DE3872556T2

DE3872556T2 - Trockenuebertragungsverfahren zum aufbringen von farbe sowie erhaltenes produkt.

Info

Publication number: DE3872556T2
Application number: DE8888104996T
Authority: DE
Inventors: Patrick Leon Spain; Keith Lawson Troug
Original assignee: Avery International Corp
Current assignee: Avery Dennison Corp
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2008-03-29
Also published as: DE3885611T2; KR890700404A; EP0352298B2; WO1988007416A1; AU628785B2; GR3005724T3; EP0352298B1; BR8807431A; DE3885611D1; DE3885611T3; JPH082550B2; EP0285071B1; DE3872556T3; AU1780888A; EP0352298A1; HUT53309A; CA1337795C; EP0285071B2; JPH02503077A; ES2033969T5

Description

Dies ist eine Teilfortsetzung (continuation-in-part) der Anmeldung mit der Serien-Hr. 031,984, die am 27. März 1987 eingereicht wurde.

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Trockenfarbgebungs-Übertragungsverfahren und im besonderen auf die Verwendung dieses Verfahrens, um äußere Kunststoffahrzeugkarosserieteile bzw. -beplankungen mit einem Farbüberzug herzustellen, der in einem getrennten Produktionsablauf aufgetragen werden kann, um die Lackierarheitsgänge, die bei den Herstellungsabläufen einer herkömmlichen Fahrzeugproduktionsanlage ausgeführt werden müssen, zu eliminieren oder stark zu vermindern.

Hintergrund

Fahrzeugentwurf und -herstellung stellen eine ungewöhnliche Reihe von Problemen bei der Auswahl des Materials und der Verfahren dar, die bei der Herstellung von Fahrzeugkarosserien verwendet werden. Als eine Form des Transportes sind Kraftfahrzeuge ungewöhnlich, weil die meisten Käufer ein Fahrzeug wünschen, das ein gewisses individuelles Styling hat. Ein neuer Trend in der Automobilindustrie geht in Richtung hin zu einer Herstellung von sich unterscheidenden Fahrzeugen, die so gestylt sind, daß sie eine spezifische Gruppe von Abnehmern anziehen. Diese Änderung erfordert von den Autoherstellern die Produktion von wenigen Modellen, die in großer Anzahl hergestellt werden, zu einer großen Anzahl von sich mehr unterscheidenden Karosseriebauarten zu verschieben. Diese Entwicklungen haben von dem Hersteller sowohl eine Bauartflexibilität als auch angemessene Werkzeugkosten für jede Karosseriebauart abgefordert.
Viele Jahre lang wurden Autokarosserieteile und -beplankungen überwiegend aus Metallblech hergestellt. Die Autobersteller erkennen jedoch im allgemeinen an, daß die künftige Verwendung von Kunststoffen für äußere Fahrzeugkarosserieteile und -beplankungen eher als die Verwendung von Metallblech eine Lösung bieten könnte zum Erfüllen des Erfordernisses ungewöhnlicherer Karosseriebauarten und verminderter Werkzeugkosten. Mit der wachsenden Bedeutung der Gewichtsreduzierung haben die Autohersteller auch ihre Aufmerksamkeit auf die Verwendung von Kunststoffen als eine Alternative gegenüber den schwereren Metallteilen hin gerichtet. Zum Beispiel sind gewisse äußere Autokarosserieteile vieler Fahrzeuge, die sich derzeit auf den Straßen befinden, aus einem leichteren Kunststoff hergestellt. Zu diesen Teilen gehörten Stoßstangen, Kurbelbeplankungen, Kotflügel, Fenster- und Türformteile und dergleichen.
Wie in der Plastics World, November 1986, Seiten 30 und folgend berichtet wurde, suchen eine Anzahl von fortschrittlichen kollektiven Entwicklungsprogrammen, die jetzt im Gang sind, Lösungen zum Problem der gewerblichen Herstellung größerer Außenfahrzeugkarosseriebeplankungen aus Kunststoffen, wie zum Beispiel Motorhauben, Dächer, Verkleidungen und wenn moglich in der Tat die gesamte Fahrzeugkarosserie. Das Konzept der Herstellung einer Produktionsfahrzeugkarosserie aus einem anderen Material als Metallblech datiert zurück bis zumindest auf die mittleren Fünfziger, als die Chevrolet Corvette als erste mit einer Glasfaserkarosserie hergestellt wurde. Die Entwicklungen bei der Kunststoffharztechnologie hatten technisch ausgereiftere Kunststoffmaterialen zur Folge, die eine höhere Stoßfestigkeit hahen als Glasfaser. Die Polycarbonate sind hierfür ein Beispiel. Diese Entwicklungen bei der Plastiktechnologie haben viele Kunststoffhersteller etwa im letzten Jahrzehnt veranlaßt, nach Lösungen für das Problem zu suchen, die gesamte Fahrzeugkarosserie mit angemessenen Kosten aus diesen später entwickelten hochfesten Kunststoffmaterialien herzustellen. Die jüngsten Entwicklungsbemühungen haben sich auch auf die Herstellung von Kunststoffahrzeugkarosserien aus unterschiedlichen alternativen Kunststoffspritzverfahren gerichtet, die die Verwendung von SMC (sheet molding compounds - Schicht-Formmassen) und RIM (reaction injection molding - Reaktionsspritzgießen)-Verfahren einschließen.
Die Entwicklung eines Produktionsverfahrens zur Herstellung von Außenfahrzeugkarosserieteilen und -beplankungen aus Kunststoffen erfordert Lösungen für eine Anzahl technischer Probleme. Diese Teile müssen mit angemessenen Kosten hinsichtlich der Werkzeuge, der Montage und der Materialien hergestellt werden. Das Endprodukt muß auch gewissen Qulitätsansprüchen genügen. Zum Beispiel muß die sich ergehende Fahrzeugkarosseriebeplankung strukturelle Fähigkeiten, wie zum Beispiel Stoßfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber einer mechanischen Beanspruchung aufweisen, die notwenig sind, um mit Metallblech zu konkurrieren. Die Beplankung muß auch einen Farbüberzug mit einer fehlerfreien und haltbaren Außenfläche haben. Ein Farbüberzug in Kraftfahrzeugqualität muß gewissen Richtlinien einer großen Anzahl physikalischer Eigenschaften genügen, um als äußerer Fahrzeugfarbüberzug verwendungsfähig zu sein. Zu diesen Eigenschaften gehören der Glanz, die Abbildungsunterscheidbarkeit (distinctiveness of image), die Härte, die Abriebfestigkeit, die Witterungsbeständigkeit, wie z.B. die UV-Beständigkeit, die Schlagfestigkeit, die Wärmebeständigkeit - nämlich die Beständigkeit gegenüber extrem hohen und niedrigen Temperaturen -, Benzin- und Säurebeständigkeit, die Reinigungsfähigkeit, die Adhäsionsfähigkeit zu der darunterliegenden Fahrzeugkarosseriebeplankung, Beständigkeit gegenüber Wasser und der Feuchtigkeitseinwirkung und die Verbergungsfähigkeit bzw. Lichtundurchlässigkeit des Farbüberzuges.
In der Vergangenheit schloß ein herkömmlicher Produktionsprozeß zum Auftragen eines Außenfarbüberzuges auf aus Metallblech hergestellten Fahrzeugkarosserien das Transportieren der vorgeformten Autokarosserien zu Auftragungslinien in der Anlage hin, wo die Fahrzeugkarosserien in Farbe getaucht wurden, gefolgt vom Transportieren derselben an einen getrennten Ort zum Trocknen des Farbüberzuges und zum Warten, bis der gehärtete Farbüberzug gründlich getrocknet war, ein. Heute sind die meisten Farbsysteme Acryllackfarben, die in einen harten, glänzenden, haltbaren Farbüberzug während des Trocknens vernetzt werden. Der Farbgebung nachfolgend werden die Fahrzeugkarosserien zurück zu der Produktionsanlage für weitere Montageoperationen transportiert. Die Farbgebung von Kunststoffahrzeugkarosserieteilen hat typischerweise das manuelle Farbsprühen der Kunststoffteile in einer separaten Farbgebungsanlage, gefolgt vom Trocknen und dem nachfolgenden Transportieren der fertigen Teile zurück zu der Montageoperation eingeschlossen. Die herkömmliche Farbgebung von Metallblechautokarosserien und Kunststoffteilen ist teuer und ist ein bedeutsames Fabrikationsproblem bezüglich Umweltschutz, Arbeitsschutz, Korrosionsbehandlung und Entsorgung. Es wird abgeschätzt, daß ungefähr ein Drittel der gesamten Kapitalinventition in einer Fahrzeugproduktionsanlage heute für das Lackieren der Fahrzeugkarosserieteile und -beplankungen aufgebracht wird.
In den letzten Jahren wurden Metallisier-Laminierverfahren zum Bilden einer reflektierenden, witterungsbeständigen Metallfläche auf gegossenen Kunststoffzierteilen verwendet. Diese Verfahren lieferten keine Kunststoffzierteile mit einer Farbüberzugsoberfläche, die für die Verwendung des Fahrzeugäußeren geeignet war. Solche Kunststoffzierteile bekamen Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung des Reflexionsvermögens und bei dem Vermeiden von Oberflächenfehlern bei einem mechanischen Stoß und unter Umgebungseinflüssen.
Neue Anwendungen von gegossenen Kunststoffmaterialien für eine Fahrzeugkarosserie können entwickelt werden, wenn die Hersteller einen Weg finden, um Kunststoffahrzeugkarosseriebeplankungen gewerblich mit einem Fabrüberzug zu versehen, der die Haltbarkeit und die Erscheinungseigenschaften aufweist, die für die Verwendung für das Fahrzeugäußere notwendig sind. Wenn darüberhinaus die Eingieß-Farbgebung oder Überzugsverfahren als eine Alternative gegenüber herkömmlichen Autolackierverfahren entwickelt werden können, können Automontageanlagen kompakter sein und Kapitalkosten und Umwelt- und Sicherheitsprobleme, die mit der herkömmlichen Fahrzeuglackierung auf der Fabrikationsseite verbunden sind, können vermieden werden.
Viele kollektive Produktentwicklungsbemühungen haben Alternativen gegenüber dem herkömmlichen Lackieren von gegossenen Kunststoff-Fahrzeugkarosserieaußenbeplankungen und -teilen gesucht, aber ohne jedweden bekannten Erfolg bis heute. Eine Anzahl von Problemen muß überwunden werden, um ein ökonomisches produktionstypisches Farbsystem zu entwickeln und Verfahren zum Auftragen eines Farbüberzuges zu entwickeln, das für die Verwendung des Fahrzeugäußeren bei gegossenen Kunststofffahrzeugkarosserie-Außenbeplankungen und -teilen geeignet ist, um so herkömmliche Farbsprüharbeiten zu vermeiden. Zum Beispiel ist die Verwendung von vernetzten Acryllackfarbensystemen, die gewöhnlicherweise auf Metallblech-Fahrzeugkarosserien getrocknet werden, um eine widerstandsfähige, glänzende Oberfläche zu erreichen, nicht beim Lackieren von Kunststoffahrzeugkarosserien wegen der Temperaturbegrenzungen möglich. Ein Herangehen, das der Gegenstand dieser Erfindung ist, schließt das Entwickeln eines farbbeschichteten Laminates ein, das verwendet werden kann, um die herkömmliche Farboberfläche auf der Außenseite einer Fahrzeugkarosserie zu ersetzen. Das Leminat ist aus einem Farbüberzug hergestellt, das auf eine Gießfolie aufgetragen wird mittels Farbüberzugverfahren. Der getrocknete Farbüberzug wird dann von der Gießfolie auf eine laminierte Beplankung durch Trockenfarb-Übertragungsverfahren übertragen. Die Beschichtungsoperation gestattet die Verwendung von hochtemperaturfesten Farbsystemen, die geeignet sind bei der Herstellung einer widerstandsfähigen, glänzenden Oberfläche. Das Laminat wird dann später in eine komplexe dreidimensionale Form thermoverformt und dann mit einem darunterliegenden Kunststoffkarosserieteil bzw. einer Beplankung verbunden oder einstückig gegossen. Das Spritzumhüllungsverfahren kann verwendet werden, um ein gegossenes Kunststoffteil herzustellen und gleichzeitig das Laminat mit der Außenseite des gegossenen Kunststoffteils zu verbinden.
Eine Anzahl von technischen Problemen müssen überwunden werden, um solch ein Laminat in einem Thermoform- und Spritzumhüllungsverfahren zu verwenden, wobei eine fehlerfreie Farbfläche mit hohem Glanz und Haltbarkeitseigenschaften während der Thermoform- und Spritzumhüllungsstufen beibehalten wird. Zum Beispiel muß das Laminat in eine komplexe dreidimensionale Form erwärm- und vakuumformbar sein ohne Reißen, Mattwerden, Spannungs-Weißwerden oder das Hervorrufen anderer Oberflächenfehler. Ein Farbüberzug auf solch einem Laminat kann eine beträchtliche Pigmentmenge erfordern, um die notwendige Farbdeckung oder Lichtundurchlässigkeit und Abbildungsunterscheidbarkeit bereitzustellen. Es wurde jedoch herausgefunden, daß die Verwendung von Pigmenten in einem Farbüberzug ein Mattwerden der Oberfläche bewirkt, wenn ein farbbezogenes Laminat thermoverformt wird. Das Mattwerden kann sogar in einer nicht-pigmentierten Klarschicht während des Thermoverformens auftreten.
Zusätzlich zu den Oberflächenglanzerfordernissen muß der fertige Farbüberzug fehlerfrei sein. Die Fehler brauchen nicht nur durch die Thermoformstufe erzeugt werden, und auch das Laminat muß mit dem darunterliegenden Kunststoff substrat in einer Weise verbunden oder gegossen werden, das irgendwelche Fehler, die in dem Substratmaterial auftreten können, verdeckt werden.
Darüberhinaus kann ein fertiger Farbüberzug einen annehmbar hohen Oberflächenglanz haben, braucht aber noch nicht die gewünschte visuelle Erscheinung zu haben, die als Abbildungsunterscheidbarkeit bekannt ist. Diese Eigenschaft bezieht sich auf den spiegelähnlichen Charakter der Oberfläche und wird durch die Klarheit eines Bildes gemessen, das durch die Endoberfläche reflektiert wird. Bei einer Thermoformoperation ist es schwierig, einen Fahrzeugaußenfarbüberzug mit einer hohen Glanzstufe und einer hohen Abbildungsunterscheidbarkeit zu erzeugen.
Ebenfalls sind bei der Herstellung eines Farbüberzuges, der für die Verwendung des Fahrzeugäußeren geeignet ist, die Haltbarkeitseigenschaften kritisch. Der Farbüberzug muß auftretende Fehler vermeiden, wenn die Schicht einem mechanischen Stoß ausgesetzt wird und muß eine Verschlechterung der Oberfläche beim Aussetzen gegenüber Chemikalien und der Witterung vermeiden.
Ein Farbsystem, das die Widerstandsfähigkeit oder Härte erzeugt, die für die Fahrzeugaußenverwendung notwendig ist, muß auch die Dehnungseigenschaften und die Wärmebeständigkeit haben, die notwendig sind, um das Thermoformen des Farbüberzugs in komplexe dreidimensionale Formen ohne Reißen, Mattwerden, Erzeugen von Spannungslinien oder anderen Oberflächenunförmigkeiten oder anderweitigen Verschlechterungen der Oberfläche zu gestatten. Große Pigmentstufen beeinträchtigen auch nachteilig die Festigkeit und die Dehnungsänderungseigenschaften des Farbüberzuges. Zusätzlich ist ein zuverlässiges Verbinden des Farbüberzuges mit dem Laminat und das Verbinden des Laminates mit dem darunterliegenden Substratmaterial von Bedeutung.
Somit sollte das gewünschte Farbsystem eine kritische Kombination von vielen physikalischen Eigenschaften haben, um eine Oberfläche zu schaffen, die für die Verwendung des Fahrzeugäußeren geeignet ist, während gewünschte Oberflächeneigenschaften nach den Laminier-, Thermoform- und Spritzumhüllungs- oder Spritzgußstufen, die ausgeführt wurden, beibehalten werden. Einige physikalische Eigenschaften jedoch neigen dazu, in solch einem Prozeß gegenseitig unvereinbar zu sein. Zum Beispiel kann ein Farbsystem gute Haltbarkeitsqualitäten, wie z.B. Härte, Widerstandsfähigkeit, Witterungsbeständigkeit u. dgl. haben, aber das gleiche Farbsystem braucht nicht genügend Dehnung zu haben, um in eine komplexe Form wärmeverformt zu werden ohne Reißen oder anderweitiges Verlieren seiner Haltbarkeitseigenschaften. Andere Farbsysteme können matt werden, wenn sie in eine komplexe Form warmverformt werden. Einige Farbsysteme weisen genügend Dehnung auf, um ein Thermoformen in die gewünschte komplexe Form zu gestatten, aber sie sind zu weich und es fehlt deshalb an der notwendigen Härte- oder Haltbarkeitseigenschaften.
Zusammenfassend besteht ein Bedarf an einem ökonomischen Produktionsprozeß zur Herstellung stark profilierter, gegossener Kunststoff-Fahrzeugkarosserie-Außenteile oder Beplanküngen mit einem laminierten Farbüberzug, der sowohl die Haltbarkeit und den Glanz und andere Erscheinungseigenschaften aufweist, die ausreichen zur Verwendung für das Fahrzeugäußere. Laminierverfahren zum Auftragen eines Farbüberzuges auf ein solches gegossenes Kunststoffteil kann eine nützliche Alternative gegenüber einer herkömmlichen Lackierung von Fahrzeugkarosserieaußenteilen darstellen. Gewisse Eigenschaften, wie z.B. Glasglätte, fehlerfreie Oberflächen und einheitliche Farbüberzüge können besser durch Laminiertechniken als durch herkömmliches Lackieren hergestellt werden. Die Kapitalkosten können auch reduziert und die Umweltprobleme können gemildert werden. Die Laminiertechniken erfordern zusätzlich jedoch ein Farbsystem und Verfahrenstechniken, die es ermöglichen, durch das Verfahren hindurch die Haltbarkeit- und Dehnungseigenschaften, die Lichtundurchlässigkeit, den Glanz und die Abbildungsunterscheidbarkeitsstufen und eine fehlerfreie Oberfläche, die für Fahrzeugaußenanwendungen notwendig sind, zu erzeugen und beizubehalten. Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme.
Die US-PS 44 03 004 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines dekorativen Laminats zur Verwendung bei Fahrzeugstoßstangen, Seitenverzierungen, einem Kühlergrill u. dgl.. Das dekorative Laminat umfaßt eine Basisschicht eines thermoformbaren Harzfilmes. Die sich gegenüberliegenden Flächen der Basisschicht weisen reflektierende Metallüberzüge auf, die durch Bedampfen aufgetragen werden. Eine äußere Deckschicht wird haftend mit dem Metallüberzug verbunden. Die Deckschicht ist gegenüber UV-Strahlung widerstandsfähig und ermöglicht es, einem Thermoformprozess unterworfen zu werden. Die äußere Deckschicht umfaßt ein fluoriertes Polymer und ist durchsichtig, so daß die darunterliegende reflektierende Schicht durch sie hindurch sichtbar ist. Das Laminat weist außerdem eine Unterlagenschicht in Bahnenform auf, die aus unterschiedlichen Polymeren hergestellt ist. Das sich ergebende Laminat wird in eine dreidimensionale Form thermoverformt, nachdem das gebildete Laminat in eine Spritzgußform plaziert wurde. Ein gießfähiges Harz wird hinter das Laminat gespritzt, um ein gegossenes Erzeugnis, wie z.B. eine Stoßstangenbeplankung zu bilden.
Aus der US-PS 44 51 522 ist eine übertragbare dekorative Lackfarbenbahn bekannt, bei der die Lackfarben-Auffrischungsbahn für eine Autokarosseriefabrikation verwendet wird. Eine haftende Schicht wird auf eine Trägerbahn gegossen gefolgt durch das Auftragen einer Farbschicht und danach durch das Auftragen einer Klarschicht. Die Farbschicht und die Klarschicht werden durch Fahrzeug-Farbsprühtechniken in der gleichen Folge aufgetragen, wie bei einem herkömmlichen Fahrzeugfarbsprühverfahren. Die bevorzugten Farbsprühverfahren erzeugen eine Fahrzeug-Lackfarbenlackierung auf der gegossenen dekorativen Bahn, mit der beabsichtigt wird, einen ursprünglichen Fahrzeug-Lackfarbenüberzug nachzuvollziehen. Die flexible Bahn wird direkt auf die Fahrzeugkarosserie bei einer Reparatur aufgetragen.

Zusammenfassung der Erfindung

Kurz gesagt, liefert eine Ausführungsform dieser Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Kunststofferzeugnisses, das einen Endfarbüberzug aufweist mit Oberflächeneigenschaften, die die Kriterien zur Verwendung des Fahrzeugäußeren erfüllen. Dabei sind Eigenschaften enthalten, die vorbestimmte Haltbarkeits-, Glanz- und andere Erscheinungsmerkmale bei dem fertigen Farbüberzug bereitstellen. In diesem Verfahren wird der Farbüberzug auf eine dreidimensional geformte Außenfläche eines Zwischenlaminats durch eine Kombination von Farbüberziehen, Trockenfarb-Übertragungslaminieren und Thermoformverfahren aufgebracht. Das thermoverformte Läminat kann dann mit einem gegossenen oder einem darunterliegenden Kunststoffsubstrat, z. B. durch Spritzumhüllungsverfahren verbunden werden, wobei der Farbüberzug diese Eigenschaften, die zur Verwendung des Fahrzeugäußeren ausreichend sind, durch diese Verfahrensstufen hindurch beibehält. Die Erfindung wird hierbei im Zusammenhang mit einem Farbüberzug beschrieben, der auf die Oberfläche eines Kunststoff-Fahrzeugkarosserieteils oder eine Beplankung aufgetragen wird, jedoch ist die Erfindung ebenso auf andere Erzeugnisse bei der Herstellung anwendbar, die einen Farbüberzug mit Eigenschaften haben, der ähnlich zu denen ist, die bei der Verwendung des Fahrzeugäußeren notwendig ist.
Bei der Berücksichtigung der Anwendung dieser Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Kunststoff-Fahrzeugkarosserieaußenbeplankung wird ein Farbüberzug, der ein synthetisches Harzmaterial umfaßt, in dünner Filmform auf eine flexible, wärmebeständige zeitweilige Gießfolie beschichtet. Der Farbüberzug wird auf der Folie, zum Härten ausreichend, getrocknet, und eine vorbestimmte Außenflächen-Glanzstufe wird von der Gießfolie auf den Farbüberzug übertragen. Der Farbüberzug umfaßt eine Klarschicht und eine getrennt pigmentierte Farbschicht. Die Klarschicht und die Farbschicht können aus getrennten Schichten aus dünner Folie sein, die getrocknet werden und dann miteinander verbunden werden. Die Farbschicht schafft in Kombination mit der Klarschicht eine Farbverbundschicht, die die Haltbarkeits-, Glanz- und andere Erscheinungseigenschaften aufweist, die für die Verwendung des Fahrzeugäußeren notwendig sind. Der Farbüberzug wird auf eine halbstarre, thermoformbare Kunstharz-Unterlagenbahn übertragen, so daß der Farbüberzug die Außenfläche der farbbezogenen Unterlagenbahn liefert. Das durch die Unterlagenbahn und den mit ihr verbundenen Farbüberzug gebildete Laminat wird danach thermoverformt, um ein dreidimensional geformtes vorgeformtes Laminat zu erzeugen, wobei Haltbarkeit-, Glanz- und andere Erscheinungseigenschaften beibehalten werden, sind für Fahrzeugaußenanwendungen notwendig sind. Die Thermoformstufe kann eine beträchtliche Dehnung des Farbüberzuges bewirken. Der Farbüberzug kann von ungefähr 50 % bis ungefähr 150 % oder mehr während des Thermoformens gedehnt werden, ohne daß ein wesentlicher Verlust seiner Fahrzeugaußenhaltbarkeit, Glanz- und anderer Erscheinungseigenschaften. In einer nachfolgenden Spritzumhüllungsstufe wird z.B. ein Kunstharz-Substratmaterial hinter das vorgeformte farbüberzogene Laminat gegossen, um das Laminat mit dem Substrat zu verbinden. Somit wird ein gespritztes Kunststofferzeugnis gebildet mit einer Farboberfläche, die die Fahrzeugaußenoberflächeneigenschaften beibehält. Das Substrat kann eine Karosserieaußenbeplankung eines Kraftfahrzeuges sein. Das Substratmaterial braucht normalerweise nicht eine den Anforderungen entsprechende Oberfläche zu haben, da die Unterlagenbahn Oberflächenfehler im Substratmaterial während der Spritzumhüllungsstufe absorbiert, um das minimale Oberflächenfehlerniveau und den Glanz beizubehalten, der für den Fahrzeugaußenfarbüberzug erforderlich ist.
In einer Ausführungsform umfaßt der Farbüberzug ein fluoriertes Polymer und ein Acrylharz enthaltendes Farbsystem mit thermoplastischen Eigenschaften. Die im Verhältnis zueinanderstehenden Mengen des fluorierten Polymers und von Acrylharzkompenenten in der Farbüberzugszusammensetzung schaffen ein ausreichendes Niveau der Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Mattwerden und eine ausreichende Dehnung für das Laminat, um in komplexe dreidimensionale Formen thermoverformt zu werden, während genügend Haltbarkeit und Erscheinungseigenschaften für das Endprodukt geschaffen werden, die für ein Fahrzeugaußenkarosserieteil oder eine Beplankung verwendbar sind.
In einer Ausführungsform kann die Klarschicht aus einem fluorierten Polymer und einer Acrylharz enthaltenden Beschichtung gebildet sein. In diesem Fall schafft die Klarschicht die Mehrheit der Haltbarkeits-, Glanz- und anderer Erscheinungseigenschaften, die für die Verwendung als ein Fahrzeugaußenfarbüberzug notwendig ist. Die Farbschicht kann auch ein thermoplastisches fluoriertes Polymer und ein Acrylharz enthaltendes Farbsystem umfassen. Andere Farbsysteme, die mit der Klarschicht und der Unterlagenbahn verträglich sind, können auch verwendet werden.
In einer Form der Erfindung umfaßt die fluorierte Polymerkomponente Polyvinylidenfluorid (PVDF), und die Acrylharzkomponente kann ein Polymethylmethacrylatharz, ein Polyethylmethacrylatharz oder Mischungen derselben einschließlich Copolymeren deren sein. Ein Endprodukt hat eine Oberfläche, die zur Verwendung des Fahrzeugäußeren geeignet ist, und die aus einem Farbsystem hergestellt wurde, das ungefähr 50% bis ungefähr 70% (PVDF) und aus ungefähr 30% bis ungefähr 50% Acrylharz des Gewichtes der gesamten PVDF- und Acrylharzfeststoffe ausschließlich der Pigmente besteht.
Diese Erfindung schafft außerdem einen Fährzeugaußen-Qualitätsüberzugs, der eine ungewöhnlich hohe Glanz- und Abbildungsunterscheidbarkeit (DOI-distinctiveness-of-image) zusammen mit anderen Haltbarkeitseigenschaften aufweist, die zur Verwendung für das Kraftfahrzeugäußere ausreichen. Diese Ausführungsform der Erfindung weist ein thermoformbares Laminat auf, das einen Farbüberzug aufweist, der mit dem Laminat verbunden ist, wobei der Farbüberzug vor dem Gießen auf eine Gießfolie als eine Lösung von Vinylidenfluorid und Acrylharz hergestellt wurde. Der Farbüberzug umfaßt zumindest eine Klarschicht aus Vinylidenfluorid und Acrylharz, der aus der Lösung geschichtet wurde, wodurch thermoverformte Laminate mit stark kombinierten Glanz- und DOI-Stufen hergestellt wurden. Gut kombinierte Glanz- und DOI-Stufen wurden experimentell erhalten, wenn sowohl die Klarschicht als auch die pigmentierte Basisschicht als eine Lösung aus Vinylidenfluorid im Acrylharz hergestellt wurde. In einem Experimentaltest einer fertigen Fahrzeugkarosseriebeplankung wurden eine 60º-Glanzstufe von mehr als ungefähr 75 Glanzeinheiten und einer DOI-Annäherung von ungefähr 90 Einheiten erzielt.
Verschiedene Formen der Erfindung werden hierbei offenbart. Eine Ausführungsform umfaßt ein thermoformbares Laminat, das einen Farbüberzug aufweist mit Eigenschaften, die zur Verwendung bei der Bildung einer Fahrzeugaußenendfarbgebung auf einer Kunststoff-Fahrzeugkarosserieaußenbeplankung geeignet sind. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung schafft ein Verfahren zum Auftragen eines Farbüberzuges auf eine Karosserieaußenbeplankung eines Fahrzeuges, wobei der Farbüberzug in seiner Endform die Haltbarkeits-, Glanz- und andere Erscheinungseigenschaften aufweist, die für die Verwendung des Fahrzeugäußeren notwendig sind. Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein selbstklebend ausgebildetes farbüberzogenes Laminat, das für die Verwendung bei einer Fahrzeugfarbreparatur möglich ist.
Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und Erzeugnisse der Herstellung, bei der ein laminierter Fahrzeugaußenüberzug schließlich ein Außenfinish auf einer stark profilierten Fläche eines gegossenen Kunststofferzeugnisses bildet. Der Farbüberzug hat eine ausreichende Kombination der Dehnung und des Widerstandes gegenüber dem Mattwerden, um einem Thermoformen ohne Aufreißen der Hochglanzfläche, die ursprünglich hergestellt wurde, zu widerstehen, wobei die Haltbarkeits- und Erscheinungseigenschaften beibehalten werden, die ausreichend für die Verwendung als ein Farbaußenüberzug einer Kunststoffahrzeugkarosseriebeplankung sind. Diese und andere Aspekte der Erfindung werden besser verstanden unter Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen.

Zeichnungen

Fig. 1 ist eine halbschematische Perspektivansicht, die ein Kraftfahrzeug veranschaulicht, bei dem eines oder mehrerer seiner Außenkarosserieteile oder Beplankungen aus einem gegossenen Kunststoffsubstrat besteht, das einen Farbüberzug aufweist, der entsprechend den Grundlagen dieser Erfindung hergestellt ist.
Fig. 2 ist eine Vorderansicht, die in einen hinteren Fensterbeplankungsabschnitt eines Kraftfahrzeuges veranschaulicht, bei dem ein äußerer Farbüberzug auf der Oberfläche der Fensterbeplankung entsprechend den Grundlagen dieser Erfindung ausgebildet ist.
Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2, die die komplexe dreidimensionale Form des Farbüberzuges veranschaulicht, der auf die Außenfläche der Fensterbeplankung übertragen wurde.
Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform der farbüberzogenen Trägerbahn veranschaulicht, die bei den Trockenfarb-Übertragungslaminierstufen dieser Erfindung verwendet werden. Die Filmdicken sind in der Größe übertrieben und nicht maßstabsgerecht zur Vereinfachung dargestellt.
Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Farbbeschichtungsstufe des Verfahrens veranschaulicht.
Fig. 6 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Laminierstufe des Verfahrens veranschaulicht.
Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine trockene Farbverbundschicht veranschaulicht, die während der Laminierstufe auf eine Unterlagenbahn übertragen wurde. Die Filmdicken sind in der Größe übertrieben und nicht maßstabsgerecht zur Vereinfachung dargestellt.
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die eine Thermoformstufe des Verfahrens veranschaulicht, bei dem ein farbüberzogenes Laminat vor dem Vakuumformen erhitzt wird.
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die eine andere Thermoformstufe des Verfahrens veranschaulicht.
Fig. 10 ist eine schematische Schnittansicht, die eine vorbereitende Stufe der Spritzumhüllungsstufe des Verfahrens veranschaulicht.
Fig. 11 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Substratmaterial veranschaulicht, das hinter das thermogeformte Laminat in einer Spritzgußform spritzgegossen wird.
Fig. 12 ist eine schematische Schnittansicht, die den verbundenen Schnittaufbau des fertig gegossenen Kunststofferzeugnisses veranschaulicht, das den Außen- Farbüberzug aufweist. Die Filmdicken sind in der Größe übertrieben und nicht maßstabsgerecht zur Vereinfachung dargestellt.
Fig. 13 ist ein Diagramm, das eine allgemeine Beziehung zwischen dem Oberflächenglanz und der relativen Mengen des Polyvinylidenfluorids und des Acrylharzes veranschaulicht, die in einer Ausführungsform des Farbüberzuges enthalten sind.
Fig. 14 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Ausführung des Laminates veranschaulicht, das einen Trockenfarbüberzugsfilm und eine selbstklebende Rückschicht zur Verwendung bei einer Fahrzeugfarbschichtausbesserung entsprechend den Grundlagen dieser Erfindung aufweist.

Ausführliche Beschreibung

Ein Farbüberzug mit einer Oberfläche, die zur Verwendung des Fahrzeugäußeren geeignet ist, wird auf ein gegossenes Kunststofferzeugnis durch eine Kombination der Farbbeschichtungs-, Trockenfarbübertragungslaminier- und Thermoformverfahren zum Bilden eines farbüberzogenen Laminates aufgetragen, das dann mit einem darunterliegenden Kunststoffsubstrat verbunden oder gegossen wird. Das thermobverformte Laminat kann mit dem Substrat mittels Spritzumhüllungsverfahren verbunden werden. Die Fahrzeugaußeneigenschaften der Haltbarkeit, des Glanzes und anderer Erscheinungskriterien werden hergestellt und während des Verfahrens beibehalten.
Die Fig. 1 bis 3 veranschaulichen eine Ausführungsform des Trockenfarbübertragungsverfahrens und des Erzeugnisses, bei dem die Fahrzeugaußenfarbschicht auf ein Karosserieaußenteil oder eine Beplankung eines Kraftfahrzeuges 20 übertragen wird. In der veranschaulichten Ausführüngsform wird der Farbüberzug auf die Außenfläche einer hinteren Fensterbeplankung bzw. eines Formteiles 22 des Fahrzeuges übertragen. Das hintere Fensterformteil kann aus einem mit Holz gefüllten Kunstharz-Kunststoffsubstrat 24 spritzgegossen sein, das den Aufbauabschnitt der Beplankung bildet. Der Farbüberzug 26 kann auf die Außenfläche des Substrates mittels Farbbeschichtungs-, Trockenfarbübertragungslaminier-, Thermoform- und Spritzumhüllungsverfahren, die nachstehend beschrieben werden, übertragen werden. Der Farbüberzug 26 hat Eigenschaften, die für einen Fahrzeugaußen-Farbüberzug verwendbar sind, und diese Eigenschaften werden auch nachstehend detaillierter beschrieben. Die Verwendung des Verfahrens und des Erzeugnisses dieser Erfindung wird im Zusammenhang mit Fahrzeugaußenkarosserieteilen und Beplankungen beschrieben, obwohl andere Endverwendungen des Verfahrens und des Erzeugnisses ebenso möglich sind, ohne vom Erfindungsbereich abzuweichen. Zur Vereinfachung werden Fahrzeugaußenkarosserieteile und Beplankungen nachstehend als Fahrzeugkarosseriebeplankungen bezeichnet.
Das Kunststoffsubstratmaterial 24 kann große Mengen an Füllmaterialien enthalten, die eine normalerweise nicht den Anforderungen entsprechende Oberfläche des Substrates erzeugen können. Beim Ausführen der Erfindung wird der Farbüberzug 26 auf die Oberfläche des Substrates übertragen, so daß irgendwelche Mängel in der darunterliegenden Aufbauschicht durch das Laminat absorbiert werden, womit ein perfekt glatter, makelloser Farbüberzug dargestellt wird, dessen Eigenschaften zur Verwendung für das Kraftfahrzeugäußere ausreicht. Das hintere Fensterformteil dient als ein Beispiel für die Art einer stark profilierten Außenfläche, auf die der Farbüberzug übertragen werden kann. Unter Bezugnahme auf das hintere Fensterformteil 22 in den Fig. 2 und 3 hat das Formteil eine große rechteckig geformte Fensteröffnung 28 mit einer breiten Umrandung 30, die eine stark profilierte Außenfläche aufweist, die sich um die Fensteröffnung herum erstreckt. Die komplex geformte, mehrfach profilierte Fläche weist eine gekrümmte Außenkante 32 mit einem keilförmigen Querschnitt auf, der sich um den Umfang des Formteiles herum erstreckt, weist einen sich länglich erstreckenden, gekrümmten und schmalen ausgesparten Bereich 34 auf, der sich innerhalb der Außenkante erstreckt, und weist einen breiten Umrandungsabschnitt 36 mit einer angehobenen Höhe innerhalb des ausgesparten Bereiches 34 auf, der sich um den gesamten Umfang der Fensteröffnung herum erstreckt. Der breite Umrandungsbereich 36 befindet sich auf der gleichen Höhe wie die Fläche eines breiten Endteiles 38 an einer Fensteröffnung. Eine Innenkante 40 des breiten Umrandungsabschnittes 36 hat eine keilförmige Querschnittsdicke und erstreckt sich um die Innenseite der Fensteröffnung herum. Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, haftet der Fahrzeugaußen-Farbüberzug 26 an der komplex geformten Außenfläche des hinteren Fensterformteiles, wobei aber der Farbüberzug auch eine haltbare, hochglänzende Außenfläche liefert, die auf anderen Fahrzeugkarosseriebeplankungen mit unterschiedlichen uneben geformten dreidimensionalen Flächenkonfigurationen sowie bei anderen Erzeugnissen der Herstellung verwendbar ist.

Farbüberzug

Das Verfahren weist zuerst die Stufe des Beschichtens eines Farbüberzuges oder eines Abschnittes eines Farbüberzuges auf einen oder mehrere provisorische Trägerbahnen auf. Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform eines farbüberzogenen Trägers 41, der in Kombination einen flexible, faltbare, wärmebeständige selbsttragende Trägerbahn 42 aufweist, die auch beim Stand der Technik als eine Gießfolie bezeichnet wird und einen übertragbaren, haftfähigen, flexiblen Farbüberzug 44 aufweist, der auf eine Fläche des Trägers aufgeschichtet wird. Der Farbüberzug 44 ist eine nicht selbsttragende, flexible Kunstharzbeschichtung in trockener Filmform. Der Farbüberzug 44 aufweist, umfaßt eine Kombination einer äußeren Klarschicht und einer Farbschicht oder eine Kombination einer äußeren Klarschicht und einer Farbtonschicht. Der Farbüberzug 44 weist eine Klarschicht 45 auf, die auf den Träger beschichtet wurde und getrocknet wurde und weist eine Farbschicht 46 auf der getrockneten Klarschicht auf. Die Farbschicht kann auf die getrocknete Klarschicht aufgebracht werden. Alternativ dazu können die Klarschicht und die Farbschicht getrennt auf entsprechende Trägerbahnen aufgebracht und auf ihren jeweiligen Trägern getrocknet werden. Die Farbschicht kann dann später mit der Klarschicht verbunden werden. Die Kombination der Klarschicht mit einer Farbschicht wird hierbei als Farbüberzug 44 oder als Verbundfarbschicht zur Vereinfachung bezeichnet.
Der farbüberzogene Träger kann wahlweise auch eine Grundschicht 47 aufweisen, die auf die getrocknete Farbschicht aufgebracht wurde. Die Grundschicht stellt ein Anhaften an die Unterlagenbann in einer darauffolgenden Laminierstufe her. In einer nachstehend beschriebenen Ausführungsform wird eine thermoplastische Polyolefinunterlagenbahn verwendet, und eine thermoplastische chlorierte Polyolefingrundschicht liefert ein besseres Anhaften zwischen dem Farbüberzug und der Unterlagenbahn.
Die Trägerbahn 42 ist bevorzugterweise eine Polyestergießfolie, die eine hochglänzende Oberfläche 48 hat. Der Träger kann ein Polyesterfilm, wie z.B. Mylar (ein Warenzeichen von DuPont), American Hoechst 3000 Polyesterfilm od. dgl. sein. Die bevorzugte Foliendicke der Trägerbahn ist ungefähr 0,05 mm (2 Mil). Polyesterfolien werden bevorzugt, weil die Hochglanzfläche 48 zum Übertragen einer Hochglanzstufe auf eine Oberfläche 49 der Klarschicht 45 in Kontakt mit dem Träger geeignet ist, wobei die übertragene Glanzstufe für die Verwendung des Kraftfahrzeugäußeren geeignet ist. Alternativ dazu können die Schichten auf ein poliertes Metallband gegossen werden. Wenn die Farbschicht auf eine getrennte Trägerbahn gegossen wird, ist der Oberflächenglanz, der von dem Träger auf die Farbschicht übertragen wird, nicht kritisch. Die Polyesterträgerfolie hat eine genügend hohe Wärmebeständigkeit, um eine axiale Streckung bei den Temperaturen auszuhalten, die während des nachfolgenden Farbüberzugtrocknens und den Laminierstufen aufgebracht werden. Die Klarschicht kann auf die Polyesterträgerfolie ohne eine Abtrennschicht auf die Hochglanzfläche 48 des Trägers aufgebracht werden. Dies kann ein getrenntes Beschichten vermeiden, welches wiederum nachteilig die Übertragung der Hochglanzfläche vom Träger auf die Oberfläche 49 der Klarschicht beeinflussen könnte. Die Zusammensetzung der Klarschicht ist solchermaßen, daß die Klarschicht leicht von der Trägerbahn übertragen werden kann und die Hochglanzfläche des Trägers reproduzieren kann, nachdem die Klarschicht trocknet und nach nachfolgenden Trockenfarbübertragungs-Laminierstufen, bei der der Farbüberzug vom Träger auf ein Laminat übertragen wird, wie nachstehend beschrieben wird.
Als eine frei wählbare Stufe kann ein dünner Film aus Wachs (nicht gezeigt) auf die Trägerbahn geschichtet und getrocknet werden, gefolgt vom Beschichten der Klarschicht 45 auf den dünnen Film aus Wachs. Das Wachs wird in einer Filmdicke (weniger als 0,25 um (0,01 Mil) und vorzugsweise 0,025 um (0,001 Mil)) beschichtet, was eine ungünstige Einwirkung auf die Klarschicht vermeidet, die den Oberflächenglanz des Trägers reproduziert.
Die Klarschicht 45 ist eine transparente oder im wesentlichen transparente thermoplastische Kunstharzbeschichtungszusammensetzung, die in Dünnfilmform auf die Oberfläche der Trägerbahn in einem flüssigen Zustand aufgebracht wird. Später wird Wärme auf die Klarschicht aufgebracht, um sie ohne Vernetzung des Harzes zu trocknen, während sich die Klarschicht auf dem Träger befindet. Die bevorzugte Trockenfilmdicke der Klarschicht beträgt ungefähr 12,7 um (0,5 Mil) bis ungefähr 38,1 um (1,5 Mil). Vorzugsweise wird die Klarschicht auf die Trägerbahn mittels einem Beschichtungsverfahren mit gleichsinnig laufenden Walzen aufgebracht, wie in Fig. 5 veranschaulicht wird, obwohl die Klarschicht auch durch Tiefdrucken oder ein anderes herkömmliches Beschichtungsverfahren aufgetragen werden kann. Unter Bezugnahme auf das Beschichtungsverfahren mit gleichsinnig laufenden Walzen in Fig. 5 wird der Klarschichtlack 46 von einem Streichmassentrog 50 aufgenommen, der einen Lackeinlaß 52 im Hauptabschnitt des Troges und einen Lackabfluß 54 auf der gegenüberliegenden Seite eines Wehres 56 aufweist. Eine Auftragwalze 58 dreht sich, um den Lack aus dem Trog aufzunehmen und ihn auf eine zuvor unbeschichtete Polyesterfolie 42 aufzutragen, die über eine Führungswalze 60 läuft und die dann zwischen der Auftragwalze und einer rückseitig gummierten Walze 62 hindurchläuft. Eine Dosierwalze 64, die an die Auftragwalze angrenzt, dreht sich in der gleichen Richtung wie die Auftragwalze. Eine Rakel 66 streift die Oberfläche der Dosierwalze ab, um die Dicke der Beschichtung auf der Auftragwalze zu steuern. Der einstellbare Spalt zwischen der Dosierwalze und der Auftragwalze steuert die Dicke der Beschichtung auf der Oberfläche der Auftragwalze. Die Beschichtung, die durch die Auftragwalze aufgenommen wird, wird dann auf die Polyesterfolie 42 aufgetragen, wenn die Folie in Kontakt mit der gleichsinnig laufenden Auftragwalze gerät. Die aufgetragene Beschichtung auf der Folie wird mit 68 gezeigt. Die beschichtete Folie durchläuft dann einen Trockenofen.
Die Klarschicht wird mit Ofentemperaturen im Bereich von ungefähr 121ºC (250ºF) bis ungefähr 204ºC (400ºF) getrocknet. Vorzugsweise wird die Klarschicht in Mehrfachzonen getrocknet, die entlang der Längsachse des farbüberzogenen Trägers in Reihe mit den gleichsinnig laufenden Beschichtungswalzen voneinander beabstandet sind. Ein bevorzugtes Trocknungsverfahren schließt die Verwendung von drei Heizzonen mit einer fortschreitend höheren Temperatur ein, die in jeder nachfolgenden Zone aufgebracht wird. Die Lösungsmittelgase, die in der Klarschicht enthalten sind, werden im wesentlichen alle in dem Mehrfachtrocknungsverfahren abgeleitet. Das gleiche Mehrfachstufen-Trocknungsverfahren wird zum Trocknen der Farbschicht 46 und der Grundschicht 47 verwendet. Der Polyesterträger ist gegenüber Wärme mit einer Temperatur von mehr als ungefähr 232ºC (450ºF) beständig, so daß sich der Träger während der Trocknungsstufe nicht verformt. Die Polyesterträger-Filmdicke von ungefähr 2 Mil unterstützt den Film beim Aushalten der Streckung während der Trocknungsstufen. Dieses sichert eine Hochglanzstufe ab, die durch die Fläche 49 auf die getrocknete Klarschicht von der Hochglanzfläche 48 des Trägers reproduziert wird. Dieses ermöglicht auch die Verwendung von hochtemperaturbeständigen Hochglanzfarbsystemen, die wegen der Temperaturbegrenzungen der Kunststoffmaterialien nicht auf Kunststoffsubstrate direkt aufgebracht und getrocknet werden können.
Die Klarschichtzusammensetzung erzeugt einen Außenfilm in Trockenfilmform, der in Kombination mit der darunterliegenden Farbschicht eine Farbverbundschicht erzeugt, die Eigenschaften aufweist, die als Fahrzeugaußen-Farbüberzug verwendbar sind. Ein solcher Farbüberzug ist prinzipiell gekennzeichnet durch eine Kombination von Fahrzeugaußen-Haltbarkeitseigenschaften und Glanz- und anderen Erscheinungseigenschaften des fertigen Farbüberzuges. Die Richtlinien für einen Farbüberzug für die Verwendung des Fahrzeugäußeren, wie sie hierin definiert sind, schließen mechanische Eigenschaften der Härte, der Abriebfestigkeit, der Wärmestabilität, die die Wärmebeständigkeit einschließt, die Beständigkeit gegenüber Benzin und Säuren, Reinigungsfähigkeit, Haftfähigkeit, gewisse Witterungsbeständigkeitseigenschaften, wie z.B. UV-Beständigkeit und Beständigkeit gegenüber Wasser und Feuchtigkeitseinwirkungen und Schlagfestigkeit ein. Zur Vereinfachung werden diese Eigenschaften hierbei insgesamt als "Haltbarkeitseigenschaften" bezeichnet.
Die Witterungsbeständigkeit, die teilweise mittels UV-Beständigkeitseigenschaften gemessen wird, ist eine Haltbarkeitseigenschaft, die gewöhnlicherweise beim Stand der Technik verwendet wird, um Standards zu definieren für einen Fahrzeugaußen-Farbüberzug. Die Messung der UV-Beständigkeit kann ein Langzeit-Aussetzungstesten des Farbüberzuges für eine Zeitdauer von zwei Jahren in einem Testverfahren erfordern. Gewisse Langzeit-UV-Tests des Farbüberzuges dieser Erfindung wurden nicht bis heute abgeschlossen, aber andere Kurzzeit-Beschleunigungs-UV-Beständigkeits- und Witterungsbeständigkeitstests des Farbüberzuges wurden abgeschlossen und werden nachstehend beschrieben.
Zusätzlich zu den Haltbarkeitseigenschaften schließen die Richtlinien für einen Fahrzeugaußen-Qualitätsfarbüberzug auch Tests ein, um die visuellen Erscheinungsqualitäten der fertigen Oberfläche zu messen. Diese Kriterien schließen den Glanz, die Abbildungsunterscheidbarkeit, die Trockenfilmdicke und die Verbergungsfähigkeit oder Lichtundurchlässigkeit des Farbüberzuges ein. Diese Eigenschaften werden gemeinsam hierin als "Glanz-und andere Erscheinungseigenschaften" bezeichnet.
Somit kann ein Farbüberzug eine Kombination von vorbestimmten physikalischen Eigenschaften haben, die gemeinsam definieren, ob der Farbüberzug zur Verwendung als eine Fahrzeugaußen-Endfarbgebung geeignet ist. Im allgemeinen schafft der Farbüberzug dieser Erfindung in Trockenfilmform eine Kombination der oben beschriebenen Haltbarkeits- und Erscheinungseigenschaften, einschließlich des Glanzes, die den Farbüberzug befähigen als ein Fahrzeugaußen-Farbüberzug zu wirken.
Die Kriterien, die verwendet werden, um zu definieren, ob ein Farbüberzug für die Verwendung eines Fährzeugäußeren geeignet ist, sind in der Automobilindustrie nicht durchgängig einheitlich vorhanden. Gewisse Standards können bei einem Autohersteller vom nächsten abweichen und vom einen Fahrzeugmodell zum nächsten bei einem vorbestimmten Autohersteller abweichen. Die meisten Kriterien, die zur Definition einer Fahrzeugaußen-Qualitätsoberfläche für das Verfahren dieser Erfindung verwendet wurden, wurden von Richtlinien und Testverfahren übernommen, die in bestimmten Testprogrammen von General Motors Fiero und Pontiac Grand AM verwendet wurden. Diese Kriterien werden hierin offenbart als ein Beispiel der Verfahren, die verwendet werden können, um zu messen, ob ein Farbüberzug ausreichende Eigenschaften aufweist zur Verwendung des Fahrzeugäußeren, obwohl andere Kombinationen von Testkriterien und Testmethoden auch für diesen Zweck verwendet werden können. Die Richtlinien und die Testverfahren zum Messen der Eigenschaften des Fahrzeugaußen-Farbüberzuges nach dieser Erfindung werden ausführlich nachstehend beschrieben.
Zusätzlich zu den Eigenschaften der Haltbarkeit und des Aussehens verleiht die Klarschichtzusammensetzung der Farbverbundschicht genügend Streckung bei den Thermoformtemperaturen, um den Farbüberzug zu befähigen, in komplexe dreidimensionale Formen thermoverformt zu werden ohne Mattwerden der Klarschicht und ohne Verminderung irgendwelcher Haltbarkeitseigenschaften unterhalb derer, die erforderlich sind für die Fahrzeugaußenoberfläche. In einer Ausführungsform wird der Farbüberzug mit Temperatur von ungefähr 138ºC (280ºF) bis ungefähr 232ºC (450ºF) thermoverformt. Ein Laminat, das die Klarschicht als seine Außenfläche hat, ist geeignet, bei diesen Temperaturen thermoverformt zu werden, während die Haltbarkeit und Erscheinungseigenschaften der Farbverbundschicht aufrechterhalten werden. Eine Streckung des Farbüberzuges kann wesentlich sein, wenn die komplexen dreidimensionalen Formen des fertigen Erzeugnisses geformt werden. Die Streckung der Klarschicht (und der Farbverbundschicht) können größer als ungefähr 50 % und oft mehr als 100 % sein, um ein stark profiliertes fertiges Erzeugnis zu bilden. Kunststoff-Fahrzeugkarosserieteile und Beplankungen erfordern oft eine Tiefziehherstellung. Die Klarschicht ist auch zur Beibehaltung der Haltbarkeits- und Erscheinungseigenschaften des Farbüberzuges während einer nachfolgenden Spritzgußstufe geeignet.
Die Klarschicht ist aus einer transparenten thermoplastischen (unvernetzten) Kunstharzbeschichtungsverbindung zusammengesetzt. Die thermoplastischen Eigenschaften gestatten der Klarschicht in Trockenfilmform sich zu erweichen und sich zu deformieren und vakuumverformbar bei Thermoformtemperaturen zu sein, während Fahrzeugaußen-Haltbarkeitseigenschaften, Glanz- und andere Erscheinungseigenschaften beibehalten werden, nachdem die erhitzte und dreidimensional geformte Filmformbeschichtung in ihren stabilen oder erstarrten Zustand zurückgekehrt ist. In Trockenfilmform hat die Klarschicht eine Streckbarkeit im Bereich von ungefähr 40 % bis ungefähr 150 % oder mehr bei einer Filmdicke von ungefähr 12,7 um (0,5 Mil) bis ungefähr 38,1 um (1,5 Mil) und bei Thermoformtemperaturen von ungefähr 138ºC (280ºF) bis ungefähr 232ºC (450ºF).
In einer Ausführüngsform umfaßt die Klarschicht eine Mischung aus einem thermoplastischen fluorierten Polymer und einem Acrylharz. Die Klarschicht enthält vorzugsweise das fluorierte Polymer und Acrylharz als Grundbestandteile. Der fluorierte Polymerbestandteil ist vorzugsweise ein thermoplastischer Fluorkohlenwasserstoff, wie z . B. Polyvinylidenfluorid (PVDF). Das fluorierte Polymer kann auch Copolymere und Terpolymere des Vinylidenfluorids aufweisen. Ein thermoplastischer Fluorkohlenwasserstoff, der in der Klarschicht verwendet wird, ist das Polyvinylidenfluorid, das als Kynar, ein Warenzeichen von Pennwalt Corp., bekannt ist. Dieses Polymer ist ein Polymer mit einem hohen Molekulargewicht (400.000), das eine nützliche Mischung aus Haltbarkeit und chemischen Widerstandseigenschaften bereitstellt. Im allgemeinen wird ein PVDF-Harz mit einem hohen Molekulargewicht, mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ungefähr 200.000 bis ungefähr 600.000 verwendet.
Der Acrylharzbestandteil der Klarschicht kann auch Polymethylmethacrylat oder ein Polyethylmethacrylatharz oder Mischungen von diesen sein, einschließlich der Methacrylatcopolymerharze und geringer Mengen anderer Comonomere sein. Die Klarschicht kann auch geringe Menge von Blockcopolymeren und/oder Kompatibilisierer aufweisen, um die gemischten PVDF- und Acrylharzsysteme zu stabilisieren und eine Vereinbarkeit zwischen den Folien herbeizuführen.
In einer Ausführungsform ist ein Grundbestandteil des Acrylharzes, der in der Klarschicht enthalten ist, ein Polymethylmethacrylatharz mit einem mittleren Molekulargewicht, wie z.B. Elvacite 2010, einem Warenzeichen von DuPont. (In allen weiteren Bezeichnungen bezüglich der Elvacite-Harze sollte berücksichtigt werden, daß Elvacite ein Warenzeichen von DuPont für eine Gruppe ihrer Acrylharze ist). In einer anderen Ausführungsform kann der Grundbestandteil des Acrylharzes für die Klarschicht ein Polyethylmethacrylatharz mit einem hohen Molekulargewicht sein, wie z.B. Elvacite 2042. Der Acrylbestandteil der Klarschicht kann auch eine Mischung von Elvacite 2010 und einem Polymethylmethacrylatharz mit einem mittleren bis hohen Molekulargewicht, wie z.B. Elvacite 2021 sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Acrylharzhestandteil Elvacite 2042 und ein Polyethylmethacrylatharz mit einem niedrigen Molekulargewicht, wie z.B. Elvacit 2043 sein. Andere ähnliche Kombinationen von Acrylharzen, ihren Homopolymeren und Copolymeren können als ein Bestandteil der Klarschicht verwendet werden. Im allgemeinen hat der Acrylharzbestandteil ein hochgewichtiges durchschnittliches Molekulargewicht von ungefähr 50.000 bis ungefähr 400.000.
Die PVDF- und einer Acryl-basierenden Klarschichtzusammensetzung kann als eine Lösung von PVDF im Acrylharz und Lösungsmittel hergestellt werden. Experimentelle Tests von fertiggestellten Fahrzeugkarosseriebeplankungen, bei denen der Farbüberzug aus einer Lösung von PVDF in Acrylharz hergestellt wurden, zeigten hohe Stufen des Glanzes und der Abbildungsunterscheidharkeit. Die experimentellen Testergebnisse werden im Beispiel 11 nachstehend beschrieben.
Die PVDF- und auf einem Acrylharz basierende Klarschichtzusammensetzung kann auch aus einer Dispersion des PVDF in einer Lösung des Acrylharzes hergestellt werden. In einer Ausführungsform kann die Klarschichtzusammensetzung durch Mischen des Acrylharzes mit einem brauchbaren organischen Lösungsmittel und durch Anwenden von Wärme, um das Harz aufzulösen, hergestellt werden. Die Mischung wird dann ausreichend abgekühlt, bevor der PVDF-Bestandteil dazugegeben wird, so daß sich das PVDF nicht auflöst, aber als eine Dispersion in der acrylgelösten Basismischung beibehalten wird. Durch Beibehaltung des PVDF-Bestandteiles als eine Dispersion in der Klarschicht kann die Lösungsmittelverdampfung während des Trocknens der Klarschicht verbessert werden.
Eine bevorzugte Zusammensetzung der getrockneten Klarschicht umfaßt ungefähr 50 bis ungefähr 70 Gew.-% PVDF und ungefähr 30 bis ungefähr 50 Gew.-% Acrylharz. In einigen Fällen beträgt der Maximalgehalt des PVDF-Bestandteiles ungefähr 65 % mit einem Ausgleich, der besonders das Acrylharz umfaßt. Diese Feststoffbereiche basieren auf relativen Proportionen der PVDF- und Acrylbestandteile nur in der Klarschichtzusammensetzung. Andere geringe Mengen von Feststoffen, wie z.B. UV-Stabilisatoren, Blockcopolymeren und Kompatibilisatoren können auch in der Klarschichtzusammensetzung enthalten sein.
In einer Ausführungsform wurde eine erfolgreiche experimentelle Fahrzeugkarosseriebeplankung mit Fahrzeugaußen- Oberflächeneigenschaften mit einem Farbsystem hergestellt, bei dem die getrocknete Klarschicht im wesentlichen aus ungefähr 50 Gew.-% PVDF und ungefähr 50 Gew.-% Polymethylmethacrylatharz besteht. Diese Klarschicht lieferte einen hohen Glanz (nach dem Thermoformen) und gute Fahrzeugaußeneigenschaften des Aussehens und der Haltbarkeit. Bei einer anderen erfolgreichen experimentellen Fahrzeugkarosseriebeplankung mit guten Fahrzeugaußenerscheinungs- und Haltbarkeitseigenschaften einschließlich des Glanzes bestand die getrocknete Klarschicht im wesentlichen aus ungefähr 65 Gew.-% PVDF und ungefähr 35 Gew.-% Polyethylmethacrylatharz.
Der Acrylharzbestandteil der Klarschicht ist wegen seiner Vereinbarkeit mit dem PVDF in Trockenfilmform wünschenswert. Der Acrylbestandteil wird zu dem PVDF in einer Menge zugegeben, die das Mattwerden der fertigen Klarschicht während des Thermoformens verhindert. Das Acrylharz wird außerdem in einer Menge zugegeben, die eine transparente Klarschicht in Trockenfilmform ergibt. Allgemein gesagt wächst die Transparenz und die Abbildungsunterscheidbarkeit der Farbverbundschicht im Verhältnis mit der Menge des Acrylharzes, das dem PVDF-Acrylsystem zugegeben wird. Es wurde ermittelt, daß eine reine PVDF-Klarschicht beträchtlich gute Eigenschaften hinsichtlich der Haltbarkeit und der Streckung aufweist, aber eine solche 100 %-PVDF-Beschichtung ist normalerweise nicht transparent und wird außergewöhnlich matt, wenn sie auf normale Thermoformtemperaturen erwärmt wird. Wenn genügend Acrylharz zu dem PVDF-Bestandteil Zugegeben wird, wird die resultierende Klarschicht ann transparent und kann einem Mattwerden bei den Thermoformtemperaturen widerstehen. Die erhöhte Transparenz der Klarschicht verbessert die Glanzstufe der fertigen Klarschicht. Das Acrylharz wird mit dem PVDF auch in einer Menge kombiniert, bei der eine ausreichende Streckung beibehalten wird, damit die Klarschicht (und die Farbschicht, die mit ihr verbunden ist) thermoverformbar ist (als ein Teil des nachstehend beschriebenen Laminats) in komplexe dreidimensionale Formen, während die Fahrzeugaußen-Haltbarkeitseigenschaften und Erscheinungseigenschaften, einschließlich des Glanzes des fertigen Farbüberzugs beibehalten werden. Es wurde ermittelt, daß eine PVDF-acrylbasierende Klarschicht, die mehr als ungefähr 35 Gew.-% Acrylharz und weniger als ungefähr 65 bis 70 Gew.-% PVDF des Gesamtgewichtes der PVDF und Acrylfeststoffe enthält, ein Mattwerden während des Thermoformens vermeidet, während eine ausreichende Streckung erzielt wird.
Es wird angenommen, daß das Mattwerden einer PVDF- und acrylharzbasierenden Klarschicht in einigen Fällen durch Kristallisieren der Klarschicht verursacht werden kann, wenn diese nach dem Thermoformen abgekühlt wird. Es wird auch angenommen, daß eine größere Kristallisierung der PVDF-acrylbasierenden Klarschicht zumindest teilweise durch angemessene höhere Thermoformtemperaturen bewirkt wird. Der Zusatz des Acrylharzes zum PVDF in der Klarschichtzusammensetzung kann ein Kristallisieren des PVDF beim Abkühlen beim Thermoformen bei normalen Thermoformtemperaturen verhindern. Die Verwendung des Polymethylmethacrylats als der vorherrschende Bestandteil des Klarschichtacrylharzes kann wünschenswert sein, weil es eine höhere Glanzstufe als Polyethylmethacrylat erzeugt. Es wird angenommen, daß die höheren Glanzergebnisse aus einer niedrigeren Kristallisierungsgeschwindigkeit des Polymethylmethacrylats während des Abkühlens resulieren. Es wird auch angenommen, daß das Mattwerden in einigen Fällen durch Mikroreißen der Klarschichtfläche während des Thermoformens verursacht werden kann. Die Verwendung einer gewissen Menge von einem weicheren Acrylharz als Polymethylmethacrylat, wie z.B. Polyethylmethacrylat kann in einigen Fällen eine hohe Glanzfläche der Klarschicht nach dem Thermoformen erzeugen, besonders in Kombination mit niedrigeren Thermoformtemperaturen.
Hinsichtlich des Ausmaßes des Mattwerdens der Klarschicht, die durch eine nicht gleichförmige Koaleszenz des PVDF-Bestandteiles im Harzsystem verursacht wird, wird angenommen, daß dieses Problem durch eine gleichförmigere gemischte Dispersion des PVDF im Acrylharz oder die Verwendung eines Systems basierend auf einer Lösung überwunden werden kann.
Der PVDF-Bestandteil der Klarschicht ist wünschenswert, wegen der Fahrzeugaußen-Haltbarkeitseigenschaften und der Streckungseigenschaften, die in der resultierenden Klarschicht geschaffen werden, hauptsächlich in Kombination mit dem Acrylharzbestandteil. Der PVDF-Bestandteil schafft auch gute Witterungsbeständigkeitseigenschaften bei dem fertigen Farbüberzug. Es wurde ermittelt, daß eine reine thermoplastische Acrylharzklarschicht gute Härte- oder Widerstandsfähigkeitseigenschaften liefern kann, aber es mangelt ihr an Witterungsbeständigkeit. Eine reine Acrylharzklarschicht schafft auch Schwierigkeiten bei der Trennung aus der Spritzgußform nach der Spritzumhüllungsstufe. Ein vernetztes, wärmehärtbares Acrylharz, das gewöhnlicherweise für einen Autoaußenfarbüberzug verwendet wird, ist für das Verfahren nach dieser Erfindung nicht verwendbar. Wenn es thermoverformt wird, zersplittert oder reißt es auf, wenn das beschichtete Laminat mit Vakuum beaufschlagt wird. Ein in trockener Filmform vorliegendes PVDF und eine acrylharzenthaltende Klarschicht, die ungefähr 30% bis ungefähr 50 % Acrylharz aufweist (vom Gewicht der gesamten PVDF-acrylbasierenden Feststoffe) hat genügend Streckbarkeit, um ein geeignetes Thermoformen und Spritzumhüllen zu gestatten, während die Fahrzeugaußenhaltbarkeit, der Glanz- und andere Erscheinungseigenschaften der fertigen Farbverbundschicht beibehalten werden.
Die Farbschicht 46 wird mit der Klarschicht verbunden, nachdem die Klarschicht auf der Trägerbahn getrocknet wurde. Die Farbschicht kann auf die getrocknete Klarschicht aufgetragen werden, oder die Farbschicht kann auf eine getrennte Polyestergießfolie aufgetragen, getrocknet und später von der Gießfolie auf die Klarschicht übertragen werden. In jedem Fall wird die Farbschicht vorzugsweise auf die Gießfolie durch Beschichtungsverfahren mit gleichsinnig laufenden Walzen aufgetragen, ahnlich zu denen, die in Fig. 5 veranschaulicht sind. Eine bevorzugte Trockenfilmdicke der Farbschicht liegt im Bereich von ungefähr 12,7 um (0,5 Mil) bis ungefähr 38,1 um (1,5 Mil). Die Farbschicht umfaßt eine thermoplastische Kunstharzbeschichtungszusammensetzung, die genügend Menge an Pigmenten enthält, um ein Erscheinungsbild zu liefern, das notwendig ist für die Verwendung des Fahrzeugäußeren bei dem fertiggestellten Erzeugnis. Spezifischerweise enthält die Farbschicht genügend Anteile an Pigmenten, so daß die Farbverbundschicht genügend Lichtundurchlässigkeit und Abbildungsunterscheidbarkeit beibehält und ein Spannungsweißwerden während der Thermoformstufe vermeidet, um als ein Fahrzeugaußen-Farbüberzug zu fungieren. Das Harzmaterial, das in der Farbschicht enthalten ist, fungiert in Kombination mit der Klarschicht, um die erforderliche Fahrzeugaußenfläche für den fertigen Farbüberzug herzustellen. Das heißt, obwohl die Klarschicht den Außenoberflächenabschnitt des fertigen Farbüberzuges liefert, werden die Fahrzeugaußeneigenschaften der fertigen Oberfläche nicht allein durch die Klarschichtzusammensetzung gesteuert. Die darunterliegende Farbschicht kann z.B. auf die Haltbarkeitseigenschaften des fertigen Farbüberzuges einwirken. Die Abriebfestigkeit ist ein Beispiel einer mechanischen Eigenschaft, die durch eine widerstandsfähigere Farbschicht in Kombination mit der äußeren Klarschicht gesteigert wird. Die Witterungsbeständigkeit des fertigen Farbüberzuges wird auch durch die Farbschichtzusammensetzung sowie die Klarschicht beeinflußt. Die Farbschicht umfaßt auch ein Harzmaterial, das für eine ausreichende Streckung während der Thermoformtemperaturen geeignet ist, um nicht die Fahrzeugaußeneigenschaften des fertigen Farbüberzuges zu stören.
Die Farbschicht wird vorzugsweise mittels Hindurchlaufen durch die gleichen Mehrfachheizzonen getrocknet, die beim Trocknen der Klarschicht verwendet werden. Die Trocknungstemperaturen in jeder der Zonen werden fortschreitend erhöht und können ungefähr die gleichen Temperaturen aufweisen, wie sie zum Trocknen der Klarschicht verwendet werden. Bevorzugterweise werden die gleichen Harzkomponenten mit einander vereinbarenden Lösungsmitteln in der Klarschicht und der Farbschicht verwendet, so daß das Haften zwischen Klarschicht und Farbschicht ohne des Bedarfs weiterer zusätzlicher Stabilisatoren oder Zusätze erfolgt wird. Die Farbschichtzusammensetzung ist vorzugsweise eine Kunstharzbeschichtungszusammensetzung, die thermoplastische Eigenschaften ähnlich denen der Klarschicht aufweist.
Obwohl die Farbschicht allein nicht alle notwendigen Fahrzeugaußeneigenschaften der Haltbarkeit und Erscheinung fordert, um eine verwendbare Farbverbundschicht herzustellen, wird eine Farbschichtzusammensetzung (ausschließlich der in der Beschichtung enthaltenen Pigmente) bevorzugt, die die meisten der gewünschten Fahrzeugaußen-Haltbarkeitseigenschaften aufweist. In einer Ausführungsform umfaßt die Farbschicht eine Mischung aus thermoplastischem fluoriertem Polymer und aus einem Acrylharz enthaltendem Farbsystem. Dieses Farbsystem kann ähnlich der PVDF und Acrylbasisbeschichtung sein, die bei der Klarschicht verwendet wird. Der fluorierte Polymerbestandteil kann auch Copolymere und Teerpolymere der Vinylidenfluoride einschließen. Die Farbschichtzusammensetzung kann durch Mischen des Acrylbestandteils mit brauchbaren organischen Lösungsmitteln und durch Anwenden von Hitze, um dem Acrylharz das Auflösen zu ermöglichen, hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der PVDF-Bestandteil in der Acrylharzlösung aufgelöst, obwohl das PVDF als eine Dispersion in dem Acrylbasissystem beibehalten werden kann. Das Pigment wird dann zu der PVDF-Acrylzusammensetzung zugegeben. Vorzugsweise umfaßt die Zusammensetzung der getrockneten Farbschicht (der PVDF und Acrylbasisfeststoffe, ausschließlich der Pigmente) ungefähr 50% bis ungefähr 70% PVDF und ungefähr 30% bis ungefähr 50% Acrylharz des Gewichtes der gesamten PVDF und Acrylfeststoffe. In einer bevorzugten Dispersionszusammensetzung umfaßt die getrocknete Farbschicht ungefähr 65 Gew.-% PVDF und ungefähr 35 Gew.-% Acrylharz. Der bevorzugte Acrylbestandteil für die Farbschicht ist ein Polyethylmethacrylatharz, wie z.B. Elvacite 2042 oder Elvacite 2043 oder Mischungen davon. Die relativ höhere Menge PVDF in der Farbschicht erzeugt eine weichere Folie und steigert daher die Streckeigenschaften.
Die Farbschicht kann auch eine wesentliche Pigmentstufe enthalten, um genügend Lichtundurchlässigkeit zu schaffen, um die gewünschte Kolorierung des fertigen Erzeugnisses beizubehalten. liefern. Bei einem stark profilierten dreidimensional geformten Erzeugnis kann eine große Pigmentmenge zur Verdeckung notwendig sein, gefolgt von nachfolgenden Thermoformstufen. Für die meisten Farben erzeugt eine Pigmentstufe von ungefähr 3 % bis ungefähr 30 % des Gewichtes der in der Beschichtung enthaltenen Feststoffe, auch als Pigment-Harzträger-Verhältnis bezeichnet, die gewünschte Lichtundurchlässigkeit bei dem fertigen Farbüberzug. Die Pigmentmenge, die verwendet wird, variiert in Abhängigkeit von der Farbe. Zum Beispiel wurde für eine rote Farbschicht, die für eine experimentelle Fahrzeugkarosseriebeplanküng verwendet wurde, eine Pigmentstufe von ungefähr 23 Gew.-% der gesamten Feststoffe verwendet. Für eine schwarze Farbschicht, die schwarze Kohlenstoffpigmente bei einer experimentellen Fahrzeugkarosseriebeplankung verwendete, wurden ungefähr 3 % bis 5 % Pigmente verwendet.
Das in der Farbschicht verwendete Pigment kann die Fahrzeugaußeneigenschaften beeinflussen. Es wurde entdeckt, daß ein fertiger Farbüberzug mit einer Hochglanzstufe mit einer nicht matt werdenden Außenklarschicht hergestellt werden kann, die auf eine Farbschicht aufgetragen werden kann, die andererseits selbst während des Thermoformens matt wird. Anders gesagt, kann eine Farbschicht, die normalerweise als Außenschicht matt wird als eine darunterliegende Farbschicht für eine Außenklarschicht verwendet werden, wenn die Klarschicht nach dem Thermoformen den Glanz erzeugen kann, der für die Verwendung des Fahrzeugäußeren notwendig ist.
Hinsichtlich der Mattwerdungserscheinung wurde entdeckt, daß eine sonstige Hochglanzaußenfläche einer Farbschicht, die auf ein Laminat in einer ebenen (planaren) Beschichtung mit einheitlicher Dicke gewöhnlicherweise matt wird, wenn das Laminat in eine komplexe dreidimensikonale Form thermoverformt wird. Es wird angenommen, daß solch ein Mattwerden durch die Partikel verursacht werden, die der Schicht als Pigmente zugesetzt werden, die die Außenfläche der Beschichtung während des Erweichens und der Streckung, was während des Thermoformens auftritt, durchdringen. Es wurde ebenso entdeckt, daß ein solches Mattwerden durch Beschichtung (oder Laminieren) der Außenklarschicht auf die Farbschicht mit genügender Filmdicke überwunden werden kann, wobei die Klarschicht als eine Barriere wirken kann, um die Farbschichtpigmentpartikel am Wandern aus der Farbschicht durch die Klarschicht hindurch und am Durchdringen der Oberfläche der Klarschicht während der Thermoformstufe zu hindern.
Die hohe Pigmentstufe in der Farbschicht kann auch mechanische Eigenschaften der Beschichtung beeinflussen, wie z.B. die Haltbarkeit und die Streckbarkeit. Im allgemeinen vermindert die in der Farbschicht enthaltene hohe Pigmentstufe die Streckung der Beschichtung. Das Pigment kann auch die Festigkeit oder Härte der Beschichtung vermindern. Eine Farbschicht, die selbst nicht alle die Haltbarkeitseigenschaften eines Fahrzeugaußen-Farbüberzuges hat, kann dennoch für das fertige Erzeugnis verwendbar sein. Jedoch sind die Streckungseigenschaften kritisch, weil die Farbschicht nicht der Streckung der Klarschicht während des Thermoformens entgegenwirken sollte. Wenn der Anteil des PVDF-Bestandteiles in der Farbschicht zumindest ungefähr gleich oder größer dem Anteil des Acrylbestandteiles in der Farbschicht ist, werden die Streckeigenschaften der Farbschicht gesteigert. Zusätzlich kann der Acrylbestandteil der Farbschichtzusammensetzung ein hochfestes Harz mit einem hohen Molekulargewicht sein, um der Farbschicht die Härte und Festigkeitseigenschaften, die durch das Zusetzen des Pigmentes zur Farbschicht verlorengingen, zurückzugeben. Der größere Anteil PVDF in der Farbschicht kann auch die Witterungsbeständigkeit des fertigen Farbüberzuges verbessern.
Somit schafft die gewünschte Farbschichtzusammensetzung die Erscheinungs- und Haltbarkeitseigenschaften, die in Kombination mit der Klarschicht eine Farbverbundschicht erzeugen, die die Eigenschaften aufweist, die für die Verwendung des Fahrzeugäußeren brauchbar sind. Die Farbschicht kann auch eine genügende Streckung beibehalten, um in Kombination mit der Klarschicht thermoverformt zu werden, so daß sich die Haltbarkeits- und Erscheinungseigenschaften, einschließlich des Glanzes des fertigen Farbüberzuges während des Thermoformens nicht verschlechtern. In einer Ausführungsform wurde eine experimentelle Fahrzeugkarosseriebeplankung aus einer Farbschicht hergestellt, die PVDF in einen Bereich von ungefähr 50 % bis ungefähr 70 % hatte und ein Polyethylmethacrylatharz mit hohem Molekulargewicht im Bereich von ungefähr 30 % bis ungefähr 50% des Gesamtgewichtes der Feststoffe ohne Pigmente enthielt. Diese Kombination erzeugte Haltbarkeits- und Erscheinungseigenschaften, einschließlich des Glanzes in dem fertigen Farbüberzug, der für die Verwendung des Fahrzeugäußeren genügte.
Als eine Alternative zu der PVDF- und Acrylharzkombination kann die Farbschicht auch andere Zusammensetzungen enthalten. Es wird angenommen, daß ein flexibles Reinacrylharz mit den erforderlichen Streckeigenschaften oder gewisse weichere Acrylcopolymere oder Acryldispersionslacke mit genügenden Dehnungs- und Haltbarkeitseigenschaften (besonders Witterungsbeständigkeit) auch als Farbschichtzusammensetzung verwendet werden können. Es wird außerdem angenommen, daß gewisse Urethan- und Vinylzusammensetzungen, wie z.B. Polyvinylchlorid Harzträger für akzeptable Farbschichten bereitstellen kann. Die Verwendung einer getrennten Farbschicht, die kein fluoriertes Polymer, wie z.B. PVDF enthält, kann die Kosten des fertigen Farbüberzuges vermindern.
Als nächstes wird die Grundschicht 47 auf die getrocknete Farbschicht aufgetragen, entweder wenn die Farbschicht auf die Klarschicht aufgetragen ist, oder wenn die Farbschicht nur auf eine getrennte Gießfolie aufgetragen ist. Die Grundschicht verbindet den Farbüberzug mit der Unterlagenbahn in der nachstehend beschriebenen Laminierstufe. Die Grundschicht umfaßt irgendein synthetisches Harzmaterial, das in der nachfolgenden Laminierstufe wärmeaktiviert wurde, um dem Farbüberzug mit der Unterlagenbahn zu verbinden. Die bevorzugte Trockenfilmdicke der Grundschicht beträgt ungefähr 2,5 um (0,1 Mil) bis ungefähr 25 um (1,0 Mil). Die Grundschicht wird bevorzugterweise als eine thermoplastische Schicht aufgetragen und in der gleichen Mehrfachtrocknungsstufe getrocknet, die beim Trocknen der Klarschicht und der Farbschicht verwendet wurde. Die Grundschicht wird bei einer Temperatur getrocknet, bei der die Lösungsmittel ohne Vernetzung des Harzes verdampfen. Die Grundschichtzusammensetzung kann variieren in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Farbschicht und der Unterlagenbahn mit der der Farbüberzug verbunden wird. Für einen PVDF-Acrylbasis-Farbüberzug wird eine auf einem Acrylharz basierende Grundschicht für ein brauchbares Verbinden des Farbüberzuges mit der Unterlagenbahn bevorzugt. In einer Ausführungsform, bei der der Farbüberzug an einer Unterlagenbahn anhaftet, die aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) hergestellt ist, umfaßt die Grundschicht ein Polymethylmethacrylatharz, wie z.B. Acryloid A-101 (ein Warenzeichen von Rohm & Haas Co.), das in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst wurde. In einer anderen Ausführungsform, bei der die Unterlagenbahn ein thermoplastisches Polyolefin ist, umfaßt die Grundschicht ein chloriertes Polyolefin.

Übertragung auf die thermoformbare Unterlagenbahn

Der farbbeschichtete Träger, der in Fig. 4 veranschaulicht ist, wird als nächstes auf eine thermoformbare Unterlagenbahn durch Trockenfarb-Übertragungslaminierverfahren laminiert. Die Laminierstufe wird in Fig. 6 veranschaulicht. Fig. 7 veranschaulicht schematisch ein thermoformbares Laminat 70, das nach der Trockenfarbübertragungslaminierstufe ausgebildet wurde. Das Laminat 70 weist die Farbverbundschicht 44 (Klarschicht und Farbschicht) auf, die mit einer Unterlagenbahn 72 über die Grundschicht 47 angehaftet wurde. Die Unterlag ist vorzugsweise eine halbstarre, selbsttragende, dünne flache Bahn aus einem synthetischen Harzmaterial. Die Unterlagenbahn ist aus einem Material hergestellt, das mit einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial kompatibel ist, das später verwendet wird, um die strukturelle Substratbasis des fertigen Erzeugnisses zu bilden. Vorzugsweise ist die Unterlagenbahn aus dem gleichen oder im wesentlichen dem gleichen Polymermaterial hergestellt, wie die Substratbasis des fertigen Erzeugnisses. Die Unterlagenbahn ist auch aus einem Material hergestellt mit einer Dicke, die geeignet ist zum Thermoformen in eine komplexe dreidimensionale Form zusammen mit der anhaftenden Farbverbundschicht ohne Verlust der Fahrzeugaußeneigenschaften des Farbüberzuges. Das Material, aus dem das Substrat gegossen ist, kann eine wesentliche Menge an Füllstoff enthalten und kann deshalb eine mangelhafte Oberfläche des Erzeugnisses erzeugen, das aus dem Substratmaterial gegossen wird. Das Laminat 70 haftet an der sonstig mangelhaften Oberfläche des gegossenen Substrats an, um die Oberflächeneigenschaften der Substratbeplankung zu verbessern und um eine hervorragend glatte Fahrzeugaußenendoberfläche zu erzeugen. Das Mehrfachschichtenerzeugnis in seiner Endform umfaßt eine besonders gute Ausführung eines fehlerfreien, dreidimensional geformten Farbüberzuges mit Fahrzeugaußeneigenschaften in Kombination mit der Unterlagenbahn 72, die eine Pufferschicht zwischen der nicht den Anforderungen entsprechenden Oberfläche des Substrats und des fertigen Farbüberzuges bildet. Das Unterlagenbahnmaterial minimiert die Oberflächenmängel, die auf die Farbschicht übertragen werden. Das bevorzugte Material, aus der die Unterlagenbann hergestellt wird, ist ABS. Ein bevorzugtes ABS-Material ist Borg Warner's Cycolac L.S. thermoplastisches Polyolefin (TPO's), das Polypropylene und Polyethylene aufweist, die auch verwendet werden können, sowie Polyester oder ein amorphes Nylon, wie z.B. Bexloy C-712, ein Warenzeichen von DuPont aufweist. Die Verwendung von TPO-Unterlagenbahnen und Substraten in einem Verbundaufbau wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Die Dicke der Unterlagenbahn kann variieren, aber im allgemeinen ist es für die Unterlagenbahn erforderlich, eine genügende Dicke zu haben, um die Mängel der Oberfläche des darunterliegenden Substrates zu isolieren oder absorbieren, während eine perfekte glatte Oberfläche des Farbüberzuges dargestellt wird. Die Unterlagenbahn ist auch nicht so dick, daß sie sonst die Streckungseigenschaften des Laminates während der nachfolgenden Thermoformstufe stören würde. Ein wünschenswerter Bereich der Dicke für die Unterlagenbahn, so wird angenommen, liegt zwischen ungefähr 0,25 mm (10 Mil) bis 0,75-1 mm (30 bis 40 Mil) mit einer bevorzugten Dicke von 0,5 mm (20 Mil) z.B. für eine ABS-Bahn.
Die Laminierstufe wird am besten verstanden unter Bezugnahme auf die schematische Ansicht in Fig. 6, bei der der farbüberzogene Träger 41 als auf einer oberen Abspulwalze 74 bevorratet gezeigt ist, und eine flexible 0,5 mm (20 Mil) dicke ABS-Unterlagenbahnen 20 wird auf einer unteren Abspulwalze 76 bevorratet. Der farbüberzogene Träger umfaßt die Klarschicht und die Farbschicht auf einer einzelnen flexiblen Gießfolie. Die farbbeschichtete Gießfolie 41 umläuft eine Trommel 47, und die Unterlagenbahnen 72 umläuft eine Trommel 78. Die Träger- und Unterlagenbahn läuft zwischen einer beheizten Laminiertrommel 79 und einer Gummistützwalze 80 hindurch. Die Laminiertrommel 79 ist vorzugsweise aus Stahl hergestellt und arbeitet vorzugsweise mit einer Temperatur von ungefähr 204ºC (400ºF) bis 218ºC (425ºF). Sie steht in Preßkontakt mit den sich überlappenden Bahnen, um diese auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreicht, um das Haftmittel in der Grundschicht zu aktivieren und die beiden Bahnen in Kontakt miteinander zu verpressen, um den Farbüberzug mit der Unterlagenbahn zu verbinden. Die Gummistützwalze 80 wird in Preßkontakt mit der Laminierwalze vorzugsweise mit einem Druck von ungefähr 53 kN/m (300 Pfund pro Linealzoll) gebracht. Die niedrige Geschwindigkeit, bei der die Bahnen während des Laminierens bewegt werden, sichert ab, daß sich das ergebende Laminat 70 auf eine Temperatur erhitzt, die sich der Temperatur der Laminiertrommel annähert. Dies erreicht das Unterlagenbahnmaterial etwas sowie aktiviert die wärmeaktivierte Grundschicht, um eine vollständige Verbindung zwischen dem Farbüberzug und der Unterlagenbahn abzusichern. Die Polyesterträgerbahn des farbüberzogenen Trägers hat eine Wärmebeständigkeit, die ausreichend oberhalb der Laminiertemperaturen liegt, so daß die Trägerbahn einer Streckung während der Laminierstufe widersteht. Nachfolgend zur Verbindungsstufe umläuft das flexible farbüberzogene Laminat 70 dann eine oder mehrere Abschreckwalzen 82 zum Abkühlen des Laminates auf Raumtemperatur. Danach läuft das Laminat 70 auf eine Laminataufspultrommel 84. Die Trägerbahn wird von dem Laminat vor der nachfolgenden Thermoformstufe abgezogen. Dieses hinterläßt eine glatte, fehlerfreie Hochglanzaußenfläche auf der Klarschicht, die die Hochglanzfläche auf der Trägerbahn reproduziert.
Das thermoformbare Laminat 70, wie es in Fig. 7 veranschaulicht ist, kann auch durch getrennte Laminierstufen ausgebildet werden, die der Laminierstufe gleichen, die in Fig. 6 veranschaulicht ist. In dieser Ausführungsform wird zuerst eine getrennte Farbschicht von einer Gießfolie auf die Unterlag übertragen. Die Farbschicht kann eine Grundschicht haben, um die Farbschicht mit der Unterlagenbahn zu verbinden. Die Gießfolie wird nach dem Laminieren abgezogen. Die getrocknete Klarschicht wird dann von einer getrennten Gießfolie zu der Fläche der Farbschicht übertragen, die der Unterlagenbahn gegenüberliegt. Keine Grundschicht ist notwendig, um die Klarschicht mit der Farbschicht während der Heißlaminierstufe zu verbinden.

Thermoformen

In der nächsten Stufe im Verfahren wird das Laminat 70, wie in Fig. 7 gezeigt ist, in eine gewünschte dreidimensionale Form thermoverformt. Die Fig. 8 und 9 veranschaulichen ein Beispiel einer Thermoformstufe, bei der das anfänglich flache Laminat in eine stark profilierte dreidimensionale Form zur Verwendung als Fläche einer Fahrzeugkarosseriebeplankung geformt werden kann. Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 werden getrennte Laminatbahnen individuell innerhalb eines Einspannrahmens 106 einer Vakuumformmaschine plaziert. Der Einspannrahmen ist auf einer Gleitbahn 108 hin- und zurückbewegbar. Die Laminatbahn ist anfänglich in dem Einspannrahmen in einer Position plaziert, wie sie in gestrichelten Linien mit 106 in Fig. 8 gezeigt ist.
Der Einspannrahmen wird dann entlang der Gleitbahn in einen Ofen 110 zum Erhitzen der Unterlagenbahn auf Thermoformtemperatur bewegt. Eine ABS-Unterlagenbahn wird auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 138ºC (280ºF) bis ungefähr 193ºC (380ºF) erhitzt, und bei Baxloy-Nylon wird die Bahn auf eine Temperatur von ungefähr 193ºC (380ºF) bis auf ungefähr 216ºC (420ºF) erhitzt. Diese Temperaturen sind tatsächliche Bahnentemperaturen, und nicht Ofentemperaturen. Die tatsächlichen Thermoformtemperaturen, die innerhalb dieser Bereiche verwendet werden, können ein Faktor sein bei der Verhinderung des Mattwerdens der Klarschicht während des Thermoformens. In einigen Fällen, die in den Beispielen nachstehend beschrieben sind, kann eine niedrigere Thermoformtemperatur ein Mattwerden oder die Bildung von kleinen Rissen in der Oberfläche des Farbüberzuges verhindern. Diese Erscheinung kann andererseits bei höheren Thermoformtemperaturen auftreten. Eine Druckunterstützung kann bei der Thermoformstufe verwendet werden, um die Thermoformtemperatur zu vermindern. Eine niedrigere Thermoformtemperatur von ungefähr 132ºC (270ºF) kann das Herstellen eines hohen Glanzes und Abbildungsunterscheidbarkeit bei der fertigen Oberfläche unterstützen. Bei Thermoformtemperaturen hängt das Laminat 70 durch, wie es mit gestrichelten Linien auf der rechten Seite von Fig. 8 gezeigt ist.
Nachdem das Laminat im Ofen 110 auf die gewünschte Temperatur erhitzt wurde, wird der Einspannrahmen zurück entlang der Gleitbahn weg vom Ofen 110 in seine ursprüngliche Position oberhalb eines Vakuumformgegenhalters 112 bewegt. Die Arbeitsfläche des Vakuumformgegenhalters 112 ist in den Fig. 8 und 9 als eine gekrümmte Fläche, jedoch nur auf dem Beispielswege, gezeigt. Andere Konfigurationen können in Abhängigkeit von der gewünschten dreidimensionalen Form abhängen, die der Oberfläche des fertigen Erzeugnisses gegeben wird.
Das vorgeformte Laminat wird als nächstes in die gewünschte dreidimensionale Form vakuumgeformt durch ein erstes Vakuumherstellen auf dem Vakuumformgegenhalter 112 durch seine Verbindung 114 mit einer Vakuumpumpe. Der Vakuumformgegenhalter 112 wird dann in die Position hochgeschoben, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, wo sie in den Einspannrahmen hochgeschoben wurde. Das Vakuum wird dann durch die Löcher in den Gegenhalter eingebracht, um den geschmolzenen Kunststoff in die Form der Arbeitsfläche des Gegenhalters zu zwängen. Ein zwangsläufiger Luftdruck kann auf die freie Fläche der Klarschicht auf die gegenüberliegende Seite der Unterlage aufgebracht werden, um den Formdruck zu erhöhen. Der Gegenhalter verbleibt lange genug in der Stellung, um den Kunststoff bis zu einem festen Zustand wieder abzukühlen, bevor der Gegenhalter in die Position zurückfällt, die in Fig. 8 gezeigt ist. Dieses hinterläßt den Kunststoff in der Form der Gegenhalters. Die bevorzugte Vakuumformstufe besteht darin, eine Patritzenvakuumschablone zu verwenden, bei der der Vakuumformgegenhalter 112 in direktem Kontakt mit der Unterlagenbahn ist, um nicht die Außenklarschicht 45 auf der gegenüberliegenden Seite der Unterlagenbahn zu berühren. Auf diesem Wege verdeckt die Unterlagenbahn die meisten irgendwelcher möglicher Fehler auf der Arbeitsfläche des Gegenhalters, und die Oberfläche der Klarschicht wird nicht beeinflußt, gestattet ihr aber, sich frei zu strecken.
In einer alternativen Thermoformstufe (nicht gezeigt), kann das Laminat 70 dem Thermoformer als eine kontinuierliche Bahn zugeführt werden. Das Laminat durchläuft zuerst den Ofen und läuft dann zu dem Thermoformgegenhalter, der in Reihe mit dem stromabwärtigen Ende des Ofens steht. Die kontinuierliche Bahn wird mit vorbestimmten Intervallen angehalten, um das Laminat auf die Thermoformtemperatur zu erhitzen, während ein zuvor erhitzter Bereich der Bahn in die gewünschte Form vakuumverformt wird.
Die Thermoformstufe erzeugt ein dreidimensional geformtes vorgeformtes Laminat 116, wie es in den Fig. 10 und 11 veranschaulicht ist. Zur Vereinfachung ist das vorgeformte Laminat veranschaulicht, wenn es die Unterlagenbahn 72 und die an ihr anhaftende Farbverbundschicht 44 umfaßt. Das Laminat ist in einer dreidimensional geformten Form nachfolgend der Thermoformstufe nur als ein mögliches Beispiel einer dreidimensionalen Form veranschaulicht. Andere komplexe dreidimensionale Formen sind auch möglich. Die Farbverbundschicht widersteht einer Streckung, die größer als ungefähr 40 % während des Thermoformens ist, ohne Mattwerden, Reißen, Spannungsweißwerden oder anderer merklicher Störungen der Fahrzeugaußenhaltbarkeits- und Erscheinungseigenschaften zu haben, die in der Farbverbundschicht vor dem Thermoformen vorhanden waren.

Verbinden des thermoverformten Laminates mit der Substratbeplankung

Die Fig. 10 und 11 Zeigen schematisch Stufen in einer nachfolgenden Spritzumhüllungsarbeitsstufe, bei der das vorgeformte Laminat 116 auf einer darunterliegenden Kunststoffsubstratbeplankung anhaftet. Die Spritzumhüllungsstufe ist ein Beispiel einer möglichen Einrichtung zum Anhaften des Laminats an dem Substrat. Nachfolgend zur Thermoformstufe wird das Laminat in einer Spritzgußform 117 plaziert und mit der Fläche des spritzgegossenen Substrates 118 verschmolzen. Fig. 10 zeigt eine erste Stufe in der Spritzumhüllungsstufe, bei der eine Kunststoffspritzgußform in ihrer offenen Position befindlich ist und das vorgeformte Laminat 116 in der Formhöhlung zwischen der vorderen und hinteren Formhälfte 120 und 122 plaziert ist. Die Innenfläche 124 der Formhälfte 120 ist der Außenkontur der farbüberzogenen Fläche des formgeformten Laminates angepaßt. Diese Fläche 124 der Form ist eine starre, hochglänzende, hochpolierte Oberfläche, die frei von Oberflächenfehlern ist, so daß Oberflächenfehler nicht auf die hochglänzende, klarschichtige Oberfläche des Laminates übertragen wird. Nachdem das Laminat in seine gewünschte Form vorgeformt ist, wird es auf die Form beschnitten bzw. entgratet und ist für das Spritzumhüllen fertig. Die vakuumverformte, mit einem Werkzeug geschnittene Bahn wird in die Spritzgußform gesetzt, und die Formhälften 120 und 122 werden unter Beibehaltung eines Raumes einer gewünschten Größe hinter dem Laminat zur Aufnahme des Spritzgußmaterials geschlossen. Wie am besten in Fig. 11 zu sehen ist, fließt das Spritzgußmaterial 118 durch einen Durchlaß 126 in der hinteren Formhälfte 122 in die Formhöhlung hinter das vorgeformte Laminat 116. Das Formmaterial paßt sich der Form der Formhöhlung an und wird dauerhaft mit dem Unterlagenbahnabschnitt des Laminats verschmolzen. Das Spritzgußmaterial kommt nicht in Kontakt mit dem Farbüberzug. Wie zuvor beschrieben wurde, sind die Gußmaterialien, aus der das Substrat 118 und die Unterlagenbahn 72 bestehen, kompatibel, so daß die beiden Materialien verschmelzen, um ein einstückiges geschmolzenes Substrat zu bilden, auf der der Farbüberzug einen fehlerfreien Endzustand bildet. Die Temperatur, mit der die Spritzgußform betrieben wird, liegt im wesentlichen unterhalb der Schmelztemperatur des Gußmaterials. In einer Ausführungsform, bei der eine ABS-Unterlagenbahn verwendet wird, hat das geschmolzene Material z.B. eine Temperatur von ungefähr 232ºC (450ºF). Um die Formflächen abzukühlen, kann ein Kühlwassermantel verwendet werden. Während der Spritzumhüllung erweicht das Unterlagenbahnmaterial, wenn es mit dem Spritzgußmaterial verschmilzt, und die Oberfläche der Klarschicht reproduziert die Oberfläche der Form infolge des Drucks bei der Gießoperation. Beide Flächen der Form werden auf eine Temperatur in dem Bereich von ungefähr 71ºC (160ºF) bis auf 77ºC (170ºF) gekühlt, so daß der Farbüberzug auf dem Laminat stabil während des Spritzgießens bleibt. Dem Klarschichtmaterial wurde zum Zeitpunkt des Spritzgießens seine gesamten Lösungsmittelgase entnommen, so daß die Bildung von Gasen während des Spritzgießens im wesentlichen vermieden wird. Als ein Ergebnis dessen behält die Klarschicht ihre hohen Glanzflächeneigenschaften während der Spritzgießstufe bei.
Figur 12 zeigt schematisch das fertige Erzeugnis 130, das durch das Verfahren dieser Erfindung hergestellt wurde. In dem fertiggestellten Erzeugnis wurden das vorgeformte Laminat und seine Unterlagenbahn mit dem geschmolzenen Substrat 118 verschmolzen. In einer Ausführungsform kann das Erzeugnis ein Fahrzeugaußenkarosserieteil oder eine Beplankung sein. Die äußere Klarschicht 45 und die Farbschicht 46 wirken zusammen, um einen Farbüberzug mit Fahrzeugaußeneigenschaften auf der Oberfläche des Sübstrats zu bilden. Irgendwelche Fehler im Substratmaterial wurden durch die 0,5 mm (20 Mil) dicke Unterlagenbahn 72 absorbiert, um einen fehlerfreien Farbüberzug zu schaffen.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die in den Fig. 10 und 11 gezeigten Spritzgußstufen beschrieben wurde, können andere Verfahren zur Bildung des fertigen Erzeugnisses, das in Fig. 12 gezeigt ist, verwendet werden. Diese beinhalten, sind aber nicht darauf hegrenzt, die Verwendung einer Bahnengießverbindung (sheet molding compound-SMC), die Verwendung der Druckumhüllung und des Reaktionsspritzgießens (RIM), sowie von Selbstklebeverfahren oder Adhäsionsverbindungsverfahren. Ebenso können andere Kunststoffgießmaterialien anstatt ABS zur Verschmelzung der Substratbeplankung mit der farbüberzogenen Unterlagenbahn verwendet werden. Diese können thermoplastische Polyolefine (TPO) wie z.B. Polypropylene und Polyethylene, Polyester und amorphes Nylon aufweisen. In diesen Fällen besteht die Unterlagenbahn vorzugsweise aus dem gleichen Polymermaterial, wie das Spritzgußmaterial.

Eigenschaften des fertigen Farbüberzuges

Nachfolgend wird eine Liste physikalischer Eigenschaften aufgeführt, die verwendet werden, um zu messen, ob der fertige Farbüberzug als ein Fahrzeugaußen-Farbüberzug verwendbar ist:
(1) Glanz
(2) Abbildungsunterscheidbarkeit
(3) Farbgleichmäßigkeit (Verbergungsfähigkeit)
(4) Trockenfilmdickengleichmäßigkeit
(5) Benzinbeständigkeit
(6) Lösungsmittelbeständigkeit
(7) Säurefleckenbildungsbeständigkeit
(8) Härte
(9) Abriebfestigkeit
(10) Schlagfestigkeit
(11) Haftung des Farbüberzuges
(12) UV-Kurzzeitbeständigkeit
(13) Beständigkeit gegen Wasser und Feuchtigkeitseinwirkung.
Die Eigenschaften (1) bis (4) werden als Erscheinungseigenschaften und die Eigenschaften (5) bis (13) als Haltbarkeitseigenschaften betrachtet. Die Richtlinien und Testverfahren für jede dieser physikalischen Eigenschaften werden nachstehend beschrieben. Gewisse Richtlinien und Testverfahren, die nachstehend angegeben sind, werden durch öffentlich erhältliche Standardindustrierichtlinien und Testverfahren definiert, die hierdurch unter Bezugnahme einbezogen werden.
(1) Der Glanz wird durch ein spiegelndes Reflexionsvermögen eines Lichtstrahles bei Winkeln von 20º und 60º gemessen. Das gewünschte spiegelnde Reflexionsvermögen für eine Fahrzeugaußen-Farbüberzugsfläche heträgt zumindest ungefähr 60 bis 65 Glanzeinheiten bei 20º und zumindest ungefähr 75 bis 80 Glanzeinheiten bei 60º. Das spiegelnde Reflexionsvermögen und andere Kriterien werden gemessen, bevor die Farbendfläche poliert und gewachst ist. Ein bevorzugtes Testverfahren ist in der GM-Testrichtlinie TM-204-A beschrieben. Die Byk-Mallinckrodt "Mehrfachglanz" oder "Einzelglanz "-Glanzmeßinstrumente können zum Messen eines spiegelnden Glanzes der Endoberfläche verwendet werden. Diese Glanzmeßinstrumente geben Werte an, die denen äquivalent sind, die mit dem ASTM-Verfahren D-523-67 erhalten werden. Jedes Glanzmeßinstrument wird verwendet mit Glanzstandards, die den erwarteten Meßbereich überdecken, zusammen mit einem Stück einer polierten schwarzen Glasplatte mit einer bekannten Brechungszahl. Das Glanzmeßinstrument wird kalibriert durch Abtasten des Glanzes einer stark polierten Vergleichsprobe und anschließenden Abtasten des Glanzes einer Arbeitsprobe, die einen Wert hat, der vorzugsweise im Bereich der Testbeplankung liegt. Die zweite Vergleichsprohe sollte mit einer Einheit eines zugewiesenen Wertes übereinstimmen. Zumindest zwei Abtastungen werden auf einem unterschiedlichen Bereich der Testbeplankung vorgenommen. Diese Werte werden gemittelt, wenn sie innerhalb einer Einheit übereinstimmen. Wenn der Bereich größer als eine Einheit ist, werden zusätzliche Bereiche einbezogen und ein Mittelwert wird berechnet.
(2) Abbildungsunterscheidbarkeit (Distinctiveness-of-Image-DOI) ist eine Messung der Klarheit eines Bildes, das durch die Endoberf läche reflektiert wird. DOI kann aus dem Reflexionswinkel eines Lichtstrahls auf einer sphärischen Oberfläche gemessen werden. Die gewünschte DOI für eine Fahrzeugaußen-Farbüberzugsfläche beträgt zumindest ungefähr 60 Einheiten, wobei 100 Einheiten das maximale DOI-Abtasten beträgt. DOI wird mit einem Hunterlab Modell Nr. D47R-6F Dorigon-Glanz-Meßinstrument gemessen. Eine Testbeplankung wird auf dem Instrumentensensor plaziert und die Schärfe des reflektierten Bildes wird gemessen. Details des DOI-Testverfahrens sind in der GM-Testrichtlinie TM-204-M, das hiermit unter Bezugnahme einbezogen wird, beschrieben.
(3) Die Farbgleichmäßigkeit ist ein Test, um zu bestimmen, ob die Farbgebung nach dem Thermoformen und dem Spritzumhüllen gleichmäßig geblieben ist. Die Farbgebung wird getestet, nachdem der Farbüberzug auf die Gießfolie beschichtet wurde und bevor sie auf die Unterlagenbahn übertragen wurde. Der Farbgebungstest wird wiederholt nach einer Tiefziehdehnungs-Simulationsverlängerung während des Thermoformens, um zu bestimmen, ob sich die Farbe verändert hat. Eine wünschenswerte Farbgleichmäßigkeit kann eine Farbänderung von nicht mehr als eine bis zwei McAdam-Einheiten auf einem Colorimeter sein
(4) Trockenfilmdicke (DFT) ist eine industrielle Vergleichsmessung der Filmdicke des fertigen Farbüberzuges, um zu bestimmen, ob die Farbüberzugsdicke einer erforderlichen Filmdicke angepaßt ist, die durch den Autohersteller vorgeschrieben ist. Für die vorliegenden Fahrzeugaußenrichtlinien wird die Gleichförmigkeit des fertigen Farbüberzuges als ein nützlicher Parameter beim Bestimmen, ob der Farbüberzug Erscheinungserfordernissen genügt, bestimmt. Die Dickengleichmäßigkeit des fertigen Farbüberzuges kann an verschiedenen Stellen auf dem fertigen Erzeugnis gemessen werden einschließlich der stark profilierten Flächen, um zu bestimmen, ob Veränderungen in der Dicke des fertigen Farbüberzuges ein gewünschtes Niveau überschreitet.
(5) Die Benzinbeständigkeit erfordert, daß keine Farbänderung, Verschlechterung, Klebrigkeit, Beschädigung oder Verlust der Farbanhaftung auf den Kunststoffteilen, die auf- und angrenzend an den Kraftstoffeinfüllöffnungen verwendet werden, auftreten, nachdem diese 10 Sekunden lang, 10 mal in einem spezifizierten Bezugskraftstoff mit einer 20 Sekunden Trocknungszeit zwischen jedem Eintauchen eingetaucht wurden. Unmittelbar nach dem zehnten Eintauchen wird die Farbfläche überprüft und muß eine Thumbnail-Härte durchlaufen entsprechend der GM-Testrichtlinie TM 55-6, die hiermit unter Bezugnahme einbezogen wird.
(6) Die Reinigungsfähigkeit wird entsprechend der GM-Testrichtlinie TM 31-11 getestet, die hiermit unter Bezugnahme einbezogen wird. Entsprechend diesem Test wird dem farbüberzogenen Kunststoffteil abgefordert, zehn Polierungen mit Mull zu überstehen, das mit 9981062 Naphtha oder einem gegenwärtig verwendeten und zugelassenen Reinigungsmittel durchtränkt ist, zu widerstehen ohne Anzeichen für Verfärhen, Entfärben oder Erweichen der Farboberfläche. Dieser Test erfordert, daß es kein Anzeichen der Farbübertragung von dem Testteil auf den Mull gibt. Eine Polierung besteht aus einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung.
(7) Säurefleckenbildungsbeständigkeit erfordert von dem Testteil, dem Aussetzen einer 0,1 N Schwefelsäure 16 Stunden ohne irgendwelche Anzeigen des Verfärbens, des Entfärbens oder der Erweichung der Farboberfläche zu widerstehen.
(8) Härte wird mit einem Knoop-Vergleichshärtetest gemessen. Die erforderliche Härte beträgt zumindest eine Knoop-Härtezahl von 4.
(9) Abriebfestigkeit wird mittels einem Gravelometer nach der Vergleichstestmethode getestet, die als SAE J-400 angegeben wird. Entsprechend diesem Test soll das Farbteil dem Gravelometertest bei -50ºC (-10ºF) mit einer minimalen Bewertung von acht (F.B. Gravelometer-Bewertungstabelle) widerstehen. Das getestete Teil sollte dem Gravelometertest wie es erhalten wurde und nach dem Florida-Aussetzen, das nachstehend beschrieben wird, widerstehen. Eine Fisher-Körpermaterial-Richtlinie FBMS 26-7 (hiermit unter Bezugnahme einbezogen) definiert auch eine minimale Stufe der Abnutzungsbeständigkeit für den fertigen Farbüberzug.
(10) Schlagfestigkeit wird bei einer Raumtemperatur mittels dem Gardener-Test und bei -20ºF mittels dem Rosand-Test getestet. Der Farbüberzug sollte einem direkten Schlag mit mindestens 20 Zoll-Pfund ohne Reißen widerstehen.
(11) Das Farbanhaften wird durch einen Vergleichsband-Adhäsionstest, der in der GM-Testrichtlinie GM 55-3 beschrieben wird, getestet, die hiermit unter Bezugnahme einbezogen wird. Entsprechend diesem Test wird ein Band über einen X-förmigen Einschnitt in dem Farbüberzug eingepreßt, und das Band wird dann entnommen, um den Abschälbetrag zu testen. Der Adhäsionstest erfordert, daß ein Minimum von 99 % der Farbe im Bandtestbereich verbleibt.
(12) Die UV-Kurzzeitbeständigkeit auch als Kurzzeitverwitterung oder QUV bezeichnet, mißt die Witterungsbeständigkeit eines Farbüberzuges im Kurzzeittestverfahren, die entwickelt wurden, um eine präzise Angabe der UV-Langzeitbeständigkeit oder anderer Witterungsbeständigkeitseigenschaften zu liefern. Entsprechend einem QUV-Test, der zum Messen einer UV-Kurzzeitbeständigkeit verwendbar ist, sollte die Testbeplankung keine wesentliche Oberflächenverschlechterung oder Versprödung, Verlust des Farbanhaftens, zu beanstandende Schrumpfung oder bemerkenswerte Farb- oder Glanzänderung zeigen nach einem Aussetzen von ungefähr 500 bis 1000 Stunden einem UV-Licht und der Kondensationsvorrichtung ASTM G-53, die einen 8 Stunden- UV-Zyklus bei 70ºC und 4 Stunden Feuchtigkeitszyklus bei 50ºC verwendet.
(13) Die Beständigkeit gegenüber Wasser und Feuchtigkeitseinwirkung wird durch unterschiedliche Tests gemessen. Entsprechend einem ersten Test soll das fertige Teil 96 Stunden einer Feuchtigkeitseinwirkung von 100 % relativer Feuchtigkeit und 38ºC (100ºF) in einer Feuchtekammer widerstehen, die in der GM-Testrichtlinie TM 55-3 definiert ist, und einem zweistündigen Wassertauchtest bei 38ºC (100ºF) entsprechend der GM-Testrichtlinie TM 55-12 widerstehen. Diese Testrichtlinien werden hiermit unter Bezugnahme einbezogen. Die resultierende Testbeplankung sollte kein Anzeichen einer Blasenbildung zeigen, wenn es eine Minute nach Entnahme aus der Testkammer geprüft wird und soll dem Farbadhäsionstest, der oben beschrieben wurde, widerstehen Der Farbadhäsionstest wird innerhalb einer Minute nach Entnahme aus jeder Testkammer durchgeführt. In einem zweiten Test sollte das fertige Teil 15 Zyklen des Kaltfeuchtigkeitszyklustest widerstehen, der in der GM-Testrichtlinie TM 45-61A, (hiermit unter Bezugnahme einbezogen), definiert ist, widerstehen ohne sichtliche Anzeichen einer Riß- oder Blasenbildung zu zeigen. Nach 15 Zyklen soll das Teil 96 Stunden dem zuvor beschriebenen Feuchtigkeitsaussetzen widerstehen, gefolgt dem das Durchlaufen des Farbadhäsionstests, der ebenso zuvor beschrieben wurde. Der Farbadhäsionstest wird innerhalb einer Minute nach Entnahme aus der feuchten Umgebung durchgeführt. Ein Zyklus besteht aus 24 Stunden und 100 % relativer Feuchtigkeit bei 38ºC (100ºF), bei 20 Stunden mit -50ºC (-10ºF) und 4 Stunden bei Raumtemperatur.
Auch andere Haltbarkeitstests können verwendet werden, um die Verwendbarkeit eines Farbüberzuges für Fahrzeugaußenanwendungen zu bestimmen. Diese Tests können Langzeitultraviolettstrahlungseinwirkungs- und Hitzeeinwirkungstests beinhalten. Beide dieser Tests erfordern ein langzeitiges Aussetzen der Beplankung der besonderen Umgebung. Z.B. kann ein Langzeit-UV-Test ein zweijähriges Einwirken erfordern, um die Langzeitbeständigkeit des Farbüberzuges gegenüber UV-Strahlung zu bestimmen. In einem Langzeitverwitterungs- und Hitzebeständigkeitstest wird von dem farbüberzogenen Kunststoffteil abgefordert, einem zweijährigen direkten Florida- und Arizona-Teststandortaussetzen zu widerstehen, ohne irgendwelche wesentliche Farb- oder Glanzänderungen, Haftfähigkeitsverlust o.a. schädliche Flächen- oder Substratverschlechterungswirkungen zu zeigen. Nach der Langzeit-Florida-und/oder Arizona-Aussetzung müssen die Farbproben einem Testen gegenüber der Bändadhäsion, des Abriebs, Gravelometer und Kaltfeuchtigkeitsrißzyklustests widerstehen. Ebenso kann ein fünfjähriges Florida- und Arizona-Teststandortaussetzen verwendet werden. Andere Testmethoden können Sulfid-Fleckenbildung, Reinigungsmittelbeständigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit, Kompatibilität, Zyklustests, Feuchtigkeits- und Adhäsionstests, Feuchtigkeits- und Abriebfestigkeitstests, Kälteaussetzungstests und Florida- und Arizona-Aussetzungstests, die in der FMBS 26-7 in Kraft gesetzt wurde, beinhalten.

Beispiel 1

Ein laminierter tiefschwarzer Hochglanz-Fahrzeugaußenfarbüberzug wurde auf der Außenfläche eines experimentellen Kunststoffrückfensterformteiles für einen Pontiac Grand AM gebildet. Das Fensterformteil war ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten. Der Farbüberzug wurde zuerst auf eine Oberfläche einer flexiblen Polyesterfilmgießfolie aufgetragen. Der flexible Träger umfaßte einen hochglänzenden American Hoechst 3000 Polyesterfilm mit zwei Mil Dicke. Der Farbüberzug umfaßte eine Klarschicht, eine Farbschicht und eine Grundschicht, die auf die Polyesterfilmgießfolie in dieser Reihenfolge aufgetragen wurde. Ein dünner Film aus Wachs wurde zuerst auf den Polyesterfilm aufgetragen. Die Wachsschichtzusammensetzung umfaßte auf Gewichtsbasis 40 % Xylol, 59,4 % Cyclohexanon und 0,6 % Carnaubawachs. Das Wachs war in den Lösungsmitteln bei 49ºC (120ºF) aufgelöst worden und auf den Polyesterfilm unter Verwendung eines Tiefdruckbeschichtungszylinders gegossen. Die Wachsbeschichtung wurde als ein dünner Film mit einer Dicke von ungefähr 0,025 um (0,001 Mil) aufgetragen. Die wachsbeschichtete Gießfolie durchlief dann einen Trockenofen und wurde bei 121ºC (250ºF) mit einer linearen Geschwindigkeit von 7,62 cm/Min. (25 Fuß pro Minute) getrocknet. Die wachsbeschichtete Gießfolie könnte auch getrennt durchlaufen mit einer höheren Lineargeschwindigkeit, wenn gewünscht. Der Wachsfilm wirkte nicht auf die Replikation der Polyesterfilmfläche durch die Klarschicht ein.
Die Klarschicht wurde dann aus der folgenden Zusammensetzung hergestellt: Ingredienz Teile BLO (Butyrolacton) DIBK (Di-Isobutylketon) Polymethylmethacrylat (Elvacite 2010) PVDF (Kynar 301F) BLO Cyclohexanon Silikonöl (Dow Conring DC-11)
Das Elvacit 2010 Acrylharz wurde mit BLO- und DIBK-Lösungsmitteln unter Wärme bei ungefähr 54ºC (130ºF) gemischt, um das Acrylharz in den Lösungsmitteln aufzulösen. Die sich ergebende Mischung wurde dann über Nacht abgekühlt. Das PVDF wurde zusammen mit den übrigbleibenden BLO- und Cyclohexanon-Lösungsmitteln und dem Silikonöl bei Raumtemperatur gemischt, so daß der PVDF-Bestandteil eher als eine Dispersion in der Mischung verblieb, als daß es sich auflöste. Die getrocknete Klarschicht enthielt ungefähr 50 % PVDF und 50 % Polymethylmethacrylat in Gew.-% basierend auf den gesamten PVDF-Acrylfeststoffen.
Die Klarschicht wurde auf die Gießfolie in einer Trockenfilmdicke von ungefähr 20 um (0,8 Mil) aufgetragen. Die Klarschicht wurde auf die Folie mittels einer gleichsinnig laufenden Walzenauftragmaschine (in Fig. 5 gezeigt) in Reihe mit dem Tiefdruckofen aufgetragen, der zuvor zum Trocknen des Wachsfilmes verwendet wurde, so daß die Klarschicht direkt nach dem Trocknen des Wachses aufgetragen wurde. Die Klarschicht wurde auf der Trägerschicht beim Hindurchtreten durch einen Mehrzonen-Luftbeaufschlagungs-Trockenofen getrocknet, der drei Heizzonen hat, die axial entlang der Länge des Trägers beabstandet sind, wobei jede Trockenzone eine fortscheitend höhere Temperatur hat. Der klarschichtüberzogene Träger wurde durch die Heizzonen mit einer Liniengeschwindigkeit von (25 Fuß pro Minute) hindurchgelassen, wobei jede Heizzone 12,2 m (40 Fuß) lang war. Die Temperaturen der drei Heizzonen betrugen: Zone 1: 127ºC (260ºF), Zone 2: 165ºC (330ºF), Zone 3: 199ºC (390ºF). Das Hindurchlaufen der Klarschicht durch die drei Heizzonen entfernte im wesentlichen alle Lösungsmittelgase aus der Klarschicht, um eine trockene Klarschicht von gleichmäßiger Filmdicke zu erzeugen.
Eine tiefschwarze Farbschicht wurde als nächstes auf die getrocknete Klarschicht mit einer Trockenfilmdicke von 0,8 Mil aufgetragen. Die Farbschichtzusammensetzung war wie folgt: Ingredienz Teile Cyclohexanon DIBK BLO Polyethylmethacrylat (Elvacite 2042) Dispergiermittel (Solsperse 17.000) PVDF (Kynar 301F) Schwarzdisperion
Die Schwarzdispersion umfaßte Ruß (carbon black) einem Träger von Elvacite 2043, das handelsüblich als Gibraltar 438-39110 Pigment erhältlich ist. Die Farbschichtzusammensetzung wurde in einer ähnlicher Weise, wie die Klarschichtzusammensetzung hergestellt, wobei das Acrylharz zuerst in den Cyclohexanon-, DIBK- und BLO-Lösungmitteln bei einer Temperatur von ungefähr 54ºC (130ºF) gelöst wurde und dann gekült wurde, bevor der PVDF-Bestandteil zu der Mischung zugegeben wurde, um eine Dispersion des PVDF im Acrylharz zu bilden. Das Pigment wurde dann zu der sich ergebenden Mischung zugegeben, um eine tiefschware Farbe zu erzeugen. Auf Gewichtbasis betrug die in die Farbschichtzusammensetzung enthaltene Pigmentmenge ungefähr 4 % bis ungefähr 5 %. Die getrocknete Farbschicht umfaßte ungefähr 65 % PVDF und ungefähr 35 % Acrylharz des Gewichtes der gesamten PVDF und Acryl (nicht pigmentierten) Feststoffe. Der Acrylharzbestandteil umfaßte Polyethylmethacrylat mit ungefähr 90 % Elvacite 2042 und ungefähr 10 % Elvacite 2043. Die Farbschicht wurde auf die getrocknete Klarschicht in flüssiger Form aufgetragen und dann durch den zuvor beschriebenen Dreistufenofen hindurchgeschickt, um die Farbschicht zu trocknen.
Als nächtes wurde eine Grundschicht zur Verwendung mit einer ABS-Unterlagenbahn hergestellt. Die Grunschicht umfaßte 50 Teile Methylmethacrylatharz, das als Acryloid A-101 (ein Warenzeichen von Rohm & Haas Co.) bekannt ist, in 50 Teilen Methylethylketon-Lösungsmittel aufgelöst. Die Grundschicht wurde auf die getrocknete Farbschicht mit einer Trockenfilmdicke von ungefähr 2,5 um (0,1 Mil), unter Verwendung eines Einzelstation-Tiefziehbeschichtungszylinders aufgebracht. Die Grundschicht wurde dann mittels Durchlaufen durch einen Einzelstufentrocknungsofen bei einer Temperatur von ungefähr 135ºC (275ºF) getrocknet.
Der sich ergebende farbbeschichtete Träger durchlief dann eine Laminieroperation ähnlich der in Fig. 6 gezeigten, wobei die Farbschicht von dem Polyesterträger auf eine 0,5 mm (20 Mil) dicke ABS-Unterlagenbahn übertragen wurde. Bei der Laminieroperation liefen die Unterlagenbahn und der farbbeschichtete Träger mit einer Lineargeschwindigkeit von 4,57 m/Minute (15 Fuß pro Minute) und die Laminiertrommel wurde mit einer Temperatur von 204ºC (400ºF) beaufschlagt. Die Grundschicht wurde wärmeaktiviert und die Farbschicht wurde von dem Träger auf die Fläche der ABS-Unterlagenbahn während der Laminieroperation übertragen, bei der die heiße Stahltrommel mit einer Kraft von ungefähr 53 kN/m (300 Pfund pro Linealzoll) beaufschlagt wurde. Der Polyesterträgerfilm wurde von der Oberfläche des Laminates abgestreift, wobei die mit der ABS-Unterlag verbundende Farbschicht mit der Klarschicht übriggelassen wurde, wodurch eine hohe Glanzfläche auf dem Äußeren der ABS-Unterlagenbahn geschaffen wurde.
Das farbbeschichtete Laminat wurde dann in einer komplexen dreidimensionalen Form thermoverformt, um das Kunststoff-Fensterformteil zu formen. Das Laminat wurde thermoverformt durch ein erstes Erhitzen des flachen Laminates in einem Ofen auf eine Temperatur von ungefähr 182ºC (360ºF), um das Laminat zu erweichen. Nachdem das Laminat erwärmt wurde, wurde es über einen Vakuumformgegenhalter, ähnlich dem in den Fig. 8 und 9 gezeigten, plaziert und ein Vakuum wurde auf der ABS-Seite des Laminates entgegen dem Gegenhalter erzeugt, um das erwärmte Laminat in die dreidimensionale Form des Fensterformteiles zu bringen.
Das thermoverformte Laminat wurde dann beschnitten, um es in der Formhöhlung einer Kunststoff-Spritzgußmaschine zu befestigen. Ein ABS-Kunststoffgießmaterial zum Bilden der Substratbasis des Fensterformteils wurde in die Form hinter das thermoverformte Laminat gespritzt, um das ABS-Gießmaterial mit dem Laminat zu verschmelzen. Die Form wurde mit einer normalen Schmelztemperatur für das ABS-Harz betrieben. Dieses bildete ein Fensterformteil als ein einstückiges Kunststoffteil mit einem fehlerfreien Farbüberzug auf der Außenfläche der Beplankung.
Die Fensterbeplankung wurde getestet und die Tests demonstrierten die Verwendbarkeit des Farbüberzuges als einen Fahrzeugaußen-Farbüberzug. Die Testergebnisse zeigten an, daß gewünschte Erscheinungseigenschaften einschließlich des Glanzes hergestellt wurden. Der gemessene Glanz betrug 62 Einheiten bei 20º und 79 Einheiten bei 60º. Die gemessene DOI betrug 64. Die Farbgleichmäßigkeit war gut. Die Testergebnisse demonstrierten auch eine wünschenswerte Kombination von Haltbarkeitseigenschaften. Die Testbeplankung durchlief Benzinbeständigkeitstests, Säurebeständigkeitstests, Abriebfestigkeitstests (Gravelometerabtastung von 8), Schlagfestigkeitstests (80 in./lb. für den Gardner Test), QUV-Tests und 96-Stunden-Feuchtigkeitseinwirkungstests entsprechend den Testverfahren, die zuvor beschrieben wurden.

Beispiel 2

Ein hochglanzroter, laminierter Fahrzeugaußen-Farbüberzug wurde auf der Außenfläche einer stark profilierten Kunststoff-Fahrzeugkarosseriebeplankung ausgebildet. Das Laminat wurde mit einer Rotkörperfarbe von General Motors Fiero zusammengepaßt, und verwendet, um ein Prototyp einer Spritzumhüllungs-Viertelhinterbeplankung (rear quarter panel) herzustellen. Die Farbschicht wurde zuerst auf eine Gießfolie aufgetragen, die einen 2 Mil dicken hochglänzenden American Hoechst 3000 Polyesterfilm umfaßte. Eine Klarschicht, eine Farbschicht und eine Grundschicht wurden auf die Gießfolie in dieser Reihenfolge aufgetragen. Die Klarschicht wurde aus der folgenden Zusammensetzung hergestellt: Ingredienz Teile Cyclohexanon BLO (Butyrolacton) DIBK (Di-Isobutylketon) Polyethylmethacrylat (Elvacite 2042) UV-Absorber PVDF (Kynar 301F) BLO
Das Elvacite Acrylharz wurde in BLO-, DIBK- und Cyclohexanon-Lösungsmitteln aufgelöst, während es gemischt und mit einer Wärme von ungefähr 54ºC (130ºF) beaufschlagt wurde. Die resultierende Mischung wurde über Nacht abgekühlt. Danach wurden die UV-Absorber zu der Mischung zugegeben und das PVDF wurde in dem Harz dispergiert. Das verbleibende BLO-Lösungsmittel wurde zugegeben, um die Endmischung zu verdünnen. Der PVDF-Bestandteil verblieb eher als eine Dispersion in der Mischung, als daß es sich auflöste. Die getrocknete Klarschicht enthielt ungefähr 65 % PVDF und 35 % Acrylharz basierend auf den gesamten PVDF- und Acrylfeststoffen.
Die Klarschicht wurde auf die Gießfolie mit einer Trockenfilmdicke von ungefähr 15 um (0,6 Mil) aufgetragen.
Die im Beispiel 1 beschriebene Wachsschicht wurde in diesem Test weggelassen. Die Klarschicht wurde auf der Gießfolie beim Hindurchlaufen durch den gleichen Dreizonen-Trockenofen getrocknet, der im Beispiel 1 beschrieben wurde. Die Liniengeschwindigkeit und die Temperaturen der drei Zonen waren gleich. Beim Durchlaufen der Klarschicht durch den Trocknungsofen wurden im wesentlichen alle Lösungsmittelgase aus der Klarschicht entfernt, und es wurde eine trockene Klarschicht mit einer gleichmäßigen Filmdicke hergestellt.
Als nächstes wurde eine rote Farbschicht auf die getrocknete Klarschicht mit einer Filmdicke von ungefähr 20 um (0,8 Mil) aufgetragen. Die Farbschichtzusammensetzung war folgendermaßen: Ingredienz Teile Cyclohexanon Polyethylmethacrylat (Elvacite 2042) Dispergiermittel (Solsperse 17.000) PVDF (Kynar 301F) BLO Solvent (M-Pyrol) Rotdispersion
Die Dispersion umfaßte verschiedene Pigmente als ein Pulver, das in einem Träger gemischt wurde, der Polyethylmethacrylatharz, Elvacite 2043, 16 % Feststoffe und 84 % Cyclohexanon-Lösungsmittel umfaßte. Die Farbschichtzusammensetzung wurde in einer ähnlichen Weise, wie die Klarschichtzusammensetzung, hergestellt, wobei das Acrylharz zuerst in den Lösungsmitteln bei einer Temperatur von ungefähr 54ºC (130ºF) aufgelöst wurde. Das Dispergiermittel und ein Teil der Rotdispersion wurden zugegeben. Die Mischung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und der PVDF-Bestandteil wurde unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers dispergiert. Der Rest der Rotdispersion wurde dann der resultierenden Mischung zugegeben, um eine Rotfarbenübereinstimmung herzustellen. Die getrocknete Farbschicht umfaßte ungefähr 65 % PVDF und ungefähr 35 % Acrylharz des Gewichtes der gesamten PVDF und Acryl-(nicht-Pigment-)Feststoffe. Der Acrylharzbestandteil umfaßte Polyethylmethacrylat, ungefähr 80 % Elvacite 2043 und ungefähr 20 % Elvacite 2042. Das Pigment wurde in einem Verhältnis von 3 Teile Pigment zu 10 Teile Harzbinder hergestellt oder mit ungefähr 23 % der gesamten Feststoffe hergestellt. Die Farbschicht wurde auf die getrocknete Klarschicht in flüssiger Form aufgetragen und durchlief dann den Dreistufen-Ofen, der zuvor für das Trocknen der Farbschicht beschrieben wurde.
Als nächstes wurde eine Grundschicht zur Verwendung mit einer ABS-Unterlag hergestellt. Die Grundschicht umfaßte 75 Teile Methylmethacrylatharz, Acryloid A-101, das in 25 Teilen Toluol-Lösungsmittel aufgelöst wurde und gemischt wurde, bis es homogen wurde. (Das Acryloid A-101 umfaßte 40 % PMMA- Feststoffe in MEK-Lösungsmittel). Die Grundschicht wurde dann auf die getrocknete Farbschicht mit einer Filmdicke von ungefähr 2,5 um (0,1 Mil) aufgetragen. Die Grundschicht wurde mittels einer gleichsinnig laufenden Walzenauftragmaschine, ähnlich der in Fig. 5 beschriebenen, aufgetragen, und wurde dann in dem gleichen Dreistufen-Trocknungsofen, wie die Klarschicht und die Farbschicht, getrocknet. Der resultierende farbüberzogene Träger wurde zu einer Laminieroperation, ähnlich zu der in Fig. 6 gezeigten, übertragen, wo der Farbüberzug von dem Polyesterträger auf eine 0,5 mm (20 Mil) dicke ABS-Unterlagenbahn übertragen wurde. Der Trägerfilm wurde von der Oberfläche des Laminats abgestreift unter Zurücklassen des Rotfarbüberzuges mit einer Hochglanzfläche auf dem Äußeren der ABS-Unterlagenbahn.
Das Laminat wurde dann in die komplexe dreidimensionale Form der hinteren Viertelbeplankung thermoverformt. Das Laminat wurde mittels Durchlaufen desselben als eine Endlosbahn durch einen Ofen zum Erwärmen des Laminats auf eine Temperatur von ungefähr 143ºC (290ºF) erwärmt. Nachdem die Endlosbahn auf diese Temperatur erwärmt wurde, wurde sie dann über eine Vakuumform hewegt, und ein Vakuum wurde gezogen, um das Laminat in die dreidimensionale Form der hinteren Viertelbeplankung zu formen. Ein Luft-Überdruck von 15 Psi wurde auf die klarbeschichtete freie Fläche der Bahn aufgebracht und das Vakuum wurde auf der ABS-Seite der Bahn gezogen.
Das thermoverformte Laminat wurde in der Formhöhlung einer Kunststoffspritzgußform plaziert und ein auf einem ABS basierendes Kunststoffgießmaterial zum Bilden der Substratbasis der Viertelbeplankung wurde in die Form hinter das thermoverformte Laminat eingespritzt, um das Gießmaterial auf der ABS-Seite des Laminats zu schmelzen. Dieses bildete die hintere Viertelbeplankung als ein einstückiges Kunststoffteil mit einem fehlerfreien, glänzenden Farbüberzug auf der Außenfläche der Beplankung.
Die Beplankung wurde getestet und die Tests demonstrierten die Verwendbarkeit des Farbüberzuges als einen Fahrzeugaußen-Farbüberzug. Die Testergebnisse gaben an, daß die gewünschten Erscheinungseigenschaften, einschließlich des Glanzes, erzeugt wurden. Der gemessene Glanz betrug 65 Einheiten bei 20º und 80 Einheiten bei 60º. Das gemessene DOI betrug 65. Die Farbgleichmäßigkeit war gut. Die Testergebnisse demonstrierten auch eine wünschenswerte Kombination von Haltbarkeitseigenschaften. Die Testbeplankung durchlief Benzinbeständigkeitstests, Reinigungsfähigkeitstests, Säurebeständigkeitstests, Härtetests (7 bis 8 Abtastung auf der Knoop-Härteskala), Abriebfestigkeitstests (Gravelometer-Abtastung von 8), Schlagfestigkeitstests (80 in-lb. für den Gardner-Test), QUV-Tests und 96 Stunden-Feuchtigkeitseinwirkungstests entsprechend den Testverfahren, die ähnlich zu den zuvor beschriebenen sind. Eine Florida-Aussetzung wurde nach drei Monaten durchlaufen.

Beispiel 3

Die Tests wurden durchgeführt, um die relativen Proportionen der PVDF- und Acrylbestandteile der Klarschicht und der Farbschicht zu bestimmen, die zur Herstellung einer Farbverbundschicht geeignet sind, die als ein Film gegossen und auf eine Unterlagenbahn laminiert werden kann, thermoverformt und spritzumhüllt werden kann, um ein fertiges Erzeugnis mit einer Fahrzeugaußen-Farbüberzugsoberfläche zu bilden. In diesem Beispiel wurden Acryllackfarben des Standardspraytyps, die von DuPont hergestellt werden, als ein Farbüberzug in dem Verfahren dieser Erfindung verwendet. Diese Typen von Farbsystemen werden gewöhnlicherweise gegenwärtig als Fahrzeugaußen-Farbe verwendet. Die Farbüberzüge wurden wärmegehärtet und sie vernetzten bei niedrigen Temperaturen auf dem Träger, als sie getrocknet wurden. Diese Farbüberzüge wurden dann von dem Träger auf eine 0,5 mm (20 Mil) dicke ABS-Unterlagenhahn übertragen, die dann auf einem Vakuumformer gezogen wurde. Der Farbüberzug war zu spröde, um sich richtig zu strecken; er riß und splitterte an Spannungspunkten in dem Laminat, als es thermoverformt wurde.
Gleichermaßen wurden Fahrzeugfarben auf Urethanbasis von DuPont, die normalerweise auf Gummistoßstangen verwendet werden, ebenfalls in einer ähnlichen Weise unbrauchbar, als sie thermoverformt wurden. Diese Farbsysteme waren bei Raumtemperatur stabil, aber sie rissen während des Hochtemperatur-Vakuumformens.

Beispiel 4

In einem Test ähnlich zu dem in Beispiel 3 beschriebenen, wurde ein nicht wärmehärtbarer Acryllack-Farbüberzug bewertet. Der Farbüberzug umfaßte ein thermoplastisches Acrylharz-Farbsystem mit einem Lucit-Dispersionslack von DuPont. Der Farbüberzug wurde auf eine Gießfolie aufgetragen, getrocknet und auf eine 0,5 mm (20 Mil) dicke ABS-Unterlagenbahn laminiert. Dieses Farbsystem konnte thermoverformt werden, aber es war schwer zu verarbeiten. Als es als eine Hochfeststoff-(Niedriglösungsmittel)-Farbüberzug verwendet wurde, nahm das Trocknen des Lacks eine zu lange Zeit in Anspruch. Als Stabilisatoren zum Verbessern des Trocknens zugegeben wurden, brach der Farbüberzug, als er thermoverformt wurde. Er neigte auch zum Anhaften an die Spritzgußform.

Beispiel 5

Andere reine thermoplastische Acrylharz-Farbsysteme wurden getestet, wie z.B. Polymethylmethacrylat und ein auf einem Lösungsmittel basierender Farbüberzug mit dispergierten Pigmenten. Solche reinen Acrylfarbsysteme waren in erster Linie durch ihre Schwierigkeit bei der Verarbeitung gekennzeichnet, wegen ihrer niedrigen Geschwindigkeit der Lösungsmittelverdampfung während des Trocknens und einer Neigung zum Anhaften an die Oberfläche der Spritzgußform. Acrylharzsysteme mit nennenswerten Mengen an Pigmenten wurden wahrend des Thermoformens matt. Reine thermoplastische Acrylfarbsysteme neigten auch dazu, daß gewisse mechanische Eigenschaften fehlten, die für Fahrzeugaußenkriterien zutreffen, einschließlich niedriger Abriebfestigkeits- (Gravelometer)-Eigenschaften. Zusätzlich ließen sich diese reinen Acrylharzzusammensetzungen nicht gut in Filmformgießen wegen ihrer Neigung, zu stark an der Gießfolie anzuhaften.

Beispiel 6

Ein reines PVDF-(Kynar 301F)-Farbsystem wurde in dem Verfahren dieser Erfindung getestet. Das PVDF-Farbsystem wies genügend Streckbarkeit auf, um sich ohne Rißbildung geeignet thermozuverformen, aber es wurde übermäßig matt während des Thermoformens.

Beispiel 7

Ein thermoplastisches Acryl-Vinyl-Farbsystem wurde experimentell entsprechend dem Verfahren dieser Erfindung getestet. Das Farbsystem wies ein dispergiertes schwarzes Pigment mit ungefähr 3 % des Gewichtes der gesamten Feststoffe auf. Dieses Farbsystem wurde erfolgreich zuvor für innere Fahrzeugzierteile auf Armaturenbrettbeplannnngen und dergleichen verwendet. Das Farbsystem konnte auf eine ABS-Unterlagenbahn laminiert werden, aber als es thermoverformt wurde, wurde es übermäßig matt. Dieses Innenfarbsystem erzeugte keine Fahrzeugaußenfarboberfläche, die die Minimalglanz- und DOI-Richtlinien für die Fahrzeugaußenverwendung einhielten. Dieser Farbüberzug, wenn er für Fahrzeuginnenteile verwendet wird, wird auch nicht mit einer Filmdicke aufgetragen, die notwendig ist, um die Haltbarkeitsrichtlinien für eine Fahrzeugaußenendfarbgebung einzuhalten. Die Verwendung der höheren Stufe eines Pigmentes, die für einen Fahrzeugaußen-Farbüberzug erforderlich ist, erzeugte ein extremes Mattwerden während des Thermoformens. Andere mechanische Eigenschaften, die zur Außenanwendung notwendig sind, waren ebenfalls nicht präsent.

Beispiel 8

Ein vermischtes thermoplastisches PVDF-Acrylfarbsystem wurde experimentell mit dem Verfahren dieser Erfindung getestet. Dieses gemischte Farbsystem umfaßte eine Dispersion von 72 % PVDF und 28 % Acrylharz des Gewichtes der gesamten PVDF-Acrylfeststoffe. Dieses Farbsystem war ahnlich einem, das handelsüblich auf Metallaußenzierteilen von Fahrzeugen verwendet wurde wobei das Metall, farbgesprüht wurde und dann kalt verformt wurde, um das gewünschte Zierteil herzustellen. Das gemischte Farbsystem enthielt eine Dispersion eines schwarzen Pigmentes, das ungefähr 3 % des Gewichtes der gesamten Feststoffe umfaßte. Dieses Farbsystem war nicht für Fahrzeugaußenanwendungen brauchbar. Das Farbsystem konnte auf eine ABS-Unterlagenbahn laminiert werden, aber als es thermoverformt wurde, wurde es übermäßig matt. Zusätzlich zu seinem geringen Glanz besaß dieses Farbsystem auch nicht die Außen-DOI-Anforderungen für eine Fahrzeugaußenendfarbgebung.

Beispiel 9

Eine PVDF- und Acrylharzklarschicht wurden in Kombination mit einem reinen, auf einem Acryl basierenden Farbüberzug getestet. Jeder Farbüberzug wurde auf eine Gießfolie aufgetragen, die Schichten wurden getrocknet und auf eine ABS-Unterlagenbahn übertragen, um eine Farbverbundschicht zu bilden, und die Bahn wurde thermoverformt. In einem Test umfaßte der Acrylharzbestandteil in einer Farbschicht ein Außenwitterungsacryl, das als Korad D bekannt ist. Andere Tests wurden mit reinen Acryl-Farbschichtzusammensetzungen durchgeführt, die PMMA- und PEMA-Copolymere umfaßten. In einem Test umfaßte die Farbschicht ein reines Elvacite 2042 Polyethylmethacrylat. Eine visuelle Beobachtung des thermoverformten Laminates zeigt an, daß gute Erscheinungseigenschaften einschließlich des Glanzes und des DOI erzielt wurden. Eine Beobachtung war, daß eine PVDF- und Acrylklarschicht in Kombination mit einer Farbschicht verwendet werden kann, die den PVDF-Bestandteil nicht enthielt, was in einer weniger teueren Farbverbundschicht resultierte, die den teuereren Fluorkohlenwasserstoffbestandteil aus einem Abschnitt des fertigen Farbüberzuges eliminierte.

Beispiel 10

Tests wurden durchgeführt auf einer Farbverbundschicht, die eine Außenklarschicht umfaßte, die mit einer Farbschicht verbunden war. Die Festkörper in der Klarschicht und der Farbschicht bestanden im wesentlichen aus einem vermischten thermoplastischen PVDF-Acrylfarbsystem. Der Farbüberzug wurde auf eine Gießfolie aufgetragen, auf eine ABS-Unterlagenbahn übertragen, thermoverformt und mit einem ABS-Substrat spritzumhüllt. Es wurde ermittelt, daß gewisse PVDF/Acrylverhältnisse in der Klarschicht keine genügende Kombination der Erscheinungs- und Haltbarkeitseigenschaften im fertigen Laminat erzeugten, die zur Fahrzeugaußenanwendung brauchbar waren. Zum Beispiel wurde 100 % PVDF während des Thermoformens matt, wogegen 100 % Acrylharz Bearbeitungsprobleme schaffte, einschließlich des Anhaftens an der Spritzgußform und der geringen Lösungsmittelverdampfung. Fig. 13 zeigt ein Diagramm, das eine Leistungskurve für den PVDF-Acrylbasis-Farbverbundüberzug darstellt. Diese Kurve stellt die Beziehung zwischen dem Glanz (Glanzeinheiten bei 60º) der Klarschicht auf dem fertigen Erzeugnis und das Verhältnis von PVDF zu Acryl in der getrockneten Klarschicht des Gewichtes der gesamten PVDF und Acrylbasisfeststoffe dar. Diese Kurve basiert auf experimentellen Bewertungen der Klarschichtzusammensetzung, die PVDF und verschiedene Acrylharzkombinationen umfaßte, in erster Linie Kombinationen von Polymethylmethacrylat und Polyethylmethacrylat oder Mischungen davon einschließlich eines Bereiches eines niedrig bis sehr hohen molekulargewichtigen Acrylharzes umfaßte. Diese Kurve zeigt, daß ein Übergangspunkt zwischen einem akzeptablen Glanz und einem nicht akzeptablen Mättwerden oberhalb von ungefähr 65 % bis 70 % PVDF in der Klarschichtzusammensetzung existiert. Wenn das PVDF in einer Zusammensetzung von mehr als ungefähr 70 % enthalten ist, wird ein übermäßiges Mattwerden während des Thermoformens erzeugt. Die Tests wurden verwendet, um die Leistungskurve zu bestimmen, die auch offenbarte, daß ein 50/50-Verhältnis des PVDF zum Acryl annähernd dem entspricht, wo ein Zusatz eines größeren Anteiles Acrylharz die Verarbeitung des Farbsystems zu schwierig macht. Der linierte Bereich der Kurve stellt eine verarbeitbare Kombination von PVDF und Acrylharz für diese besonderen Harzkombinationen dar, um eine Klarschicht zu erzeugen, die eine wünschenswerte Glanzstufe hat. Die minimal gewünschte Glanzstufe wurde zum Zwecke dieses Beispiels als 75 Einheiten für 70º spiegelndes Reflektionsvermögen ausgewählt. Diese Tests haben gezeigt, daß Polymethylmethacrylat in dem PVDF- und Acrylfarbsystem eine im allgemeinen höhere Glanzstufe als Polyethylmethacrylat erzeugen kann und deshalb, neigt die in Fig. 13 gezeigte Kurve zum Ansteigen, wenn proportional mehr Polymethylmethacrylat verwendet wird. Die Kurve wird flacher, sobald mehr Polyethylmethacrylat verwendet wird. Darüber hinaus haben die Tests gezeigt, daß der Zusatz eines Pigmentes zu der darunterliegenden Farbschicht ein größeres Mattwerden der Außenklarschicht während des Thermoformens bewirken kann, und deshalb neigt die in Fig. 13 gezeigte Kurve zum Abflachen, wenn die Pigmentstufe in der Farbschicht wächst. Tests haben ebenso gezeigt, daß das Mattwerden der Klarschicht durch verschiedene Faktoren bewirkt werden kann. Wenn z.B. die Klarschicht zu dünn ist, können die Pigmentteilchen aus der darunterliegenden Farbschicht durch die Oberfläche der Klarschicht beim Thermoformen wandern und bewirken zumindest ein gewisses Mattwerden. In gewissen Fällen kann eine dickere Klarschicht dieser Art des Mattwerdens widerstehen. In anderen Fällen jedoch verhindert eine dickere Klarschicht das Mattwerden nicht. In einem Test wurde eine relativ dicke 30,5 um (1,2 Mil) Klarschicht mit 50 % PVDF und 50 % Polymethylmethacrylat matt, als es bei 171ºC (340ºF) thermoverformt wurde. Die darunterliegende Farbschicht enthielt eine Pigmentstufe von im wesentlichen 23 %. Durch Erhöhen des PVDF in der Klarschicht auf 65 % Feststoffe und durch Änderung des Acrylbestandteiles auf 35 % Polyethylmethacrylat und durch die Verwendung einer niedrigeren Thermoformtemperatur von 143ºC (290ºF) wurde das Mattwerden der Klrschicht verhindert.

Beispiel 11

Experimente wurden durchgeführt, um die physikalischen Eigenschaften der Fahrzeugaußen-PVDF/Acrylschichten, die als eine Lösung von PVDF in dem Acrylharz hergestellt wurden, mit ähnlichen Dispersionssystemen zu vergleichen. Die Tests wurden sowohl für die Klarschicht als auch die Farbschicht durchgeführt, um den Glanz und die Abbildungsunterscheidbarkeits (DOI)-Stufen für thermoverformte Beplankungen zu vergleichen, die mit Kombinationen von sowohl Lösungs- als auch Dispersionsgieß-PVDF/Acrylfilmen hergestellt wurden. Die Dispersion und die Lösungsklarschicht und die Farbschichten wurden mit den folgenden Zusammensetzungen hergestellt: Dispersionsklarschicht: Ingredienz Teile Polymethylmethacrylat (Elvacite 2010) PVDF (Kynar 301F) Acetatlösungsmittel mit einem hohen Siedepunkt (Exxate 700) Lösungsmittel (M-Pyrol) Cyclohexanon Teile Lösungsklarschicht: Ingredienz Teile Polymethylmethacrylat (Elvacite 2010) PVDF (Kynar 301F) Lösungsmittel (M-Pyrol) Methylethylketon Dispersionsfarbschicht: Ingredienz Teile DIBK (Di-Isobutylketon) BLO (Butyrolacton) Polyethylmethacrylat (Elvacite 2042) Cyclohexanon Dispergiermittel (Solsperse 17.000) PVDF (Kynar 301F) BLO Schwarzdispersion Lösungsklarschicht: Ingredienz Teile Polyethylmethacrylat (Elvacite 2042) Dispergiermittel (Solsperse 17.000) PVDF (Kynar 301F) Schwarzdispersion Lösungsmittel (M-Pyrol) Methyethylketon
Die Dispersionsklarschicht wurde durch anfängliches Auflösen des Elvacite 2010 in dem Exxate 700 und dem Cyclohexanon hergestellt. Dann wurde das Kynar 301F in der sich ergebenden Mischung unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeits-Mischerschaufel eines Cowles-Mischers dispergiert. Dann wurde M-Pyrol zu der sich ergebenden Mischung zugegeben. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur so durchgeführt, daß der PVDF-Bestandteil eher als eine Dispersion in der Mischung verblieb, als daß er sich auflöste. Die Dispersionsklarschicht wurde dann auf eine Gießfolie eines Polyesterfilms durch eine gleichsinnig laufende Walzenauftragmaschine aufgetragen. Die Klarschicht wurde dann auf der Trägerschicht durch hierin beschriebene Trocknungsverfahren getrocknet.
Die Lösungsklarschicht wurde durch Auflösen beider Harze in der Lösungsmittelmischung und durch Mischung mit einem Hochgeschwindigkeits-Cowles-Mischer hergestellt, um der Mischung genügend Wärme zuzuführen, um das Harz vollständig aufzulösen. Die Lösungsklarschicht hatte im wesentlichen weniger Feststoffe (weniger als ungefähr 20 % PVDF/Acrylfeststoffe) als die Dispersionsklarschicht unter Verwendung von konzentrierteren Lösungsmitteln, um eine PVDF/Acryl-Klarschichtlösung herzustellen.
Die Dispersionsfarbschicht wurde durch Auflösen des Elvacite 2042 in der DIBK- und Cyclohexanonlösung mit dem ersten Teil des BLO-Lösungsmittels hergestellt. Das Kynar 301F wurde in der sich ergebenden Mischung dispergiert, die dann mit dem verbleibenden BLO vor dem Zufügen der Schwarzdispersion verdünnt wurde. Die Schwarzdispersion umfaßte Ruß, der in Elvacite 2042 und Cyclahexanon dispergierte.
Die Lösungsfarbschicht wurde durch Auflösen beider Harze im Lösungsmittel unter weiterem Hinzufügen der Schwarzdispersion hergestellt. Die Farbschichten wurden eher auf getrennte Polyestergießfolien gegossen, als daß sie auf eine getrocknete Klarschicht aufgetragen wurden. Wenn die Basisschicht über eine getrocknete Klarschicht gegossen wird, greifen die Lösungsmittel in der Basisschicht die Klarschicht an, besonders in einer Lösungsform-Basisschicht mit konzentrierteren Lösungsmitteln. Beide Farbschichten wurden dann auf ihren jeweiligen Gießfolien getrocknet.
Vier thermoformbare Laminate wurden dann zum Testen des Glanzes und der DOI hergestellt. Verschiedene Kombinationen der Dispersionsklarschichts-, Dispersionsfarbschichts-, Lösungsklarschichts-, und Lösungsfarbschichts-PVDF/Acryl-Laminate wurden, wie nachstehend beschrieben, hergestellt. Jedes thermoformbare Laminat umfaßt eine Farbschicht und Klarschicht, die auf eine 0,46 mm (18 Mil) ABS-Bahn laminiert wurde. Die Farbschicht wurde zuerst auf die ABS-Unterlagenbahn laminiert, die Polyester-Gießfolie wurde abgestreift, dann wurde die Klarschicht über die Farbschicht laminiert und die Polyester-Gießfolie für die Klarschicht wurde dann abgezogen, wobei ein ABS-thermoformbares Laminat mit der Farbschicht und der Außenklarschicht, die mit einer Fläche der Unterlagenbahn verbunden war, zurückgelassen wurde. Die Unterlagenbahn wurde dann einem Tiefziehthermoformen unterworfen unter Verwendung einer Druckunterstützung (Thermoformtemperaturen betrugen ungefähr 132ºC bis 138ºC (270ºF bis 280ºF)), um die Testbeplankungen herzustellen, die dann hinsichtlich der Glanz- und DOI-Stufen gemessen wurden.
Vergleichbare Tests von Glanz und DOI für die Dispersions- und Lösungsfarbschichten offenbarten die folgenden Ergebnisse: Laminat 20º Glanz 60º Glanz DOI Dispersionsklarschicht/Dispersionsfarbschicht Lösungsklarschicht/Dispersionsfarbschicht Laminat 20ºGlanz 60º Glanz DOI Dispersionsklarschicht/Lösungsfarbschicht Lösungsklarschicht/Lösungsfarbschicht
Diese Testergebnisse demonstrieren, daß höhere Stufen der DOI bei Verwendung der PVDF-Acryllösungsbeschichtungen verglichen mit ähnlichen Dispersionsbeschichtungen erzielt wurden. Darüber hinaus sind die DOI-Stufen hoch, mehr als ungefähr 80 Einheiten und annähernd 90 Einheiten in einem Fall, wo das Laminat zumindest eine Klarschicht der Lösungsform PVDF/Acrylharz aufweist. Die restlichen 60º Glanzstufen waren ungefähr die gleichen für die Lösungs- und Dispersionsschichten, und diese Glanzstufen waren genügend hoch, um die Fahrzeugaußenanforderungen zu erreichen. 20º-Stufen waren mit den Lösungsklarschichtfilmen etwas höher. Beste Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Farbschicht sowohl eine Klarschicht und eine darunterliegende Farbschicht des Lösungs-PVDF/Acrylharzes umfaßte.

Thermoplastische Polyolefin-Unterlagenbahn und Substrat

Thermoplastische Polyolefine (TPO's), wie z.B. Polypropylen und Polyethylen sind als ein Fahrzeugkarosserie-Substratmaterial verwendbar, wegen ihrer Stoßfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und ihrer Fähigkeit, in verschiedene komplexe Konfigurationen verformbar zu sein. Zuvor war es schwierig, mit TPO's zu lackieren und dies hat ihre Verwendung auf dem Automobilsektor begrenzt. Die Adhäsion des Farbüberzugs auf dem TPO-Substrat weist hauptsächlich ein Problem auf. Das Verfahren dieser Erfindung kann zur Erzeugung eines Fahrzeugqualitäts-Farbüberzuges auf eine TPO-Fahrzeugkarosseriebeplankung verwendet werden und eine gute Adhäsion kann zwischen dem Farbüberzug und dem TPO-Verbundaufbau, der die darunterliegende Fahrzeugkarosseriebeplankung bildet, hergestellt werden.
Kurz gesagt wird in dieser Ausführungsform der Erfindung eine dünne Grundschicht eines thermoplastisches chlorierten Polyolefins ((CPO) zwischen der Farbschicht auf dem flexiblen Trägerfilm und der flexiblen TPO-Unterlagenbahn aufgetragen. Dieser Verbundaufbau wird dann thermoverformt und mit einer dicken starren Schicht eines TPO-Harzes verbunden, das die Substratbasis für die Fahrzeugkarosserieverbundbeplankung bildet.
Die Grundschicht ist vorzugsweise aus einem Beschichtungsaufbau einer Lösung des CPO hergestellt. Der Beschichtungsaufbau enthält ungefähr 10 % des Gewichtes des CPO's und entsprechenderweise ungefähr 40-90% des Gewichtes des Lösungsmittels. Irgendein herkömmliches Lösungsmittel kann verwendet werden, daß das CPO auflösen kann, wie z.B. Toluol oder Xylol. Das CPO ist vorzugsweise ein chloriertes Polypropylen oder ein chloriertes Polyethylen, das bis zu ungefähr 50 Gew.-% Chlor und vorzugsweise ungefähr 15-50 Gew.-% Chlor enthält. Ein bevorzugtes chloriertes Polypropylen ist ein Propylen/Maleinanhydridcopolymer, das auf eine Stufe von ungefähr 15-50 Gew.-% Chlor gechlort wurde. Ein besonders bevorzugtes chloriertes Polypropylen der Polypropylen- und Maleinsäure enthielt ungefähr 18-35 Gew.-% Chlor und hatte eine Säurenummer von ungefähr 15.
Die flexible Unterlagenbahn und die starre Substratschicht der Fahrzeugkarosserieverbundbeplankung wurde aus Fahrzeugqualitäts-Standard-TPO-Harzen, typischerweise aus einem Polypropylenharz, hergestellt.
Der TPO-Verbundwerkstoff dieser Erfindung bietet den Fahrzeugherstellern viele Vorteile gegenüber Verbundwerkstoffen des Standes der Technik. Adhäsionsprobleme bei vertieften Abschnitten an einem Teil werden minimiert, Lösungsmittelemissionsprobleme heim Farbsprühen, das Erfordernis von teueren Aufhängevorrichtungen und Vorrichtungen zum Aufrechterhalten der Form eines Kunststoffteiles während des Härtens und das Erfordernis eines Grundiermittels, das in einem herkömmlichen Farbsprühverfahren erforderlich ist, wurden alle beseitigt. Zusätzlich hat der Verbundwerkstoff eine eindeutige Reihe von Eigenschaften, mit denen es herkömmlichen spritzgegossenen und farbbesprühten Teilen überlegen ist.
Die Farbschicht/Klarschicht des Verbundwerkstoffes nach dieser Erfindung kann bei Temperaturen über 200º ausgehärtet werden, gegenüber einem Maximum von 125ºC für herkömmliche spritzgegossene und farbbesprühte Kunststoffteile. Dieses gestattet die Verwendung von Farbchemikalien, die nicht mit herkömmlichen TPO-Teilen verwendet werden können. Zum Beispiel können Fluorkohlenwasserstoff-Polymere dieser Erfindung verwendet werden, die im wesentlichen haltbarer und chemisch resistenter als herkömmliche niedrighärtende Farben sind.
Das TPO, das für die flexible Unterlagenbahn verwendet wird, kann in einer unterschiedlichen Qualität zum TPO sein, das für die starre Substratschicht des Verbundwerkstoffes verwendet wird. Gegenwärtig muß bei der Bildung von spritzgegossenen Fahrzeugteilen aus TPO-Harzen das TPO-Harz von höchster Qualität sein, d.h. frei von Gelpartikeln und anderen Fremdstoffen sein, um abzusichern, daß ein fehlerfreies Teil mit einer Fahrzeugqualitätsoberfläche ausgebildet wird. Da die Oberflächenqualität des Verbundwerkstoffes dieser Erfindung durch die Fläche der flexiblen Unterlagenbahn bestimmt wird, muß nur die Unterlag aus einem qualitativ hohen TPO-Harz sein, während die steife Substratschicht der Farbverbundschicht aus einem qualitativ niedrigeren TPO-Harz sein kann, z .B. kann sie Gelpartikel enthalten, was die Erscheinung des sich ergebenden Teils oder der strukturellen Integrität des Teils nicht beeinträchtigt.
Die Fähigkeit, die Oberflächeneigenschaften des Verbundwerkstoffes vom spritzgegossenen Harz zu trennen, das zum Bilden der steifen Schicht des Verbundwerkstoffes verwendet wird, gestattet die Entwicklung von stark verbesserten Autoteilen. Zum Beispiel können glasfaserverstärkte- oder andere füllstoffverstärkte TPO's für das Spritzgießharz der steifen Schicht des Verbundwerkstoffes verwendet werden, und festere und starre Teile können ausgebildet werden, gegenüber den Teilen, deren Herstellung vorher möglich war.
Das folgende Beispiel zeigt die Verwendung des TPO-Verbundaufbaues bei einer Fahrzeugkarosseriebeplankung.

Beispiel 12

Ein thermoverformtes thermoplastisches Polyolefin (TPO) einer Viertelbeplankung für einen Pontiac Fiero wurde ausgebildet, das einen Außenhochglanz-Tiefschwarz-Fahrzeugfarbüberzug aufwies. Der Farbüberzug wurde zuerst auf eine Oberfläche einer Bahn aus flexiblem Polyesterfilm aufgebracht. Der Film ist ein 50 Micron dicker Hochglanz-DuPont-Mylar-200A-Polyesterfilm. Die auf den Film aufgetragenen Farbschichten waren eine Klarschicht, eine Farbschicht und eine chlorierte Polyolefingrundschicht. Jede Schicht wurde auf den Polyesterfilm in dieser Reihenfolge aufgetragen.
Die Klarschichtzusammensetzung wurde wie folgt hergestellt: Ingredienz Methylethylketon Butyrolacton Elvacite 2021 - (Polymethylmethacrylat mit einem mittleren Gewicht Mw von 200.000) UV-Absorber [Tinuvin 900-2-Hydroxy-3,5-Di[1,1-Dimethyl(Benzyl)Phenyl]-2H-Benzotriazol] Zurückgehaltener Amin-Leichtstabilisator-[Tinuvin 292-bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-Piperidinyl)Sebacat] Kynar 301F
Die Feststoffingredenzien wurden zu dem Methylethylketon- und Butyrolacton-Lösungsmitteln unter Vermischen zugegeben, wobei das Mischen bis zum Lösen fortgesetzt wurde. Der filmbildende Binder der Beschichtung enthielt ungefähr 65 % PVDF und 35 % Polymethylmethacrylat. Die Klarschicht wurde mit einer gleichsinnig laufenden Walzenauftragmaschine auf den Polyesterfilm aufgetragen. Die Klarschicht wurde auf dem Polyesterfilm beim Durchlaufen durch einen Multizonen-Luftbeaufschlagungs-Trockenofen getrocknet, der drei Heizzonen aufweist, die voneinander axial in Längsrichtung des Trägers angeordnet sind, wobei jede Trockenzone eine fortschreitend höhere Temperatur hatte. Die klarschichtbeschichtete Polyesterbahn wurde durch die Heizzone mit einer Liniengeschwindigkeit von ungefähr 7,5 m/Min. durchlaufen, wobei jede Heizzone ungefähr 12 m lang war. Die Temperaturen der drei Heizzonen waren: Zone 1: 125ºC; Zone 2: 165ºC; Zone 4: 200ºC. Beim Durchlaufen der klarschichtbeschichteten Polyesterbahn durch die drei Heizzonen wurden im wesentlichen alle Lösungsmittelgase aus der Klarschicht entfernt, um eine trockene Klarschicht von gleichmäßiger Filmdicke von ungefähr 20 Micron Dicke herzustellen.
Eine tiefschwarze Farbschichtzusammensetzung war wie folgt zusammengesetzt: Inkredenzien Cyclohexanon Diisobutylketon Butyrolacton Elvacite 2042 =(Polyethylmethacrylat mit einem mittleren Gewicht Mw 300.000) Solsperse 17.000 Dispergiermittel Kynar 301F Butyrolacton Schwarzpigment-Dispersion
Die Schwarzpigment-Dispersion umfaßte Ruß in einem Träger von Elvacite 2043 (Polyethylmethacrylat), das als Gibraltar 438- 39110 Pigment handelsüblich erhältlich ist.
Die Farbschichtzusammensetzung wurde zuerst durch Auflösen des Acrylharzes in den Cyclohexanon-, Diisobutylketon- und Butyrolacton-Lösungsmitteln bei einer Temperatur von ungefähr 55ºC aufgelöst und dann abgekühlt, bevor der Polyvinylfluorid-Bestandteil zu der Mischung zugegeben wurde, um eine Dispersion des PVDF im Acrylharz zu bilden. Die Schwarzpigmentdispersion wurde dann zu der sich ergebenden Mischung zugegeben, um die tiefschwarze Farbschichtzusammensetzung herzustellen. Auf Gewichtsbasis enthielt der Pigmentbestandteil in der Farbschicht ungefähr 4-5 %. Der Binder der Beschichtung enthielt ungefähr 65 Gew.-% PVDF und 35 Gew.-% Acrylharz. Der Acrylharzbestandteil umfaßte ungefähr 90 % Elvacite 2042 und 10 % Elvacite 2043. Die Farbschichtzusammensetzung wurde auf die getrocknete Klarschicht, wie zuvor erläutert, aufgetragen und durchlief dann den Dreistufen-Ofen, wie zuvor beschrieben, um die Farbbeschichtung zu trocknen und eine trockene Farbbeschichtungsschicht von ungefähr 20 Micron Dicke zu bilden.
Eine CPO (chloriertes Polyolefin)-Grundbeschichtungszusammensetzung zur Verwendung mit einer TPO-Unterlagenbahn war wie folgt zusammengesetzt: Ingredienz Xylol chlorierte Polyolefin (CPO)-Lösung (Eastman's CP-343-1 25 % Feststoffe in Xylol des chlorierten Polypropylen/Maleicsäurepolymers, Säurennummer ungefähr 15, Chlorgehalt ungefähr 18-23%) Toluol N-Pyrolidon Acryldispersionsharz (60 % Feststoffe eines Acrylvinyloxazolinesterpolymers, beschrieben in Beispiel 1 des US-Patentes 3,844,993 von Miller)
Der Binder der Grundbeschichtungszusammensetzung enthielt ungefähr 60 Gew.-% CPO und ungefähr 40 Gew.-% Acrylharz. Die Grundschichtzusammensetzung wurde auf die getrocknete Farbschicht bis zu einer Trockenfilmdicke von ungefähr 2,5 Mikron unter Verwendung der gleichsinnig laufenden Walzenauftragsmaschine aufgetragen. Die drei Temperaturzonen wurden auf der gleichen Temperatur gehalten, wie sie für die Klar- und Farbschicht verwendet wurden, aber eine Trägergeschwindigkeit von 30 m/Min. wurde verwendet.
Der sich ergebende farbbeschichtete Polyesterfilm durchlief dann eine Laminieroperation, die in Fig. 2 gezeigt ist, wobei der Farbüberzug des Polyesterfilms auf eine 500 Mikron dicke TPO-Unterlagenbahn übertragen wurde, die aus RPI E-1000 hergestellt war, einem thermoplastischen Olefinelastomer, um eine Außenseitenschicht zu bilden. RPI E-1000 hat einem Biegemodul von ungefähr 690 MPa und eine Schmelzströmungsgeschwindigkeit von ungefähr 0,8 g/10 Min. Bei der Laminieroperation liefen die Unterlagenbahn und der farbbeschichtete Polyesterfilmträger mit einer Lineargeschwindigkeit von 5 m/Min., und die Laminiertrommel wurde mit einer Temperatur von 177ºC betrieben. Die CPO-Grunschicht wurde wärmeaktiviert und die Farbschicht wurde von dem Polyesterfilm zur Fläche der TPO-Unterlagenbahn während der Laminieroperation übertragen, bei der die Heißstahltrommel mit einer Kraft von ungefähr 54 kg/Linear-cm beaufschlagt wurde, um die Flächenbahn zu bilden. Der Polyesterfilm wurde von der Oberfläche der Flächenbahn abgezogen, wobei der Farbüberzug, der mit der TPO-Bahn verbunden war, mit der Klarschicht, die eine Hochglanzfläche auf dem Äußeren der TPO-Unterlagenbagn lieferte, übriglieb.
Die sich ergebende Flächenbahn wurde dann in eine komplexe driedimensionale Form thermoverformt, um ein Kunstoffviertel- Beplankungsformteil zu bilden. In dem Thermoformverfahren wurde diere Flächenbahn zuerst auf eine Temperatur vom 121º erwärmt, um dir Flächenbahn zu erweichen. Die erwärmet Flächenbahn wurde dann über einem druckunterstützen Vakuumformgegenhalter plaziert, und ein Vakuum wirde entgegen dem Gegenhalter auf der TPO-Seite der Flächenbahn gezogen und mit einem Luftfruckpegel von 2,1 kg/cm² auf der Klarschichtseite des Laminates beaufschlagt, um die erwärmte Flächenbahn in die dreidimensionale Form der Viertelbeplankung zu formen.
Das sich ergebende thermoverformte Laminat wurde dann beschnitten, um es in der Formhöhlung einer Kunststoffeinspritz-Gießmaschine zu befestigen. Eine Viertelbeplankung wurde dann gebildet. Ein elastomerisches thermoplastisches Legierungsgießharz RTA-2363 der Republic Plastics Co. mit einem Biegemodul von ungefähr 1725 MPa wurde zur Bildung der Basis der Viertelbeplankung verwendet. Das Harz wurde in die Form hinter das thermoverformte Laminat eingespritzt, das Harz wurde auf die TFO-Basis des Laminats verschmolzen, um die Viertelbeplankung mit einer ungefähren Dicke von 2,5 bis 3,75 mm zu formen. Die Form wurde bei einer normalen Schmelztemperatur des Harzes betrieben. Eine Viertelbeplankung wurde gebildet, d.h. ein einstückiges Kunststoffverbundteil mit einem fehlerfreien Farbüberzug auf der Außenfläche der Beplankung wurde gebildet.
Die Viertelbeplankung wurde getestet und die Tests demonstrierten die Verwendbarkeit des Farbüberzuges als ein Fahrzeugaußenendfarbüberzug. Die Testergebnisse gaben an, daß wünschenswerte Erscheinungseigenschaften, einschließlich des Glanzes, erzeugt wurden. Das gemessene spiegelnde Reflexionsvermögen betrug 70 Einheiten bei 20º Glanz und 85 Einheiten DOI. Die Farbgleichmäßigkeit war gut. Die Testergebnisse demonstrierten auch eine wünschenswerte Kombination von Haltbarkeitseigenschaften. Die Testbeplankung durchlief Tests für Benzinbeständigkeit, Säurebeständigkeit, Ausbruchsbeständigkeit (Gravelometer-Abtastung von 9), Schlagbeständigkeit (80 in./lb. für den Gardner-Test) und durchlief QUV- und 96- Stunden-Feuchtigkeitseinwirkungstests.

Wasserlösliche Schutzschicht

Wie zuvor offenbart, kann ein dünner Wachsfilm auf die flexible Trägerbahn vor dem Gießen der Klarschicht auf dem Träger aufgetragen werden. Der Wachsfilm kann als eine Schutzschicht für die fertig überzogene Fahrzeugkarosseriebeplankung dienen.
Zusätzlich kann eine getrennte wasserlösliche Schutzschicht auf die Klarschicht (oder auf den Wachsfilm auf der Klarschicht) während der Verarbeitung aufgetragen werden, so daß die wasserlösliche Schicht es ermöglicht, eine schützende kratzfeste Außenbeschichtung für die fertige Fahrzeugkarosseriebeplankung während der Montage des Fahrzeuges und der Verschiffung zum Käufer zu schaffen. Die Beschichtung besteht vorzugsweise aus einem Niedrigmolekulargewichtsmaterial, das an der Klarschicht während der Verarbeitung anhaftet und das eine Endglanzfläche abpuffern kann.
Vorzugsweise ist die wasserlösliche Schutzschicht als ein Isolationsfilm auf die getrocknete Klarschicht aufgepreßt. Die Klarschicht und die Farbschicht werden auf einen Polyesterträgerfilm gegossen und mit der flexiblen Unterlagenbahn, wie zuvor beschrieben, verbunden. Getrennt davon wird eine wasserlösliche Beschichtung, wie z.B. Polyvinylalkohol (PVA) auf eine flexible Polyesterträgerbahn aufgetragen und getrocknet. Nachdem der Trägerfilm von der Oberfläche der Klarschicht abgestreift ist, wird der PVA-Film auf die Oberfläche der Klarschicht aufgepreßt, vorzugsweise durch Preßwalzverfahren. Das PVA wird getrennt aufgegossen, so daß es nicht einem Lösungsmittelangriff aus der Klarschicht unterworfen wird, und so, daß es sich nicht mit der tragung des Glanzes auf die Oberfläche der Klarschicht aus dem Polyestergießfilm überlagern würde. Der Polyesterträgerfilm wird dann von der PVA-Schicht abgestreift, unter Zurücklassen eines wasserlöslichen Schutzfilmes des PVA, der mit der Außenfläche der Klarschicht verbunden wird. Die resultierende Unterlagenbahn wird dann einer weiteren Verarbeitung unterworfen, einschließlich des Thermoformens und der Spritzgußumhüllung unter Zurücklassung einer fertigen Fahrzeugkarosseriebeplankung mit der wasserlöslichen Schutzaußenbeschichtung. Diese Beschichtung kann dann leicht poliert oder mit Wasser vom Autohändler oder -käufer entfernt werden.

Gesteuerte Flimmer/Ansichtsleuchtkraft

Die Farbschichten, die in diesem Verfahren verwendet werden, können Metallflockenpigmente enthalten. Wenn ein Metallflockenpigment auf einer Substratoberfläche getrocknet wird, werden die Flocken im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Substrates orientiert.
Diese Orientierungen können sich jedoch besonders beim Farbsprühen verändern, das eine Entorientierung verursacht und Unterschiede bei der sichtbaren Farbe des fertigen Farbüberzuges ergibt. Visuelle Farbvergleiche von Metallfarbüberzügen können durch bekannte Verfahren zur Messung solcher Parameter als Flimmerindex und Ansichtsleuchtkraft (HOB) ausgeführt werden. (Diese Messungen sind im US-Patent Nr. 4 692 481 von Kelly beschrieben, das hiermit unter Bezugnahme einbezogen wird). Ein fertiger Farbüberzug mit gut orientierten Metallflocken hat wünschenswert hohe Flimmer- und HOB-Werte. Das Verfahren dieser Erfindung kann verwendet werden, um einen fertigen Metallflockenfarbüberzug mit hohen Flimmer- und HOB-Werten herzustellen. Der Metallflockenfarbüberzug kann getrennt auf seinen Polyesterträgerfilm aufgetragen werden und langsam auf dem Film getrocknet werden, um sorgfältig die Metallflocken in Parallelorientierung auszurichten, womit hohe Flimmer- und HOB-Werte erzielt werden. Das vorausgerichtete Metallflockenpigment wird dann einer weiteren Verarbeitung unterworfen (Übertragung auf die Unterlagenhann, Thermoformen und Spritzumhüllung z.B.) um eine fertige Fahrzeugkarosseriebeplankung mit hohen Flimmer- und HOB-Werten herzustellen. Die lineare Orientierung der Flocken wird während einer weiteren Verarbeitung nicht unterbrochen und ist gedacht zur Steigerung der Dehnung, die während des Thermoformens auftritt. Die hohen Werte für Flimmer und HOB sind im wesentlichen höher, als beim Farbsprühen mit einem ähnlichen Substrat.

Pigmentierte Unterlagenbahn

Verbesserungen können durch Verwendung einer pigmentierten Unterlagenbahn beim Verfahren dieser Erfindung bereitgestellt werden. Experimente haben gezeigt, daß eine Lichtübertragung durch ein farbüberzogenes Laminat reduziert wird im Vergleich mit einer klaren Unterlagenbahn, wenn eine pigmentierte Unterlagenbahn in dem Verfahren verwendet wird. Diese Experimente schlossen das Messen der Lichtübertragung durch einen weißen Farbüberzug ein, der auf eine schwarze Unterlagenbahn laminiert wurde (der Farbüberzug umfaßte eine Klarschicht und eine darunterliegende weiße Farbschicht), was verglichen wurde mit dem Messen der Lichttransmission durch den gleichen weißen Farbüberzug, der auf eine klare Unterlagenbahn laminiert wurde. Die pigmentierte Unterlagenbahn erhöhte die Lichtundurchlässigkeit wesentlich, wodurch die Anzahl der Pigmente, die in der Farbschicht erforderlich sind um Fehler, in dem darunterliegenden Substrat zu verdecken, reduziert wurden.

Voraufgetragene Graphiken

Gedruckte Graphiken können in das Verfahren dieser Erfindung eingeschlossen werden. In einem Verfahren zum Aufbringen von Graphiken auf den fertigen Farbüberzug wird zuerst die Klarschicht auf den flexiblen Polyesterträgerfilm gegossen.
Die Klarschicht wird dann auf seinem Trägerfilm getrocknet. Dann wird das Graphikmuster auf die Oberfläche der getrockneten Klarschicht gegenüber vom Trägerfilm gedruckt. Das Graphikmuster kann z.B. irgendein gewünschtes Nadelstreifmuster sein. Die Farbschicht wird auch auf die Klarschicht und über das Graphikmuster gegossen und getrocknet. Die Klarschicht wird auf seinem Trägerfilm mit der voraufgetragenen Graphik belassen, und die Farbschicht ist durch die Klarschicht hindurch sichtbar. Alternativ dazu kann die Farbschicht in einen separaten Trägerfilm gegossen und dann in Trockenfilmform über das vorgedruckte Graphikmuster und auf die getrocknete Klarschicht übertragen werden. Eine brauchbare Grundschicht wird dann auf die Oberfläche der getrockneten Farbschicht aufgetragen, und das sich ergebende Laminat wird auf die flexible Unterlagenbahn durch zuvor beschriebene Verfahren übertragen. Der Trägerfilm wird in diesem Verfahren abgestreift und das sich ergebende farbbeschichtete Laminat wird in die gewünschte Form thermoverformt, um einen Formeinsatz zu bilden. Der resultierende Formeinsatz wird dann mit dem gewünschten Substratmaterial spritzumhüllt, um die fertige Fahrzeugkarosseriebeplankung zu bilden. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß Graphikmuster unter einer Fahrzeugqualitätsklarschicht gedruckt sind, was eine glatte Außenfläche der fertigen Fahrzeugkarosseriebeplankung schafft und die darunterliegende Graphiken schützt. Die Graphiken werden daher nicht einem Wachs oder schmutzabbauenden Mittel unterworfen, gegenüber dem Fall, wo die Graphiken auf die Oberfläche des fertigen Farbaußenüberzuges aufgetragen werden. Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Trockenfarbüberzugsverfahren und ein Farbsystem, das eine nützliche Vermischung von Haltbarkeits-, chemischen und visuellen Erscheinungseigenschaften erzeugt. Der Farbüberzug weist eine Kombination der Haltbarkeit, des Glanzes, des Widerstandes gegenüber dem Mattwerden und einer Dehnbarkeit auf, wobei die Fahrzeugaußeneigenschaften in dem Farbüberzug wahrend der Verarbeitungsstufen erzeugt und beibehalten werden. Als ein Vorteil ermöglicht es die Erfindung, hochmolekulargewichtige PVDF in einem OEM-Außenfarbüberzug für Kunststoffahrzeugkarosserien zu verwenden, trotz der Temperaturbegrenzungen von gegossenen Kunststoffmaterialien und der Tatsache, daß PVDF normalerweise die Verwendung von konzentrierten Lösungsmitteln und hohen Temperaturen erfordert, um aus diesem Polymer glänzende Filme zu bilden. Durch das Legieren von PVDF-Polymeren mit Acrylpolymeren ist das Ergebnis ein Farbüberzug mit hohen mechanischen Eigenschaften einschließlich der äußeren Haltbarkeit, der chemischen Widerstandsfähigkeit und der Zähigkeit. Die geringe Oberflächenenergie der Fluorpolymere schafft auch eine erhöhte Waschbarkeit und erzeugt eine Hochkontaktwinkel-"Falz"-Oberfläche, die wenig oder kein Wachsen erfordert. Als ein weiterer Vorteil gestattet das Trockenfarbüberzugsverfahren die Teileproduktion und das Beschichten mit anderen Herstellungsoperationen einer Fahrzeugproduktionsanlage zu koinzidieren durch übertragen der Qualitätskontrolle, der Lösungsmittelemissionsprobleme und der Farbkontrolle auf einen außerhalb befindlichen Zulieferer. Dieses kann die herkömmlichen Beschichtungsoperationen einschließlich der Auftragungslinien und -öfen von der Autoherstellungsanlage eliminieren.
Als ein weiterer Vorteil kann das Trockenfarbüberzugsverfahren auf eine Herstellung eines flexiblen selbstklebenden Laminats zur Verwendung bei einer Fahrzeugwiederherstellung ausgedehnt werden. Fig. 14 veranschaulicht eine Ausführungsform eines solchen Laminates 140, das ein schnelles Wiederherstellen eines Fahrzeugaußenfarbüberzuges mit stark verminderten Oberflächenvorbereitungserfordernissen gestatten kann. Das flexible Laminat umfaßt eine abnehmbare Maske 141, umfaßt die Klarschicht 45, die mit der Farbschicht 46 verbunden ist (obwohl ein einfacher Farbüberzug mit Fahrzeugaußeneigenschaften als eine Alternative zu der getrennten Klarschicht und Farbschicht verwendet werden kann), umfaßt eine flexible Unterlagenbahn 142, die mit der Farbschicht 46 verbunden ist, umfaßt einen Haftkleber 144 auf der flexiblen Unterlagen, und umfaßt eine ablösbare Unterlage 146, die den Haftkleber bedeckt. Dieses Laminat kann mit rauhen Oberflächen verträglich sein und entwickelt eine gute Adhäsion wegen der Vereinbarkeit, die durch seine Flexibilität und die Haftklebeunterlage geschaffen wird. Durch Auftragen einer schneidbaren selbstklebenden Bann für große und kleine Bereiche kann es Anwendungen für Fachleute sowie für die Verwendung auf dem Verbrauchermarkt finden durch Beseitigen des Erfordernisses großer Farbkabinenschläge und -öfen, der Kapitalinvestition und der Umweltemissionsprobleme, die normalerweise mit einer Fahrzeugaußenwiederherstellung verbunden sind.
Obwohl die Erfindung als sich auf Fahrzeugqualitätsfarbüberzüge, die auf Fahrzeugkarosseriebeplankungen aufgetragen werden, beziehend beschrieben wurde, ist es verständlich, daß die Erfindung nicht nur auf die Fahrzeugverwendungen oder Fahrzeugaußenbeplankungen begrenzt ist. Diese Erfindung ist auch auf andere Fahrzeugqualitäts-Außenfarbüberzüge anderer Fahrzeuge anwendbar. Trucks, Motorräder, Boote, Strandbuggies und dergleichen sind dafür Beispiele. Darüber hinaus ist die Verbindung auf eine Vielzahl von Fahrzeugkarosserieaußenteilen oder Teilen von Motorfahrzeugen verwendbar. Stoßstangen, Kotbleche, Radabdeckungen, Radkappen, Zierringe für Räder, Lampengehäuse, Kühlergrille u.a. Außenkomponenten oder Teile sind Beispiele anderer Substrate, auf die der Farbüberzug zusätzlich zu herkömmlichen Fahrzeugkarosserieaußenteilen oder -beplankungen aufgetragen werden kann.

Claims

1. Thermoformbares Laminat zur Verwendung bei der Formung eines äußeren Abschnitts einer Fahrzeugkarosserieaußenbeplankung, wobei das Laminat eine dünne, halbstarre Unterlagenbahn (72) umfaßt, die aus einem synthetischen harzhaltigen Material hergestellt ist und ein flexibles dekoratives Material (41) auf der Unterlag (72) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das dekorative Bandmaterial einen Farbüberzug (44) in Kraftfahrzeugqualität umfaßt, der mit einer Fläche der Unterlagenbahn (72) verbunden ist, wobei der Farbüberzug (44) eine äußere Klarschicht (45) und eine darunterliegende Farbschicht (46) umfaßt, die zwischen der äußeren Klarschicht und der Unterlagenbahn (72) angeordnet und mit diesen verbunden ist, wobei die Klarschicht (45) eine Außenwitterungs-Kunstharzschicht in trockener, dünner Filmform umfaßt, die eine Außenfläche mit einer Kraftfahrzeug-Außenglanzstufe aufweist, und wobei die Farbschicht (46) eine pigmentierte Kraftfahrzeug-Außenkunstharzschicht umfaßt, die durch die äußere Klarschicht (45) sichtbar ist, wobei der sich ergebende Farbüberzug (44) eine Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest 60 % aufweist und genügend Dehnung und Widerstand gegenüber dem Mattwerden aufweist, so daß das Laminat in eine stark profilierte dreidimensionale Form thermoformbar ist, wobei der Farbüberzug (44) im wesentlichen die Glanzstufe und die Abbildungsunterscheidbarkeit während des Thermoformens beibehält und ein vorbestimmtes Aussehen und Haltbarkeitseigenschaften bereitstellt, die nachfolgend dem Thermoformen des Laminats (70) und dem Verbinden des thermoverformten Laminats auf eine darunterliegende strukturelle Beplankung als eine Kraftfahrzeug-Außenendfarbgebung verwendbar ist.

2. Artikel nach Anspruch 1, bei dem das Laminat (70) bei einer Temperatur von zumindest ungefähr 132ºC (270ºF) thermoformbar ist, und wobei sich der Farbüberzug (44) wahrend des Thermoformens bei der Thermoformtemperatur um mehr als ungefähr 40 % dehnt, während er die Glanzstufe und das Aussehen und die Haltbarkeitseigenschaften beibehält.

3. Artikel nach Anspruch 1, bei dem die Klarschicht (45) eine Gießfolie (42) umfaßt, und bei dem die Klarschicht (45) in flüssiger Form auf eine Gießfolie (42) aufgetragen und darauf getrocknet wurde, um eine Hochglanzfläche und ein spiegelndes Reflexionsvermögen der Gießfolie (42) zu reproduzieren.

4. Artikel nach Anspruch 1, bei dem die Klarschicht (45) ein thermoplastisches Farbüberzugssystem umfaßt, das Polyvinylidenfluorid und Acrylharz aufweist.

5. Artikel nach Anspruch 4, bei dem die getrocknete Klarschicht (45) weniger als ungefähr 70 % Polvinylidenfluorid und weniger als ungefähr 50 % Acrylharz des Gewichtes der gesamten PVDF- und Acrylharzkomponenten enthält, die in der Klarschicht (45) enthalten sind.

6. Artikel nach Anspruch 1, bei dem die Farbschicht (46) ein pigmentiertes Kunstharzmaterial mit thermoplastischen Eigenschaften umfaßt.

7. Artikel nach Anspruch 1, bei dem die Farbschicht (46) direkt auf die Klarschicht (45) gegossen ist.

8. Klarschicht nach Anspruch 1, bei dem die äußere Klarschicht (45) eine thermoplastische Schicht umfaßt, die hauptsächlich ein fluoriertes Polymer und ein Acrylharz enthält.

9. Artikel nach Anspruch 8, bei dem die Klarschicht (45) ein thermoplastisches Farbüberzugssystem ist, das im wesentlichen aus ungefähr 50 bis ungefähr 70 % Polyvinylidenfluorid und ungefähr 30 % bis ungefähr 50 % Acrylharz besteht, und bei dem die Acrylharzkomponente Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat oder Mischungen davon einschließlich Copolymeren von diesen umfaßt.

10. Artikel nach Anspruch 9, bei dem die Farbschicht (46) ebenfalls im wesentlichen aus ungefähr 50 % bis ungefähr 70 % Polyvinylidenfluorid und ungefähr 30 % bis ungefähr 50 % Acrylharz besteht; und bei dem die Acrylharzkomponente Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat oder Mischungen derselben, die deren Copoylmere einschließen, umfaßt.

11. Artikel nach Anspruch 1, bei dem Klarschicht (45) auf dem thermoverformten Laminat (70) zumindest die Minimalstufen des Glanzes, der Abbildungsunterscheidbarkeit, von QUV (UV-Beständigkeit) der Reinigungsfähigkeit, der Säurebeständigkeit, der Benzinbeständigkeit und der Abriebfestigkeit hat, die im wesentlichen in den hierin beschriebenen Kraftfahrzeugrichtlinien für die Kraftfahrzeug-Außenendfarbgebung definiert sind.

12. Artikel nach Anspruch 1, bei dem die Klarschicht (45) ein fluoriertes Polymer aufweist, das aus einer Gruppe ausgewählt wurde, das aus Polyvinylidenfluorid und Copolymeren und Terpolymeren von Vinylidenfluorid besteht.

13. Artikel nach Anspruch 1, bei dem die Klarschicht (45) eine 60º-Glanzstufe hat, die größer als ungefähr 75 Glanzeinheiten ist und eine Abbildungsunterscheidbarkeitsstufe hat, die größer als ungefähr 80 Einheiten ist.

14. Artikel nach Anspruch 1, bei dem die Unterlagenbahn (72) eine halbharte Bahn mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,25 mm (10 Nils) bis ungefähr 1 mm (40 Mils) ist.

15. Artikel nach Anspruch 1, bei dem die Unterlagenbahn (72) aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die aus ABS, Polyester, amorphem Nylon, thermoplastischen Polyolefinen, einschließlich Polypropylen und Polyethylen, besteht.

16. Artikel nach Anspruch 1 einschließlich eines Wachsfilms, der auf die Außenfläche der Klarschicht (45) von der Gießfolie (42) aufgetragen wurde.

17. Artikel nach Anspruch 1, bei dem ein graphisches Muster zwischen die Farbschicht (46) und die Unterlagenbahn (72) gedruckt ist, das durch den Farbüberzug (44) hindurch sichtbar ist.

18. Artikel nach Anspruch 1, der ein in der Unterlagenbahn (72) enthaltenes Pigment einschließt.

19. Artikel nach Anspruch 1, der in der Farbschicht dispergierte reflektierende Flocken einschließt.

20. Artikel zum Auftragen eines Farbüberzugs (44), der für Fahrzeuganwendungen im Freien brauchbar ist, auf eine profilierte Kunststoffaußenkarosseriebeplankung eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch die Stufen;

Aufbringen einer Klarschicht (45) eines Außenwitterungs- Kunstharzmaterials in dünner Filmform auf eine Fläche einer Gießfolie (42) und Trocknen der Klarschicht (45) auf der Gießfolie (42), wobei die Folie (42) eine Glanzfläche aufweist zum Übertragen einer Glanzstufe, die für Fahrzeugaußenanwendungen ausreicht, auf die Fläche der getrockneten Klarschicht (45), die in Berührung mit der Gießfolie (42) steht;

Ausbilden einer pigmentierten Kunstharz-Fahrzeugfarbschicht (46), die in dünner Filmform getrocknet ist und mit der Klarschicht (45) verbunden ist;

Übertragen der getrockneten Klarschicht (45) und der Farbschicht (46) auf eine dünne, halbstarre thermoformbare Unterlagenbahn (72) aus Kunstharzmaterial, um eine Farbverbundschicht (44) zu bilden, die mit einer Fläche der Unterlagenbahn (72) verbunden ist, und Abnehmen der Gießfolie (42) von der übertragenen Klarschicht (45), wobei die Klarschicht (45) die Außenfläche der übertragenen Farbverbundschicht (44) mit der Farbschicht (46) bildet, die zwischen der äußeren Klarschicht (45) und der Unterlagenbahn (72) angeordnet und mit diesen verbunden ist, wobei die Außenfläche der Klarschicht (45) im wesentlichen die Glanzstufe beibehält, die auf sie von der Gießfolie (42) übertragen wurde;

Thermoformen der Unterlagenbaun (72) und der darauf befindlichen Farbverbundschicht (44), um ein profiliertes, dreidimensional geformtes vorgeformtes Laminat (116) zu bilden; und

Plazieren des vorgeformten Laminats (116) in einer Gießform (117) und Gießen eines Kunstharzsubstratmaterials (118) auf die Unterlagenbahn des vorgeformten Laminats, um eine profilierte Fahrzeugkarosserieaußenbeplankung (130) mit einer Fahrzeugaußenendfarbgebung zu bilden;

wobei die Farbverbundschicht (44) auf der profilierten Form dehnbar und formbar ist, währenddessen sie im wesentlichen die Glanzstufe während der Thermoformstufe beibehält; wobei die Unterlagenbahn (72) genügend Dicke und Dehnung aufweist, um Fehler zu absorbieren, die in dem Substratmaterial auftreten, um eine im wesentlichen fehlerfreie Fläche auf der Klarschicht (45) beizubehalten, wobei ein Anhaften des vorgeformten Laminats (16) auf das substratmaterial folgt, wodurch ein glänzender, fehlerfreier Außenwitterungs-Farbüberzug in Fahrzeugqualität auf der fertigen Fahrzeugkarosseriebeplankung ausgebildet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Laminat (16) bei einer Temperatur, die größer als ungefähr 132ºC (270ºF) ist, thermogeformt wird, und bei dem die Farbverbundschicht sich um mehr als ungefähr 40 % während der Thermoformungsstufe dehnt, während die Glanzstufe und das Fahrzeugaussehen von außen und die Haltbarkeitseigenschaften beibehalten werden.

22. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Klarschicht (45) ein fluoriertes Polymer und ein Acrylharz enthaltendes Material umfaßt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Klarschicht (45) ein thermoplastisches Farbüberzugssystem umfaßt, bei dem das fluorierte Polymer aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die aus Polyvinylidenfluorid, Copolymeren und Terpolymeren von Viylidenfluorid besteht.

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die getrocknete Klarschicht (45) weniger als ungefähr 70 % Polyvinylidenfluorid (PVDF) und weniger als ungefähr 50 % Acrylharz vom Gewicht der gesamten Acrylharz- und PVDF-Stoffe enthält, die in der Klarschicht (45) vorhanden sind.

25. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Farbüberzug (44) die Minimalstufen des Glanzes, der Abbildungsunterscheidbarkeit, von QUV (UV-Beständigkeit), der Benzinbeständigkeit, der Reinigungsfähigkeit, der Säurebeständigkeit, der Härte, der Abriebfestigkeit und der Schlagfestigkeit haben, die im wesentlichen in den hierin beschriebenen Fahrzeugrichtlinien für eine Fahrzeugaußenendfarbgebung definiert sind.

26. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das vorgeformte Laminat (116) auf das Substratmaterial durch Spritzumhüllung, Reaktionsspritzgießen oder ein wärmehärtbares Schichtspritzverfahren gegossen wird.

27. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die auf die Gießfolie (42) aufgetragene Klarschicht (45) ein thermoplastisches Farbüberzugssystem umfaßt, das Polyvinylidenfluorid und ein Acrylharz aufweist, wobei das Polyvinylidenfluorid in einer Lösung des Acrylharzes dispergiert ist.

28. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die auf die Gießfolie aufgetragene Klarschicht (45) ein thermoplastisches Farbüberzugssystem umfaßt, das eine Lösung aus Polyvinylidenfluorid und Acrylharz umfaßt.

29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Endfarbschicht eine 60º-Glanzstufe hat, die größer als ungefähr 75 Glanzeinheiten ist und eine Abbildungsunterscheidbarkeitsstufe aufweist, die größer als ungefähr 80 Einheiten ist.

30. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Unterlagenbahn (72) eine halbstarre Bahn mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,25 mm (10 Mils) bis ungefähr 1 mm (40 Mils) ist.

31. Verfahren nach Anspruch 20, bei der die Unterlagenbahn (72) aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die aus ABS, Polyester, amorphem Nylon und thermoplastischen Polyolefinen einschließlich Polypropylen und Polyethylen besteht.

32. Verfahren nach Anspruch 20, daß das Auftragen eines dünnen Wachsfilms auf die Gießfolie vor dem Aufbringen der Klarschicht auf die Gießfolie aufweist.

33. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem ein graphisches Muster zwischen der Klarschicht (45) und der Farbschicht (46) gedruckt ist.

34. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die fertiggestellte Klarschicht auf der profilierten Außenfläche der Fahrzeugkarosseriebeplankung eine Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest 60 % hat.

35. Verfahren nach Anspruch 20, das in der Farbschicht (46) dispergierte reflektierende Flocken einschließt.

36. Verfahren nach Anspruch 21, das eine wasserlöslische Schutzschicht auf der Außenfläche des Farbüberzugs einschließt.

37. Verfahren nach Anspruch 36, bei dem die Schutzschicht auf die Klarschicht aufgepreßt ist.

38. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Thermoformstufe ausgeführt wird unter Vermeidung eines Kontaktes zwischen der Thermoformvorrichtung und der Klarsichtseite der Unterlagenbahn.

39. Konturierte Kunststoffkarosserieaußenbeplankung (130) für Kraftfahrzeuge, wobei die Beplankung einen Kunstharzfarbüberzug (44) in Fahrzeugaußenqualität aufweist, der mit einer dünnen Kunstharz-Unterlagenbahn (72) verbunden ist, um ein Laminat (116) zu bilden, das in eine profilierte, dreidimensionale Form thermogeformt wurde und mit einer darunterliegenden gegossenen Kunststoffsubstratbeplankung (118) verbunden ist, wobei der Farbüberzug eine im wesentlichen transparente, gegossene äußere Klarschicht (45) eines Witterungs-Polymers in trockener Filmform umfaßt, die eine Hochglanzaußenfläche aufweist und eine pigmentierte Kunstharz-Fahrzeugfarbschicht (46) auf der Unterfläche der äußeren Klarschicht aufweist, wobei der sich ergebende Farbüberzug eine Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest ungefähr 60 % aufweist, wobei die Unterlagenbahn (72) genügend Dicke und Dehnung aufweist, um Fehler im Substratmaterial zu absorbieren, wodurch eine glänzende, fehlerfreie Witterungsfarbgebung in Fahrzeugqualität auf der profilierten Außenfläche der Beplankung bereitgestellt wird.

40. Beplankung nach Anspruch 39, bei der die Klarschicht (45) ein thermoplastisches fuloriniertes Polymer und ein Acrylharz enthaltendes Farbüberzugssystem umfaßt.

41. Beplankung nach Anspruch 39, in der die fertiggestellte Klarschicht (45) die Minimalstufen des Glanzes, der Abbildungsunterscheidbarkeit, von QUV (UV-Beständigkeit), der Benzinbeständigkeit, der Reinigungsfähigkeit, der Säurebeständigkeit, der Härte, der Abriebfestigkeit und der Schlagfestigkeit aufweist, die im wesentlichen in den hierin beschriebenen Fahrzeugrichtlinien für eine Fahrzeug-Außenendfarbgebung defniniert sind.

42. Beplankung nach Anspruch 40, in der der fertiggestellte Farbüberzug eine Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest ungefähr 65 % aufweist.

43. Beplankung nach Anspruch 42, in der die Klarschicht (45) ein fluoriniertes Polymer und Acrylharz enthaltendes Material mit thermoplastischen Eigenschaften umfaßt.

44. Beplankung nach Anspruch 39, in der die Klarschicht (45) ein fluoriniertes Polymer einschließt, das aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die aus Polyvinylidenfluorid und Copolymeren und Terpolymeren von Vinylidenfluorid besteht.

45. Beplankung nach Anspruch 40, in der die Klarschicht (45) eine 80º-Glanzstufe hat, die größer als ungefähr 75 Glanzeinheiten ist und eine Abbildungsunterscheidbarkeitsstufe von mehr als ungefähr als 80 Einheiten hat.

46. Beplankung nach Anspruch 39, bei der die Unterlagenbahn (72) eine halbstarre Bahn mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,25 mm (10 Mils) bis ungefähr 1 mm (40 Mils) ist.

47. Beplankung nach Anspruch 39, in der die Unterlagenbahn (72) aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die aus ABS, Polyester, amorphem Nylon und thermoplastischen Polyolefinen einschließlich Polypropylen und Polyethylen besteht.

48. Beplankung nach Anspruch 39, das einen Wachsfilm einschließt, der auf die Außenfläche der Klarschicht (45) von der Gießfolie (42) aufgetragen ist.

49. Beplankung nach Anspruch 39, in der das vorgeformte Laminat (116) auf das Substratmaterial durch Spritzgußumhüllung, Reaktionsspritzgießen oder einem wärmehärtbaren Schichtspritzverfahren gegossen ist.

50. Beplankung nach Anspruch 39, bei der ein graphisches Muster zwischen der Klarschicht (45) und der Unterlagenbahn (72) gedruckt ist, das durch den Farbüberzug (44) hindurch sichtbar ist.

51. Beplankung nach Anspruch 39, das ein Pigment einschließt, das in der Unterlagenbahn (72) enthalten ist.

52. Beplankung nach Anspruch 39, das in der Farbschicht (46) dispergierte reflektierende Flocken aufweist.

53. Verfahren nach Anspruch 39, das eine wasserlösliche Schutzschicht auf der Klarschicht (45) einschließt.

54. Verfahren zum Auftragen eines Farbüberzugs, die für eine Fahrzeugverwendung im Freien brauchbar ist, auf eine profilierte Karosserie-Kunststoffaußenbeplankung eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch die Stufen:

Bilden eines Farbüberzugslaminats (70), das umfaßt

(a) eine dünne, halbstarre thermoformbare Unterlagenbahn (72) eines Kunstharzmaterials,

(b) eine Farbschicht (46) einer getrockneten, pigmentierten flexiblen Fahrzeug-Kunstharzfarbschicht in dünner Filmform, die mit der Unterlagenbahn (72) verbunden ist, und

(c) eine Klarschicht (45) eines getrockneten, flexiblen Außenwitterungs-Kunstharzmaterials in dünner Filmform, die mit der Farbschicht (44) verbunden ist, um eine Außenschutzschicht einer Farbverbundschicht (44) auf dem Laminat (70) zu bilden, wobei die gezeigte Außenfläche der Farbverbundschicht eine Glanzstufe aufweist, die zur Verwendung des Fahrzeugs im Freien ausreicht und eine Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest ungefähr 60 % aufweist;

Thermoformen des Laminats (70), um ein profiliertes, dreidimensional geformtes, vorgeformtes Laminat (116) zu bilden; und

Plazieren des vorgeformten Laminats in einer Gießform (117) und Gießen eines Kunstharz-Substratmaterials (118) auf die Unterlagenbahn des vorgeformten Laminats, um eine profilierte Fahrzeugkarosserieaußenbeplankung (130) mit einer Fahrzeug-Außenendfarbgebung zu bilden;

wobei der Farbüberzug auf die profilierte Form dehnbar und formbar ist, während im wesentlichen die Glanzstufe und die Abbildungsunterscheidbarkeit während der Thermoformstufe im wesentlichen beibehalten wird;

wobei die Unterlagenbahn (72) genügend Dicke und Dehnung hat, um in dem Substratmaterial vorhandene Fehler zu absorbieren, um eine im wesentlichen fehlerfreie Fläche auf der Klarschicht beizubehalten, dem das Anhaften des vorgeformten Laminats auf das substratmaterial folgt, wodurch ein glänzender, fehlerfreier Außenwitterungs-Farbüberzug in Fahrzeugqualität mit einer Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest 60 % auf der profillierten Außenfläche der fertiggestellten Fahrzeugkarosseriebeplankung gebildet wird.

55. Verfahren nach Anspruch 54, bei dem die Klarschicht (45) ein fluoriniertes Polymer und ein Acrylharz enthaltendes Material umfaßt.

56. Verfahren nach Anspruch 54, bei dem die Klarschicht (45) als ein thermoplastisches Farbüberzugssystem gegossen ist, das eine Lösung von Polyvinylidenfluorid und Acrylharz umfaßt.

57. Verfahren nach Anspruch 56, bei dem die Klarschicht (45) eine Glanzstufe hat, die mehr als ungefähr 75 Glanzeinheiten beträgt und eine Abbildungsunterscheidbarkeitsstufe hat, die mehr als ungefähr 80 Einheiten beträgt.

58. Verfahren naach Anspruch 57, bei dem die Klarschicht (45) als ein thermoplastisches Farbsystem gegossen ist, das Polyvinylidenfluorid und ein Acrylharz einschließt und bei dem das Polyvinylidenfluorid in einer Lösung des Acrylharzes dispergiert ist.

59. Verfahren nach Anspruch 57, bei dem das Laminat (72) auf dem Substrat durch Spritzumhüllung, Reaktionseinspritzgießen oder ein wärmehärtbares Schichtspritzverfahren anhaftet.

60. Verfahren nach Anspruch 54, bei dem die Unterlagenbahn 72 eine halbstarre Bahn mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,25 mm (10 Mils) bis ungefähr 1 mm (40 Mils) ist.

61. Verfahren nach Anspruch 54, bei dem die Thermoformstufe ausgeführt wird durch Vermeiden eines Kontaktes zwischen der Thermoformvorrichtung und dem Farbüberzug (46) auf der Unterlagenbahn (72).

62. Verfahren zum Auftragen eines Farbüberzugs, der zur Verwendung des Fahrzeugs im Freien brauchbar ist, auf eine Karosseriekunststoff-Außenbeplankung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt:

Auftragen einer Klarschicht (45) einer Lösung eines Vinylidenfluorids und Acrylharzes in dünner Filmform auf eine Fläche einer flexiblen Gießfolie (42) und Trocknen der Klarschicht (45) auf der Gießfolie (42), wobei die Fläche der Folie ein spiegelndes Reflexionsvermögen zum Übertragen der Fläche auf die getrocknete Klarschicht mit einer Glanzstufe hat, die zur Verwendung des Fahrzeugs im Freien ausreicht;

Gießen einer Farbschicht (46) einer pigmentierten Lösung von Vinylidenfluorid und Acrylharz in dünner Filmform und Trocknen der Farbschicht (46);

Übertragen der getrockneten Klarschicht (45) und Farbschicht (46) auf eine halbstarre Unterlagenbahn (72) eines Kunstharzmaterials, um eine Farbverbundschicht (44) zu bilden, die mit einer Fläche der Unterlagenbahn (72) verbunden ist, wobei die Klarschicht die Außenfläche der übertragenen Farbverbundschicht (44) bildet und wobei die Farbschicht (46) zwischen der Klarschicht (45) und der Fläche der Unterlagenbahn (72) angeordnet und verbunden ist, und bei der die Außenfläche der Klarschicht (45) im wesentlichen den Glanz beibehält, der auf sie von der Gießfolie (42) übertragen wurde;

Thermoformen der Unterlagenbahn (72) und der darauf befindlichen Farbverbundschicht (44), um ein dreidimensional geformtes vorgeformtes Laminat (116) zu bilden; und

Anhaften des vorgeformten Laminats auf einem Kunstharzsubstratmaterial, um eine Fahrzeugkarosserieaußenbeplankung zu bilden;

wobei die Klarschicht (45) im wesentlichen die Glanzstufe wahrend der Thermoformstufe beibehält, wobei die Unterlagenbahn (72) eine genügende Dicke und genügend Dehnung aufweist, um Fehler, die in dem Substratmaterial vorhanden sind, zu absorbieren, um einen im wesentlichen fehlerfreien Glanz auf der Klarschichtfläche beizubehalten, dem das Anhaften des Laminats auf dem Substratmaterial folgt; wobei die Farbverbundschicht (46) ein genügend gutes Aussehen und Haltbarkeitseigenschaften für die Verwendung als eine Fahrzeugaußenfarbschicht (46) bereitstellt.

63. Verfahren nach Anspruch 62, bei dem die Farbverbundschicht (44) des thermogeformten Laminats (116) eine Glanzstufe hat, die mehr als ungefähr 75 Glanzeinheiten beträgt und eine Abbildungsunterscheidbarkeit hat, die mehr als ungefähr 80 Einheiten beträgt.

64. Verfahren nach Anspruch 62, bei dem das Substrat auf dem Laminat durch Spritzumhüllung, Reaktionsspritzgießen oder Schichtspritzverbundverfahren anhaftet.

65. Verfahren nach Anspruch 62, bei dem die Unterlagenbahn 72 eine halbstarre Bahn mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,25 mm (10 Mils) bis ungefähr 1 mm (40 Mils) ist.

66. Verfahren nach Anspruch 62, bei dem die Unterlagenbahn (72) aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe ausgewählt wurde, das als ABS, Polyester, amorphem Nylon, thermoplastischen Polyolefinen, einschließlich Polypropylen und Polyethylen, besteht.

67. Verfahren nach Anspruch 62, bei dem die Farbverbundschicht (44) als eine Lösung eines Polyvinylidenfluorids und Acrylharz gegossen ist.

68. Verfahren nach Anspruch 68, bei dem die fertiggestellte Farbverbundschicht die Minimalstufen des Glanzes, der Abbildungsunterscheidbarkeit, von QUV (UV-Beständigkeit), der Benzinbeständigkeit, der Reinigungsfähigkeit, der Säurebständigkeit, der Härte, der Abriebfestigkeit und der Schlagfestigkeit aufweist, die in den hierin beschriebenen Fahrzeugrichtlinien für Fahrzeugaußenfarbgebungen definiert sind.

69. Flexibles, dekoratives Bahnenmaterial (51), das zur Verwendung für Fahrzeugkarosseriebeplankungsflächen brauchbar ist, wobei das Bahnenmaterial gekennzeichnet ist durch das Aufweisen des Aussehens einer glänzenden, Klarschicht/ Farbschicht-Farbgebung in Fahrzeugqualität und Umfassen einer flexiblen Außenschicht (45), die eine glatte, glänzende Außenfläche hat, und gebildet wird durch ein flexibles, optisch durchsichtiges Witterungs-Polymer und eine pigmentierte Schicht (56), die auf der gegenüberliegenden Fläche der Außenschicht anhaftet und durch die durchsichtige Außenschicht hindurch sichtbar ist, wobei der sich ergebende Farbüberzug eine Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest ungefähr 60 % hat.

70. Dekoratives Bahnenmaterial entsprechend Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß das Witterungs-Polymer ausgewählt ist aus einer Gruppe, die aus Fluorpolymeren, Acrylpolymeren und Mischungen dieser besteht.

71. Dekoratives Bahnenmaterial entsprechend Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (46) eine Dispersion von reflektierenden Flocken aufweist.

72. Verfahren zum Herstellen eines flexiblen, dekorativen Bahnenmaterials (41) zur Verwendung bei der Oberflächenbehandlung von Fahrzeugkarosseriebeplankungen, wobei das Bahnenmaterial das Aussehen einer glänzenden Klarschicht/ Farbschicht einer Fahrzeugendfarbgebung aufweist, gekennzeichnet durch die Stufen:

(a) Gießen eines optisch durchsichtigen Witterungs-Flüssigpolymers auf einen glatten Flächenträger (42);

(b) Trocknen des Flüssigpolymers, um einen flexiblen, optisch durchsichtigen Film (45) auf dem Träger zu bilden, der eine glatte Fläche in Berührung mit den Träger aufweist; und

(c) Auftragen der freigelegten Fläche des so gebildeten Klarschichtfilms (45) einer dünnen Schicht eines flexiblen Polymers mit darin verteilten Pigmenten und Trocknen der dünnen Schicht, um dadurch eine Farbschicht (46) zu bilden, die mit dem Klarschichtfilm (45) verbunden wird und Bilden eines geschichteten Films (44) mit dem Klarfilm (45), der ein flexibles, dekoratives Bahnenmaterial (41) umfaßt, das das Aussehen einer glänzenden Klarschicht/Farbschicht-Fahrzeugendfarbgebung hat, wenn dessen Außenfläche betrachtet wird; und

(d) Entfernen des beschichteten Films vom Träger (42) um dessen glänzende, glatte Außenfläche freizulegen, wobei die Trägerfläche im Kontakt mit dem Klarfilm (45) ein spiegelndes Reflexionsvermögen aufweist zum Übertragen der Außenfläche des beschichteten Films mit einer Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest ungefähr 60 %.

73. Verfahren nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß die Klarschicht (45) ein Fluorpolymer und ein Acrylharz umfaßt.

74. Verfahren nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (46) eine Disperion von reflektierenden Flocken aufweist.

75. Verfahren nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Film eine 80º-Glanzstufe hat, die mehr als ungefähr 75 Glanzeinheiten beträgt und eine Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest ungefähr 80 % hat.

76. Profilierte Fahrzeugkarosseriebeplankung (130), die ein Trägersubstrat (118) umfaßt und einen Fahrzeugaußenfarbüberzug (44) umfaßt, der an der profillierten Form der Außenfläche der Beplankung anhaftet und an diese angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbüberzug das Aussehen einer Klarschicht/Farbschicht-Endfarbgebung hat, wenn die Außenfläche des Farbüberzugs betrachtet wird, und eine im wesentlichen durchsichtige Außenwitterungs-Kunstharzaußenklarschicht (45) umfaßt, die eine glänzende, haltbare, fehlerfreie Außenfläche hat, die zur Verwendung eines Fahrzeugs im Freien ausreicht und eine pigmentierte Kunstharz-Fahrzeugfarbschicht (46) aufweist, die mit der Unterfläche der Klarschicht verbunden ist und durch diese hindurch sichtbar ist, um der Außenfläche der profilierten Fahrzeugbeplankung das Aussehen einer Klarschicht/Farbschicht-Endfarbgebung zu verleihen, wobei der Farbüberzug auf der profilierten Karosseriebeplankung eine Abbildungsunterscheidbarkeit von zumindest ungefähr 60 % hat.