DE19722551A1 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen in einem Zwei-Komponenten-Spritzgußprozeß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen mit räumlich unterscheidbaren Bereichen, die jeweils unterschiedliche physikalische und/oder chemische Kunststoffeigenschaften aufweisen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kunststoffteile der in Rede stehenden Art finden insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, bei Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Außen­ spiegelgehäuse, Verwendung. Dabei ist es häufig aus ästhetischen Grün­ den erforderlich, daß die Kunststoffteile mit einer Oberfläche versehen sind, die in der Farbe der Oberfläche des Fahrzeuges entsprechen, daß die Oberfläche besonders kratzfest und witterungsbeständig ist und gleichzei­ tig der Kern des Kunststoffteils besonders gute mechanische Eigenschaf­ ten, insbesondere eine hohe Schlagzähigkeit, aufweisen soll.

Üblicherweise werden derartige Kunststoffteile in einem mehrstufigen Verfahren gefertigt. Dabei werden zunächst die Teile aus einem nicht eingefärbten Kunststoff, beispielsweise durch Spritzgießen, hergestellt und anschließend in der gewünschten Farbe lackiert. Die Funktion des mechanisch beanspruchbaren Kerns übernimmt dabei der Kunststoff, die Oberflächenfunktion mit entsprechender Farbe wird vom Lack erfüllt.

Beide Werkstoffe können so durch entsprechende Auswahl an ihre spezifi­ sche Funktion angepaßt werden. Da dabei vor dem eigentlichen Lackier­ vorgang die Teile regelmäßig entfettet und ionisiert werden müssen, ist dieses bekannte Herstellungsverfahren kostenaufwendig und erfordert zudem lange Durchlaufzeiten.

Aus der DE 296 10 374 U1 ist weiter ein Außenspiegel für Kraftfahrzeuge bekannt, dessen Gehäuse aus einem durchgefärbten Thermoplast herge­ stellt ist. Dadurch kann zwar eine Anpassung an die Farbe des Fahrzeuges erfolgen, ohne daß eine Lackierung notwendig ist, doch sind durchge­ färbte Kunststoffe im Vergleich zu konventionellen Kunststoffen außeror­ dentlich teuer. Zudem erzwingt der Aufbau des Bauteils aus einem einzi­ gen Werkstoff einen Kompromiß zwischen guten Oberflächeneigenschaften auf der einen Seite und guten mechanischen Eigenschaften des Bauteil­ kerns auf der anderen Seite.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, ein Verfahren zu liefern, Bauteile in einem Spritzguß­ prozeß herzustellen, deren unterschiedliche Bereiche, insbesondere die Oberfläche und der Kern, spezifisch auf die Anforderungen in den unter­ schiedlichen Bereichen abgestimmt werden können, wodurch höherwertige Bauteile zu geringeren Kosten hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach der Lehre des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Kunststoffmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften zeitlich und/oder räumlich versetzt in die Form eingespritzt. Dies geschieht in einem einzigen Spritzgußprozeß. Es wird also nicht ein Bauteil in einer ersten Form gespritzt und dann in einem zweiten Form umspritzt sondern die Herstellung erfolgt in einem abgestuften, jedoch zusammenhängenden Zwei-Komponenten-Spritzguß­ prozeß. Durch die räumlich bzw. zeitlich versetzte Einspritzung der verschiedenen Kunststoffmaterialien in die Form wird erreicht, daß die Kunststoffmaterialien sich nicht vollständig in der Form vermischen. Es entstehen somit Bereiche des Bauteils, in denen ein Kunststoffmaterial im wesentlichen in homogener Form vorliegt und damit die entsprechenden spezifischen Kunststoffeigenschaften aufweist, wohingegen die Kunst­ stoffmaterialien sich in den Grenzbereichen vermischen und dadurch untrennbar miteinander verbunden werden. Im Ergebnis entsteht in einem einzigen Spritzgußprozeß ein Bauteil mit mehreren unterschiedlichen Eigenschaftszonen, die durch Auswahl der entsprechenden Ausgangsmate­ rialien an das Anforderungsprofil des Bauteils angepaßt werden können und durch Vermischung bzw. Anlagerung in den Grenzbereichen untrenn­ bar miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten ist durch das erfin­ dungsgemäße Verfahren in einem Zwei-Komponenten-Spritzgußprozeß die Herstellung von Bauteilen mit der Struktur eines Verbundwerkstoffes möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, die Kunststoffmaterialien mit den jeweils unterschiedlichen Eigenschaften vor der Einspritzöffnung geschichtet aufzuschmelzen und während des Spritzgußprozesses nacheinander in die Form einzuspritzen. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß in der Schnecke einer Spritzgußmaschine nacheinander unterschiedliche Kunststoffmaterialien aufgeschmolzen werden und anschließend vor der Schneckenspitze geschichtet in der Schmelzphase vorliegen. Wird der Spritzvorgang durch Vorfahren der Schneckenspitze eröffnet, werden die unterschiedlichen Schichten der Schmelze nacheinander in die Form gepreßt. Durch entsprechende Gestaltung der Form und der Einspritzka­ näle kann erreicht werden, daß die entsprechenden Bauteilbereiche von den gewünschten Kunststoffmaterialien gebildet werden.

Besonders günstig ist es, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Kunst­ stoffteile mit einem mehrschichtigen, insbesondere zweischichtigen, Aufbau herzustellen, wobei eine der Schichten aus einem durchgefärbten Kunststoff besteht. Der durchgefärbte Kunststoff kann dabei die Außen­ oberfläche eines Bauteils bilden und erlaubt so die Anpassung der Farbe des Bauteils an die Farbe beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, ohne daß das gesamte Bauteil aus durchgefärbtem Kunststoff hergestellt oder nach dem Spritzgießen lackiert werden müßte.

Da durchgefärbte Kunststoffe im Vergleich zu konventionellen Kunst­ stoffen relativ teuer sind und der ästhetische Farbeindruck eines Bauteils im wesentlichen unabhängig von der Dicke der Farbschicht ist, sollte nur eine äußere, dünne Schicht des Kunststoffteils aus einem durchgefärbten Kunststoffmaterial bestehen.

Als Grundwerkstoff für den durchfärbbaren Kunststoff eignet sich beson­ ders PMMA (Polymethylmethaacrylat) oder PC (Polycarbonat), da diese Kunststoffe sehr gut bzw. kostengünstig einfärbbar sind und darüber hinaus hochglänzende Eigenschaften haben. Daß PMMA und PC nur eine geringe Schlagzähigkeit aufweisen, weshalb diese Materialien in vielen Fällen für Kunststoffteile, die aus einem einzigen Kunststoffmaterial hergestellt sind, nicht eingesetzt werden können, spielt bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren keine Rolle, da die geforderte Schlagzähigkeit des Bauteils durch eine zweite Werkstoffkomponente im Bauteilkern erreicht werden kann.

Zur Erreichung guter Werte für die Schlagzähigkeit bei geringen Kosten kann der Bauteilkern besonders günstig aus ABS hergestellt werden.

Es ist jedoch auch an die Herstellung des Bauteilkerns aus rezykliertem Kunststoff zu denken. Gesetzliche Auflagen verpflichten insbesondere die Hersteller von Kraftfahrzeugen zum Einsatz eines Mindestanteils von rezykliertem Kunststoffmaterial. Gängige Rezyklat-Kunststoffmaterialien haben durchaus brauchbare mechanische Eigenschaften. Ein Einsatz solcher Werkstoffe im Oberflächenbereich ist jedoch zumeist nicht mög­ lich, da diese Werkstoffe nur schwer eingefärbt werden können und schlechte Oberflächeneigenschaften besitzen.

Vielfach werden heute hochglänzende Bauteiloberflächen gefordert, die durch Kunststoffe mit ausreichenden Eigenschaften bezüglich ihrer me­ chanischen Beanspruchbarkeit und/oder ihrer Einfärbbarkeit nicht erreicht werden können. Sind solche hochglänzenden Oberflächen erforderlich, müssen beispielsweise Bauteile aus voll durchgefärbtem Kunststoff nor­ malerweise nachlackiert werden. Die Nachlackierung kann entfallen, wenn der Kern des Kunststoffteils aus einem durchgefärbten Kunststoffmaterial hergestellt wird und in dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Schicht transparenten Kunststoffs, insbesondere hochglänzendem transpa­ rentem PMMA oder PC, überzogen wird.

Dem transparenten Kunststoff sollten dabei Mittel zum Schutz vor Ein­ flüssen durch Lichteinstrahlung, insbesondere UV-Strahlung, beigefügt werden. Wird die UV-Strahlung bereits in der obersten transparenten Kunststoffschicht abgefangen, wird eine Versprödung der darunter liegen­ den Werkstoffbereiche wirksam verhindert und andere Maßnahmen zum Schutz des Bauteils gegen Versprödung, wie beispielsweise die Beimen­ gung von Stabilisatoren, können entfallen oder verringert werden.

Es ist erfindungsgemäß ebenfalls möglich dem transparenten Kunststoff Pigmente, insbesondere Metallpartikel, zur Erreichung eines Metallicef­ fekts beizumengen. So können die Kunststoffteile farblich auch an Ober­ fläche angepaßt werden, die mit Metalliclack überzogen sind, wie es bei Kraftfahrzeugen immer häufiger vorkommt.

Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, Bauteile mit einem dreischich­ tigen Aufbau herzustellen, die einen Kern aus einem zähen Material, eine Deckschicht aus durchgefärbtem Kunststoff und eine Oberflächenschicht aus transparentem Kunststoff aufweisen. Dieser dreischichtige Verbund­ aufbau erlaubt die kostengünstige Herstellung von mechanisch hochbean­ spruchbaren Bauteilen, deren Farbe angepaßt werden kann und die eine hochglänzende Oberfläche besitzen, in einem einzigen Spritzgußprozeß. Die einzelnen Bauteilbereiche können durch gezielte Auswahl geeigneter Kunststoffe an das Anforderungsprofil angepaßt werden.

Da insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie Bauteile in einer Vielzahl von Farben gefordert sind, ist es in diesem Bereich sinnvoll, Bauteile mit einem einheitlichen Kern und mit jeweils unterschiedlich durchgefärbten Oberflächenschichten in dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen. Eine transparente Oberflächenschicht wird dann in einem separaten, an den erfindungsgemäßen Spritzvorgang anschließenden Arbeitsgang aufge­ bracht. Zur Aufbringung der transparenten Schicht sind dabei alle Arten von Beschichtungsverfahren denkbar, insbesondere kann der Rohling in einem zweiten Spritzvorgang mit einem transparenten Kunststoff um­ spritzt werden.

Sind besondere Oberflächenstrukturen oder spezielle Farbeffekte, wie beispielsweise ein Metalliceffekt, erforderlich, kann auch vor Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Spritzverfahrens Beschichtungs- oder De­ kormaterial in die Form eingelegt werden, welches während des Spritz­ gußprozesses zumindest bereichsweise umspritzt wird. Durch den Spritz­ prozeß entsteht eine unlösbare Verbindung zwischen dem Beschichtungs- oder Dekormaterial mit dem restlichen Bauteilkörper.

Besonders geeignet ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Teilen von Kraftfahrzeugen. Hier können alle Teile, die auch im Normalfall im Spritzgußverfahren hergestellt werden, beson­ ders kostengünstig in gefärbten und/oder hochglänzenden Ausführungen durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden. Insbesondere ist hierbei an Türgriffeinheiten mit Griffelement, Rahmenelement und Griffmulden, sowie Spiegelgehäuse, Spiegelkappen und Zierleisten zu denken. Da Bauteile für die Kraftfahrzeugindustrie in Großserie gefertigt werden, sind die höheren Investitionskosten für aufwendigere Werkzeug­ gestaltungen und teurere Maschinen schnell zu amortisieren.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen aus insbesondere in einer Form spritzgießbaren Kunststoffen, die zumindest zwei un­ trennbar miteinander verbundene, räumlich unterscheidbare Berei­ che mit unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Kunststoffeigenschaften, insbesondere mit unterschiedlichen Farben und mechanischen Eigenschaften, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffteile in einem Spritzgußprozeß hergestellt wer­ den, wobei Kunststoffmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaf­ ten zeitlich und/oder räumlich versetzt in die Form eingespritzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften vor der Einspritzöffnung geschichtet aufgeschmolzen werden und an­ schließend nacheinander in die Form eingespritzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellten Kunststoffteile einen mehrschichtigen, insbe­ sondere zweischichtigen, Aufbau haben und eine der Schichten aus einem durchgefärbten Kunststoff besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine äußere dünne Schicht des Kunststoffteils aus einem durchgefärbten Kunststoff besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durchfärbbare Kunststoff aus PMMA oder PC besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellten Kunststoffteile einen mehrschichtigen, insbe­ sondere zweischichtigen, Aufbau haben und eine der Schichten aus schlagzähem Kunststoff, insbesondere ABS, besteht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellten Kunststoffteile einen mehrschichtigen, insbe­ sondere zweischichtigen, Aufbau haben und eine der Schichten aus einem rezyklierten Kunststoff besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellten Kunststoffteile einen mehrschichtigen, insbe­ sondere zweischichtigen, Aufbau haben und die äußerste Schicht aus einem transparenten Kunststoff, insbesondere hochglänzendem PMMA oder PC, besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Kunststoff Mittel zum Schutz vor Einflüssen durch Lichteinstrahlung, insbesondere UV-Strahlung, aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Kunststoff Pigmente, insbesondere Metallpar­ tikel, zur Erreichung eines Metalliceffekts enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffteil einen dreischichtigen Aufbau hat, mit einer Kernschicht, einer diese Kernschicht umgebenden durchgefärbten Schicht und einer die durchgefärbte Schicht umgebenden transpa­ renten Schicht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Kernschicht und die durchgefärbte Schicht in einem Spritzgußvorgang zusammen hergestellt werden und die transpa­ rente Schicht in einem anschließenden Arbeitsgang aufgebracht, insbesondere umspritzt, wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Form vor dem Spritzvorgang zusätzlich mit Beschichtungs- oder Dekormaterial versehen wird, das nach dem Spritzgußprozeß untrennbar mit dem hergestellten Kunststoffteil verbunden ist.

14. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung von Teilen eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Tür­ griffeinheiten mit Griffelement, Rahmenelement und Griffmulde, sowie Spiegelgehäuse, Spiegelkappen, Zierleisten und dergleichen.