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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen
ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Kunststoffsubstrats
und im Speziellen ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffsubstrats
mit einem Dekor.
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Kunststoffe bieten aufgrund ihrer
geringen Dichte und ihrer äußerst variablen
Materialeigenschaften im Hinblick auf Farbe, Textur, Transparenz und
Leitfähigkeit
breite Anwendungsmöglichkeiten
in unterschiedlichsten Bereichen. Kunststoffformteile werden insbesondere
als Gehäuse
für technische Geräte, als
Armaturen oder Bauteile mit besonderen Funktionen, zum Beispiel
optische Bauteile wie Brillengläser
oder Mikroskoplinsen verwendet. Da Kunststoffe relativ weich sind,
sind die Oberflächen derartiger
Bauteile anfällig
gegen Abrieb, insbesondere gegen Kratzer. Daher werden Kunststoffoberflächen wie
Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat (Plexiglas, PMMA); Cycloolefin-Copolymer
(COC), Polypropylen (PP) und Polyethylenterephtalat (PET) durch
Beschichtung mit einem Kratzschutz versehen.
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Beispielsweise wird in
EP 678 593 B1 ein Verfahren
zur Herstellung eines Antikratzüberzugs auf
der Oberfläche
eines Substrats beschrieben, wobei die Oberfläche mit polymerisiertem Silikon
durch Plasmapolymerisierung beschichtet wird. Der polymerisierte
Silikonüberzug
wird aus einem Beschichtungsgasstrom erzeugt, der ein Silikonmonomer
und Sauerstoff enthält,
wobei die Plasmapolymerisierung mit einer vorgegebenen Leistungsdichte über eine vorgegebene
Zeitdauer durchgeführt
wird.
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Gerade für optische Bauteile, wie auch
für Sichtscheiben
und für
Anzeigeelemente ist neben einem Kratzschutz eine Entspiegelung wünschenswert.
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In dem Dokument WO 02/04374 A2 wird
eine reflexionsmindernde Beschichtung vorgestellt, welche gleichzeitig
eine hohe Abriebbeständigkeit
aufweist. Die reflexionsmindernde Beschichtung wird aus einem alternierenden
Wechselschichtsystem unterschiedlicher Schichtmaterialien mit jeweils
niedrigerem und höherem
Brechungsindex gebildet. Die Schichten sind innerhalb der Schichtenfolge
des Wechselschichtsystems gleichmäßig verteilt angeordnet. Das
Substrat ist bevorzugt in dem Wellenlängenbereich, in dem die Reflexion
verhindert werden soll, optisch transparent. Durch die Beschichtung wird
die Transparenz erhöht.
Anwendung findet diese reflexionsmindernde Beschichtung vor allem
bei Kunststoffbrillengläsern.
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Für
die Herstellung der Beschichtung wird zunächst zur Erhöhung der
Haftfähigkeit
und Stabilität
eine Plasmabehandlung im Vakuum vor dem Aufbringen der Beschichtung
durchgeführt.
Das Substratmaterial wird dadurch an der Oberfläche abgetragen. Parallel dazu
wird eine chemische Reaktion eingeleitet, bei der die Oberfläche des
Substrats unter Ausbildung einer Polymerschicht verändert wird. Beim
Abscheiden der eigentlichen Beschichtung wird die wachsende Schicht
mit Argon-Ionen beschossen, um die Festigkeit der Schichten zu erhöhen.
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Gegenüber herkömmlichen Verfahren zum Aufbringen
einer Beschichtung unter Anwendung eines Plasmas kann durch den
Einsatz eines plasmainduzierten Verfahrens der chemischen Gasphasenabscheidung
(PICVD) die Oberflächentemperatur
des Substrats im Bereich von typischerweise 50°C bis 150°C gehalten werden. Thermisch
empfindliche Kunststoffe können
daher mit dem PICVD-Verfahren ohne Schädigung der Kunststoffoberfläche beschichtet
werden. Mit Hilfe des PICVD-Verfahrens
können sehr
dünne Schichten
auf einem Substratmaterial aufgebracht werden, so dass eine erhebliche
Materialersparnis ermöglicht
wird. Des Weiteren zeichnen sich derartige Schichten durch eine
hohe Flexibilität aus.
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In einer früheren Anmeldung der Anmelderin,
der PCT/EP02/08853 wird der Einsatz des PICVD-Verfahrens zum Aufbringen
von Beschichtungen mit funktionellen Eigenschaften wie beispielsweise
einer Entspiegelung oder einer Antikratzbeschichtung vorgesehen.
Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme
vollumfänglich
in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
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Sollen Kunststoffformteile als Gehäuse oder beispielsweise
als Displayfenster bei Mobilfunktelefonen eingesetzt werden, ist
es von großem
Vorteil, wenn dekorierende Beschichtungen auf dem Kunststoffformteil
aufgebracht werden können.
Derartige Dekors können
insbesondere Logos, Firmennamen, graphische Symbole, Schrift sowie
Muster und Ornamente sein. Das Aufbringen eines derartigen Dekors ist
mit der PICVD-Technik
jedoch in der Regel nicht möglich.
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In
DE 101 14 469 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung
einer Kratzfestausrüstung
auf einem beschichteten Substrat durch Applikation mindestens einer
kratzfesten Schicht auf dem beschichteten Substrat durch Plasmapolymerisation beschrieben. Dieses
Verfahren geht von einem beschichteten Substrat aus, d.h. dass sich
auf dem Substrat mindestens eine Lackfolie und/oder mindestens eine
Lackierung befindet. Diese Beschichtung dient beispielsweise der
Klarlackierung, der Farbgebung oder der Effektgebung auf dem Substrat.
Das Substrat kann eine beliebige Form aufweisen, es kann sich um
Kunststoffformteile, Folien aber auch metallische Substrate handeln.
Das mit einem Lack beschichtete Substrat wird mit einem oxidierenden
Plasma vorbehandelt, danach wird eine Schicht aus mindestens einem Plasmapolymer
abgeschieden. Die Plasmapolymerisation weist dabei keine Besonderheiten
auf. Die Behandlungsdauer beträgt
10 Minuten bis 3 Stunden, vorzugsweise 40 Minuten bis 1,5 Stunden.
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Bei dem beschriebenen Verfahren wird
zunächst
das Substrat gefertigt und danach mit einer Beschichtung aus einem
Lack versehen. Daraus ergeben sich Nachteile bei der Haftung der
Lackierung an Vertiefungen, Vorsprüngen und Kanten des Substrats,
welche insbesondere bei Verwendung einer Lackfolie zum Tragen kommen.
Wird der Lack aufgesprüht,
kann die Beschichtung ungleichmäßig ausfallen.
Des Weiteren fällt
dann ein hoher Materialverlust, der sogenannte Overspray an.
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Zum Aufbringen vor allem komplexer
graphischer Darstellung auf unregelmäßig geformten Kunststoffformteile,
bei einer gewünschten
hohen Festigkeit des Dekors, zum Ermöglichen einer Qualitätskontrolle
des Dekors vor der Herstellung des unregelmäßig geformten Kunststoffformteils
sowie für die
Verwendung desselben Kunststoffformteils mit ganz unterschiedlichen
Dekoren bietet sich daher die sogenannte IMD-Technologie oder die
IML-Technologie an.
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Eine Trägerfolie wird bei diesen Verfahren auf
zumindest einer Seite mit einem Dekor versehen. Anschließend kann
das benötigte
Teil aus der Folie ausgestanzt werden. Die so vorbereitete dekorierte Folie
wird dann in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt. Anschließend wird
in diesem Spritzgusswerkzeug das gewünschte Kunststoffformteil hergestellt. Während der
Herstellung des Kunststoffformteils kontaktiert der flüssige Kunststoff
die Trägerfolie
mit dem Dekor, so daß sich
dieses in der Schmelze mit dem flüssigen Kunststoff verbindet,
wobei das Dekor völlig
eingeschlossen wird. Damit wird ein nachträgliches Lackieren der Substrate überflüssig und
das Aufbringen auch komplexer Dekore auf unregelmäßig geformte
Substrate ermöglicht.
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Unter IMD-Technologie wird die in-mold-decoration-Technologie
verstanden. Dabei wird beim Hinterspritzen das Dekor auf das zu
fertigende Kunststoffformteil übertragen.
Die Trägerfolie
dient dem Bereitstellen des Dekors und wird nach der Übertragung
entfernt.
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Unter IML-Technologie wird die in-mold-labelling-Technologie
verstanden. Die Trägerfolie
wird zum Beispiel durch Tiefziehen in die gewünschte Form gebracht. Anschließend kann
das benötigte
Teil aus der Folie ausgestanzt werden. Beim Hinterspritzen verbinden
sich die Materialien der Trägerfolie
beziehungsweise des Dekors und der flüssige Kunststoff miteinander,
so dass die dekorierte Trägerfolie ein
integraler Bestandteil des fertigen Kunststoffformteils wird.
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In
DE 42 28 194 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung
von dekorfähigen
Formteilen aus Kunststoff beschrieben, bei dem ein Trägerfilm
mit einer trennbaren, ganzflächigen
Dekorschicht oder einheitlichen Lackschicht versehen wird und das
so erhaltene Laminat ohne vorherige Trocknung oder Aushärtung der
Dekor- oder Lackschicht mit einem extrusionsfähigen thermoplastischen Kunststoff
hinterspritzt oder hinterpresst wird. Das erhaltene Formteil wird dann
aus dem Werkzeug gelöst.
Anschließend
werden der Trägerfilm
und die ganzflächige
Dekor- oder Lackschicht durch Abziehen voneinander getrennt.
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Bei diesem Verfahren erfolgt eine
direkte Verbindung zwischen der Dekor- bzw. Lackschicht und dem
Kunststoffmaterial in der Weise, dass eine chemische Verbindung
zwischen den Materialien während
der Aushärtung
möglich
wird. Um die Kratzfestigkeit der auf diese Weise hergestellten dekorierten
Kunststoffformteile zu erhöhen,
wird insbesondere für
den Automobilbereich die Verwendung an sich bekannter Lacke vorgesehen,
um die gewünschten Anforderungen
erfüllen
zu können.
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Mit einer Lackierung zum Aufbringen
einer kratzfesten Schicht sind dabei dieselben Nachteile verbunden,
wie beim Aufbringen eines Dekors durch Lackieren: insbesondere an
Vertiefungen, Vorsprüngen
und Kanten des Substrats ergeben sich Probleme mit der Haftung der
Lackierung. Des Weiteren ist ein gleichmäßiger Materialauftrag schwierig.
Zudem sind hohe Materialverluste aufgrund von Overspray bzw. einfache Überdosierung
vorhanden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde, ein Kunststoffformteil bereitzustellen, das sowohl ein Dekor
aufweist, als auch eine Funktionsschicht, insbesondere eine Kratzschutz-
oder Entspiegelungsschicht umfassen kann.
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Obwohl mit dem PICVD-Verfahren ein
Verfahren zum Herstellen dünner
und materialsparender Beschichtungen, welche gleichzeitig qualitativ
hochwertige Kratzschutz- oder Entspiegelungsschichten ausbilden
können,
bekannt war, stellt die Erfindung erstmals ein Verfahren zum Herstellen
eines beschichteten Kunststoffsubstrats zur Verfügung, welches zumindest ein
Dekor sowie zumindest eine Funktionsschicht aufweist, welches die
Verfahrensschritte des Fertigens eines dekorierten Kunststoffformteils
und des Aufbringens zumindest einer Funktionsschicht auf zumindest
einer Seite des dekorierten Kunststoffformteils durch chemische
Gasphasenabscheidung umfasst.
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Durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 wird die Aufgabe bereits auf besonders und überraschend
einfache Weise gelöst.
Ferner wird in Anspruch 11 ein Verbundmaterial angegeben, welches
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbar ist. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den
jeweils zugeordneten Unteransprüchen.
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In einem Verfahrensschritt wird eine
Trägerfolie,
beispielsweise aus Polycarbonat (PC), bereitgestellt. Insbesondere
durch Aufbringen eines Dekors, beispielsweise durch Bedrucken, insbesondere im
Tampondruck oder Siebdruck, wird in einem weiteren Verfahrensschritt
eine dekorierte Trägerfolie gefertigt.
Zum Fertigen des dekorierten Kunststoffformteils wird die dekorierte
Trägerfolie
mit Kunststoff, beispielsweise Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat
(PMMA), hinterspritzt.
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Die Reihenfolge dieser Verfahrensschritte
ist dabei nicht festgelegt. So ist es beispielsweise auch möglich, ein
Dekor der dekorierten Trägerfolie
vor oder nach dem Hinterspritzen aufzubringen und so eine Mehrfachdekoration
zu erhalten, die gegebenenfalls durch ein weiteres Hinterspritzen
in das dekorierte Kunststoffsubstrat integriert wird. Auf diese Weise
lassen sich vorteilhafterweise unterschiedlichste Effekte mit Dekorwirkung
erzielen.
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Üblicherweise
erfolgt das Hinterspritzen von der das Dekor aufweisenden Seite
aus. Damit ermöglicht
es die Erfindung, durch die Anwendung der IMD-Technologie beziehungsweise
IML-Technologie Kunststoffformteile
mit komplexen Dekoren zu versehen, welche insbesondere auch an Kanten,
Vertiefungen und Vorsprüngen
des Kunststoffformteils integral mit diesem verbunden sind. Die
oben beschriebenen Vorteile der IMD-Technologie beziehungsweise der IML-Technologie
können
damit im Rahmen der Erfindung voll genutzt werden.
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Das Verfahren umfaßt als zumindest
einen weiteren Schritt das Aufbringen zumindest einer Funktionsschicht
durch chemische Gasphasenabscheidung. Dieser Schritt kann vorteilhafterweise
an beliebigen Stellen des Verfahrens, insbesondere auch mehrfach
durchgeführt
werden.
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So kann das Aufbringen der zumindest
einen Funktionsschicht nach dem Bereitstellen einer Trägerfolie
auf zumindest einer Seite der Trägerfolie und/oder
nach dem Fertigen einer dekorierten Trägerfolie auf zumindest einer
Seite der dekorierten Trägerfolie
und/oder nach dem Fertigen eines dekorierten Kunststoffformteils
auf zumindest einer Seite des dekorierten Kunststoffformteils (1)
durchgeführt werden.
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Um eine dekorierte Trägerfolie
mit zumindest einer Funktionsschicht herzustellen, bietet die Erfindung
mehrere Möglichkeiten:
Die Trägerfolie
kann beispielsweise zunächst
auf zumindest einer Seite mit einer Funktionsschicht beschichtet
werden. Dann kann die Trägerfolie,
insbesondere auf der anderen Seite, mit einem Dekor versehen werden.
Alternativ dazu kann die Trägerfolie
zunächst
mit einem Dekor und anschließend
mit zumindest einer Funktionsschicht versehen werden.
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Die zumindest eine Funktionsschicht
kann darüber
hinaus auf das Kunststoffformteil, welches das Dekor umfaßt, aufgebracht
werden. Die zumindest eine Funktionsschicht kann damit die äußerste Schicht
auf dem dekorierten Kunststoffformteil sein und/oder von außen betrachtet
hinter der Dekorschicht eine innere Schicht des dekorierten Kunststoffformteils
bilden.
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Damit können vorteilhafterweise bestimmte Funktionsschichten
auf der Innenseite der Trägerfolie aufgebracht
werden, und Schichten mit anderer Funktion auf ihrer Außenseite.
Beispielsweise kann eine Entspiegelungsschicht auf der einen, im
fertigen dekorierten Kunststoffformteil innenliegenden, Seite der
das Dekor aufweisenden Trägerfolie
aufgebracht werden. Gleichzeitig kann auf der Außenseite beispielsweise eine
Kratzfestschicht und/oder eine leicht zu reinigende Schicht aufgebracht
sein.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist des Weiteren vorgesehen, zum Aufbringen der Funktionsschicht
ein Plasma einzusetzen, das in einer Gasatmosphäre erzeugt wird, die zumindest
einen Precursor umfasst. Durch die Wahl des Precursors können auf
einfache Weise die Eigenschaften der Funktionsschicht eingestellt
werden. Zum Realisieren von Funktionsschichten mit Entspiegelungswirkung
und/oder einen hohen Kratzfestigkeit wird als Funktionsschicht vorteilhafterweise
zumindest eine anorganische Schicht aufgebracht.
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Wie in PCT/EP02/08853 beschrieben,
können
transparente Beschichtungen beispielsweise dadurch erzielt werden,
dass der zumindest eine Precursor aus der Gruppe ausgewählt wird,
welche organische siliziumhaltige und metallhaltige Verbindungen
insbesondere HMDSN, HMDSO, TMDSO, Silan in N2,
TEOS, TIP oder TIPT; Metallchloride, insbesondere TiCl4,
NbCl4; Siliziumchloride und Kohlenwasserstoffe,
insbesondere Alkane, Alkene und Alkine, insbesondere Acetylen enthält.
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Der Gasatmosphäre, in welcher das Plasma erzeugt
wird, können
neben dem zumindest einen Precursor auch zumindest ein Reaktivgas,
beispielsweise Sauerstoff und/oder zumindest ein Trägergas, beispielsweise
Stickstoff, Helium und/oder Argon zugeführt werden.
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Indem in der Gasatmosphäre eine
entsprechende Zusammensetzung aus Precursor und Reaktivgas vorgegeben
wird, kann als anorganische Schicht beispielsweise Siliziumoxid
SiOx, insbesondere mit dem stöchiometrischen
Faktor x = 2, abgeschieden werden, welches eine hohe Kratzfestigkeit aufweist.
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Durch das aufeinanderfolgende Aufbringen mehrerer
anorganischer Schichten, beispielsweise Siliziumoxid SiOx, insbesondere mit dem stöchiometrischen
Faktor x = 2, abwechselnd mit Titanoxid TiOx, insbesondere
mit dem stöchiometrischen
Faktor x = 2, können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf
einfache Weise Entspiegelungsschichten auf das dekorierte Kunststoffformteil
aufgebracht werden.
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Durch den Einsatz eines gepulsten
Plasmas kann die Wärmebelastung
des dekorierten Kunststoffformteils als Substrat während der
Beschichtung äußerst gering
gehalten werden. Des Weiteren kann innerhalb der Pulspausen ein
vollständiger
Gasaustausch durchgeführt
werden, so dass zu Beginn des nächsten
Pulses stets eine ideale Zusammensetzung der Gasatmosphäre vorliegt.
In den weiteren Anmeldungen der Anmelderin 02SGL0184DEP mit dem
Titel "Verfahren
zum Herstellen von glatten Barriereschichten und Verbundmaterial
mit glatter Barriereschicht" (Anmeldenummer
wird nach Erhalt des amtlichen Aktenzeichens noch nachgetragen)
und 02SGL0115DEP mit dem Titel "Schnelles
Verfahren zur Herstellung von Multilayer-Barrierreschichten" (Anmeldenummer wird
nach Erhalt des amtlichen Aktenzeichens noch nachgetragen) wird
ausführlich
beschrieben, wie durch geeignete Wahl der Prozessparameter beim
Beschichten durch chemische Gasphasenabscheidung unter Anwendung
eines gepulsten Plasmas besonders glatte Schichten (02SGL0184DEP)
abgeschieden werden können bzw.
wie dieses Verfahren besonders schnell durchgeführt werden kann (02SGL0115DEP).
Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldungen wird hiermit durch Bezugnahme
vollumfänglich
in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
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Die Anregung des Plasmas, insbesondere des
gepulsten Plasmas, kann mit Hilfe von Mikrowellen durchgeführt werden.
Gegenüber
einer Anregung des Plasmas mit Hochfrequenz ist bei der Anregung mit
Mikrowellen die Plasmarandschicht dünner. In einer dünnen Randschicht
können
die Ionen des Plasmas nur wenig Energie aufnehmen, so dass sie mit geringer
kinetischer Energie auf das zu beschichtende Substrat auftreffen
und dort nur geringe Zerstörungen,
insbesondere aufgrund von Hitzeeintrag oder Aufladung auslösen können. Aufgrund
dieser Vorteile kann das Plasma bei Anregung mit Mikrowellen mit
deutlich höherem
Leistungseintrag und höheren
Drücken
betrieben werden, wodurch sich beispielsweise Vorteile in der Abscheiderate
ergeben.
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Auch eine Anregung mit Hochfrequenz,
insbesondere mit gepulster Hochfrequenz kann jedoch für verschiedene
Anwendungen von Vorteil sein. Beispielsweise kann bei langer Wellenlänge im Plasma eine
homogenere Feldverteilung realisiert werden. Insbesondere kann die
Ausbildung von Schwingungsknoten auf der Substratoberfläche verhindert und
damit eine besonders gleichmäßige Beschichtung
erzeugt werden. Geeignet für
die Anwendung ist dabei der Frequenzbereich insbesondere von 10 MHz
bis 90 MHz und für
die Anregung mit Hilfe von Mikrowellen der Frequenzbereich von 90
MHz bis 3 GHz.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
als zu beschichtende Substrate dekorierte Kunststoffformteile aus
ganz unterschiedlichen Polymeren bzw. Polymerzusammensetzungen eingesetzt werden.
Um eine besonders gute Haftung der anorganischen Funktionsschicht
auf dem dekorierten Kunststoffformteil zu erzielen, sieht die Erfindung
vorteilhafterweise vor, dass als Funktionsschicht eine Haftvermittlerschicht
in Kombination mit zumindest einer weiteren Schicht aufgebracht
wird. Eine gute Haftung der anorganischen Funktionsschicht auf dem
organischen Substrat kann auch dadurch erreicht werden, dass als
Funktionsschicht eine Gradientensystem aufgebracht wird, bei dem
sich beispielsweise die Zusammensetzung der Beschichtung in einer
Richtung senkrecht zur Substratoberfläche kontinuierlich ändert.
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Um den Aufwand für die Nachbearbeitung des dekorierten
Kunststoffformteils so gering wie möglich zu halten, kann die dekorierte
Trägerfolie
vor dem Hinterspritzen insbesondere durch Stanzen auf das Format
des zu fertigenden Kunststoffformteils gebracht werden.
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Um ein beliebig geformtes Kunststoffformteil, welches
zumindest ein ebenfalls beliebig gestaltetes Dekor aufweist und
gleichzeitig zum Beispiel eine Kratzschutzschicht und/oder eine
Schicht mit Entspiegelungswirkung umfasst, zur Verfügung zu
stellen, betrifft die Erfindung auch ein Verbundmaterial, welches
insbesondere nach dem oben beschriebenen Verfahren herstellbar ist.
Dieses Verbundmaterial besteht aus einem Kunststoffformteil, welches
eine ein Dekor umfassende Trägerfolie
und eine Funktionsschicht aufweist, wobei die Funktionsschicht insbesondere
eine Kratzschutzschicht und/oder eine Schicht mit Entspiegelungswirkung
umfasst.
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Bei dem Verbundmaterial weist die
Funktionsschicht eine anorganische Schicht auf, welche insbesondere
Siliziumoxid SiOx, insbesondere mit einem
stöchiometrischen
Faktor x = 2, und/oder Titanoxid TiOx, insbesondere
mit einem stöchiometrischen Faktor
x = 2, umfassen kann.
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Beide Materialien sind besonders
gut geeignet, eine Funktionsschicht mit Kratzschutzwirkung und gleichzeitig
mit einer Entspiegelungswirkung aufzubauen: Siliziumdioxid hat einen
Brechungsindex von 1,46 bei 550 nm. Die Härte nach Mohs beträgt 7. Damit
ist Siliziumoxid als Material für
eine Kratzschutzschicht besonders gut geeignet, da aufgrund seiner
großen
Härte das
Eindringen von Körpern
aus anderen Materialien und somit das Entstehen von Kratzern auf
der Oberfläche
extrem unwahrscheinlich ist.
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Um eine Entspiegelungswirkung zu
erzielen, kann beispielsweise die Schicht aus Siliziumoxid SiOx mit einer Schicht aus Titanoxid TiOx kombiniert werden. Insbesondere kann eine
Wechselschicht aus alternierenden Beschichtungen aus Siliziumoxid
und Titanoxid aufgebaut werden. Titandioxid hat als Rutil einen
Brechungsindex von 2,38 bei 550 nm. Dieser unterscheidet sich genügend von
dem Wert für
Siliziumoxid, um beim Aufbau einer Wechselschicht aus den beiden
Materialien und bei geeignet gewählter Schichtdicke
eine Auslöschung
reflektierter Lichtstrahlen durch Interferenz zu gewährleisten.
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Die Härte von Titandioxid beträgt nach
Mohs 6 bis 6,5, so dass für
eine Kratzschutzschicht mit Entspiegelungswirkung ein äußerer Abschluss
aus einer Siliziumoxidschicht hohe Widerstandsfähigkeit bewirkt.
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Das erfindungsgemäße Verbundmaterial kann vorteilhafterweise
in verschiedensten Kunststoffformteilen eingesetzt werden. Beispielsweise kann
es ein Display und/oder ein Gehäuseteil und/oder
eine Zierarmatur und/oder ein Bedienteil, insbesondere eine Taste
und/oder einen Schalter umfassen.
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Das Dekor kann vorteilhaft ein Anzeigeelement
und/oder Schrift und/oder ein graphisches Element und/oder ein Hologramm
umfassen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Dieselben Bauteile werden auf allen Zeichnungen
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Es zeigen:
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1 Aufsicht
auf eine mit einem Dekor versehene Trägerfolie,
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2 schematische
Darstellung des schrittweisen Aufbaus eines beschichteten Kunststoffformteils,
in das die dekorierte Trägerfolie
integriert ist, ausgehend von der tiefgezogenen dekorierten Trägerfolie,
dargestellt als Schnittansicht entlang der Linie S-S aus 1,
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3 schematische
Darstellung des das Dekor aufweisenden Kunststoffformteils während des
Aufbringens der Funktionsschicht in einer Vorrichtung zur plasmaunterstützen Gasphasenabscheidung,
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4 Variante
des Verfahrens aus 2 mit alternativer
Reihenfolge der Verfahrensschritte.
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In 1 ist
eine Trägerfolie 10 dargestellt, welche
ein Dekor 3 aufweist. Beispielhaft ist ein Dekor gezeigt,
welches zum Beispiel als Gehäuseteil
für ein
Mobilfunktelefon zur Anwendung kommen kann. Das Dekor 3 weist
graphische Elemente 31, 32, 33 auf. Diese
können
farbige Flächen 32,
bildliche Darstellungen wie Logos 31 aber auch Aussparungen 33 umfassen,
durch die zum Beispiel die transparente Trägerschicht 10 sichtbar
ist, und mit Hilfe derer ein Fenster in einem entsprechenden Bauteil
realisiert werden kann. Das Dekor 3 kann des Weiteren eine Schrift 34 umfassen.
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Die dekorierte Trägerfolie 10, 3 kann
dann durch Tiefziehen derart profiliert werden, dass sie entsprechend
der Außenkontur
des späteren
Kunststoffformteils vorgeformt ist und die Form des zu fertigenden
dekorierten Kunststoffformteils aufweist. Eine derartig tiefgezogene
dekorierte Trägerfolie 10 ist
in Bild A der 2 in der
Schnittansicht entlang der Linie S-S aus 1 gezeigt.
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In einem ersten Verfahrensschritt
wird beispielsweise überstehende
Material der Trägerfolie 10 durch
Ausstanzen entsprechend der Außenkontur entfernt,
so dass für
die Weiterverarbeitung lediglich der benötigte dekorierte Teil der Trägerfolie
verbleibt. Durch Ausstanzen können
gegebenenfalls Durchbrüche
für Funktionsteile
des Produkts, insbesondere Tastendurchbrüche, gefertigt werden. In Bild
B ist die ausgestanzte dekorierte Trägerfolie dargestellt. Man erkennt
den farbigen Bereich 32 sowie den Bereich des Fensters 33.
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Die so vorbereitete dekorierte Trägerfolie wird,
wie in Bild C dargestellt, in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt
und dort mit Kunststoff 4 hinterspritzt. Auf diese Weise
wird ein dekoriertes Kunststoffformteil 1 gefertigt, welches
die dekorierte Trägerfolie
mit dem farbigen Dekor 32 und dem Fenster 33 als
integralen Bestandteil der mit dem Kunststoff 4 verbunden
ist, aufweist.
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Das dekorierte Kunststoffformteil 1 wird
dann auf zum Beispiel seiner Frontseite mit einer Funktionsschicht 2 versehen.
In Bild D ist das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Endprodukt eines Kunststoffformteil 1 mit einem Dekor und
einer Funktionsschicht 2 dargestellt.
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Das Aufbringen der Funktionsschicht 2 erfolgt
durch chemische Gasphasenabscheidung. In 3 ist eine Beschichtungseinrichtung 50 zum
Aufbringen der zumindest einen Funktionsschicht 2 auf das
dekorierte Kunststoffformteil 1 dargestellt, mit der das
Aufbringen der Funktionsschicht 2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
durchgeführt
werden kann.
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Die Beschichtungseinrichtung 50 umfasst eine
Einrichtung 53 zum Evakuieren der Beschichtungseinrichtung 50 und
eine Einrichtung zum Zuführen
eines Gasstroms in die Beschichtungseinrichtung 50. Der
Gasstrom umfasst zumindest einen Precursor und gegebenenfalls ein
Reaktivgas und/oder ein Trägergas.
Des Weiteren ist zumindest eine Einrichtung 60 zum Erzeugen
eines Plasmas in der Gasatmosphäre
in der zumindest einen Beschichtungseinrichtung 50 vorhanden.
In 3 ist als eine mögliche Ausführungsform
der Einrichtung zum Erzeugen eines Plasmas ein einfacher Horn-Strahler
dargestellt, über
die im Beispiel Mikrowellenenergie in den Behandlungsraum 52 eingekoppelt
wird. Des Weiteren ist eine Einrichtung 55 zum Steuern
des Prozessdrucks vorgesehen.
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Soll das Substrat 1 beschichtet
werden, wird es in den Behandlungsraum 52 eingebracht.
Im Anschluss daran wird in den Behandlungsraum 52 die gewünschte Gasatmosphäre zugeführt. Ist
der gewünschte
Prozessdruck erreicht, wird das Plasma gezündet. Mit den vorher bestimmten
Prozessparametern wird der gewünschten
Beschichtungszeit das Substrat 1 beschichtet. Als Substrat
kann erfindungsgemäß zum Einen
das dekorierte Kunststoffformteil 1 eingesetzt werden.
Zum Anderen kann jedoch auch die dekorierte Trägerfolie 10, 3 vor
dem Hinterspritzen mit Kunststoff 4 mit einer Funktionsschicht 2 versehen
werden.
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In 4 ist
der entsprechende Verfahrensablauf für diese alternative Ausführungsform
schematisch dargestellt. Die in den Bildern A und B gezeigten Verfahrensschritte
führen
wie oben beschrieben zu einer tiefgezogenen Trägerfolie, welche ein Dekor
aus farbigen Elementen 32 mit einem Fenster 33 aufweist.
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Diese dekorierte Trägerfolie
kann dann direkt mit einer Funktionsschicht 2 versehen
werden. Eine derart beschichtete Trägerfolie ist in Bild D* in 4 dargestellt. Diese beschichtete
Trägerfolie
kann dann, wie in Bild C* gezeigt, mit Kunststoff 4 in
einem Spritzgusswerkzeug hinterspritzt werden, so dass ein dekoriertes
Kunststoffformteil 1 entsteht, welches bereits eine Funktionsschicht 2 aufweist.
In den Figuren wurde das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen
eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials am
Beispiel eines Gehäuseteils
für ein
Mobilfunktelefon gezeigt. Daneben kann die Erfindung jedoch in entsprechender
Weise in weiteren, völlig
unterschiedlichen Ausführungsformen
Anwendung finden. Nur beispielhaft soll auf folgende Möglichkeiten
hingewiesen werden.
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Ein dekoriertes Kunststoffformteil
kann beispielsweise als Anzeigenelement 35 Verwendung als vorgefertigtes
Fenster finden, in dem eine LCD-Anzeige erscheint. Insbesondere
kann damit eine Zeitanzeige realisiert werden, die ein Fenster aufweist, auf
dem ein Rahmen und einen Begriff wie "Uhrzeit" sowie in der Mitte des Fensters ein
Doppelpunkt bereits als Dekor aufgebracht sind. Die Zeitangabe selbst
kann durch eine LCD-Anzeige für
die Stunden vor und für
die Minuten nach dem Doppelpunkt eingeblendet werden. Diese Ausführungsform
bringt den Vorteil einer Stromersparnis mit sich, da unveränderte Informationen,
wie der Begriff "Uhrzeit" und der Doppelpunkt,
bereits durch das Dekor abgedeckt sind und damit. nicht, wie die
sich verändernde
Zeitangabe, permanent eingeblendet werden müssen.
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Derartige Fenster können vorteilhafterweise auch
in Kontrollanzeigen angewendet werden, welche bei verschiedenstem
Lichteinfall sicher abgelesen werden können müssen und gegen Kratzer geschützt sein
sollen. Solche Kontrollanzeigen finden vor allem Verwendung bei
Instrumenten in Verkehrsmitteln, wie insbesondere Flugzeugen und
Automobilen, aber auch Lokomotiven.
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Auch im Bereich der Verkehrszeichen
kann die Erfindung zur Sicherheit beitragen. Beispielsweise können mit
dem oben beschriebenen Verfahren die Kunststoffschalen, die in den
Lichtzeichen von Ampelanlagen Verwendung finden, mit einem Dekor versehen
werden, das die jeweils benötigte
Farbe und das gewünschte
graphische Symbol, zum Beispiel ein Fußgängerzeichen oder Pfeile umfasst.
Das derart vorbereitete dekorierte Kunststoffformteil kann dann
mit einer Entspiegelungsschicht versehen werden, so dass insbesondere
bei Gegenlicht eine bessere Sichtbarkeit des Verkehrszeichens und
damit eine höhere
Sicherheit realisiert werden kann.
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Insbesondere für Kunststoffgehäuse hochwertiger
technischer Geräte
kann das Dekor in einer weiteren Ausführungsform ein Hologramm umfassen.
In Form des Hologramms 36 kann ein für den jeweiligen Hersteller
charakteristisches Zeichen auf das Gerät aufgebracht werden, welches
zum Beispiel als Fälschungsschutz ähnlich der
Anwendung auf Geldscheinen dienen kann.