DE3126501A1

DE3126501A1 - Formteil aus einem kunststoffsubstrat mit einer fest darauf haftenden beschichtung und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3126501A1
Application number: DE3126501A
Authority: DE
Inventors: Peter Raymond 48098 Windrush Troy Mich. Emanuel; Gulman 48116 Brighton Mich. Mohiuddin; Syed 48078 Sterling Heights Mich. Salman
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1981-07-04
Publication date: 1982-05-27
Also published as: GB2079667B; ZA814539B; KR850000298B1; CA1164176A; BR8104319A; US4356230A; GB2079667A; SE8104210L; DK304781A; ES503806A0; FR2486454B1; FR2486454A1; AU7261781A; JPS5751416A; AU547332B2; NL8103175A; BE889562A; JPS6030256B2; ES8203702A1; KR830006001A

Description

Deutsche ITT Industrie GmbH 29. Juni 1981

Freiburg i. Br. ^- ZL/Br/be

167,25ο

P.R. Emanuel - 5 S. Salman - 2 G. Mohiuddin - 3

Formteil aus einem Kunststoffsubstrat mit einer fest darauf haftenden Beschichtung und Verfahren zu.seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Formteil aus einem Kunststof fsubstrat mit einer fest darauf haftenden Beschichtung, wobei das Kunststoffsubstrat einen Füllstoff enthält, der

zumindest teilweise nahe der Oberfläche des Substrats angeordnet ist und auf ein Verfahren zur Herstellung des Formteils.

Bei der Herstellung von Kunststoff-Formteilen werden zur Erzielung einer größeren Schlagfestigkeit, einer größeren Formbeständigkeit oder aus anderen Gründen dem Kunststoffmaterial Füllstoffe wie z.B. Faserverstärkungsmaterial hinzugefügt. Die Verwendung einer lose gewobenen Glasfaserverstärkung in Polyurethan-Formteilen ist durch das US-Patent Nr. 3.97o.732 bekannt. Die z.B. in Form von losen Fasern oder von gewebten oder ungewebten Matten hinzugefügten Füllstoffe liegen dabei nahe der Oberfläche des Formteils und bewirken eine rauhe Oberfläche bei dem Fertigteil. Es ist bekannt, zur Erzielung einer glatten Oberfläche die Oberfläche zu schleifen oder einer gleichwertigen, nach dem Entformen erfolgenden Nachbehandlung zu unterwerfen. Dies führt jedoch zu einer beträchtlichen Verteuerung der Herstellungskosten des Teils. Weiter ist bekannt, das Formteil nachträglich zu beschichten. Eine anschließend auf das

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Formteil aufgetragene Beschichtung führt dagegen nicht zu einer glatten Oberfläche, da die Unebenheiten im allgemeinen so groß sind, daß sie durch eine Beschichtung nicht ausgeglichen werden können.

In der US-Anmeldung mit der Serien Nr. 149.996 (Anmeldetag: 15. Mai 198o) und in der deutschen Patentanmeldung P 3o 28 562.2 sind Verfahren zur Herstellung von Formteilen im Spritzgieß- und Formpreßverfahren beschrieben, die eine Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung der Formteile wird während des Verbleibs in der Form von der Oberfläche der Form auf das Substrat übertragen. Bei den dort beschriebenen Verfahren wird ein reaktives Kunststoff-Formmaterial verwandt und die Oberfläche der Form vor dem Formen mit einer Beschichtungsmasse besprüht, die einen Reaktionsbeschleuniger für das reaktive Formmaterial enthält. Der Reaktionsbeschleuniger, der z.B. ein Katalysator für das reaktive Formmaterial sein kann, wirkt derart, daß die Beschichtungsmasse während des Formungsvorgangs auf das Substrat übertragen wird. Wenn die Beschichtungsmasse z.B. eine Farbmasse ist, weist das entformte Formteil eine fest haftende Farbschicht auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formteil aus einem Kunststoffsubstrat mit einem Füllstoff mit einer glatten Oberfläche zuschaffen sowie ein zur Herstellung dieses Formteils geeignetes Verfahren zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Beschichtung während des Formungsvorgangs von der Oberfläche der Form auf das Substrat übertragen worden ist, wobei das Formteil als Fertigteil ohne anschließende Nachbehandlung eine glatte Oberfläche aufweist.

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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren weist folgende Schritte auf:

- die Beschichtung der Oberfläche einer Form vor dem Formen des Formteils mit einer Beschichtungsmasse, die einen Reaktionsbeschleuniger für ein reaktives Kunststoff-Formmaterial enthält,

- das Einführen des reaktiven Kunststoff-Formmaterials und des Füllstoffes in die Form, wobei das Formmaterial und der Füllstoff zusammen das Kunststoffsubstrat bilden, wobei der Reaktionsbeschleuniger in der Beschichtung in ausreichender Menge vorhanden ist, um die Beschichtungsmasse von der Formoberfläche auf das Kunststoffsubstrat zu übertragen und damit zu verbinden,

- das Formen des Formteils

- das Entformen des Formteils, wobei das Formteil im entformten Zustand ohne anschließende Nachbehandlung eine glatte Oberfläche aufweist.

Das in der Form erfolgende Beschichtungsverfahren erlaubt den Übergang der Beschichtung auf das Substrat während der Zeit, in der sich das Kunststoffsubstrat verfestigt, und während der Füllstoff an oder nahe der Oberfläche des Substrates fest eingeschlossen wird, im Gegensatz zu den bekannten Formungsverfahren, bei denen der Füllstoff vor dem Auftragen eine Beschichtung an oder nahe der Oberfläche im Substrat eingeschlossen wird.

Dadurch, daß die Beschichtung während des Formungsvorgangs und vor der Verfestigung des Substrates von der Formoberfläche auf das Kunststoffsubstrat übergeht, erreicht man eine

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völlig glatte Oberfläche bei dem Formteil. Das Formteil hat dadurch im entformten Zustand eine glatte Oberfläche ohne irgendeine anschließende Fertigbehandlung der Oberfläche zu benötigen.

Die Herstellung des Formteils erfolgt durch Besprühen der Oberfläche der Form vor dem Formen des Teils mit einer Beschichtungsmasse, die einen Reaktionsbeschleuniger für das reaktive Kunststoff-Formmaterial enthält, durch Einfüllen des reaktiven Kunststoff-Formmaterials und des Füllstoffes in die Form, wobei das Formmaterial und der Füllstoff zusammen das Kunststoffsubstrat bilden und wobei der Reaktionsbeschleuniger in der Beschichtungsmasse in ausreichender Menge vorhanden ist, um die Beschichtungsmasse von der Forraoberflache auf das Substrat zu übertragen und deren Verbindung damit zu bewirken sowie durch das Formen des Teils und das Entformen des Formteils.

Die Erfindung ist bei gefüllten oder verstärkten im Spritzgieß- oder Formpreßverfahren hergestellten Kunststoff-Formteilen, einschließlich der im RRIM-Verfahren (Reinforced Reaction Injection Molding; Reaktives Spritzgießverfahren mit Materialverstärkung) gefertigten Teile, anwendbar. Das RRIM-Verfahren ist dem Reaktionsspritzgießverfahren sehr ähnlich, nur daß das Verstärkungsmaterial in Form von zerhackten Fasern oder zermahlenen Fasern in einem oder beiden flüssigen Strömen der bei dem Verfahren benutzten reaktiven Materialien erhalten ist. Die Verstärkung kann weiterhin in Form eines Gitters oder einer Matte im Hohlraum der Form ausgelegt oder auf der Formkernoberfläche befestigt werden. Die Form wird dann geschlossen, und die Reaktionsmittel werden in die Form gespritzt.

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Das Formpreß- und Spritzgießverfahren mit duroplastischen und thermoplastischen Harzen sowohl mit als auch ohne Faserverstärkung ist wohlbekannt und wird vielerorts in der Literatur beschrieben, so z.B. in der Modem Plastics Encyclopedia, Oktober 1978, Vol. 55, Nr. 1oA, S. 256-261 und S. 3o4-313. Die Erfindung ist besonders geeignet beim Reaktionsspritzgieß- und beim Formpreßverfahren, weil die Oberflächenprobleme bei mittels dieser Techniken hergestellten gefüllten Teilen am größten sind. Sie eignet sich jedoch auch für andere mit reaktiven Formmaterialien arbeitenden Formungsverfahren, einschließ lieh des Spritz- und Transferformungsverfahren und anderer Gießverfahren.

Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche der Form zuerst gleichmäßig mit einer Beschichtungsmasse beschichtet, die eine ausreichende Menge eines Reaktionsbeschleunigers für das reaktive Polymer enthält, um die Beschichtungsmasse von der Formoberfläche auf das Formteil zu übertragen und sie mit diesem zu verbinden. Der Reaktionsbeschleunigeranteil liegt normalerweise zwischen Menge wie 0,05 % und wie 10 % auf der Basis des Gesamtgewichtes der Beschichtung. Der Reaktionsbeschleunigeranteil kann jedoch übex 10 % liegen, obwohl dies normalerweise nicht nötig ist. Es können unter 0,05 % liegende Mengen ausreichend sein, wenn ein starker Katalysator oder anderer Reaktionsbeschleuniger benutzt wird. Beschichtung und Reaktionsbeschleuniger werden in einfacher Weise auf die Formoberfläche aufgetragen, indem die Beschichtung mit einem Druck von 2,1 bis 4,2 bar (Alle Druckangaben geben den Überdruck gegenüber Atmosphärendruck an) in einer Lösung mit einem Festkörperanteil von ungefähr 10 - 3E aufgesprüht wird. Beim Formpressen und beim Spritzguß kann die Formoberflächentemperatur unterhalb wie auch über Raumtemperatur liegen, beispielsweise zwischen 10 C und 232 C schwanken. Beim

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Reaktionsspritzguß sollte die Oberflächentemperatur der Form zwischen 32 C und 82 C liegen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei einer großen Anzahl von verschiedenen Metallformoberflächen, z.B. Stahl, Aluminium, Chrom und vernickeltem Stahl, Galvanoformnickel und "Kirksit" (eine Zinklegierung) und bei anderen Formoberflächen wie Epoxid und Silikon anwendbar. Die Ablüftzeit für die Verflüchtigung des Verdünnungsmittels nach dem Beschichten der Formoberfläche und vor dem Formen liegt beim Formpressen und Spritzgießen normalerweise zwischen 15 und etwa 60 Sekunden je nach der Temperatur der Form und der Zusammensetzung des Lösungsmittels. Beim Reaktionsspritzgießen liegt sie normalerweise unter 15 Sekunden.

Bei dem Substrat handelt es sich um ein reaktives Kunststoff-Formmaterial. Mit diesem Begriff werden die Ausgangsmaterialien bezeichnet, aus denen das Formteil hergestellt wird und bei denen eine Polymerisation und/oder Vernetzung während des Formvorganges stattfindet. Eingeschlossen in dieser Definition sind die Isocyanat- und PοlyolrKomponenten, d.h. die Reaktionsmittel-Komponenten von Polyurethan-Formsystemen und die große Anzahl der duroplastischen Polymere, bei denen es in Anwesenheit eines Reaktionsbeschleunigers während des Formvorganges zu einer weiteren Reaktion und/oder Vernetzung, kommt. Bei dem Reaktionsbeschleuniger kann es sich um einen Katalysator, einen Vernetzungsbeschleuniger oder einen Vernetzungs-Initiator handeln. Beispiele für solche reaktiven duroplastischen Polymere sind Polyurethane, ungesättigte Polyester, Epoxidharze und Phenolharze. Typische Beispiele für Reaktionsbeschleuniger für Polyurethane sind Urethan-Katalysatoren, bei denen es sich um Metallchloride, Amino-Verbindungen oder organometallische Salze wie Dibutylzinndilaurat, Zinn(Il)-octoat oder Phenyl-Quecksilber (II) -Propionat handeln kann. Andere Polyurethan-Katalysatoren sind in der vorgenannten US-Patentanmeldung mit der

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Serien Nr. 149.996 aufgeführt. Die als reaktive Kunststoff-Formmaterialien beim Formpressen und Spritzguß geeigneten Polyurethane sind nicht notwendigerweise die gleichen Urethanpolymere, die beim Reaktionsspritzguß zur Anwendung kommen. Die bei der Herstellung von Urethanpolymeren beim Formpressen und Spritzguß benutzten Polyole sind nicht notwendigerweise mit Äthylenoxid gepfropft, um eine hohe Reaktivität zu erzielen, wie das bei den Polyolen der Fall ist, die beim Reaktionsspritzguß zur Anwendung kommen. Die in der US-Anmeldung Nr. 149.996 aufgeführten Katalysatoren sind jedoch als Reaktionsbeschleuniger bei beiden Polyurethanarten geeignet. Epoxidharze vernetzen durch Amine, Anhydride, Aldehydkondensationsprodukte und Lewis-Säuren. Typische Katalysatoren, die als Reaktionsbeschleuniger für Epoxidharze geeignet sind, sind Diäthylentria min und Hexahydrophthalsäureanhydrid. Phenolpolymere vernetzen durch saure Katalysatoren. Ein geeignetes Beispiel hierfür ist Hexamethylentetramin. Sie vernetzen weiter durch einen basischen Katalysator wie Ammoniumhydroxid. Beispiele für Reaktions beschleuniger oder für - wie sie auch bekannt sind - freie Radikal- oder Vernetzungs-Initiatoren sind bei Polyestern organische Peroxide, Alkylperester und Azonitrile. Beispiele für Peroxide sind Di-tert.-Butylperoxid, Lauroylperoxid und Diacylperoxid. Beispiele für Alkylperester sind tertiäres Butylper-benzoat und tertiäres Butylperacetat. Ein Beispiel für ein Azonitril ist 1-tert.-Butyl-azo-l-cyano-cyclohexan. Die vorgenannten Reaktionsbeschleuniger können selbstverständlich allein oder kombiniert zur Anwendung kommen.

Eine besonders geeignete Gruppe von für die Erfindung nutzbaren reaktiven Formmassen sind die sogenannten Strang-Formmassen ("Bulk Molding Compounds") oder Blatt-Formmassen ("Sheet Molding Compounds").

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Dabei handelt es sich um Compositwerkstoffe aus Spezialpolyesterharzen, die in ihrer im Handel erhältlichen Form gewöhnlich Verdickungsmittel, thermoplastische Copolymere, Styrol, einen anorganischen Füllstoff, Faserverstärkung, einen Katalysator, ein Formtrennmittel und ein Pigment enthalten. Die in Form von Bahnen bzw. Matten hergestellten SMC-Massen eignen sich besonders für Formpreßvorgänge. BMC-Massen sind zu Bandoder Stabform extrudierte Compositwerkstoffe mit weniger langen Verstärkungen als beim SMC-Werkstoff.

Das Polyesterharz wird durch Polykondensation von Anhydriden, Dicarbonsäuren oder Polycarbonsäuren mit bifunktionellen oder polyfunktioneilen Alkoholen oder Polyolen gebildet. Zur Auswahl steht eine große Anzahl verschiedener Polyester mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die thermoplastischen Copolymere bilden einen geringeren Teil der Massen und werden aus der Polymerisation eines oder mehrerer Arten von Monomeren gebildet. Einige wichtige Additionspolymere sind Acryl, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polymethylmethacrylat und Polystyrol. Der Zweck der Anwendung von Thermoplasten in den Massen ist in ihrer Leistung als Schwindungsbegrenzungszusatz in der Polyester-Formmasse begründet. Das in dem Ansatz zur Anwendung kommende Monomer Styrol ist ein vernetzendes Reaktionsmittel. Es vernetzt oder verbindet sich mit dem Polyester, so daß eine starre fest verbundene Struktur gebildet wird. Andere vernetzende Monomere wie. Vinyltoloul oder Diallylphthalat können auch Anwendung finden. Die Füllstoffe sind normalerweise anorganische Pulver, die gewöhnlich aus Mineralien gewonnen werden, die gemeinhin in der Erde gefunden werden, wie z.B. Calciumcarbonat und Aluminiumsilicat. Die Verdickungsmittel werden zur Erhöhung der Viskosität der Masse benutzt. Die am meisten benutzten Verdickungsmittel sind Oxide und Hydroxide von Calcium und Magnesium. Innenformtrennmittel wie Zinkstearat und Calciumstearat sind für die Ausführung der Erfindung nicht erforderlich, können aber in dem handelsüblichen Ansatz vor-

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handen sein. Zur Farbgebung werden Pigmente zugefügt. Im wesentlichen handelt es sich dabei um Metalloxide wie z.B. TiO₃. Die bei diesen Polyesterharzen anwendbaren Reaktionsbeschleuniger sind freie Radikal-Initiatoren, deren Auswahl normalerweise auf der Basis der Härtungstemperatur, der Halbwertzeit und der Reaktivität erfolgt. Die Glasverstärkung in diesen Ansätzen wird zur Verbesserung gewisser Eigenschaften verwandt, von denen die Schlag- und Zugfestigkeit und die Wärmedehnzahl die wichtigsten sind.

Beim Reaktionsspritzguß werden die Polyurethan-Reaktionsmittel in die Form eingeführt und während des Formzyklus zur Reaktion gebracht. Beim Formpressen und beim Spritzguß ist das in die Form eingeführte Kunststoff-Formmaterial ein Reaktions-Polyester, -Epoxidharz oder anderes Reaktions-Polymer, das während des Formvor-/^g gehärtet wird oder vernetzt. Der in der Beschichtung benutzte Reaktionsbeschleuniger ist ein Polyurethan-Katalysator beim ReaktionsSpritzguß oder ein Katalysator, Vernetzungs-Beschleuniger oder -Initiator für das Härten des Harzes beim Formpressen oder Spritzguß.

Der Ablauf des Verfahrens für durch reaktives Spritzgießen mit Materialverstärkung hergestellte Formteile ist im folgenden ausführlich beschrieben: Bei den zwei flüssigen beim Reaktionsspritzguß benutzten Komponenten handelt es sich um ein Polyol und ein Isocyanat. Wird bei dem Verfahren eine lose Faserverstärkung benutzt, wird aus den Verstärkungsfasern eine Suspension mit einer oder beiden der flüssigen Komponenten hergestellt. Vorzugsweise wird das Verstärkungsmittel jedoch dem Polyol hinzugefügt, weil dieses eine größere Viskosität hat und somit eine geringere Setzneigung vorliegt. Die Suspension wird auf die gewünschte Komponententemperatur gebracht

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und unter ständigem Rühren, Erwärmen und ständigen Umlauf auf dieser Temperatur gehalten. Der Umlauf und das Rühren sorgen dafür, daß sich die Fasern nicht setzen. Die zwei Flüssigkeitsströme - zum einen das Isocyanat und zum anderen das Polyol werden, gegebenenfalls mit der Verstärkung, genau im gewünschten Gewichtsverhältnis abgemessen und/einen selbstreinigenden Aufprall-Mischkopf mit einem Druck von 137 - 2o6 bar eingeführt. Dieser Mischkopf ist speziell für die Verarbeitung vonstarken Abrieb hervorrufenden Materialien ausgelegt. In der Mischkammer des Mischkopfes treffen die zwei flüssigen Hochdruck-Reaktions-Ströme aufeinander. Die entstehende Mischung wird in die Form gedrückt mittels eines hydraulisch betätigten Kolbens, der wegen der engen Toleranzen zugleich die Mischkammer reinigt. .

Vor dem EinspritzVorgang in die Form wird die Form sorgfältig gereinigt, auf die gewünschte Formungstemperatur gebracht, die in den meisten Fällen zwischen 6o C und 71 C liegt. Die Formhohlraum- und/oder die Kernoberfläche wird/werden mit der Beschichtungsmasse beschichtet, und zwar durch Sprühen mittels einer Spritzpistole, um die gewünschte Schichtstärke zu erhalten, die zv/ischen 2,5 /um und 6 4 /um oder mehr bei einem Partikel-Füllstoff schwanken kann, normalerweise aber unter 12,7 /um liegt und bei einer Faserverstärkung als Füllstoff weniger als 51 /um beträgt. (Diese Beschichtungsstärken gelten auch für nach anderen Formungsverfahren hergestellte FormerZeugnisse). Für die Verflüchtigung des Lösemittels wird eine Ablüftzeit von 1o bis 15 Sekunden eingeräumt, damit die Beschichtung abtrocknet.

Bei Verwendung einer zusammenhängenden Verstärkung in Form eines Gitters oder einer Matte wird die Verstärkung in dem Hohlraum ausgelegt oder an dem Kein der Form nach dem Auftragen

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der Beschichtung befestigt. Sofern gewünscht, können in der Form Mittel zum Halten dor Matte vorgesehen werden. Wenn nötig, kann auch die Form mit einer doppelten Trennfuge versehen werden, um ein Lecken des Urethanmaterials zu verhindern und eine ordnungsgemäße Dichtung zu gewährleisten. Die Form wird dann geschlossen und unter einer Zuspannkraft von 0,5 MN bis 1,5 MN in einer, maschinellen Spanneinrichtung gehalten, die Reaktionsmischung wird aus dem an der Form befestigten Mischkopf eingespritzt. Die eingespritzte Reaktionsmischung kann eine Faserverstärkung enthalten. Die Reaktionsmischung fließt in die Form kapselt die Mattenverstärkung ein und wird gleichzeitig mit der auf die Formoberfläche aufgesprühten Beschichtung beschickt Die Reaktionsmischung verfestigt sich und nimmt die Gestalt der Form an. Das Teil wird nach einer zwischen Sekunden und einigen Minuten liegenden Zeit - je nach der Härtezeit - entformt. Verstärkung und Beschichtung sind zum integralen Bestandteil des Formteils geworden.. Die Beschichtung sorgt dafür, daß die Verstärkung nicht an der Oberfläche sichtbar wird, und gewährleistet eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit des Fertigteils. Das so hergestellte Produkt mit einei" durchgehenden Mattenverstärkung besitzt eine sehr geringe Wärmedehnzahl, sehr hohe Schlagfestigkeitseigenschaften, hohe mechanische Festigkeit und die gewünschte Steifigkeit und ist für die Verwendung als Strukturformteil in der KFZ-Industrie und in andere Bereichen geeignet. In thermischen, mechanischen und physikalischen Eigenschaften ist dieses Erzeugnis anderen überlegen. Hinzu kommt eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit, verglichen mit Teilen, die lediglich eine lose Faserverstärkung enthalten.

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Nach dem Entformen wird das Teil im allgemeinen entgratet und dann gewöhnlich durch Zuführung von Wärme, z.B. bei 121° C eine Stunde lang in einem Heißluft-Zwangsumlauf-Ofen ausgehärtet. Die Aushärtung unterstützt den Abschluß der chemischen Reaktion. Da bei dem Formungsvorgang kein Formtrennmittel benutzt wird, braucht das Teil keinem ausführlichen Reinigungsund Trockungsvorgang unterzogen zu werden, und es ergibt sich somit eine beträchtliche Zeit- und Energieeinsparung. Auf Wunsch kann eine weitere Beschichtung des Teils erfolgen, um so die gewünschte Glanzstärke und Farbabstimmung zu erzielen. Bei vielen Verwendungen außerhalb der KFZ-Industrie ist dieser Schritt nicht erforderlich, da die Oberfläche, des Teils bereits eine Beschichtung aufweist.

Eine weitere Beschreibung der Einzelheiten des in der Form stattfindenden Beschichtungsvcrfahrens und seiner Anwendbarkeit auf Reaktionsspritzgießv(;j:fahren ist in der oben genannten US-Anmeldung Nr. 149.996 zu finden. Eine weitere Beschreibung der Einzelheiten des in der Form stattfindenden Beschichtungs-verfahrens und seiner Anwendbarkeit auf Formpreß- und Spritsgießverfahren ist der vorgenannten deutschen Patentanmeldung P 3o 28 562.2 zu entnehmen.

Die Beschichtung kann jede Dekor- oder Schutzbeschichtung der in der herkömmlichen Beschichtungstechnologie für Formteile benutzten Art sein. Die Beschichtungen können entweder ein thermoplastisches oder duroplastisches Polymer mit oder ohne einen Weichmacher sein. Die Beschichtung sollte natürlich den Temperaturen des Formungsvorgangs widerstehen können, ohne zu zerfallen oder Schaden zu leiden. Zu den verwendbaren in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Beschichtungen zählen z.B. Acryl- und Acrylesterpolymere, Urethan-Prepolymere

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oder Urethan-Blockpolymcre, gesättigte und ungesättigte Polyeste] Epoxidharzester, Celluloseester, Polyolefine, Vinyl*- und Vinylmelaminpolymere und Mischungen der vorstehenden Polymere miteinander oder mit anderen Boschichtungsmassen. Eine bevorzugte Art von Beschichtungen für Polyurethansubstrate sind die auf Urethan- oder Acrylpolymeren basierenden Beschichtungen. Eine bevorzugte Art von Beschichtungen für Polyester sind die auf Urethan- oder Polyesterbasis. Die Beschichtung kann entweder als Schutzanstrich oder mit einem Pigment als Farbanstrich zur Verwendung kommen. Eine besonders bevorzugte Art von Beschichtungen sind Farben und Farbgrundierungen. Die Färbgrundierungen können innerhalb der Form auftragen werden, und das Formteil kann dann nach dem Entformen einen Deckanstrich erhalten.

Alle bei der Herstellung von Kunststoff-Formteilen benutzten Füllstoffe, die mit bekannten Formungstechniken zu Unebenheiten auf der Oberfläche der Tolle führen würden, sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar. Viele solcher Füllstoffe sind bekannt, z.B. die Füllstoffe, die der Verstärkung der Verbesserung oder sonstigen Veränderung der Eigenschaften der Kunst stoffe dienen sowie die als Verflüssigungsmittel oder als Verlängerer zur Erhöhung der Masse oder des Gewichts oder zur Einschränkung der Verwendung teurer Kunststoffe hinzugefügten Füllstoffe. Sie können organisch oder anorganisch, partikel- oder pulverförmig oder zusammenhängend sein. Beispiele für letztere sind eine Matte oder ein gewebtes Tuch. Weitere Beispiele von Füllstoffen sind Fasermaterialien wie Kohlefasern, Metallfasern wie Stahl- oder Aluminiumfasern, Glasfasern wie zerhacktes oder zermahlenes Glas, Glasmatten oder Fiberglas, Fasern von synthetischen Polymeren wie Polyester-, Acryl- oder Nylonfasern. Die Faserverstärkung kann aus Fasern jeder Größe oder Länge der bei verstärkten Kunststoffen benutzten Art bestehen. Zwecks einer besseren Benetzbarkeit können die Füllstoffe mit einem

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Haftvermittler behandelt sein. Ebenfalls möglich ist die kombinierte Anwendung sowohl von Pulvern oder loser Faservorstärkung als auch von einer zusammenhängenden Matten- oder Gitterverstärkung in einem Einzelformteil. Zuzüglich zur Faserverstärkung kann der Füllstoff auch ein Partikelfüllstoff wie Kohlenstoff, Sand, Holzmehl, Glasperlen, Flugasche oder ein mineralischer Füllstoff wie Lehm, Speckstein, Glimmer, Kieselerde oder anderes siliziumhaltiges Material sein. Je nach Art und Form des benutzten Füllstoffes kann das Mengenverhältnis der Füllstoffe stark variieren. Die Füllstoffmenge muß lediglich ausreichend sein, damit der Füllstoff wenigstens teilweise nahe der Oberfläche des Kunststoffsubstrates vorhanden ist, so daß - ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine rauhe oder unvollkommene Oberfläche das Ergebnis wäre. Normalerweise liegt die Füllstoffmenge zwischen 2 und 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 5 und 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Formteils.

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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teil- und Prozentangaben auf das Gewicht.

Beispiel 1

Dieses Beispiel zeigt das Reaktionsspritzgießverfahren eines mit einer Glasmatte verstärkten Polyurethan-Teils. Die Harzkomponente war ein ethylenoxidgepfropftes Poly(oxypropylen) glycol, das mit 2o Gewichtsprozent Acrylnitrilpolymer und Ethylenglycol als Kettenverlängerer gepfropft war, und enthielt o,o5 - o,o75% Dibutylzinndilaurat als Katalysator. Das Isocyanat war ein Prepolyrner von 4,4 ' -Diphenylmethandiisocyanat. Das Isocyanat enthielt 4 Gewichtsprozent Fluortrichlormethan (untoτ/Warenzeichen Frigen 11 bekannt) als Treibmittel.

Das Polyol und das Isocyanat wurde auf 5o°C bzw. auf 24°C gebracht und wurden bei 137 bar in jeder zum Mischer führenden Speiseleitung gemischt. Auf das Gewicht bezogen, betrug das Verhältnis von Isocyanat zu Polyolharz o,97. Die Kristallisati« keimbildung des Harzes durch Vermischung mit der Luft brachte das spezifische Gewicht des Reaktionsproduktes auf Eins und erleichterte ein besseres Vermischen der zwei Komponenten. Die Hochdruckumlaufzeit vor dem Beginn des Einspritzens für die zweiKomponentenströiuo betrug 5 Sekunden. Die zwei flüssigen Komponenten enthielten keinerlei FaserverStärkung. Die Formoberfläche war mit einem in einem Lösemittel getränktem Tuch gründlich gereinigt worden. Dann wurde die Oberfläche der Form gleichmäßig bei einem Druck von 2,1 bar mit einer Farbgrundierungs-Beschichtung besprüht. Die Beschichtung bestand aus Nitrocellulose, einem Polymethylmethacr latharz, Monoethyletheracetat als Weichmacher und einem Pigment zur gewünschten Farbgebung. Die Beschichtung wurde

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zu gleichen Gewichtsteilen mit Verdünnungsmittel gemischt. Die Beschichtung enthielt 1 Gewichtsprozent Dibutylzinndilaurat als Katalysator. Dann wurde die Glasmatte (o,o45 g/cm ) in den Formhohlraum gelegt. In diesem Fall handelte es sich um eine Form für eine Kfz.-Stoßstangenstrukturteil (26). Die Form wurde geschlossen und in eine Presse eingespannt. Die zwei Reaktionsströme - das Polyol und das Isocyanat wurden durch den Mischkopf in die auf 6o°C vorgeheizte und auf dieser Temperatur gehaltene Form gespritzt. Eine Minute nach dem Einspritzen wurde das Teil entformt. Das so erhaltene Teil wies eine Verstärkung aus einer durchgehenden Glasmatte und auf der Oberfläche des Teils eine darauf fest haftende Beschichtung auf. Es wurde eine Reihe von Teilen in der gleichen Art und Weise hergestellt, die man dann eine Stunde lang bei 121⁰C aushärten ließ. Dann wurden die Teile auf ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften, Schlagfestigkeit und Durchbiegung getestet und mit den unter gleichen Produktionsbedingungen hergestellten Teilen ohne Verstärkung verglichen .Bei ti Ilen Eigenschaften zeigte sich eine bedeutende Verbesserung in einer solch hohen wie fünf- bis zehnfachen Steigerungsrate gegenüber den Eigenschaften der gleichen Teile ohne Verstärkung. Die Teile wiesen eine hervorragende glatte Oberflächenbeschaffenheit auf.

Beispiel 2

Dieses Beispiel Veranschaulicht die Herstellung einer Formtafel durch Formpressen, Die Formtafel umfaßt ein Polyestersubstrat und eine Polyurethan-Beschichtung. Für die Formung einer ungesättigten Folyestermischung mittels Formpressen wurde eine hydraulische 12o KN Tonnen-Presse mit einem elektrisch beheizton Tisch und einer Aluminium-Form mit zueinanderpassenden Gesenkflächen benutzt. Der für dieses Beispiel benutzte Ansatz enthielt 6o Teile ungesättigten

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in Styrolmonomer aufgelösten Polyester (64% Polyester, 36% Styrol), 4o Teile eines thermoplastischen Copolymers als Schwindungsbegrenzungszusatz, 1,5 Teile eines tertiären Butylpcrbenzoats als Vernetzungsmittel, 4,5 Teile eines Zinkstearat-Formtrenntmittels (nicht erforderlich, aber in dem handelsüblichen Ansatz vorhanden), 14o Teile Calciumcarbonat, 25 Teile Aluminiumsilicat, o,5 Teile eines grauen Pigments, 4,5 Teile eines Magnesiumoxid-Verdickungsmittels und 25%-bezogen auf das Gesamtgewicht des Ansatzes an losen 12,7 mm Glasfasern.

Der Hohlraum und der Kern der Form wurden gleichmäßig mit einer üblichen Luftdruck-Spritzpistole mit einem Druck von 3,1 bar besprüht, so daß die Formoberfläche mit einer 12,7 bis 25,4 ,um starken Beschichtung überzogen wurde. Bei der Beschichtung handelte es sich um eine Urethan-Farbgrundierung, die mit einem halben Gewichtsteil Verdünnungsmittel verdünnt wurde, damit sich eine Farbmasse mit einem Festkörpergehalt von 21 Gewichtsprozenten ergab. Die Farbgrundierung enthielt ein Block-Polyurethan, ein Farbaushärtemittel zur Härtung des Urethans (im Verhältnis von 6 Teilen Polyurethan auf ein Teil Härtmittel), einen Weichmacher und ein Pigment zur Farbgebung.

Die Farbgrundierung enthielt 5 Gewichtsprozent einen tertiären Butylperbenzoats als Roaktionsbeschleuniger für den ungesättigten Polyester, um die Beschichtungsmasse von der Oberfläche der Form auf das Formteil zu übertragen und mit dem letzteren zu verbinden. Die Formoberfläche wurde mit der Farbgrundierung besprüht; dann ließ man sie 3o Sekunden lang ablüften (Zeit für die Verflüchtigung des Lösemittels). Die ungesättigte Polyestermasse wurde in den Hohlraum der Form gegeben, die dann geschlossen wurde. Die Formtemperatur betrug 121°C. Die Zuspannkraft auf die Form betrug 5o KN. Nach drei Minuten Härtezeit wurde die Form ausgespannt, und das Teil wurde entformt. Eine Prüfung des erhaltenen geformten

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Produktes ergab, daß die auf die Oberfläche der Form aufgesprühte Beschichtung auf das Formteil übergegangen war und sich mit diesem verbunden hatte. Die Beschichtung war ungefähr 12,7 bis 25,4 ^um stark und zeigte hervorragende Füll- und Haftungseigenschaften am Kunststoffteil auf. Die Oberfläche des Kunststoffteils war völlig glatt und frei von Rauheit.

Beispiel 3

Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei eine Urethan-Farbgrundierung als Beschichtung benutzt wurde, deren Festkörpergehalt jetzt aber auf 27% durch Vermischung der Grundierung mit einem Lösungsmittel das jeweils zu 5o% aus Xylol und Toluol bestand, reduziert wurde. Die Farbgrundierung enthielt 5 Gewichtsprozent 1-tert.-Butyl-azo-l-cyanocyclohexan als Reaktiönsbeschleuniger für den ungesättigten Polyester, um die Beschichtungsmasse von der Formfläche auf das Formteil zu übertragen und mit dein letzteren zu verbinden. Die Beschichtung wurde auf den Formhohlraum und -kern gesprüht. Die Ablüftzeit betrug 3o Sekunden. Die Formtemperatur 149°C. Die Entformzeit betrug 3 1/2 Minuten. Die Haftung der Farbe, die abdeckende Verteilung der Farbe auf dem Kunststoffsubstrat und die Oberflächenglattheit waren hervorragend.

Beispiel 4

Beispiel 2 wurde mit einer Beschichtung, die jetzt 5% tert.~

-Butyl-Peroxy-Isopropylcarbonat als Reaktionsbeschleuniger enthielt, wiederholt. Die Beschichtung wurde auf den Formkern aufgesprüht. Die Ablüftzeit betrug 3o Sekunden. Die Formtemperatur betrug 149°C. Die Entformzeit betrug 4 Minuten.Wiederum waren die Haftung der Farbe, die abdeckende Verteilung der Farbe und die Oberflächenglattheit hervorragend.

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G. Mohiuddin -

Beispiel 5

Dieses Beispiel veranschaulicht den Reaktionsspritzguß eines Polyurethan-Kotflügels mit einer Verstärkung von 1,6 mm Kurzglasfasern. Die Harzkomponente war eine Mischung von äthylenoxidgepfropftem Poly(oxypropylen)glycol mit Diamin-Kettenverlängerer und o,o5 - o,75% Dibutylzinndilaurat als Katalysator und enthielt darin schwebend 1,6 mm Kurzglasfasern. Das Isocyanat war ein Prepolymer von 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, so daß sich ein freies NCO von 22,6% ergab. Die Polyol-Suspension und das Isocyanat wurden auf 32 C gebracht und dann abgemessen und in einen selbstreinigenden Aufprallmischkopf eingefüllt, wo die zwei Ströme bei 137 bar aufeinander trafen und in die Form gedrückt wurden. Bei der Form handelte es sich um eine auf 55°C erwärmte Stahlform. Vor dem Einspritzen des Materials wurde die Formobejrflache mit einer Farbgrundierungsbeschichtung überzogen, die 1% Dibutylzinndilaurat als Reaktionsbeschleuniger enthielt. Die Beschichtungsmasse war die gleiche wie in Beispiel 1. Das Teil wurde nach einer Minute entformt, wies 1o Gewichtsprozent an 1,6mm Kurzglasfasern im Polyurethan mit der fest auf der Teiloberfläche haftenden Farbgrundierungsbeschichturig auf, die eine im hohen Maße glatte Oberfläche ergab.

Beispiel 6

Beispiel 1 wurde unter Verwendung eines herkömmlichen Wachsformtrennmittels auf der Oberfläche der Form vor dem Einspritzen des Polyols und des Isocyanats anstelle der Farbgrundierungsbeschichtung wiederholt. Durch die Rauheit der Oberfläche des entformten Teils war es unmöglich, eine Hochglar Oberfläche mit einer akzeptablen Farbbeschichtungsstärke zu erhalten.

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Claims

Patentansprüche

1. Formteil, aus einem Kunststoffsubstrat mit einer fest darauf haftendenBeschichtung, wobei das Kunststoffsubstrat einen Füllstoff enthält, der zumindest teilweise nahe der Oberfläche des Substrates angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung während des Formungsvorgangs von der Oberfläche der Form auf das Substrat übertragen worden ist, wobei das Formteil als Fertigteil ohne anschließende Nachbehandlung eine glatte Oberfläche aufweist.

2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff partikelförmig ist.

3. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein Faserverstärkungsmaterial ist.

4. Formteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne t, daß das Faserverstärkungsmaterial Glas ist.

5. Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserverstärkungsmaterial eine zusammenhängende Glasmatte ist.

6. Formteil n-ach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserverstärkungsmaterial aus losen Glasfasern besteht.

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b. öaxiuctii - ^

a. -fiohiuddin - 3

7. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffsubstrat ein Polyurethan ist.

8. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffsubstrat ein Polyester ist.

9. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung ein Polyurethan ist.

10. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Beschichtung ein Acrylpolymer ist.

11. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung bei Zusatz eines Partikelfüllstoffs eine maxiiruile Stärke von 12,7 um und bei Zusatz eines Faserstärkungsmaterials als Füllstoff eine maximale Stärke von 51 yum hat.

\ 2.Averfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem Kunst- ^ stoffsubstrat mit einer fest darauf haftende Beschichtung wobei das Kunststoffsubstrat einen Füllstoff enthält, der zumindest teilweise nahe der Oberfläche des Substrates ange-

ist
ordnet/g ekennzeichnet.durch: die Beschichtung der Oberfläche einer Form vor dem Formen des Formteile mit einer Beschichtungsmasse, die einen Reaktionsbeschleuniger für ein reaktives Kunststoff-Formmaterial enthält;

das Einführen des reaktiven Kunstoff-Formmaterials und des Füllstoffes in die Form, wobei das Formmaterial und der Füllstoff zusammen das Kunststoffsubstrat bilden, wobei der Reaktionsbeschleuniger in/BÜchichtung in ausreichender Menge vorhanden ist, um die Beschichtungsmasse von der Formoberfläche auf das Kunststoffsubstrat zu übertragen und damit zu verbinden; das Formen des Formteils und das Entformen des Formteils, wobei das Formteil in entformten Sustand ohne anschließende Nachbehandlung eine glatte OberfIac' aufweist.

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P. R. Emanuel -S. Snlman G.. .Mc-hiuddin -

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13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Reaktionsspritzgießverfahren und das reaktive Kunststoff-Formmaterial ein Polyurethan ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Formpreßverfahren und das reaktive Kunststoff-Foritunaterial ein Polyester ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbeschleuniger Dibutylzinndilaurat ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbeschleuniger ein freier Radikalinitiator ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbeschleuniger ein organisches Peroxid ist.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbeschleuniger ein Alkylperester ist.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbeschlcuniger ein Azonitril ist.