DE3612694A1 - Verfahren zur teilweisen oberflaechenveredelung von formkoerpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur teilweisen Oberflä­ chenveredelung von Formkörpern, insbesondere von Kunststoff- Formkörpern.

Es ist bekannt, die Oberfläche von Formkörpern, insbesondere von Kunststoff-Formkörpern, zu veredeln, z.B. zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften, zum Schutz einzelner Teile, zur Erzielung optischer Effekte, insbesondere bei der Verwendung als Schmuckgegenstände, zur Kennzeichnung, aus werbetechnischen Gründen usw. Neben anderen Oberflächenveredelungsverfahren, wie z.B. dem Lackieren, Bedrucken oder Beflocken, kommt dabei, insbesondere zur Veredelung von Kunststoff-Formkörpern, dem Metallisieren durch Bedampfen im Hochvakuum eine wachsende Be­ deutung zu. Durch dieses Verfahren ist es möglich, Kunststoff- Formkörpern oder Teilen davon ein metallisches Aussehen zu verleihen oder bestimmte Reflexionseffekte zu erzielen, oder die Oberfläche elektrisch leitend zu machen; unter Ausnutzung der Vorteile des Kunststoffes, wie geringe Dichte, geringe Kosten und insbesondere auch leichtere und vielfältigere Ge­ staltungsmöglichkeiten, lassen sich auf diese Weise z.B. Schmuckgegenstände, Imitationen von metallischen Gebrauchs­ gegenständen, wie z.B. Schraubdeckel, Klappdeckel, Haken usw., Fahrzeugteile, wie z.B. Rückstrahler, Rücklichter, Leuchten, Scheinwerfer oder andere einer Warn- oder Dekorationsfunktion dienende Teile, Verkehrs- und Warnschilder, usw. herstellen. Aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften (Leitfähigkeit) las­ sen sich metallisierte Kunststoffoberflächen zur Herstellung von Schaltkreisen usw. verwenden, oder können auch als leit­ fähige Basisschicht für das Galvanisieren dienen, um auf die­ se Weise dickere Metallschichten aufzubringen (vgl. z.B. Schwarz Ebeling, Lüpke, Schelter, Kunststoffverarbeitung, Vogel-Buchverlag Würzburg 1985; Chemie in unserer Zeit 15 (1981) S. 201).

Wenn nur einzelne Oberflächen eines Formkörpers veredelt wer­ den sollen, z.B. um die Rückseite von durchsichtigen Kunst­ stoff-Formkörpern mit einer Metallschicht zu überziehen, so ist es erforderlich, die übrigen Oberflächen vor der Behand­ lung abzudecken. Eine solche Abdeckung kann durch Schablonen erfolgen, die mit der Form der Kunststoffteile entsprechenden Aussparungen versehen sind, die die Formkörper im Bereich der abzudeckenden Flächen umschließen, während die zu veredelnden Oberflächen des Körpers herausragen (was mit einem mit Schoko­ ladepralinen gefüllten Boden einer Pralinenschachtel vergleich­ bar ist); die Verwendung von Schablonen erfordert die Fertigung solcher Schablonen, die dann außerdem nur für die Formkörper geeignet sind, für die sie hergestellt wurden. Dieses Abdeckver­ fahren ist deshalb zeitaufwendig und für eine kontinuierliche Durch­ führung der Oberflächenveredelung nicht gut geeignet. Eine weitere Möglichkeit, einzelne Flächen von Formkörpern abzudecken, besteht auch in einer dichten Aneinanderreihung in der Art, daß sich ent­ sprechende Flächen gegenseitig abdecken; dies ist aber auf Formkörper mit einem ganz bestimmten Grundriß, z.B. in Form eines Rechtecks, Quadrats oder regelmäßigen Sechsecks, be­ schränkt. Die Abdeckung mit Schablonen, aber auch eine dichte Aneinanderreihung, weist außerdem auch noch den Nachteil auf, daß damit meist nur eine schlechte Abgrenzung zwischen nicht veredelten und veredelten Oberflächenpartien zu erreichen ist. So weisen z.B. unter Verwendung von Abdeckschablonen durch Bedampfen im Hochvakuum nur teilweise metallisierte Kunststoff-Formkörper eine oft mangelhafte Grenzlinie zwischen nicht metallisierten und metallisierten Oberflächen auf; dies ist z.B. bei der Herstellung von durchscheinenden, zur Erzie­ lung optischer Effekte auf der Rückseite mit einer Metall­ schicht überzogenen Kunststoff-Formkörpern, die für Schmuck­ gegenstände, z.B. als Imitation eines in einer Metallfassung befindlichen Edelsteins, verwendet werden sollen, sehr nach­ teilig und führt zu zum Teil unbrauchbaren Produkten, weil auch die nicht mit einem Metallüberzug zu versehenden Ober­ flächen in der Nähe der Grenze zur metallisierten Oberfläche mit dem Metall "angestaubt" sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfah­ ren zur teilweisen Veredelung von Oberflächen von Formkörpern bereitzustellen, das die vorstehend aufgezeigten Nachteile nicht aufweist und das auf einfache, leicht durchzuführende und wirtschaftliche Weise die Abdeckung der von der Verede­ lung auszunehmenden Oberflächen ermöglicht. Das Verfahren soll sich auch für eine kontinuierliche Durchführung der Verede­ lung, z.B. für ein kontinuierliches Aufbringen von Metall­ schichten auf Kunststoffoberflächen durch Bedampfen im Hoch­ vakuum, eignen. Diese Aufgabe wird mit der vorliegenden Er­ findung gelöst.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur teilweisen Oberflächenveredelung von Formkörpern durch Abdec­ ken der von der Veredelung auszunehmenden Oberflächen und Veredelung der nicht abgedeckten Oberflächen, das dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß man die Abdeckung mit einer Kunststoff- Schrumpffolie oder einer warm verformbaren Kunststoffolie durch­ führt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegen­ stand der Ansprüche 2 bis 13.

Als Kunststoff-Schrumpffolien werden erfindungsgemäß vorzugs­ weise solche Schrumpffolien eingesetzt, die sich gut für das Skinverpackungsverfahren eignen, z.B. auf der Basis von Poly­ äthylen-Terephthalat, Copolymeren von Äthylen und Vinylacetat (EVA-Folien), Polyvinylchlorid, Polykohlenwasserstoffen, und insbesondere Polyäthylenfolien, wobei Polyäthylen niedriger Dichte besonders bevorzugt ist.

Die Dicke dieser Folien liegt in der Regel zwischen 0,015 und 0,3 mm, vorzugsweise zwischen 0,04 und 0,2 mm, die Schrumpf­ temperatur um oder oberhalb 110°C, wobei aber auch höhere oder tiefere Werte möglich sind.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter Schrumpf­ folien auch die sog. Streckfolien (Dehnfolien) verstanden, das sind auf bestimmte Art vorbehandelte Folien, die wie Schrumpf­ folien verwendbar sind, wobei aber das Erwärmen entfallen kann; Polymerzusammensetzung und Dicke entsprechen den Schrumpffolien.

Die erfindungsgemäße Abdeckung der Formkörperteile mit den Schrumpffolien oder Streckfolien kann auf eine für eine sol­ che Abdeckung an sich bekannte Weise erfolgen, also z.B. durch Aufbringen der Folien auf die abzudeckenden Oberflächen oder durch Einhüllen von Formkörperteilen in die Folien, ggf. unter Druck, Zug, Dehnung usw.

Warmverformbare Kunststoffolien sind solche Folien, die beim Erwärmen thermoelastisch verformbar werden, und die sich des­ halb für das Warmformen (Thermoformen) eignen (vgl. z.B. K. Stoeckhert, Kunststoff-Lexikon, 7. Auflage, Carl-Hanser- Verlag München, Wien 1981, S. 550).

Die Polymerzusammensetzung und Dicke der Folien entspricht den vorstehend für die Schrumpffolien gemachten Angaben; besonders bevorzugt werden Polyäthylen-Folien, und insbesondere Folien aus Polyäthylen niedriger Dichte.

Beim Warmformen (Thermoformen) wird die Folie in einen Spann­ rahmen eingelegt und erwärmt, z.B. durch IR-Strahlen, Heiß­ luft oder Kontaktheizung, bis sie thermoelastisch ist. In diesem Zustand kann die Folie dann analog dem sog. Negativ­ formen z.B. in abzudeckende Hohlräume der Formkörper gesaugt oder gedrückt werden, oder analog dem sog. Positivformen die abzudeckenden Oberflächen des Formkörpers umhüllen. Die Umhüllung des Formkörpers kann auf eine der dafür bekannten Arten erfolgen, z.B. mittels Druckluft (Druckluftformen), und insbesondere mittels Vakuum (Vakuumformen). Beim Vakuumformen wird die Folie durch Evakuieren des Raumes zwischen der Folie und den abzudeckenden Formkörperoberflächen auf die Oberflächen gedrückt. Vorzugsweise arbeitet man erfindungsgemäß nach dem sog. Skinpack-Verfahren, bei dem die abzudeckenden Formkörper­ oberflächen eng von der warm geformten Folie umschlossen wer­ den; die abzudeckenden Formkörperteile entsprechen hier also dem Positiv-Werkzeug beim Positivformen.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform (die Bezugsziffern bezie­ hen sich auf die in den nachfolgend beschriebenen Fig. 1 bis 5 veranschaulichten entsprechenden Positionen) wird die er­ wärmte Kunststoffolie (1) von oben auf den Formkörper (2) auf­ gebracht, der sich auf einer gasdurchlässigen Unterlage (3,6), z.B. einer mit Löchern (4) versehenen Metallplatte befindet, und von unten her Vakuum angelegt, wodurch die Folie fest auf die abzudeckenden Oberflächen des Formkörpers (2) gepreßt wird. Abhängig von der Größe, Form und den abzudeckenden Oberflächen ist es dabei bevorzugt, einen oder mehrere Formkörper (2) mit einer einzigen Folienbahn (1) abzudecken. Durch die Zufüh­ rung der Folie von einer Folienrolle kann der Verfahrensschritt der Abdeckung kontinuierlich oder halb-kontinuierlich durch­ geführt und in ein kontinuierliches oder halb-kontinuierliches Veredelungsverfahren integriert werden, wobei z.B. handels­ übliche Thermoform-Maschinen (Thermoform-Automaten) oder im Baukastenprinzip zusammengesetzte Teile solcher Maschinen Verwendung finden können. In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens wird dann die die abgedeckten Formkörper umfassende Folienbahn, die durch Abschneiden auf die gewünschte und zur Weiterverarbeitung zweckmäßigste Länge gebracht wird, den weiteren Veredelungsschritten, z.B. einer Metallisierung durch Bedampfen im Hochvakuum, zugefügt.

Bei einer bestimmten Gestalt der Formkörper oder bei einer nur teilweise gewünschten Abdeckung der gleichen Fläche, z.B. bei der Abdeckung einer Würfel- oder Zylinderhälfte, kann es er­ forderlich sein, die Unterlage (3) in Form einer Schablone (6) auszugestalten, z.B. mit nach oben stehenden Begrenzungsflächen, die die abzudeckende Oberfläche des Formkörpers umschließen (Fig. 4) oder mit Vertiefungen, in die die Formkörper einge­ setzt werden (Fig. 5).

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine schematische Darstellung der An­ fangs- und Endstufe einer zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abdeckung von Formkörpern mit einer warm verformbaren Kunststoff-Folie. Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen der gasdurchlässigen Unterlage.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt (bezogen auf die Lage der Form­ körper) der Anfangsstufe des Abdeckungsverfahrensschrittes. Die Formkörper (2) befinden sich auf einer mit Löchern (4) ver­ sehenen Metallplatte (3); oberhalb der Formkörper befindet sich die in einem Spannrahmen eingespannte Kunststoffolie (1), die mit der Heizvorrichtung (5) erwärmt wird. Der Spannrahmen mit der Kunststoffolie (1) läßt sich, vorzugsweise getrennt von der Heizvorrichtung (5), nach unten bewegen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Endstufe der Abdec­ kung; die Formkörper sind mit der Kunststoffolie überzogen und können mit dieser zusammen von der Metallplatte abgenommen und den eigentlichen Veredelungsschritten zugeführt werden.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf Fig. 1 (ohne Heizvorrichtung und Spannrahmen) oder Fig. 2.

Die Fig. 4 zeigt im Querschnitt die Ausführungsform einer als Schablone ausgestalteten Unterlage (6) für die Formkörper (2) mit nach oben stehenden Begrenzungsflächen, und mit bereits aufliegender Kunststoffolie (1).

Die Fig. 5 zeigt eine entsprechende weitere Ausführungsform, in der die Unterlage (6) Vertiefungen zur Aufnahme der Form­ körper (2) besitzt.

Es ist möglich, das für eine Abdeckung mit warm verformbaren Kunststoffolien beschriebene Verfahren und seine zweckmäßigen Ausgestaltungen auch unter Verwendung von Schrumpffolien oder Streckfolien durchzuführen, wobei dann eine Erwärmung der Fo­ lie vor dem Aufbringen auf den Formkörper entfallen kann; bei Verwendung von Schrumpffolien ist es aber zweckmäßig, nach dem Aufbringen der Folie auf den Formkörper zu erhitzen. In einigen Fällen, z.B. bei einer bestimmten Gestalt des Form­ körpers, und bei Verwendung einer Folie, die die Eigenschaften einer Schrumpffolie aufweist, aber auch gut warm verformbar ist, kann es auch zweckmäßig sein, beide Verfahrensschritte zu kombinieren.

Die Dicke der verwendeten Folien ist im allgemeinen nicht kri­ tisch; abhängig von der Größe und Gestalt der abzudeckenden Formkörper kann es aber vorteilhaft sein, im oberen oder unte­ ren Dickenbereich zu arbeiten. So kann es z.B. zweckmäßig sein, bei größeren oder höheren Formkörpern oder bei Formkörpern mit einem kantigen oder stark strukturierten Aufbau dickere Folien anzuwenden, weil bei dickeren Folien im allgemeinen mit einer höheren Verformtemperatur gearbeitet werden kann; da­ durch lassen sich Faltenbildungen vermeiden und eine festere Verankerung in den Folienbahnen erreichen, was insbesondere bei größeren und damit in der Regel auch schwereren Formkör­ pern für die weitere Behandlung von Bedeutung sein kann.

An den Verfahrensschritt der Abdeckung können sich dann die Verfahrensschritte des eigentlichen Oberflächenveredelungsver­ fahrens anschließen.

Das Material der Formkörper richtet sich insbesondere nach ihrem endgültigen Verwendungszweck und nach der Art des Oberflächen­ veredelungsverfahrens; im allgemeinen kommen Formkörper aus Holz, Glas, Keramik und insbesondere aus Kunststoff zum Ein­ satz. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber zum Bei­ spiel auch für Formkörper aus Metall.

Beispiele für nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugs­ weise veredelte Kunststoff-Formkörper sind solche aus der Gruppe Acryl-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Polyamide (PA), Polycarbonate (PC), Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte (PF), Polymethylmethacrylate (Plexiglas ®, PMMA), Polystyrol (PS) und Harnstoff-Formaldehyd-Harze (UF).

Oberflächenveredelungsverfahren, die sich an den erfindungsge­ mäßen Schritt der teilweisen Abdeckung der Formkörper an­ schließen können, sind z.B.: Beflocken, Bedrucken, Prägen, Lackieren, und in erster Linie Metallisieren, zum Beispiel Versilbern mit einer Silbernitratlösung, und insbesondere Metallisieren durch Bedampfen im Hochvakuum (vgl. z.B. Schwarz, Ebeling, Lüpke, Schelter, Kunststoffverarbeitung, Vogel- Buch-Verlag Würzburg 1985, Seite 223). Ein weiteres Veredelungs­ verfahren, das sich an den erfindungsgemäßen Schritt der teil­ weisen Abdeckung anschließen kann, ist auch ein Bedampfen der Formkörper im Hochvakuum mit einer oder mehreren dafür geeigne­ ten Metallverbindungen zur Bildung von Versiegelungsschichten und/oder Regenbogenfarbschichten für optische Geräte oder Schmuck­ gegenstände. Solche Schichten bestehen aus einer oder vorzugs­ weise mehreren Lagen von einer oder mehreren dafür üblichen hoch­ brechenden und/oder niederbrechenden Metallverbindungen; solche Metallverbindungen sind für die Beschichtung von Glas vorzugs­ weise z.B. Siliciumoxid und Titanoxid, für Kunststoff Magnesium­ fluorid und Zinksulfid.

Die Oberflächenveredelungsverfahren und deren einzelne Ver­ fahrensschritte können auf an sich bekannte Weise durchge­ führt werden. Das Metallisieren von Kunststoff-Formkörpern durch Bedampfen im Hochvakuum wird z.B. mit den folgenden Verfahrensschritten durchgeführt:

• 1) Versiegeln und Glätten der Oberflächen durch eine Lackschicht (Vorlackierung) mit einer Dicke von z.B. ca. 5 µm; dadurch läßt sich auch eine bessere Haftung der Metallbeschichtung erzielen,
• 2) Härten des Vorlacks,
• 3) kontinuierliches oder diskontinuierliches Aufbrin­ gen der Metallschicht im Hochvakuum (Dicke ca. 0,1 bis 1,0 µm),
• 4) Schützen der Metallschicht durch eine Lackschicht (Auflack) einer Dicke von z.B. ca. 50 µm; je nach Art dieses Auflackes kann diese Lackschicht auch zu einer ggf. gewünschten Farb­ nuancierung dienen,
• 5) Härten des Auflacks (vgl. z.B. Schwarz, Ebeling, Lüpke, Schelter, l.c., Seite 224). Auf den erfindungs­ gemäßen Verfahrensschritt der Abdeckung folgt im allgemeinen der Verfahrensschritt 1).

Das nachfolgende Beispiel beschreibt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.

B e i s p i e l

Es werden durchscheinende, massegefärbte Formkörper (2) aus PMMA der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Form (Durchmesser ca. 3 cm) an der Rückseite mit Aluminium im Hochvakuum be­ dampft. Zur Abdeckung der Oberseiten der Kunststofformkörper wird ein handelsübliches Thermoform-Gerät verwendet, das nach dem Skinpack-Verfahren arbeitet.

5 bis 20 Formkörper werden mit der zu metallisierenden Fläche auf der durchlöcherten Metallplatte (3) (ca. 30×40 cm) ver­ teilt. Die Abdeckung erfolgt mit einer Polyethylenfolie (Dicke 200 µm), die von einer Vorratsrolle abgezogen und im Spannrahmen des Skinpack-Gerätes befestigt wird. Nach Erwärmen der Folie mit der über dem Spannrahmen angeordneten Heizein­ richtung (5) wird der Spannrahmen abgesenkt und die Folie durch Anlegen eines Vakuums gegen die Metallplatte gepreßt, wodurch die Formkörper gut abgedeckt werden. Die Polyethylen­ folie (ca. 30×40 cm) mit den eingelagerten Formkörpern kann leicht von der Metallplatte abgenommen werden und wird zur weiteren Behandlung (Vorlackieren und Härten des Vorlacks, Bedampfen mit Aluminium im Hochvakuum, Aufbringen einer Lack­ schutzschicht) auf Trommeln gewickelt; mehrere der mit den Polyethylenfolien versehenen Trommeln werden dann zur weiteren Behandlung auf einer Haltevorrichtung für die Lackieranlage und die Bedampfungsanlage befestigt. Die Bedampfung mit Aluminium erfolgt in einer handelsüblichen Vakuumbedampfungsanlage der Firma Leyboldt-Haereus. Nach dem Bedampfen und dem Aufbringen eines Schutzlackes werden die die Formkörper tragenden Poly­ ethylenfolien von den Trommeln abgenommen; die teilweise me­ tallisierten Formkörper lassen sich leicht von der Polyethy­ lenfolie ablösen, indem man die Polyäthylenfolien z.B. über eine Abziehkante streicht.

Die auf der Rückseite mit Aluminium beschichteten Formkörper zeigen eine scharfe Grenze zwischen den beschichteten und den nicht beschichteten Flächen. Aufgrund ihrer ansprechenden opti­ schen Wirkung eignen sich die beschichteten Formkörper sehr gut als Edelsteinimitation, z.B. für die Herstellung von Halsketten und Armbändern.

Claims (14)

1. Verfahren zur teilweisen Oberflächenveredelung von Form­ körpern durch Abdecken der von der Veredelung auszunehmenden Oberflächen und Veredelung der nicht abgedeckten Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abdeckung mit einer Kunststoff-Schrumpffolie oder einer warm verform­ baren Kunststoffolie durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Abdeckung durch Warmformen der Kunststoffolien durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Abdeckung nach dem Skinpack- Verfahren durchführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man die Abdeckung durch Vakuum­ formen durchführt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß man die erwärmte Kunststoffolie (1) von oben auf den Formkörper (2) aufbringt, der sich auf einer gasdurchläs­ sigen Unterlage (3, 6) befindet, und von unten her Vakuum an­ legt, wodurch die Folie fest auf die abzudeckenden Oberflächen gepreßt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß man einen oder meh­ rere Formkörper mit einer Folienbahn abdeckt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Folienbahn mit den abgedeckten Formkör­ pern den weiteren Veredelungsschritten zuführt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß man als Folien sol­ che aus Polykohlenwasserstoffen, insbesondere aus Polyäthylen, verwendet.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß man Kunststoff-Form­ körper veredelt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man Formkörper aus Acryl-Butadien- Styrol-Copolymeren, Polyamiden, Polycarbonaten, Phenol-Form­ aldehyd-Kondensationsprodukten, Polymethylmethacrylaten, Poly­ styrol oder Harnstoff-Formaldehyd-Harzen veredelt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formkörper durch Bedampfen im Hochvakuum metallisiert.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Metallisierung durch Bedampfen mit Aluminium, Gold, Silber oder Kupfer durchführt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formkörper im Hoch­ vakuum mit einer oder mehreren zur Bildung von Versiegelungs­ schichten und/oder Regenbogenfarbschichten geeigneten Metall­ verbindungen bedampft.

14. Das in den Beispielen beschriebene Verfahren zur teil­ weisen Oberflächenveredelung von Formkörpern.