DE3742457A1 - Herstellverfahren fuer kunststoff-formteile mit dekorativ-gepraegter oberflaechenbeschichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunst­ stoff-Formteilen mit geprägter Oberflächenbeschichtung entspre­ chend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Formteile sind z.B. als Innenverkleidungen in Kraftfahrzeugen, wie z.B. Arma­ turenbretter oder Türinnenverkleidungen, bekannt. Bei einem üb­ lichen Herstellungsverfahren wird zunächst im Spritzgießverfah­ ren ein Formteil aus einem thermoplastischen Kunststoff herge­ stellt, das anschließend mit einer geprägten Folie, die ggf. vorher tiefgezogen werden muß, kaschiert wird.

Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit geprägter Oberflächenbeschichtung ist - bedingt durch die Viel­ zahl der Verfahrensschritte - aufwendig und teuer. Zudem stellt sich während des Tiefziehens der geprägten Folie sowie beim an­ schließenden Kaschieren des separat hergestellten Spritzguß- Formteils die Oberflächenprägung der Folie teilweise wieder zu­ rück. Schließlich wird beim Tiefziehen durch die flächige Streckung die Prägung deformiert, so daß eine unbefriedigende, zum Teil auch ungleichmäßige Prägung entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zu vereinfachen und die Qualität der Oberflächenprä­ gung zu verbessern.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale, bevorzugt in Kombination mit den Merkmalen der weiteren Ansprüche.

Wesentlicher Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es, die Prägung der späteren dekorativen Oberflächenbeschichtung gleichzeitig mit dem Spritzgießen des Kernmaterials zu bewerk­ stelligen.

Hierzu weist das Formteilwerkzeug auf seiner Innenseite eine (negative) Prägung auf, die der späteren Oberfläche des Form­ teils entspricht.

Die spätere geprägte dekorative Oberflächenbeschichtung wird durch Einsatz einer zunächst ungeprägten Folie aus tiefziehfä­ higem Material, also insbesondere aus thermoplastischem Kunst­ stoff, erzielt. Bevorzugt wird eine Folie aus PVC - mit oder ohne Weichmacher -, aus ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) oder aus einer Mischung von PVC mit ABS eingesetzt. Es können jedoch auch andere, dem Fachmann im einzelnen geläufige Materialien eingesetzt werden, die als Oberflächenbeschichtungen bekannt sind. Die Dicke der Folie beträgt etwa 0,2 bis 1,5 mm, bevor­ zugt 0,5 bis 1 mm.

Die zunächst ungeprägte Folie kann in ihrer Form der Ober­ flächenkontur des Formteilwerkzeugs durch Tiefziehen angepaßt sein, es können jedoch bevorzugt auch ebene Zuschnitte einer Folie eingesetzt werden. Um während des Einspritzens des ther­ moplastischen Kernmaterials ein unerwünschtes Hinterfließen der Folie auszuschließen, wird die Folie bevorzugt in der Trennebene des Formteilwerkzeuges eingespannt, z.B. mittels Va­ kuumansaugung und/oder mechanischen Klemmeinrichtungen. Während des Einspritzens des thermoplastischen Kunststoffs für das Kernmaterial des Formteils wird die in das Formteilwerkzeug eingelegte Folie an die Innenwandung des Formteilwerkzeuges an­ gepreßt. Bedingt durch die in der Spritzgußmasse für das Kern­ material vorhandene Schmelzwärme und bevorzugt durch zusätz­ liches, ggf. partielles Beheizen des Formteilwerkzeuges wird die Folie auf eine Temperatur oberhalb der Verformungstempera­ tur (Erweichungstemperatur) erwärmt, so daß das Prägemuster der Formteilwerkzeugoberfläche auf die Folie übertragen wird.

Von wesentlicher Bedeutung ist hierbei der eine gewisse Zeit aufrechterhaltene Druck im Formteilwerkzeug, der erfindungsge­ mäß bevorzugt durch Injizieren eines Fluids, insbesondere eines Gases, in das Formteilwerkzeug erzeugt wird. Dieses an sich be­ kannte Verfahren ist beispielsweise in der DE-OS 25 01 314 und in der EP-OS 01 27 961 beschrieben.

Der für die erfindungsgemäße Erzeugung der gewünschten Ober­ flächenprägung notwendige Innendruck im Formteilwerkzeug nach dem Einspritzen des thermoplastischen Kunststoffs für das Kern­ material beträgt etwa 10 bis 100 bar, bevorzugt etwa 20 bis 50 bar, und erreicht damit nur einen Bruchteil des beim Spritz­ gießen üblichen Drucks im Formteilwerkzeug.

Bevorzugt weist der thermoplastische Kunststoff der tiefzieh­ fähigen Folie eine Schmelztemperatur auf, die höher ist als die Temperatur des thermoplastischen Kunststoffs für das Kernmate­ rial des Formteiles bei dessen Einspritzen in das Formteilwerk­ zeug. Hierdurch wird erreicht, daß die spätere Oberflächenfolie nicht örtlich aufschmilzt und von dem schmelzflüssigen Kernma­ terial zerstört wird.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Folie für die Oberflächenbeschichtung eine einseitig mit einem Schaumstoff kaschierte Folie verwendet. Solange si­ chergestellt ist, daß der Schaumstoff beim Einspritzvorgang bzw. in der anschließenden Druckphase nicht dauerhaft geschä­ digt wird, stellt sich der Schaumstoff nach dem Entformen des Formteils wieder weitgehend oder vollständig zurück. Als Schaumstoffolien haben sich insbesondere Weich-Polyurethanfo­ lien bewährt, die bei den relativ geringen Drücken des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens von bevorzugt 20 bis 50 bar nicht we­ sentlich geschädigt werden, solange für das Kernmaterial ein thermoplastischer Kunststoff mit niedriger Schmelztemperatur, wie z.B. Polyethylen oder ggf. auch Polypropylen verwendet wird. Der Schaumstoff sollte geschlossenzellig sein und/oder eine Oberflächenverhautung aufweisen, um ein Eindringen des schmelzflüssigen Kernmaterials in die Zellen des Schaumstoffs zu verhindern.

Als Kernmaterial wird bevorzugt ein thermoplastischer Kunst­ stoff auf der Basis von Polypropylen und/oder ABS verwendet.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind:

• 1. kostengünstige, einfache Verfahrensweise durch Fortfall der separaten Prägung der Oberflächenfolie;
• 2. Fortfall jeglicher Klebstoffe oder ähnliches; ggf. kann die Oberflächenfolie jedoch zur Erhöhung der Haftfestig­ keit mit einem Haftvermittler versehen sein;
• 3. hohe Verbundfestigkeit der Oberflächenbeschichtung mit dem Kernmaterial;
• 4. freie Wahl der Oberflächenprägung auch an komplizierten, nicht ebenen Oberflächen, ggf. auch Differenzierung der Oberflächenprägung an verschiedenen Stellen der Ober­ fläche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels sowie der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt dabei

Fig. 1 ein zweiteiliges Formteilwerkzeug nach dem Einspritzen des Kernmaterials,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensabläufe in vier Teilzeichnungen.

In Fig. 1 ist ein zweiteiliges Formteilwerkzeug 1 zur Herstel­ lung einer Ablageplatte mit umlaufenden Rand für einen PKW dar­ gestellt. Die fertige Ablageplatte besteht dabei aus einem hoh­ len Kern 6 aus ABS, der einseitig mit einer genarbten Oberflä­ chenfolie 4 aus einem PVC-ABS-Blend überzogen ist.

Gemäß Fig. 2a wird zunächst ein ebener Zuschnitt einer unge­ prägten, d.h. glatten Folie einer Dicke von 0,8 mm in das ge­ öffnete Formteilwerkzeug 1 eingelegt und durch die Spannleisten 7 fixiert (Fig. 2b). Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird der ebene Zuschnitt der Oberflächenfolie 4 zunächst tiefgezogen und dann in das Formteilwerkzeug 1 einge­ legt.

Nach dem Schließen des Formteilwerkzeugs 1 wird das Kernmate­ rial 6 - im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein ABS-Ma­ terial verwendet - in den Werkzeughohlraum eingespritzt. Gleichzeitig wird durch die Vakuumabsaugung 11 das Tiefziehen der Folie 4 unterstützt. Zusammen mit dem Einspritzen des schmelzflüssigen Kernmaterials 6 wird ein Inertgas, im Ausfüh­ rungsbeispiel Stickstoff, in den Formteilhohlraum injiziert. Das Inertgas kann dabei durch den Angußkanal 5 oder ggf. durch eine oder mehrere in den Formwerkzeug-Hohlraum ragende Injek­ tionsnadeln in das schmelzflüssige Kernmaterial 6 injiziert werden.

Das gesamte Volumen des eingespritzten Kernmaterials 6 beträgt etwa 20 bis 95% des Formwerkzeug-Hohlraumes, so daß das herge­ stellte Formteil als Hohlkörper ausgebildet wird.

Beim Einspritzen des Kernmaterials 6 drückt dieses die Folie 4 gegen die mit einem Prägemuster versehene Innenoberfläche 10 der oberen Werkzeughälfte 2. Durch die Schmelzwärme des Kernma­ terials 6 wird die Folie 4 kurzzeitig bis zu der zum Prägen notwendigen Temperatur aufgeheizt, so daß eine dauerhafte Über­ tragung der Oberflächenstruktur 10 der oberen Werkzeughälfte 2 auf die Folie 4 gewährleistet ist. Ggf. kann durch die Kühlkanäle 8 auch kurzzeitig die obere Werkzeughälfte 2 aufge­ heizt werden, falls die durch das Kernmaterial eingebrachte Wärmemenge nicht ausreichend zum Prägen der Oberflächenfolie 4 sein sollte.

Nach dem Einspritzen des Kernmaterials 6 wird der Druck im Werkzeughohlraum in Höhe von 25 bar für das dargestellte Aus­ führungsbeispiel der Erfindung für ca. 1 Minute aufrechterhal­ ten. Während dieser Zeit werden die obere Werkzeughälfte 2 und die untere Werkzeughälfte 3 durch Einleiten eines Kühlmediums in die Kühlkanäle 8 gekühlt. Nach vollständiger Erstarrung des Kernmaterials 6 wird ggf. der Gasüberdruck aus dem Hohlraum 12 abgelassen und das Formteil entformt.

Das fertige Formteil weist an seiner Oberfläche eine gleich­ mäßige Prägung auf, die exakt der Oberflächenstruktur der inne­ ren Oberfläche 10 der oberen Werkzeughälfte 2 entspricht. Die so geprägte Oberflächenfolie 4 ist haftfest mit dem Kernmate­ rial 6 verbunden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es überraschend ein­ fach möglich, Spritzgußteile mit geprägter dekorativer Ober­ flächenbeschichtung herzustellen, die vielfältig eingesetzt werden können.

Legende

 1 Formteilwerkzeug
 2 Werkzeugoberteil
 3 Werkzeugunterteil
 4 Oberflächenfolie
 5 Ausgußkanal
 6 Kernmaterial
 7 Spannleisten
 8 Kühlkanäle
 9 Trennebene
10 Geprägte Oberfläche
11 Vakuumabsaugung
12 Hohlraum

Claims (7)

1. Herstellverfahren für Kunststoff-Formteile mit dekorativ geprägter Oberflächenbeschichtung, wobei die Formteile mit einer die Oberflächenprägung aufweisenden Folie überzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungeprägte, tiefziehfähige Folie in ein Formteilwerk­ zeug eingelegt wird, das mindestens auf Teilbereichen sei­ ner Innenoberfläche eine Prägestruktur aufweist, und daß ein fließfähiger Kunststoff mit einem derartigen Druck, bevorzugt etwa 10 bis 100 bar, in das Formteilwerkzeug eingebracht wird, daß dabei der Folie die Prägestruktur angeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig oder im Anschluß an das Einspritzen eines aufgeschmolzenen thermoplastischen Kunststoffs ein Gas in die Kunststoffschmelze eingebracht wird und daß der Druck im Formteil solange aufrechterhalten wird, bis der Kunst­ stoff wenigstens weitgehend verfestigt ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Formteilwerkzeug wenigstens in den mit einer Prägestruktur versehenen Teilbereichen seiner Innenoberfläche vor dem Einbringen des fließfähigen Kunst­ stoffs erwärmt wird, bevorzugt auf eine Temperatur, die über der Erweichungstemperatur der Folie liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ungeprägte Folie aus thermoplasti­ schem Kunststoff auf der Basis von PVC und/oder ABS be­ steht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als thermoplastischer Kunststoff zum Einspritzen in das Formteilwerkzeug ein thermoplastischer Kunststoff auf der Basis von Polypropylen und/oder ABS verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ungeprägte Folie auf der dem Kunst­ stoff zugewandten Seite mit einer Schaumstoffkaschierung versehen ist, wobei die Erweichungstemperatur des Schaum­ stoff höher liegt als die Einspritztemperatur des aufge­ schmolzenen thermoplastischen Kunststoffs.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ungeprägte Folie eine Dicke von 0,2 bis 1,5 mm, bevorzugt von 0,5 bis 1 mm aufweist.