auf dem Klebeband der Aluminiumplatte angedrückt. Die Andruckkraft der Andruckrolle liegt dabei bei 50 N. Über die Aluminiumplatte überstehende Beschichtungsfolie wird mit dieser bündig abgetrennt. Anschließend werden die Beschichtungsfolie und das doppelseitige Klebeband durch mehrere Schnitte mit einer scharfen Klinge mit einem Abstand von 25 mm zueinander durchtrennt. Die parallelen Schnitte sind dabei in Plattenlängsrichtung orientiert. Anschließend wird die Trägerfolie von den so erzeugten, 25 mm breiten Bahnen auf 5 cm Länge vom Lack der Beschichtungsfolie abgelöst. Der Lack verbleibt dabei auf der mit dem Klebeband versehenen Aluminiumplatte.
Anschließend wird die Aluminiumplatte mit den so erzeugten Probestreifen in die Spannbacke einer Universalprüfmaschine eingespannt. Die Platte ist dabei so orientiert, dass die Probenstreifen vertikal angeordnet sind und der Bereich, in dem der Folienabzug manuell erfolgte, unten liegt. In der oberen Spannbacke der Zugprüfmaschine (Z050 von ZwickRoell) wird ein 25 mm breiter, 30 cm langer und 2 mm starker Streifen aus Aluminium so eingespannt, dass dessen Längsrichtung der Längsrichtung der Probenplatte entspricht und parallel zu dieser ist. Er hat einen Abstand von 3 mm zur Oberfläche der auf die Probenplatte aufgebrachten Beschichtungsfolie und steht in einer Flucht mit dem zu prüfenden 25 mm breiten Zuschnitt der Beschichtungsfolie. Anschließend wird das lose Ende der Beschichtungsfolie auf dem Blechstreifen fixiert. Die Fixierung erfolgt mit Polyester-Klebeband NT-9511-2 vom Hersteller Tewi-Pack (Artikel-Nr.0602951125). Anschließend erfolgt der Abzug der Trägerfolie vom Beschichtungsstoff, der auf dem doppelseitigen Klebeband verbleibt. Die Abzugsgeschwindigkeit wird durch die Verfahrgeschwindigkeit der oberen Spannpacke vorgegeben, diese beträgt 100 mm/min. Der Folienabzug erfolgt über eine Abzugstrecke von mindestens 200 mm Länge. Die Ausgabe der aufgezeichneten Abzugskräfte erfolgt über die Abzugstrecke. Die ermittelt Abzugskraft einer Probe ergibt sich aus dem Mittelwert der aufgezeichneten Kräfte einer für die jeweilige Probe repräsentativen Abzugstrecke von mindestens 150 mm. Die Ergebnisse ergeben sich als Mittelwert der Abzugskraft von mindestens fünf untersuchten Proben (Einheit N/25mm).
Die Messungen werden bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % durchgeführt.
Messbeispiel 1b: Schälkraftmessunqen im gedehnten Zustand
Die Messung der Schälkräfte erfolgt auch hier in Anlehnung an DIN EN ISO 5810-2. Dazu wird eine 10 mm starke, 250 mm breite und 300 mm lange Platte aus Aluminium vollflächig und überlappungsfrei mit doppelseitigem Klebeband (Tesa 56171-00003) versehen. Die 50 mm breiten Klebeband Bahnen sind dabei in Plattenlängsrichtung orientiert. Die Beschichtungsfolie wird auf ein Maß von 300 mm x 300 mm zugeschnitten und vollflächig mit einem Karomuster mit einer Kantenlänge von 10 mm versehen. Die zugeschnittene Beschichtungsfolie wird in einer Vorrichtung mit zwei 320 cm breiten Spannbacken, deren Abstand durch einen Spindeltrieb variiert werden kann, eingespannt. Die Orientierung der Beschichtungsfolie ist dabei so gewählt, dass die veränderliche Richtung der Bahnlängsrichtung der Trägerfolie entspricht. Anschließend wird die Beschichtungsfolie durch die Vorrichtung so weit gedehnt, dass sich die gedehnte Kantenlänge des zentralsten Karos auf 20 mm vergrößert hat. Die Dehngeschwindigkeit beträgt dabei 100 mm/min.
Anschließend wird die noch in der Vorrichtung befindliche Beschichtungsfolie möglichst faltenfrei auf dem Klebeband abgelegt, die Bahnlängsrichtung der Trägerfolie ist dabei in Plattenlängsrichtung orientiert, der Beschichtungsstoff zeigt in Richtung des Klebebandes, die Trägerfolie ist vom Klebeband abgewandt. Anschließend wird die Beschichtungsfolie mit einer Pajarito Andruckrolle ø50×150mm (Artikelnummer: W-040074) auf dem Klebeband der Aluminiumplatte angedrückt. Die Andruckkraft der Andruckrolle liegt dabei bei 50 N. Über die Aluminiumplatte überstehende Beschichtungsfolie wird mit dieser bündig abgetrennt und die Probenplatte wird aus der Vorrichtung entnommen. Im Randbereich wird die Übertragsfolie zusätzlich mit Polyester-Klebeband NT-9511-2 vom Hersteller Tewi-Pack (Artikel-Nr.0602951125) fixiert. Anschließend werden die Beschichtungsfolie und das doppelseitige Klebeband durch mehrere Schnitte mit einer scharfen Klinge mit einem Abstand von 25 mm zueinander durchtrennt. Die parallelen Schnitte sind dabei in Plattenlängsrichtung orientiert. Anschließend wird die Trägerfolie von den so erzeugten, 25 mm breiten Bahnen auf 5 cm Länge vom Lack der Beschichtungsfolie abgelöst. Der Lack verbleibt dabei auf der mit dem Klebeband versehenen Aluminiumplatte. Anschließend wird die Aluminiumplatte mit den so erzeugten Probestreifen in die Spannbacke einer Universalprüfmaschine (Z050 von ZwickRoell) eingespannt. Die Platte ist dabei so orientiert, dass die Probenstreifen vertikal angeordnet sind und der Bereich, in dem der Folienabzug manuell erfolgte, unten liegt. In der oberen Spannbacke der Zugprüfmaschine wird ein 25 mm breiter, 30 cm langer und 2 mm starker Streifen aus Aluminium so eingespannt, dass dessen Längsrichtung der Längsrichtung der Probenplatte entspricht und parallel zu dieser ist. Er hat einen Abstand von 3 mm zur Oberfläche der auf die Probenplatte aufgebrachten Beschichtungsfolie und steht in einer Flucht mit dem zu prüfenden 25 mm breiten Zuschnitt der Beschichtungsfolie. Anschließend wird das lose Ende der Beschichtungsfolie auf dem Blechstreifen fixiert. Die Fixierung erfolgt mit Polyester-Klebeband NT-9511-2 vom Hersteller Tewi-Pack (Artikel-Nr.0602951125). Anschließend erfolgt der Abzug der Trägerfolie vom Beschichtungsstoff, der auf dem doppelseitigen Klebeband verbleibt. Die Abzugsgeschwindigkeit wird durch die Verfahrgeschwindigkeit der oberen Spannpacke vorgegeben, diese beträgt 100 mm/min. Der Folienabzug erfolgt über eine Abzugstrecke von mindestens 200 mm Länge. Die Ausgabe der aufgezeichneten Abzugskräfte erfolgt über die Abzugstrecke. Die ermittelt Abzugskraft einer Probe ergibt sich aus dem Mittelwert der aufgezeichneten Kräfte einer für die jeweilige Probe repräsentativen Abzugstrecke von mindestens 150 mm.
Die Ergebnisse ergeben sich als Mittelwert der Abzugskraft von mindestens fünf untersuchten Proben und haben die Einheit N/25mm. Die Auswertung von Probenbereichen mit Faltenwurf in der Beschichtungsfolie ist nicht zulässig. Die Messungen wurden bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 ± 15 % durchgeführt.
Messbeispiel 2
Bestimmung der Bruchdehnung:
Hierzu werden Normzugprüfkörper in Anlehnung an die DIN 53504:2009-10 Schulterstab S2 aus dem Prüfmaterial ausgestanzt. Die so entstandenen Prüfkörper werden an den dafür vorgesehenen Enden in eine Zugvorrichtung eingespannt, um bei ca. 23 °C Dehnungsuntersuchungen in Anlehnung an DIN 53504:2009-10 durchzuführen.
Während des Dehnvorganges wird die Oberfläche mit einem Mikroskop bei geringer Vergrößerung (5- bis 50-fach) beobachtet, um unmittelbar feststellen zu können, wann der Risse entstehen. Die Dehnung wird bei Raumtemperatur (ca. 23 °C) mit einer Dehnrate von ca. 15 mm/min vorgenommen.
Messbeispiel 3
Messung der freien Oberflächenenergie bzw. der Oberflächenspannung
Für die Messungen der Oberflächenenergien wurde ein „Mobile Surface Analyzer (MSA)“ von der Firma Krüss GmbH, Hamburg, verwendet. Hierbei handelt es sich um ein Kontaktwinkel-Messgerät, bei dem mit einem Klick zwei parallele Tropfen auf die Probenoberfläche dosiert werden.
Der Prüftropfen wird bei Raumtemperatur berührungslos auf die Probenoberfläche dosiert und weist ein Volumen von ca. 1 µl auf. 5 Sekunden nach dem Dosieren des Tropfens wird eine Aufnahme vorgenommen und zunächst automatisch der statische Kontaktwinkel nach dem Verfahren „Liegender Tropfen (doppelt)“ bestimmt. Die automatische Auswertung der Aufnahmen wird später visuell überprüft und gegebenenfalls wird die Basislinie manuell korrigiert sowie nicht auswertbare Aufnahmen aussortiert.
Um die Oberflächeneigenschaften der Folie besser beschreiben zu können, werden an mindestens zehn örtlich unterschiedlichen Positionen derselben Probe Messungen mit den Prüfflüssigkeiten Wasser und Dijodmethan sowie die daraus folgenden Berechnungen der Oberflächenenergie vorgenommen. Hieraus wird der Mittelwert gebildet.
Als Prüfflüssigkeiten werden Wasser (Oberflächenspannung: 72,80 mN/m; disperser Anteil: 21,80 mN/m; polarer Anteil: 51,00 mN/m) und Dijodmethan (Oberflächenspannung: 50,80 mN/m; disperser Anteil: 50,80 mN/m; polarer Anteil: 0,00 mN/m) verwendet. Der Fachmann wird im Zweifel die Oberflächenenergie der Prüfflüssigkeiten z.B. mit der Wilhelmy-Waage überprüfen und auch immer auf frische und unkontaminierte Prüfflüssigkeit achten.
Als Messsoftware wird das Programm „Advance“ (Version 1.6.2.0.), der Firma Krüss GmbH verwendet.
Die Auswertung der freien Oberflächenenergie mit den dispersen und polaren Anteilen erfolgt nach Owens, Wendt, Rabel & Kaelble (OWRK). Die Kontaktwinkelmessung erfolgt in Anlehnung an die DIN 55660.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiel 1: Bereitstellung geeigneter Trägerfolien
Einerseits wurden die aus in DE 10 2016 120 781 A1 unter Beispiel 1 beschriebenen Trägerfolien mit siliziumorganischer Schicht für die weiteren Untersuchungen verwendet. Sie werden mit der in DE 102016 120 781 A1 verwendeten Beschichtungsprozess-Nr. mit den Nummern 1, 2 und 3 bezeichnet.
Zudem wurde eine 2 m breite und 50 µm dicke Polyamid-6,6-Folie StretchVAC 3000 der Firma Solvay in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess in einer Niederdruck-Plasmaanlage mit unterschiedlichen Prozessparametern beschichtet.
Die Plasmaanlage besitzt eine quaderförmige Plasmakammer aus Edelstahl mit den Innenmaßen Breite: 1,7 m, Höhe: 2,2 m und Tiefe: 3,0 m. Die beiden 3,0 m langen Seitenwände sind dielektrisch mit einer Kunststoffisolierung ausgestattet. Mittig ist jeweils eine gekühlte Flachelektrode mit einer Breite von 2,6 m und einer Höhe von 1,65 m in die Kunststoffisolierung eingesetzt. Die Plasmakammer wird mit 2 Vakuumpumpensträngen mit einer Gesamtsaugleistung von 750 sccm bei 0,019 mbar nach oben evakuiert. Die Umwickelvorrichtung wird elektrisch isoliert von Kammerwand und Boden auf einer herausfahrbaren Bodenplatte aus Edelstahl in die Plasmakammer eingebracht. Die Bodenplatte sowie die Stirnseite der Umwickelvorrichtung sind an der Kammertür fixiert. Die Umwicklung erfolgt zwischen zwei Antriebswalzen, die im Inneren der Umwickelvorrichtung angeordnet sind.
Die Polyamidfolie wurde mit einem Abstand von 40 mm vor den Elektroden vorbeigeführt, wobei die Außenseite zur einen und die Innenseite zur anderen Elektrode zeigte. Vor dem Beschichtungsprozess wurde die Polyamidfolie durch mehrfaches Umwickeln im Vakuum so lange getrocknet, dass sich beim letzten Umwickeln vor dem Beschichtungsprozess bei einer Umwickelgeschwindigkeit von 7 m/min ein Druck von 0,012 mbar einstellte.

Während des Beschichtungsprozesses wurden bei laufender Evakuierung von unten gemäß Tabelle 1 die Arbeitsgase Sauerstoff und Hexamethyldisiloxan (HMDSO) eingeleitet. Mithilfe von Butterfly-Ventilen vor den Vakuumpumpensträngen wurde der Druck in der Plasmakammer auf 0,025 mbar geregelt. Das Plasma wurde mit einer Hochfrequenz von 13,56 MHz mit jeweils 3000 W (Generator-Ausgangsleistung) über die beiden Flachelektroden angeregt. Die Polyamidfolie wurde mit einer Geschwindigkeit von 4 m/min umgewickelt. Tabelle 1: Plasma-Prozessparameter

Beschichtungs-prozess-Nr.	Gasfluss O ₂ (sccm)	Gasfluss HMDSO (sccm)	O ₂ /HMDSO
4	100	380	0,26
5	140	340	0,41
6	180	300	0,60
7	205	275	0,75
8	240	240	1,00
9	275	205	1,34
10	300	180	1,67
11	340	140	2,43
12	380	100	3,80
13	410	70	5,86

Diese Trägerfolien mit siliziumorganischer Schicht werden nachfolgend entsprechend ihrer Beschichtungsprozess-Nr. als Folienmuster mit den entsprechenden Nummern 4 bis 13 bezeichnet. Zudem wird in den nachfolgenden Tabellen das Verhältnis von O2/HMDSO für den entsprechenden Beschichtungsprozess mit angegeben.
Analog zu den oben beschriebenen Beschichtungsprozessen wurde die 2 m breite und 50 µm dicke Polyamid-6,6-Folie StretchVAC 3000 in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess mit ausschließlich Sauerstoff als zugeleitetes Arbeitsgas aktiviert. Abweichend von den beschriebenen Beschichtungsprozessen wurde dabei das Plasma mit 2500 W je Flächenelektrode angeregt, 992 sccm Sauerstoff zugeführt und die Folie bei einem Druck von 0,036 mbar mit einer Geschwindigkeit von 2 m/min umgewickelt. Diese Trägerfolie wird nachfolgend als Folienmuster 15 bezeichnet.
Als Folienmuster 14 wird nachfolgend die unbehandelte 50 µm dicke Polyamid-6,6-Folie StretchVAC 3000 bezeichnet.

Die zehn Trägerfolien mit siliziumorganischer Schicht aus Tabelle 1 sowie die unbehandelte Trägerfolie 14 und die plasmaaktivierte Trägerfolie 15 wurden vermessen und ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2: Ergebnisse der Kontaktwinkelmessungen

Folienmuster	O ₂ / HMDSO	Wasser	Diiodmethan	disperser Anteil	polarer Anteil	Gesamtoberflächenenergie
		(°)	(°)	(mN/m)	(mN/m)	(mN/m)
4	0,26	105,2	74,0	20,7	0,6	21,3
5	0,41	105,4	73,1	21,1	0,6	21,7
6	0,60	103,6	72,3	21,6	0,8	22,4
7	0,75	102,3	72,5	21,5	1,0	22,5
8	1,00	101,4	71,6	22,0	1,1	23,1
9	1,34	99,7	70,5	22,6	1,3	23,9
10	1,67	98,5	70,0	22,9	1,5	24,4
11	2,43	95,3	67,7	24,2	2,0	26,2
12	3,80	91,2	66,2	25	3,0	28,1
13	5,86	88,8	64,6	25,9	3,6	29,5
14	unbehandelt	80,0	44,4	37,3	4,0	41,3
15	aktiviert	51,6	38,8	40,2	17	57,2

Ausführungsbeispiel 2: Beschichtungsstoffe, sowie deren Applikation und Aushärtung
Beschichtungsstoff A
Zunächst wurde auf die Trägerfolien mit der siliziumorganischen plasmapolymeren Schicht aus Beispiel 1 der DE 10 2016 120 781 A1 der Beschichtungsstoff A-PU-IMC VP 27000106 mit Härter 29/12 aus Beispiel 2 der DE 10 2016 120 781 A1 aufgebracht:

Die beiden Komponenten des Beschichtungsstoffes wurden in einem Mischungsverhältnis von 10 Masseanteilen Stammlack (Bomix A-PU-IMC VP 27000106) zu einem Masseanteil Härter (Bomix 29/12) angesetzt und anschließend für 5 Minuten mit einem Dissolver bei einer konstanten Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute vermischt. Anschließend wurde der Beschichtungsstoff auf die Trägerfolie appliziert. Die Folie wurde dabei auf einem Vakuumtisch mit einem Lochraster von 10 × 10 mm und einem Bohrungsdurchmesser von 0,6 mm Durchmesser fixiert. Der Lackauftrag auf die Folie erfolgte mit einem Spiralrakel zur Applikation von Nassfilmdicken von 120 µm und einem Durchmesser von 10 mm (Thierry GmbH PG-032-320120). Die Applikationsrichtung wurde dabei so gewählt, dass sie der Bahnlängsrichtung der Folie entspricht. Die Applikationsgeschwindigkeit betrug 100 mm/s. Nach der Applikation des Beschichtungsstoffes auf die Folie wurde diese von dem Vakuumtisch gelöst, auf einem 3 mm starken Blech aus Aluminium abgelegt und in den Randbereichen mit Haftklebeband auf diesem fixiert. Anschließend lüftete der Beschichtungsstoff für 72 Stunden bei 22°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% ab, bevor er anschließend 20 Minuten in einem Umluftofen bei 80 °C gehärtet wurde.

Nach Messbeispiel 2 wurde bestimmt, dass die Bruchdehnung dieses Beschichtungsstoffs größer 135% ist.
Beschichtungsstoff B
Die Applikation und Aushärtung von Beschichtungsstoff B erfolgte analog zu der von Beschichtungsstoff A bis auf folgende Unterschiede:

Es wurde als Stammlack Bomix Mould Coating VP 82360005 CHP und als Härter Bomix Hardener VP 280011/1 eingesetzt. Zudem wurde das Additiv Bomix Additive 04/548 verwendet. Alle 3 sind Komponenten der Firma Bomix Chemie GmbH und ergeben einen lösemittelhaltigen Basislack auf Polyurethanbasis.

Der Stammlack (Bomix Mould Coating VP 82360005 CHP) und das Additiv (Bomix Additive 04/548) wurden hier in einem Verhältnis von fünf Masseanteilen Stammlack und einem Masseanteil Additiv angesetzt und anschließend für 5 Minuten mit einem Dissolver bei einer konstanten Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute vermischt. Anschließend wurde ein weiterer Masseanteil Härter (Bomix Hardener VP 280011/1) hinzugegeben und der Lack abermals wie oben beschrieben vermischt. Die Applikation des Beschichtungsstoffes auf die Folie sowie die Fixierung der lackierten Folie auf dem Blech erfolgten analog zu Beschichtungsstoff A. Die Trocknung des Lackes erfolgte unmittelbar nach dessen Applikation in einem Umluftofen für 5 Minuten bei 120 °C.
Nach Messbeispiel 2 wurde bestimmt, dass die Bruchdehnung dieses Beschichtungsstoffs größer 135% ist.
Beschichtungsstoff C
Die Applikation und Aushärtung von Beschichtungsstoff C erfolgte analog zu der von Beschichtungsstoff A bis auf folgende Unterschiede:

Es wurde als Stammlack PERMUTEX RP-39-272 und als Härter PERMUTEX XR-13-554, beides von Firma Stahl Europe B.V., eingesetzt. Hierbei handelt es sich um einen wasserhaltigen Basislack auf Polyurethanbasis.

Der Crosslinker (PERMUTEX XR-13-554) und entionisiertes Wasser wurden in einem Verhältnis von einem Masseanteil Crosslinker zu einem Masseanteil entionisiertem Wasser angesetzt und für 5 Minuten mit einem Holzspatel homogenisiert. Anschließend wurden neun Masseanteile Stammlack (PERMUTEX RP-39-272) hinzugegeben bevor der Lack abermals für 5 Minuten mit einem Dissolver bei einer konstanten Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute homogenisiert wurde. Die Applikation des Beschichtungsstoffes auf die Folie sowie die Fixierung der lackierten Folie auf dem Blech aus Aluminium erfolgten analog zu Beschichtungsstoff A. Die Trocknung des Lackes erfolgte unmittelbar nach dessen Applikation in einem Umluftofen für 60 Minuten bei 70 °C.
Nach Messbeispiel 2 wurde bestimmt, dass die Bruchdehnung dieses Beschichtungsstoffs größer 135% ist.
Beschichtungsstoff D
Die Applikation und Aushärtung von Beschichtungsstoff D erfolgte analog zu der von Beschichtungsstoff A bis auf folgende Unterschiede:

Es wurde ein Stammlack und ein Härter mit der Systembezeichnung TU5147-3 von Firma Mankiewicz Gebr. & Co. (GmbH & Co. KG) eingesetzt. Hierbei handelt es sich um einen lösemittelbasierten Primer auf Polyurethanbasis.

Der Stammlack und der Härter wurden hier in einem Verhältnis von 9 Masseanteilen Stammlack und 2 Masseanteil Härter vermengt und anschließend für 5 Minuten mit einem Dissolver bei einer konstanten Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute vermischt. Die Applikation des Beschichtungsstoffes auf die Folie sowie die Fixierung der lackierten Folie auf dem Blech erfolgten analog zu Beschichtungsstoff A. Anschließend lüftete der Beschichtungsstoff für 60 Minuten bei 22°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % ab, bevor er für 60 Minuten in einem Umluftofen bei 60 °C gehärtet wurde.
Nach Messbeispiel 2 wurde bestimmt, dass die Bruchdehnung dieses Beschichtungsstoffs größer 135% ist.
Beschichtungsstoff E
Es wurde ein Stammlack und ein Härter mit der Systembezeichnung TU5147-2 von Firma Mankiewicz Gebr. & Co. (GmbH & Co. KG) eingesetzt. Hierbei handelt es sich um einen lösemittelbasierten Primer auf Polyurethanbasis.
Die Applikation und Aushärtung von Beschichtungsstoff E erfolgte analog zu der von Beschichtungsstoff A bis auf folgende Unterschiede:

Der Stammlack und der Härter werden hier in einem Verhältnis von 9 Masseanteilen Stammlack und 2 Masseanteil Härter vermengt und anschließend für 5 Minuten mit einem Dissolver bei einer konstanten Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute vermischt. Die Applikation des Beschichtungsstoffes auf die Folie sowie die Fixierung der lackierten Folie auf dem Blech aus Aluminium erfolgen analog zu Beschichtungsstoff A. Anschließend lüftet der Beschichtungsstoff für 60 Minuten bei 22°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % ab, bevor er anschließend 60 Minuten in einem Umluftofen bei 60 °C gehärtet wird.

Nach Messbeispiel 2 wurde bestimmt, dass die Bruchdehnung dieses Beschichtungsstoffs größer 135% ist.
Beschichtungsstoff F
Die Applikation und Aushärtung von Beschichtungsstoff F erfolgte analog zu der von Beschichtungsstoff A bis auf folgende Unterschiede:

Es wurde als Stammlack Bomix Coating VP 7550D/7/4-026 und als Härter Bomix Hardener 28/13, beides von Firma Bomix Chemie GmbH, eingesetzt. Hierbei handelt es sich um einen lösemittelhaltigen Klarlack auf Polyurethanbasis.Der Stammlack [Bomix Coating VP 7550D/7/4-026] und der Härter [Bomix Hardener 28/13] wurden in einem Verhältnis von zehn Masseanteilen Stammlack zu drei Masseanteilen Härter vermengt, für 5 Minuten mit einem Dissolver bei einer konstanten Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute homogenisiert. Die Applikation des Beschichtungsstoffes auf die Folie sowie die Fixierung der lackierten Folie auf dem Blech aus Aluminium erfolgten analog zu Beschichtungsstoff A. Die Trocknung des Lackes erfolgte unmittelbar nach dessen Applikation in einem Umluftofen für 60 Minuten bei 70 °C.

Nach Messbeispiel 2 wurde bestimmt, dass die Bruchdehnung dieses Beschichtungsstoffs 99% beträgt.
Ausführungsbeispiel 3:
Ergebnisse der Schälkraftmessungen für die beschichteten Folienmuster 1-15

Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 sowie der 1 dargestellt. Tabelle 2: Ergebnisse der Schälkraftmessungen der der Verbundfolien mit den Folienmustern 1 bis 3 im ungedehnten Zustand. Angabe der Schälkraft in N/25 mm

Folienmuster	Plasmabeschichtung	Beschichtungsstoff A
1	Beschichtungsprozess-Nr. 1 gem. Beispiel 1 in DE 10 2016 120 781 A1	0,04
2	Beschichtungsprozess-Nr. 2 gern. Beispiel 1 in DE 10 2016 120 781 A1	0,10
3	Beschichtungsprozess-Nr. 3 gern. Beispiel 1 in DE 10 2016 120 781 A1	0,20

Tabelle 3: Ergebnisse der Schälkraftmessungen der Verbundfolien im ungedehnten Zustand. Angabe der Schälkraft in N/25 mm;

		Beschichtungsstoff
Folienmuster	O ₂ */ HMDSO )**	B	C	D	E	F
4	0,26	0,10		0,19	0,18	0,02
5	0,41	0,19		0,30	0,29	0,02
6	0,60	0,24	0,35	0,41	0,57	0,02
7	0,75	0,38		0,75	1,03
8	1,00	0,53		1,02	1,75	0,02
9	1,34	0,70		1,25	2,26
10	1,67	0,86	4,6	1,82	2,56	0,02
11	2,43	1,47		2,58	3,15	0,02
12	3,80	2,01	4,5	3,42	3,95	0,03
13	5,86	3,15		4,19	5,84	0,03
14	unbehandelt					0,62
15	aktiviert					>15**)

*): Prozessgasverhältnis
**): Die Haftung zwischen Beschichtungsstoff und Folienmuster ist so groß, dass sich das Folienmuster nicht von dem Beschichtungsstoff ablösen lässt.

Die 1 stellt die Ergebnisse der Schälkraftmessungen der Verbundfolien mit den Folienmustern 4 bis 13 und den Beschichtungsstoffen B bis F im ungedehnten Zustand dar.
Es zeigte sich, dass der Beschichtungsstoff F mit den Folienmustern 4 bis 13 keine erfindungsgemäße Verbundfolien zur Beschichtungsstoffübertragung auf zweidimensional gekrümmte Bauteile aus elastomeren, duroplastischen oder faserverstärkten Kunststoffen bildet. Beschichtungsstoff F weist bei selbst bei Folienmuster 13 eine zu geringe Schälkraft auf.
Allerdings weist Beschichtungsstoff F mit Folienmuster 14 (der unbehandelten Polyamidfolie) eine ausreichende Schälkraft auf. Somit kann Beschichtungsstoff F mit Folienmuster 14 erfindungsgemäße Verbundfolien zur Beschichtungsstoffübertragung auf zweidimensional gekrümmte Bauteile aus elastomeren, duroplastischen oder faserverstärkten Kunststoffen bilden. Mit Folienmuster 15 (der plasmaaktivierten Polyamidfolie) weist Beschichtungsstoff F eine zu hohe Schälkraft auf. Daher ist auch diese Verbundfolie keine erfindungsgemäße Verbundfolie.
Ausführungsbeispiel 4
Ergebnisse der Schälkraftmessungen gedehnt/ungedehnt

Die Ergebnisse für die Schälkraftmessungen nach Messbeispiel 1a) bzw. 1b) sind in Tabelle 4 aufgeführt. Tabelle 4: Ergebnisse der Schälkraftmessungen der Verbundfolien. Angabe der Schälkraft in N/25 mm.

		Beschichtungsstoff
Folienmuster	Dehnung	B	C	E	F
6	0%		0,35	0,57
9		0,70
10			4,6	2,56
11		1,47
12			4,5
13		3,15		5,84	0,03
14					0,62
15					>15*)
13	75%				0
14					0,26
15					>15*)
6	100%		0,07	0
9		0,34
10			0,19	0,15
11		0,28
12			0,29
13		0,49		1,26

*): Die Haftung zwischen Beschichtungsstoff und Folienmuster ist so groß, dass sich das Folienmuster nicht von dem Beschichtungsstoff ablösen lässt.

Ausführungsbeispiel 5
Herstellung GFK-Musterbauteiles im RTM-Verfahren
Das plasmapolymer beschichtete Folienmuster 13 mit den Abmessungen 800 mm x 600 mm wird vollflächig mit Beschichtungsstoff B beschichtet. Das Ansetzen des Beschichtungsstoffes erfolgt analog zum in Beispiel 2 beschriebenen Vorgehen. Die Applikation des Beschichtungsstoffes erfolgt mit einer Becherpistole im Kreuzgang, die ermittelte Trockenschichtstärke des Lackes auf der plasmapolymer beschichteten Folie beträgt 40 µm. Während der Applikation ist die Folie vertikal auf einer festen Unterlage fixiert. Nach der Applikation lüftet der Beschichtungsstoff für 60 Minuten bei 22°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % ab, bevor er anschließend 60 Minuten in einem Umluftofen bei 60 °C gehärtet wird.
Die so hergestellte Beschichtungsstoffübertragungsanordnung wird faltenfrei und leicht vorgespannt (Dehnung <5 %) mit Vakuumdichtband auf dem unteren von zwei zusammengehörigen RTM-Werkzeugen fixiert, die beschichtete Folienseite ist dabei vom Unterwerkzeug abgewandt. Das untere Werkzeug ist dabei mit einer rechteckigen Bauteilkavität mit Maßen von 600 mm × 400 mm und einer Tiefe von 40 mm versehen. Die Kavität hat Entformungsschrägen von 7 ° und die Bauteilkanten sind mit einem Radius von 8 mm versehen. Außerdem ist die Kavität mit einem Vakuumkanal ausgestattet, der es erlaubt die Kavität unter der Beschichtungsfolie zu evakuieren und die Folie so in das Unterwerkzeug streckzuziehen. Der Vakuumkanal ist mit porösem Metall abgedeckt.
Nach dem Streckziehen der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung durch das Anlegen eines Vakuums (Absolutdruck: 5 mbar) zwischen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung und Unterwerkzeug wird eine Glasfaser-Vorform auf die streckgezogene Beschichtungsstoffübertragungsanordnung aufgelegt, das obere Formwerkzeug auf dem unteren Formwerkzeug abgelegt und das Werkzeug so gasdicht verschlossen. Das Oberwerkzeug ist dabei mit einem Injektionskanal zur Zuführung des Harzsystems und einem Evakuationskanal zur Evakuation der mit der Vorform versehene Kavität ausgestattet.
Anschließend wird das geschlossene Werkzeug in eine industrietypische Heizpresse eingelegt und die Kavität durch den Evakuationskanal im Oberwerkzeug evakuiert (Absolutdruck: 10 mbar). Anschließend wird die Presse geschlossen und das Formwerkzeug auf 80 °C erwärmt. Anschließend wir das auf 60 °C erwärmet Harzsystem PRISM EP2410 vom Hersteller Solvay mit einer industrietypischen Injektionsanlage in die Kavität injiziert. Nach der vollständigen Tränkung des Fasereinlegers werden Evakuationskanal und Injektionskanal im Oberwerkzeug verschlossen. Anschließend durchläuft das Formwerkzeug den vom Harzhersteller vorgegebenen Temperaturzyklus zur Aushärtung des Bauteils. Nach vollständiger Abkühlung werden Heizpresse und Formwerkzeug geöffnet, die Beschichtungsstoffübertragungsanordnung im Randbereich des Bauteiles abgetrennt und das Bauteil aus dem Werkzeug entnommen. Die Beschichtungsstoffübertragungsanordnung verbleibt dabei auf dem Bauteil. Nach dem händischen Abzug der Trägerfolie verbleibt der Beschichtungsstoff auf dem Bauteil.
Ausführungsbeispiel 6
Herstellung einer beschichteten Fahrzeugtür aus GFK im RTM-Verfahren
Das plasmapolymer beschichtete Folienmuster 8 mit den Abmessungen 1600 mm x 1400 mm wird vollflächig mit Beschichtungsstoff E beschichtet. Das Ansetzen des Beschichtungsstoffes erfolgt analog zum in Beispiel 2 beschriebenen Vorgehen. Die Applikation des Beschichtungsstoffes erfolgt mit einer Becherpistole im Kreuzgang, die ermittelte Trockenschichtstärke des Lackes auf der plasmapolymer beschichteten Trägerfolie beträgt 40 µm. Während der Applikation ist die Folie vertikal auf einer festen Unterlage fixiert. Unmittelbar nach der Applikation wird der Lack auf der Trägerfolie für 5 Minuten in einem Umluftofen bei 120 °C gehärtet.
Die so hergestellte Beschichtungsstoffübertragungsanordnung wird faltenfrei und leicht vorgespannt (Dehnung <5 %) mit Vakuumdichtband auf dem unteren von zwei zusammengehörigen RTM-Werkzeugen fixiert, die beschichtete Folienseite ist dabei vom Unterwerkzeug abgewandt. Ober- und Unterwerkzeug bilden dabei die beiden Formhälften eines RTM-Werkzeuges zur Herstellung der Außenschale einer aus Innen- und Außenschale bestehenden Nutzfahrzeugtür. Das Unterwerkzeug ist dabei als Negativ und das Oberwerkzeug als Positivwerkzeug gestaltet. Die in der Teilungsebene der Werkzeuge liegende Bauteilkavität hat dabei eine Höhe von etwa 5 mm und ungefähre Maßen von 1400 mm x 1200 mm. Ober- und Unterwerkzeug sind dabei in einer industrietypischen Heizpresse montiert, die das Öffnen und Schließen sowie das Beheizen der Formwerkzeuge erlaubt. Außerdem ist die Kavität mit einem Vakuumkanal ausgestattet, der es erlaubt die Kavität unter der Beschichtungsfolie zu evakuieren und die Folie so in das Unterwerkzeug streckzuziehen. Nach dem Streckziehen der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung durch das Anlegen eines Vakuums (Absolutdruck: 5 mbar) zwischen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung und Unterwerkzeug werden zwei Lagen Biaxial Glasgelege mit einem jeweiligen Flächengewicht von 600g/m² auf der streckgezogenen Beschichtungsstoffübertragungsanordnung in die Bauteilkavität eingebracht. Anschließend wird das zweiteilige Werkzeug geschlossen und auf eine Temperatur von 65 °C erwärmt. Danach werden 100 Masseanteile des epoxidischen Harzes Biresin CR14 mit 24 Masseanteilen des Härters Biresin CH135-4, beide vom Hersteller Sika, angesetzt und mittels eines Drucktopfes in die Bauteilkavität injiziert, er im Drucktopf anliegende Überdruck beträgt dabei 4 bar. Das Oberwerkzeug ist dazu mit einem zentralen Injektionskanal zur Zuführung des Harzsystems und vier Steigern durch die die vom Harz verdrängte Luft aus der Bauteilkavität entweichen kann ausgestattet. Nachdem durch jeden der vier Steiger Harz ausgetreten und das Faserhalbzeug vollständig getränkt ist, wird die Injektion beendet und der Injektionskanal verschlossen.
Anschließend wird das Bauteil bei für 90 Minuten bei 65 °C ausgehärtet. Nach der vollständigen Abkühlung werden Heizpresse und Formwerkzeug geöffnet, die Beschichtungsstoffübertragungsanordnung im Randbereich des Bauteiles abgetrennt und das Bauteil aus dem Werkzeug entnommen. Die Beschichtungsstoffübertragungsanordnung verbleibt dabei auf dem Bauteil. Nach dem händischen Abzug der Trägerfolie verbleibt der Beschichtungsstoff auf dem Bauteil.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2012069344 A1 [0008]
WO 2009024310 A1 [0008]
DE 102016120781 A1 [0013, 0014, 0018, 0019, 0091, 0100, 0116]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 53504:2009-10 [0083]

Claims

Beschichtungsstoffübertragungsanordnung, umfassend a) eine vakuum-streckziehfähige Trägerfolie aus Kunststoff und b) einen Beschichtungsstoff, der bei 23 °C eine Bruchdehnung zwischen 10% und 800% aufweist, bevorzugt zwischen 20% und 300%, besonders bevorzugt zwischen 50% und 200%, wobei die Schälkraft zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff im ungedehnten Zustand bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte beim Abschälen eines 25 mm breiten Trägerfolienstreifens im 180°-Schälversuch ≥ 0,3 N, bevorzugt ≥ 0,5 N, weiter bevorzugt ≥ 0,7 N, weiter bevorzugt ≥ 0,9 N, weiter bevorzugt ≥ 1,1 N, weiter bevorzugt ≥ 1,3 N und besonders bevorzugt ≥ 1,5 N, sowie ≤ 9 N, bevorzugt ≤ 8 N, weiter bevorzugt ≤ 7 N, weiter bevorzugt ≤ 6 N, weiter bevorzugt ≤ 5 N und besonders bevorzugt ≤ 4 N beträgt.
Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach Anspruch 1, umfassend zusätzlich c) eine haftungsmodifizierende Schicht, bevorzugt eine siliziumorganische Schicht, die zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff angeordnet ist und deren Haftfestigkeit zum Beschichtungsstoff nach Aushärtung des Beschichtungsstoffes kleiner ist, als die Haftfestigkeit zur Trägerfolie wobei die Schälkraft zwischen der haftungsmodifizierenden Schicht und dem Beschichtungsstoff im ungedehnten Zustand bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte beim Abschälen eines 25 mm breiten Trägerfolienstreifens im 180°-Schälversuch ≥ 0,3 N, bevorzugt ≥ 0,5 N, weiter bevorzugt ≥ 0,7 N, weiter bevorzugt ≥ 0,9 N, weiter bevorzugt ≥ 1,1 N, weiter bevorzugt ≥ 1,3 N und besonders bevorzugt ≥ 1,5 N, sowie ≤ 9 N, bevorzugt ≤ 8 N, weiter bevorzugt ≤ 7 N, weiter bevorzugt ≤ 6 N, weiter bevorzugt ≤ 5 N und besonders bevorzugt ≤ 4 N beträgt.
Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Beschichtungsstoff bei einer uniaxialen Dehnung der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung von a) 75% der Bruchdehnung des Beschichtungsstoffes im Falle einer Bruchdehnung des Beschichtungsstoffes ≤ 133% oder b) 100% für alle übrigen Fälle nicht von der Trägerfolie oder der haftungsmodifizierenden Schicht löst, wobei bevorzugt die Schälkraft zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff bei Fixierung des gedehnten Beschichtungsstoffes bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte beim Abschälen im 180° Schälversucheines 25 mm breiten Trägerfolienstreifens in Dehnrichtung ≥ 0,05 N, bevorzugt ≥ 0,1 N, weiter bevorzugt ≥ 0,15 N, weiter bevorzugt ≥ 0,2 N, weiter bevorzugt ≥ 0,25 N, weiter bevorzugt ≥ 0,3 N, weiter bevorzugt ≥ 0,35 N, weiter bevorzugt ≥ 0,4 N und besonders bevorzugt ≥ 0,45 N beträgt.
Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schälkraft zwischen der Trägerfolie und dem Beschichtungsstoff nach einer uniaxialen Dehnung der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung von a) 75% der Bruchdehnung des Beschichtungsstoffes, im Falle einer Bruchdehnung des Beschichtungsstoffes ≤ 133% oder b) 100% für alle übrigen Fälle bei Fixierung der gedehnten Beschichtungsstoffübertragungsanordnung bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte beim Abschälen im 180°Schälversuch eines 25 mm breiten Trägerfolienstreifens in Dehnrichtung ≤ 8 N, bevorzugt ≤ 6 N, weiter bevorzugt ≤ 5 N, weiter bevorzugt ≤ 4 N und besonders bevorzugt ≤ 3 N beträgt.
Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerfolie oder - wenn vorhanden - die haftungsmodifizierende Schicht vor der Beschichtung mit dem Beschichtungsstoff auf der dem Beschichtungsstoff zugewandten Seite eine Oberflächenenergie bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte von ≤ 38 mN/m, bevorzugt ≤ 35 mN/m, weiter bevorzugt ≤ 32 mN/m, weiter bevorzugt ≤ 30 mN/m und besonders bevorzugt ≤ 28 mN/m aufweist.
Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerfolie oder - wenn vorhanden - die haftungsmodifizierende Schicht vor der Beschichtung mit dem Beschichtungsstoff auf der dem Beschichtungsstoff zugewandten Seite einen polaren Anteil der Oberflächenenergie ≤ 5,0 mN/m, bevorzugt ≤ 4,0 mN/m und besonders bevorzugt ≤ 3,0 mN/m aufweist.
Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die haftungsmodifizierende Schicht eine plasmapolymere siliziumorganische Schicht ist, bevorzugt mit einer Dicke von ≤ 0,5 µm, bevorzugt ≤ 200 nm, weiter bevorzugt ≤ 100 nm und besonders bevorzugt ≤ 50 nm.
Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerfolie eine ein- oder mehrschichtige Folie, bestehend aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, bevorzugt Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP)); Polyamiden bevorzugt PA66; thermoplastischen Elastomeren bevorzugt auf Copolyesterbasis (TPC), Polyurethanbasis (TPU), Polyamidbasis (TPA) oder Olefinbasis (TPO); Polyvinylalkohol (PVAL) und Fluorpolymerfolien wie beispielsweise Polyvinylfluorid (PVF), Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE) oder Perfluoralkoxy-Polymere (PFA).
Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerfolie bei einer Dehnung zwischen 10% und 50% gemäß EN ISO 527-3 für einen Probekörper Typ 2 mit einer Breite (b) von 20 mm eine Dehnkraft zwischen 4 N und 60 N, bevorzugt zwischen 5 N und 50 N, weiter bevorzugt zwischen 6 N und 40 N und besonders bevorzugt zwischen 7 und 35 N aufweist.
Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Beschichtungsstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lack und Haftvermittler, wobei bevorzugt der Lack oder Haftvermittler zu ≥ 50% der Gewichtsanteile ein polyurethanhaltiges Bindemittel umfasst.
Form für ein Urformverfahren, umfassend eine Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche im für die Formung vorgesehenen Bearbeitungsraum, wobei die Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche bevorzugt streckgeformt oder besonders bevorzugt vakuumstreckgezogen wurde.
Form für ein Urformverfahren nach Anspruch 11, umfassend außerdem ein im Urformverfahren geformtes Bauteil, wobei der Beschichtungsstoff an dem Bauteil fester haftet als an der Trägerfolie oder - wenn vorhanden - der haftungsmodifizierenden Schicht.
Im Urformverfahren geformtes Bauteil, beschichtet mit einer Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 wobei der Beschichtungsstoff an dem Bauteil fester haftet als an der Trägerfolie oder - wenn vorhanden - der haftungsmodifizierenden Schicht.
Verwendung einer Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Übertragung des Beschichtungsstoffes auf ein Bauteil, bevorzugt im Rahmen eines Urformverfahrens und bevorzugt unter Streckformen und/oder Vakuum-streckziehen der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung.
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Beschichtungsstoffes bevorzugt wie in einem der Ansprüche 1-10 näher definiert, b) Bereitstellen einer vakuum-streckziehfähigen Trägerfolie aus Kunststoff, bevorzugt wie in einem der Ansprüche 1-10 näher definiert, c) gegebenenfalls Anpassen der Oberflächeneigenschaften und/oder Beschichten der Trägerfolie mit einer haftungsmodifizierenden Schicht, bevorzugt wie in einem der Ansprüche 2-10 näher definiert, und d) Beschichten der Trägerfolie aus Kunststoff oder der haftungsmodifizierenden Schicht, so dass die Schälkraft zwischen der Trägerfolie oder der haftungsmodifizierenden Schicht und dem Beschichtungsstoff im ungedehnten Zustand bei 22 °C und 50% relativer Luftfeuchte beim Abschälen im 180° Schälversuch eines 25 mm breiten Trägerfolienstreifens ≥ 0,3 N, bevorzugt ≥ 0,5 N, weiter bevorzugt ≥ 0,7 N, weiter bevorzugt ≥ 0,9 N, weiter bevorzugt ≥ 1,1 N, weiter bevorzugt ≥ 1,3 N und besonders bevorzugt ≥ 1,5 N, sowie ≤ 9 N, bevorzugt ≤ 8 N, weiter bevorzugt ≤ 7 N, weiter bevorzugt ≤ 6 N, weiter bevorzugt ≤ 5 N und besonders bevorzugt ≤ 4 N beträgt.
Verfahren zum Übertragen eines Beschichtungsstoffes auf ein Bauteil, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Form für ein Urformverfahren, b) Bereitstellen einer Beschichtungsstoffübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, c) Einbringen der Beschichtungsstoffübertragungsanordnung in die Form, bevorzugt durch Streckformen oder weiter bevorzugt durch Vakuum-Streckziehen, d) Bereitstellen des im Urformverfahren zu verarbeitenden Materials, bzw. Materialmixes, e) Herstellen eines Bauteils in der Form unter Verwendung der Materialien aus Schritt d), so dass in der Form ein geformtes Bauteil entsteht, bei dem der Beschichtungsstoff an dem Bauteil fester haftet als an der Trägerfolie oder - wenn vorhanden - der haftungsmodifizierenden Schicht und f) nach der Bauteilentnahme aus dem Formwerkzeug Trennen der Trägerfolie und - wenn vorhanden - der der haftungsmodifizierenden Schicht von der Bauteiloberfläche, so dass der Beschichtungsstoff auf dem Bauteil verbleibt.