DE19825764C2 - Verfahren zur Ausbesserung von Kunststoffteilen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbes­ sern von geschäumten Kunststoffteilen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Nacharbeiten bzw. Ausbessern von Fehlstellen, wie sie häufig in geschäumten Kunststoffteilen auftreten.

In der DE-Z Kunststoff-Rundschau, Heft 2/1971, Seiten 93-100 werden Reparaturverfahren für Kunststoff-Sandwichelemente of­ fenbart. Als Reparaturwerkstoffe für Kunststoff- Sandwichelemente werden unter anderem auch gefüllte Epoxid­ harzmassen vorgeschlagen. Neben konventionellen Füllmitteln können vorzugsweise Glasfasermehle und Mikroballons geringer Dichte zum Einsatz gelangen. Diese Druckschrift beschreibt darüber hinaus, dass Reparaturstellen mit diesen spachtelähn­ lichen Materialien ausgefüllt werden und nach Aushärtung der Füllmasse die Oberfläche bearbeitet wird.

Bereits seit den 70er Jahren werden in der Automobilindustrie zur Herstellung von Automobilteilen Polyurethane eingesetzt. Polyurethane erhält man üblicherweise durch Polyaddition von Diisocyanaten an Diole. Als Isocyanatkomponenten kommen bei dieser Reaktion überwiegend niedermolekulare Diisocyanate in Frage wie u. a. 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat, 4,4'- Methylendi(phenylisocyanat), 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,5-Naphtylendiisocyanat und sogenannte Isophorondiisocyana­ te. Als Diole werden überwiegend Polyester- und Polyether- Polyole eingesetzt. Dabei handelt es sich beispielsweise um längerkettige, auch verzweigte Verbindungen mit endständigen Hydroxylgruppen. Weiterhin können Naturstoffe wie Saccharose und Stärke sowie niedermolekulare Diamine zur Kettenverlänge­ rung zum Einsatz kommen (hierbei werden Harnstoffderivate ge­ bildet). Weiterhin ist es gebräuchlich, Katalysatoren einzu­ setzen, insbesondere tertiäre Amine und zinnorganische Ver­ bindungen. Um einen Schaumstoff zu erhalten, ist es weiterhin erforderlich, dass Wasser und/oder Carbonsäuren vorhanden sind. Diese zusätzlichen Reaktanten reagieren mit den Isocya­ naten unter Abspaltung von blähend bzw. schaumbildend wirken­ dem Kohlenstoffdioxid.

Es ist allgemein üblich, Polyurethanschaum zu Formkörpern mittels der sogenannten RIM-Technik zu verarbeiten. Bei einem RIM-Verfahren kommt es nach raschem Dosieren und Mischen der Komponenten und Injektion des reaktiven Gemisches in die vor gegebene Form zu einem schnellen Aushärten. Die Zykluszeiten bei solchen Reaktionsspritzgußverfahren beträgt häufig nur wenige Minuten.

Diese Technologie hat sich allgemein durchgesetzt, insbeson­ dere zur Herstellung von Autokarosserieteilen und von Fens­ terprofilen im weitesten Sinne. Bei Fensterprofilen und ins­ besondere bei Glasdächern, die in Automobile eingebaut werden sollen, werden die Glasscheiben oder auch Glasdeckel mit ei­ nem Kunststoffprofil umschäumt, das zugleich die Glasscheibe hält und die Verbindung zur Karosserie gewährleistet. Da aber der Kunststoff die Glasränder nahezu vollständig umschäumt und mit dem Glas auch eine feste Verbindung eingeht, ist es besonders wichtig, dass bei dem RIM-Verfahren ein fehlerfreies Produkt erhalten wird. Wenn die Herstellung eines fehlerfrei­ en Produktes nicht gewährleistet ist, besteht die Gefahr, dass die Herstellung solcher Deckel mit großen wirtschaftlichen Verlusten verbunden ist. Dieser Verlust liegt vor allen Din­ gen darin, dass die umschäumten fehlerhaften Produkte nicht mehr auf dem Markt angeboten werden können und folglich ver­ schrottet werden müßten.

Es wurde festgestellt, dass im sogenannten RIM-Verfahren er­ haltene Glasdeckel, d. h. Glasscheiben, die mit Kunststoff um­ schäumt waren, bis zu 50% mit Fehlstellen versehen waren. Solche Fehlstellen sind häufig kleinere Blasen bis hin zu größeren Vertiefungen und Risse in den Kanten. Solche Löcher, Blasen oder Risse, insbesondere in den Randbereichen der Glasdeckel, sind nicht nur optisch unschön, sondern können darüberhinaus, insbesondere nach längerer Zeit, zu erhebli­ chen Dichtungsproblemen führen. Es besteht deshalb ein Be­ dürfnis, ein Verfahren zur Abhilfe dieser Probleme zu entwi­ ckeln.

Die vorstehend erwähnten Probleme werden durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass die zuvor erwähnten Fehlstellen in einem geschäumten Kunststoffgegen­ stand zunächst einmal mechanisch vorbereitet werden. Bei die­ ser mechanischen Vorbereitung werden beispielsweise Löcher aufgestossen oder Grate mit einem feinen Messer abgeschnitten oder einfach abgeschliffen. Im Anschluss daran wird schicht­ weise jeweils im Wechsel zunächst eine Cyanacrylat-Klebstoff­ schicht in einer Dicke von etwa 0,1-1 mm aufgebracht, und darüber wird Kunststoffpulver ausgebreitet. Der Cyanacrylat- Klebstoff und das Kunststoffpulver sind derart gewählt, dass das Kunststoffpulver in die Klebstoffschicht einsinken kann. Gegebenenfalls kann auf das Kunststoffpulver vorsichtig ein mechanischer Druck ausgeübt werden, beispielsweise mit einem Stempel oder mit einem anderen Werkzeug (gegebenenfalls auch mit den Fingern). Unmittelbar nach dem Einsinken des Kunst­ stoffpulvers (d. h. nach wenigen Sekunden) und der Entfernung des überschüssigen Kunststoffpulvers (dies kann durch einfa­ ches Abblasen erreicht werden) wird eine weitere Cyanacrylat- Klebstoffschicht aufgebracht und das Auftragen des Kunst­ stoffpulvers wiederholt. Dieses schichtweise Auftragen von Klebstoff und Kunststoffpulver wird so lange wiederholt, bis die Fehlstelle vollständig ausgefüllt ist. Im Anschluss daran wird die Fehlstelle ausgehärtet und schließlich mechanisch nachbearbeitet. Häufig bietet sich an, zusätzlich Kleb­ stoff/Kunststoffpulver-Schicht(en) vorzusehen, die über die Fehlstelle und den umgebenden Schaumstoff hinausragen, um bei der anschließenden mechanischen Nacharbeitung sicher die ge­ wünschte Kontur zu erhalten.

Bei größeren Fehlstellen kann man auch mit kleineren Einsatz­ stücken aus Kunststoff arbeiten, die dann von den verschiede­ nen Schichten aus Klebstoff und Kunststoffpulver umgeben wer­ den.

Als Klebstoff wird bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ein schnell klebender Cyanacrylatklebstoff eingesetzt. Cya­ nacrylatklebstoffe sind einkomponentige Polymerisationsklebstoffe, die insbesondere für punktförmige und kleinflächige Klebungen mit hoher Festigkeit eingesetzt werden. Solche Klebstoffe sind im erhärteten Zustand, insbesondere wenn man sie großvolumig oder großflächig einsetzt, spröde. Es war deshalb überraschend, daß im Zusammenspiel mit Kunststoffpul­ ver ein Kunststoffverbund zusammen mit dem die ausgefüllte Fehlstelle umgebenden Polyurethanschaumstoff erhalten wurde, der nicht spröde war, aber zudem in der Elastizität und Fes­ tigkeit dem Polyurethanschaumstoff weitgehend entsprach.

Als Kunststoffstaub oder -pulver können verschiedenartige Kunststoffe eingesetzt werden. Es kommt nicht zwingend darauf an, dass der Kunststoff als feinkörniger Staub vorliegt. Es reicht bereits aus, dass der Kunststoff als feinkörniges Pul­ ver mit einem Durchmesser von beispielsweise bis zu 0,1 mm vorliegt. Als Kunststoffpulver bewährt hat sich insbesondere Polyamid, Polyethylen und dergleichen. Ganz besonders vor­ teilhaft ist ein lineares Polyethylenpolymer bzw. -copolymer, wie es beispielsweise in Rotationsgußverfahren eingesetzt wird. Mit diesem Polymer kann man ganz besonders große Fehl­ stellen genauso wie recht kleine erhalten, die die erwünschte Festigkeit, aber auch Flexibilität aufweisen. Möglicherweise ergibt sich diese Eignung aufgrund der hohen Dichte der ein­ gesetzten linearen Polyethylene (beispielsweise können hier die Produkte NCPE 8090 und NCPE 8091 der NESTE Chemicals, er­ hältlich über OKU Obermaier GmbH, Sudetenstraße 82, D-82538 Geretsried, erwähnt werden).

Da der Schaumstoff, der zur Umschäumung von Glasdächern im Automobilbau eingesetzt wird, in der Regel schwarz ist, bie­ tet es sich an, ein beispielsweise schwarz eingefärbtes Kunststoffpulver einzusetzen.

Der Klebstoff wird in einer Schichtdicke von etwa 0,1 bis 1 mm aufgetragen. Die Menge an eingesetztem Staub oder Pulver, die dann auf diese Schicht aufgebracht wird, sollte in etwa mindestens dem Volumen der bereits aufgetragenen Schicht ent­ sprechen.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt dar­ in, dass bei dieser schichtweisen Arbeitsweise das aufzufül­ lende Loch bzw. die Fehlstelle besonders schnell aufgefüllt werden kann. Überraschenderweise zeigt es sich, dass diese Ar­ beitsweise bessere Arbeitsergebnisse mit sich bringt als ein beispielsweise einmaliges Auffüllen solcher Fehlstellen mit einer Mischung aus einem Klebstoff und beigemischtem Kunst­ stoffpulver. Die Arbeitsweise mit Vormischungen aus Klebstoff und Kunststoffpulver ist zudem unwirtschaftlich, da der Cya­ nacrylatkleber schnell zu einer Abbindung der Vormischung führt. Eine solchermaßen erhärtete Vormischung kann dann nicht mehr zur Nachbearbeitung von Fehlstellen eingesetzt werden. Außerdem wird eine Vormischung aus Kunststoffpulver und Cyanacrylatkleber sehr schnell zähflüssig, so dass insbe­ sondere bei größeren Fehlstellen kein sicheres Auffüllen der Fehlstelle insgesamt erreicht werden kann.

Im Anschluss an das schichtweise Auffüllen der Fehlstellen bzw. Löcher sollte auf die aufgefüllten Bereiche kurzzeitig Wärme aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise mittels eines warmen Luftstrahls erreicht werden, insbesondere mit einer sogenannten Heatgun. Mittels der Heatgun kann lokal der nachgearbeitete Bereich auf dem Schaumstoff auf recht hohe Temperaturen gebracht werden. Diese Erwärmung in einem Tempe­ raturbereich von etwa 40 bis 100°C oder darüber sollte etwa mindestens 5 Sekunden andauern.

Durch die Wärmebehandlung wird eine weitere Verfestigung der in die Fehlstelle eingebrachten Schichtstruktur erreicht. Diese Arbeitsweise ist besonders wirtschaftlich, da selbst größere Fehlstellen in recht kurzer Zeit vollständig aufge­ füllt und ausgehärtet werden können. Nach der Aushärtung der Kunststoffmasse wird durch Schleifen oder ähnliche mechani­ sche Bearbeitung die Oberfläche so nachgearbeitet, dass sie der ursprünglich gewünschten, äußeren Form entspricht. Um die farbliche Anpassung der Fehlstelle an die Umgebung zu gewähr­ leisten, wird dann häufig noch mit einem farbigen (z. B. schwarzen) Filzstift die Oberfläche bearbeitet. Auch hier zeigt sich eine besondere Wirkung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens. Die mechanisch nachgearbeitete und abgeschliffene Oberfläche nimmt nämlich sehr leicht die (schwarze) Farbe ei­ nes Filzstifts auf, so dass schließlich von außen optisch ein Unterschied zu der Umgebung nicht mehr festzustellen ist.

Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen und anhand der Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt schematisch eine Fehlstelle und die verschie­ denen Phasen der Nachbearbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Phase 1 zeigt die Fehlstelle, die bereits mecha­ nisch für die Aufnahme des Cyanacrylatklebers vorbereitet wurde (beispielsweise Aufstechen von Löchern etc.). In der Phase 2 wird schichtweise im Wechsel Cyanacrylatkleber und Kunststoffpulver aufgebracht. Schließlich wird in Phase 3 die nachgearbeitete Fehlstelle ausgehärtet und gegebenenfalls kurzzeitig erwärmt. In der Phase 4 wird die ausgehärtete nachgearbeitete Fehlstelle mechanisch nachgearbeitet (bei­ spielsweise Schleifen und schließlich Einfärben).

Ausführungsbeispiel

Es wurden nach dem sogenannten RIM-Verfahren umschäumte Glas­ deckel erhalten (als Isocyanat- und Diolkomponente wurden Produkte der Firma Elastogran GmbH eingesetzt). Die Umschäu­ mung hatte ein Profil, das für den späteren Einbau in Automo­ bile angepaßt war und dies machte an den Rändern des Glasde­ ckels etwa 5 cm aus. Es wurden in 10 von etwa 20 umschäumten Glasdeckeln kleinere bis größere Fehlstellen entdeckt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nachgearbeitet wurden. Zunächst wurden mit einem Messer oder einem spitzen Gegens­ tand Blasen aufgestoßen und die Ränder der Blasen erweitert.

Offene Stelle wurden an den Rändern geglättet und gegebenen­ falls mit Schleifpapier etwas eingeebnet. In die so vorberei­ teten Fehlstellen wurde eine Klebstoffschicht eingebracht (beispielsweise Loctite 414 von der Loctite Deutschland GmbH, München). Gegebenenfalls wurde der Kleber mit einem kleinen Spatel oder einem spitzen Gegenstand ausgebreitet. Über diese Schicht, die etwa 0,1 mm dick war, wurde ein schwarzer Kunst­ stoffstaub (Polyamid- oder Polyethylenstaub) aufgebracht. Der aufgebrachte Kunststoff sank in die Klebstoffschicht ein und das überschüssige Kunststoffpulver konnte dann leicht, bei­ spielsweise durch Blasen mit Luft, entfernt werden. Bei groß­ flächigeren Fehlstellen wurde häufig ein leichter Druck (bei­ spielsweise mit den Fingern) auf das aufgebrachte Kunststoff­ pulver ausgeübt. Im unmittelbaren Anschluss daran wurde eine weitere Klebstoffschicht aufgebracht, gefolgt von einem wei­ teren Auftrag des Kunststoffpulvers. Diese Arbeitsweise wurde so lange wiederholt, bis die Fehlstelle vollständig aufge­ füllt war. Die so erhaltenen, nachgearbeiteten Kunststoff­ glasdeckel wurden dann entweder stehengelassen oder kurzzei­ tig mittels einer Heatgun (Temperatur etwa 100°C) punktuell erwärmt. Es reichte in jedem Fall eine Erwärmung über einen Zeitraum von etwa 5 Sekunden aus, um eine vollständige Nach­ härtung der nachgearbeiteten Fehlstelle zu erreichen. Direkt im Anschluss an das Aushärten der Fehlstellen konnten diese dann mechanisch nachgearbeitet werden, d. h. beispielsweise abgeschliffen. Ganz am Schluß dieser Nachbearbeitung stand eine Einfärbung mittels eines Filzstiftes (beispielsweise Pigmentfilzstift Permanente 358 P von der Firma Städtler).

Die vollständig nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nachge­ arbeiteten Fehlstellen konnten visuell von ihrer Umgebung nicht mehr unterschieden werden. Auch nach längerem Einsatz, beispielsweise intensiver Belastung in Waschstraßen, zeigte sich praktisch keine Veränderung bei den nachgearbeiteten Fehlstellen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Ausbesserung von Fehlstellen in geschäum­ ten Kunststoffgegenständen mit folgenden Schritten:

• a) mechanische Vorbereitung der Fehlstelle,
• b) Aufbringen einer Cyanacrylat-Klebstoffschicht in ei­ ner Dicke von etwa 0,1-1 mm,
• c) Aufbringen einer Kunststoffpulverschicht,
• d) Aushärtung der Fehlstelle,
• e) mechanische Nachbearbeitung der Fehlstelle,

wobei die Schritte b) und c) im Wechsel so lange wieder­ holt werden, bis die Fehlstelle vollständig gefüllt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffpulver Polyethylen- oder Polyamidpulver einge­ setzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Aushärtung mittels eines warmen Luftstrahls durchgeführt wird.