DE3140316C2

DE3140316C2 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Verbundwerkstoffteilen

Info

Publication number: DE3140316C2
Application number: DE19813140316
Authority: DE
Inventors: Claas Dipl.-Chem. Dr. Ahlers; Bernd-Rüdiger 4400 Münster Volkmann
Original assignee: BASF Farben und Fasern AG
Current assignee: BASF Coatings GmbH
Priority date: 1981-10-10
Filing date: 1981-10-10
Publication date: 1983-10-13
Also published as: DE3140316A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Verbundwerkstoffteilen, die aus einem Kunststoffteil und einer auf seiner Oberfläche haftenden ausgehärteten Beschichtungsmasse bestehen. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Beschichtungsmasse auf die Innenseite einer Form aufgebracht, eine erhärtende Kunststoffmasse in die Form eingebracht und nach dem Erhärten der Kunststoffmasse das entstandene Kunststoffverbundwerkstoffteil ausgeformt. Als Beschichtungsmasse wird ein strahlenhärtbarer Lack in die aus einem Material, auf dem strahlenhärtbare Lacke nicht haften, bestehende Form eingebracht und vor dem Einbringen der Kunststoffmasse durch Bestrahlen gehärtet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Verbund werkstoffe! len, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

F-(Ir viele Verwendungszwecke, z. B. bei der Automobilhcrstellung. werden Kunststoffteile nicht In ihrem ursprünglichen Zustand, sondern in beschichteter Form verwendet. Als Beschichtungsmasse kommen hierfür in erster Linie Lacke auf der l'asis von Kunstharzbindemittel In Betracht, so daß man das beschichtete Teil als Kunst sto ff-Verbund werkstoffe Il auffassen kann.

Bekannt ist ein als »In-Mould-Coailng« bezeichnetes Verfahren, bei dem ein Lack In eine erwärmte Form elngesprüht und anschließend nach einer ausreichenden Ablültzeil ein erhärtender Schaum in die Form eingefüllt wird. Nach Aushärten des Schaums wird das entstandene Teil ausgeformt.

Fin wesentlicher Nachteil des bekannten Verfahrens liegt darin, daß vor dem Einsprühen des Lacks ein Formentrennmittel In die Form eingebracht werden muß. um ein einwandfreies Ausformen zu erreichen. Das Einbringen des Trennmittels bringt einerseits einen zusätzlichen Arbeitsscheu und zusätzlichen Materialverbrauch mit sich und Ist andererseits mit dem Nachteil verbunden, daii die Oberfläche des fertigen Teils mit dem Trennmittel verunreinigt Ist. Je nach Art der Wellerverarbeitung des Teils muß das Trennmittel in einem aufwendigen Waschprozeß entfernt werden. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn das Teil anschließend teilweise oder vollständig mit einer weiteren Beschichtung versehen werden soll oder wenn es durch Klebstoff mit einem gleichen oder anderen Gegenstand verbunden werden soll.

Versuche, auf das Trennmittel zu verzichten und durch eine aniiadhäsive Beschichtung der Form, beispielsweise durch eine Polytetrafluorethylen- oder SlIlkonlackbeschichtung, eine einwandfreie Entfonnung zu erreichen, bringen nicht den gewünschten Erfolg. Abgesehen davon, daß die Herstellung der Formen aufgrund der schlechten Haftung derartiger Materialien am Formwerkstoff aufwendig ist. nutzen sich die Formen auf die Dauer ab, und es besteht auch die Gefahr der Verletzung der antiadhäslven Beschichtung.

Es Ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachtelle des Standes der Technik zu vermelden und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auf die Anwendung eines Formentrennmlttels verzichtet werden kann. Das Verfahren soll dabei einwandfrei glatte oder In gewünschter Welse profilierte Oberflächen der Kunststoff-Verbundwerkstoffteile liefern.

Überraschenderwelse wurde nun gefunden, daß bei Verwendung von beispielsweise aus Glas oder Metall bestehenden Formen und von strahlenhärtbaren Lacken die Anwendung eines Trennmittels nicht erforderlich Ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren Ist also dadurch gekennzeichnet, d«ß als Beschichtungsmasse ein slrahlenhärtbarer Lack In die aus einem Material, auf dem - strahlenhärtbarc Lacke nicht haften, bestehende Form eingebracht und vor dem Einbringen der Kunststoffmasse durch Bestrahlen gehärtet wird.

Als Beschichtungsmasse werden vorteilhaft ein durch UV-Strahlung härtbarer Lack oder ein durch Elektronen-Strahlung härtbarer Lack verwendet und diese durch UV-Strahlung bzw. Elektronenstrahlung gehärtet. Bei Verwendung dieser Lacke tritt eine vollständige Enthaftung zur Oberfläche der Form auf. Der Begriff strahlenhärtbarer Lack soll nicht die speziellen Formulierungen einschließen, die entwickelt worden sind, um die schlechte Haftung /. B. auf Metallen zu überbrücken. So Ist beispielsweise aus der DE-AS 24 41 600 ein gesättigtes thermoplastisches Polymer als Bindemittelbestandteil eines strahlenhärtbaren Lackes bekannt. Geeignet für das erfindungsgemäße Verfahren sind dagegen die Im ReI-spiel 19 der DE-AS 24 41 600 aufgeführten üblichen, endstünditj ethylenlsche NichtSättigung aufweisenden Harze.

Besonders geeignet sind aus Metall oder Glas bestehende Formen. Weiterhin geeignet sind Formen aus bestimmten Kunststoffen, beispielsweise Polyethylen. Die Nlchthaftung der strahlenhärtbaren Lacke Ist hierbei offensichtlich nicht In erster Linie von der Oberflächenglätte abhängig, denn das Verfahren Ist auch bei profilierten Oberflächen der Form durchführbar. Hierdurch ist es sogar möglich, den Kunststoff-Verbundwerkstoffteilen eine bestimmte Oberflächenstruktur zu verleihen.

Bei Verwendung eines durch UV-Strahlung härtbaren Lackes und einer Form aus Glas kann der Lack vorteilhaft durch die Form hindurch bestrahlt und gehärtet werden. Dies kann bei kompliziert ausgebildeten Formen die Bestrahlung erleichtern und verbessern.

Selbstverständlich können auch Formen mit antladhäslver Beschichtung verwendet werden. Eine derartige Beschichtung Ist jedoch bei dem erfindungsgemäßen

Verfahren nicht erforderlich, und man wird daher wegen der oben geschilderten Nachteile in der Regel auf eine derartige Beschichtung der Form verzichten.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Kunststoff-Verbundwerkstoffteüe mit ausgezeichneter Übernachenqualität hergestellt werden. Die Oberflächen sind poren- und lunkerfrei und weisen eine hohe Lösungsmittelbeständigkeit auf. Es war überraschend, daß die ausgehärtete Lackschicht sich fest mit der Kunststoffmasse verbindet. Durch das Härten der Lackschicht vor dem Einbringen der Kunststoffmasse, das durch Spritzen oder Streichen erfolgen kann, wird in jedem Fall eine Verletzung der Lackschicht beim Einbringen der Kunststoffmasse vermieden. Während bei dem bekannten Verfahren physikalisch trocknende Lacke verwendet werden, weist die Oberfläche der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Teile alle Vorteile der strahlenhärtbaren Lacksysteme auf, die sich aus der hohen Vernetzungsdichte ergeben. Die erhaitenen Teile sind gut überlackierbar.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens Hegt In der schnellen Aushärtung der strahlenhärtbaren Lacke. Hierdurch ergeben sich kurze Taktzellen bei der Herstellung der Kunststoff-Verbundwerkstofftelle.

Als aushärtende Kunststoffmasse kommen ungesättigte Polyestersysteme, Polyurethanschäume und andere durch chemische Reaktionen aushärtende Kunsistoffmassen In Betracht. Neben diesen reaktiven Systemen können auch geeignete schmelzbare Thermoplaste, wie /. B. Polyamide, In geschmolzenem Zustand In die Form eingebracht werden. Diese verbinden sich beim Erstarren ebenfalls fest mit der ausgehärteten Lackschicht.

Die für das erflndungsgemäße Verfahren zu verwendenden durch UV-Strahlung oder Elektronenstrahlung härtbaren Lacke sind an sich bekannt. Sie enthalten als Bindemittel ungesättigte Polyester, ungesättigte Acrylatharze, acrylierte Polyester, acryllerte Epoxidharze, acrylierte Urethane und andere durch Strahlung polymerisierbar Systeme. Diese Blndemlttelsysteme sind Tieist In Monomeren gelöst, um eine praxisgerechte Verarbeitungsviskosität zu erreichen. Geeignete Monomere sind beispielsweise N-Vlnylpyrrolldon, Acrylsäureester von Hexandloi, Butandlol, Trlmethylolpropan und dgl. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die oben genannten Bindemittel heiß aufzutragen, sie In inerten Lösungsmitteln zu lösen oder als Dispersion zu verarbeiten.

Die durch UV-Strahlung härtbaren Lacke enthalten Photoinitiatoren wie Benzlldlmethylketal. Benzophenon/Trlethanolamln und dgl. Für den Fachmann selbstverständlich können sie auch bekannte Hilfsmittel und Additive enthalten.

Falls die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Lacke für UV-Strahlung undurchlässig sind, beispielsweise aufgrund hoher Pigmentierung, so werden sie ">⁵ zweckmäßigerweise durch Elektronenstrahlung gehärtet.

Bei der Lackierung von Kunststoffen müssen große Anstrengungen unternommen werden, um staubfreie Lackierungen zu erzielen, da sich die Kunststoffteile extrem leicht elektrostatisch aufladen. In diesem Fall und für bestimmte andere Verwendungszwecke, wenn beispielsweise das Kunststoff-Verbundwerkstofftell elektrostatisch lackiert oder eine zusätzliche Metallschicht erhalten soll. Ist es wünschenswert, der Beschichtung elektrische Leitfähigkeit zu verleihen. Die Metallschicht kann dann galvanisch auf dem Teil abgeschieden werden. Die elektrische Leitfähigkeit der Lackschicht kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß die Beschlchtungsmasse Graphit. Metallpulver oder andere leitfähige Zusätze enthält.

Zur Erhöhung der Stabilität kann die Kunststoffmasse vorteilhaft Glasfasern, Kohlenstoffatom, Asbestfasern. Glaskugeln, Sand oder andere armierende Zusätze enthalten. Lia die Beschichiungsmasse vor dem Einbringen dpr Kunststoffmasse ausgehärtet wird, ist sichergestellt, daß diese armierenden Zusätze nicht durch die Beschichtungsmasse hindurchdringen und an die Oberfläche der Kunststoff-Verbundwerkstoffteile gelangen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurde ein durch UV-Strahlung härtbarer Lack folgender Zusammensetzung verwendet:

70 Gew.-Telie einer 80%igcn Lösung eines acrylierten Epoxidharzes auf der Basis Bisphenol A in 1,6-Hexandioldiacrylat. zahlenmittlere Molmasse ca. 510

26 Gew.-Teile Tetraethylenglykoldiacrylat
2 Gew.-Teile Benzildimethylketal
2 Gew.-Teile Triethanolamin

Dieser Lack wurde mit einer Schichtdicke von ca. 50 μηι in eine entfettete, flachgewölbte Form aus Stahlblech gespritzt. Die Form wurde mit einer Geschwindigkeit von 6 m/Minute mittels eines Förderbandes unter zwei in einem Abstand von 20 cm hintereinander angeordneten UV-Lampen hindurchgeführt. Die Lampen wiesen eine Leistungsaufnahme von 80 W/cm und ein übliches Hg-Hochdruckspektrum auf. Der Abstand zwischen den UV-Lampen und dem Förderband betrug etwa 10 cm.

Nach dem Aushärten des Lacks wurde ein glasfaserhaltiger mit einem Peroxidhärter gemischter Spachtel auf der Basis eines ungesättigten Polyestersystems In die Form gegeben und glattgestrichen. Nach dem Aushärten wurde das entstandene Kunststoff-Verbundwerksiofftell aus der Form genommen. Die Trennung zwischen der Lackschicht und der Form erfolgte ohne Verletzung der Lackschicht.

Das Teil zeigl im Bereich der mit dem UV-Lack beschichteten Überfläche eine absolut glatte, iunkerfreie überdache.

Beispiel 2

Der Versuch gemäß Beispiel I wurde unter Verwendung eines Polyurethanschaumes anstelle des Polyestcrspachtels wiederholt. Es ergab sich auch in diesem Fall eine einwandfreie, lunkerfreie Oberfläche.

Beispiel 3

Es wurde ein durch Elektronenstrahlung härtbarer Lack folgender Zusammensetzung verwendet:

50 Gew.-Teile einer 80%lgen Lösung eines acrylierten Epoxidharzes auf der BaIs Bisphenol A in 1,6-Hexandioldiacrylat. zahlenmittlere Molmasse ca. 510

40 Gew.-Teile 1,6-Hexandloldlacrylat

10 Gew.-Teile 2-Ethylhexylacrylat

Der Lack wurde in einer Schichtdicke von ca. 30 um in eine flachgewölbte aus Glas bestehende Form gespritzt und mittels einer Elektronenstrahlhärtungsanlage In einer Stickstoffatmosphäre gehärtet. Die Beschleunigungsenergie der Elektronen betrug 150KV. die Stromstärke 5 mA. Die Form wurde mit einer Geschwindigkeit

von ca. 20 m/Minute unier der Strahlenquelle hindurchgeführt. Nach dem Härten des Lacks wurde ein mit Peroxidhärter gemischter Ziehspachtel auf der Basis eines ungesättigten Polyestersystems in die Form gegeben. Nach dem Aushärten des Spachtels zeigte das erhaltene Kunststoff-Verbundwerkstoffteil auf der beschichteten Seite eine glatte, lunkerfreie Oberfläche.

Die gemäß den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Kunsi-

stoff-Verbundwerkstoffteile wurden ohne eine weitere Behandlung der Oberfläche mil einem handelsüblichen Zwei-Komponenten-Polyurethanlack beschichtet. Diese Lackschicht wurde 20 Minuten bei 80 C gehärtet.

Die erhaltenen Überzüge zeigten einen guten Verlauf und eine gute Haftung nach DlN 53 151.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Verbundwerkstoffteilen, bestehend aus einem Kunststoffteil und einer auf seiher Oberfläche haftenden ausgehärteten Beschichtungsmasse, bei dem eine Beschlchtungsmasse auf die Innenseite einer Form aufgebracht wird, eine erhärtende Kunststoffmasse in die Form eingebracht wird und nach dem Erhärten der Kunststoffmasse das entstandene Kunststoff-Verbundstoffteil ausgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichlungsmasse ein strahlenhärtbarer Lack in die aus einem Material, auf dem strahlenhärtbare Lacke nicht haften, bestehende Form eingebracht und vor dem Einbringen der Kunststoffmasse durch Bestrahlen gehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmasse ein durch UV-Strahlung härtbarer Lack verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmasse ein durch Elektronenstrahlung härtbarer Lack verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Metall oder Glas bestehende Form verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer aus Glas bestehenden Form der durch UV-Strahlung härtbare Lack durch die Form hindurch bestrahlt und gehärtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsmasse Graphit, Metallpulver oder andere elektrisch leitfähige Zusätze zugesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmasse Glasfasern, Kohlenstol'fasern. Asbestfasern. Metallfasern. Glaskugeln, Sand oder andere armierende Zusätze zugesetzt werden.