DE3912687A1 - Extrusions-giess-verfahren - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Extrudie
ren eines Profilstreifens aus polymerem Material und insbe
sondere ein Verfahren zum Extrudieren eines Profilstreifens
aus polymerem Material und Laminieren einer dünnen Schicht
mit einem erwünschten Oberflächen-Endzustand auf einen vorbe
stimmten Bereich einer Außenfläche des Profilstreifens.
Aus polymeren Materialien extrudierte Profilstreifen werden
weithin bei Kraftfahrzeugkarosserieanwendungen als Formstücke
benutzt. Formstücke wie Karosserie-Seitenformteile oder Rad
schachtformteile werden benutzt, um eine Fahrzeugkarosserie
vor Aufprallbeschädigungen zu bewahren und um Kanten von
Blechtafeln vor Korrosion zu schützen. Die meisten dieser
Formstücke werden aus thermoplastischen Materialien wie PVC
(Polyvinylchlorid), thermoplastischem Kautschuk, thermopla
stischem Polyurethan oder anderen flexiblen polymeren Mate
rialien extrudiert. PVC ist eines der meistverwendeten Mate
rialien wegen der geringen Kosten und der guten physikali
schen Eigenschaften.
Formteile wie Karosserie-Seitenformteile können aus nur
einem Kunststoffmaterial oder in einem Extrusions/Beschich
tungsverfahren extrudiert werden, bei dem Kunststoffmaterial
auf ein metallisches Verstärkungssubstrat extrudiert wird.
Bei einem Extrusionsbeschichtungsvorgang, bei dem Kunststoff
material mit einem steiferen Materialsubstrat kombiniert
wird, wird eine Kreuzkopf-Extrusionstechnik benutzt. Bei
Kreuzkopf-Extrusionen wird eine kontinuierliche Länge eines
aus Metall bestehenden Verstärkungssubstrates durch eine Ex
trusionsform im rechten Winkel zur Richtung des Kunststoff
flusses gezogen, während geschmolzenes Kunststoffmaterial
auf das Metallsubstrat extrudiert wird. Das aus Metall beste
hende Verstärkungssubstrat wird normalerweise in einem über
mehrere Stationen gehenden Vorgang gereinigt und getrocknet
und durch eine Reihe von Metallwalzen-Formen geformt, bevor
es in die Extrusionsform eintritt.
Bei Kraftfahrzeugkarosserieteilen ist das ästhetische Ausse
hen des Teils eines der wichtigsten zu erfüllenden Krite
rien. Bei der Extrusion von aus Vinyl bestehenden oder aus
mit einem Metallsubstrat verstärkten Vinylformteilen hängt
das Oberflächenaussehen der erhaltenen Formteile von vielen
Variablen ab. Beispielsweise gehören zu diesen Variablen die
Materialzusammensetzung, die Extrusionstemperatur, der Extru
sionsdruck, die Extrusionsgeschwindigkeit und die Abkühlra
te. Wenn bei einem PVC-Formstück Hochglanzaussehen erwünscht
ist, wird normalerweise nach einem von zwei bekannten Verfah
ren vorgegangen. Einmal kann eine Hochglanz-PVC-Formmasse be
nutzt werden, um Formstücke mit Hochglanzoberfläche zu erzeu
gen; das kann jedoch nur mit einer wesentlichen Kostenerhö
hung erreicht werden, da Hochglanz-PVC-Massen normalerweise
wesentlich mehr als glanzlose Massen kosten. Die andere Mög
lichkeit besteht darin, auf die Außenfläche eines Formteils
einen Hochglanzfilm permanent zu laminieren. Auch dieser Vor
gang hat seine Nachteile. Beispielsweise wirken die Kosten
von Hochglanz-Filmen oder -Schichten abschreckend auf den
Automobil-Entwerfer, ein Hochglanzaussehen an einem Formteil
vorzusehen. Darüberhinaus besteht immer das Problem der
Schichtablösung bei laminierten Formteilen, besonders dann,
wenn die Formstücke rauhen Umgebungsbedingungen ausgesetzt
sind.
Kleine Unregelmäßigkeiten bei der Extrusion und bei der
Qualität des Kunststoffharzes können auch Oberflächenfehler
bei den erzeugten Formstücken verursachen. Zu diesen Ober
flächenfehlern gehören die allgemein bekannten "Pickel",
"Lunker", "Krähenfüße", "Stoßlinien" und das "Salz und
Pfeffer"-Aussehen.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ex
trusionsgießverfahren für Profilstreifen aus polymerem Mate
rial zu schaffen, mit dem ein erwünschtes Oberflächenausse
hen erreicht werden kann. Dabei sollen extrudierte Profil
streifen aus polymerem Material entstehen, die im wesentli
chen frei von Oberflächenfehlern und -ungenauigkeiten sind.
Die Erfindung ist damit auf das Extrudieren von Profilstrei
fen mit Hochglanzflächen aus polymerem Material ohne Benut
zung von permanent laminierten Hochglanzfilmen gerichtet.
Dieses Ziel wird erreicht durch die Anwendung eines neuarti
gen Extrusionsgießverfahrens erfindungsgemäßer Art. Bei dem
erfindungsgemäßen Extrusionsgießverfahren wird ein noch hei
ßes Extrudat gegen eine Übertragungsschicht (d.h. einen Über
tragungsfilm) mit den erwünschten Oberflächeneigenschaften
angegossen. Die Übertragungsschicht wird dann vom dem Extru
dat abgeschält, nachdem sowohl die Übertragungsschicht wie
das Extrudat abgekühlt sind.
Bei der praktischen Ausführung wird ein Übertragungsfilm mit
erwünschter Oberflächeneigenschaft entfernbar auf die Außen
fläche eines Extrudates kurz hinter der Extrusionsform auf
laminiert. Sowohl das Extrudat, d.h. der Profilstreifen, wie
der laminierte Übertragungsfilm werden dann in einem Kühl
tank abgekühlt. Nachdem der Übertragungsfilm von der Außen
fläche des Profilstreifens entfernt ist, wird eine von dem
Übertragungsfilm wiedergegebene erwünschte Oberflächeneigen
schaft freigelegt.
Bei der Ausführung des neuartigen Verfahrens des erfindungs
gemäßen Extrusionsgießens kann eine Vielzahl von Oberflächen
gestaltungen an der Außenfläche von Profilstreifen wiederge
geben werden. Zu diesen Oberflächeneigenschaften gehört ein
Hochglanzaussehen, ein mattes Aussehen, d.h. mit geringem
Glanz, und eine Vielzahl von Prägemustern, die auf der Über
tragungsschicht hergestellt werden können.
Eine wichtige Bedingung, die bei der Ausführung der Erfin
dung eingehalten werden muß, besteht darin, daß die Übertra
gungsschicht auf den Profilstreifen auflaminiert werden muß,
während dessen Oberfläche noch eine relativ hohe Temperatur
besitzt. Es hat sich gezeigt, daß eine Mindest-Laminierungs
temperatur für PVC annähernd 104°C (220°F) beträgt. Diese
Bearbeitungsbedingung kann dadurch erfüllt werden, daß eine
Übertragungsschicht auf einen Profilstreifen mit kurzem
Abstand hinter der Extrusionsform aufgewalzt wird, d.h. in
nerhalb von ca. 61 cm (2 ft).
Es hat sich auch gezeigt, daß vorzugsweise eine Übertragungs
schicht aus einem zu dem Material des Profilstreifens unähn
lichen Material verwendet werden sollte, um das leichte Ab
ziehen der Übertragungsschicht von dem Profilstreifen zu
ermöglichen. Wenn beispielsweise ein PVC-Profilstreifen
extrudiert wird, kann eine Übertragungsschicht aus Polyester
material auf die Außenfläche des Profilstreifens auflami
niert und dann nach Abkühlen leicht davon entfernt werden.
Um das Entfernen der Übertragungsschicht von dem extrudier
ten Profilstreifen noch weiter zu erleichtern, sollten die
Schicht und der Profilstreifen wesentlich von der Laminie
rungstemperatur aus abgekühlt sein. Eine geeignete Zieltempe
ratur für das Abkühlen der Schicht und des Profilstreifens
beträgt ca. 49°C (120°F) bei einem System Polyester/PVC.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei
spielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Abschnittes
eines PVC-Profilstreifen, der mit einem Hochglanz-
Polyesterfilm durch ein erfindungsgemäßes Verfahren
bedeckt wurde, und
Fig. 2 eine Darstellung einer Extrusions/Laminierungs-Ein
richtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung
wird ein PVC-Profilstreifen zuerst dadurch hergestellt, daß
eine PVC-Harzmasse auf eine kontinuierliche Länge eines ver
stärkenden Metallsubstrates extrudiert wird, und dann wird
ein Hochglanz-Polyesterfilm auf die oberen Flächen des Strei
fens laminiert. Ein Abschnitt dieses PVC-Profilstreifens 10
ist in Fig. 1 gezeigt. Wie gezeigt, ist eine Schicht 16 aus
PVC-Material mit einer Stärke von ca. 0,51 mm (0,020′′) auf
ein Metallsubstrat 18 extrudiert. Es hat sich gezeigt, daß
das neuartige Extrusionsgießverfahren erfindungsgemäßer Art
mit PVC-Stärken von nur 0,254 mm (0,010′′) ausgeführt werden
kann. Das bei der bevorzugten Ausführung benutzte Metallsub
strat 18 besteht aus Aluminiummaterial mit ausreichender
Dicke und Steifigkeit zur Verwendung als Automobilkarosse
rie-Seitenformteil.
Fig. 1 zeigt auch einen Abschnitt eines PVC-Profilstreifens
40, der mit einem Hochglanz-Polyesterfilm 20 als Übertra
gungsschicht bedeckt ist. Nach dem Abziehen des Polyester
films 20 von der oberen Fläche 12 des Profilstreifens, wie
im rechten Teil der Fig. 1 dargestellt, tritt ein Hochglanz
auf der PVC-Fläche auf, der die Eigenschaften der unteren
Fläche 22 des Polyesterfilms 20 wiedergibt.
Ein 63,5 mm (2 1/2′′)-Kreuzkopfextruder wird bei der bevorzug
ten Ausführung zum Extrudieren des PVC-Profilstreifens beim
Extrusions-Beschichtungsvorgang erfindungsgemäßer Art be
nutzt. Fig. 2 zeigt eine Skizze des Aufbaus aus Extrusions
form und Laminierungseinrichtung. Nachdem das verstärkende
Metallsubstrat 18 in einem Mehrstations-Reinigungs- und
-Trockenvorgang (nicht dargestellt) gereinigt und getrocknet
wurde, wird es (auch nicht dargestellt) vorgeheizt und in
die Kreuzkopfform 52 eingeführt. Nachdem ein Niedrigglanz-
PVC-Material 16 (d.h. einem 20°-Glanzwert von 60) auf das
verstärkende Metallsubstrat 18 extrudiert wurde, wird, wäh
rend die Oberflächentemperatur des PVC-Materials sich noch
in einem Temperaturbereich von ca. 138°C (280°F) befindet,
mit einem Abstand von ca. 61 cm (2 ft.) von der Extrusions
form eine kontinuierliche Länge einer Übertragungsschicht
aus Hochglanz-Polyesterfilm 20 (mit einem 20°-Glanzwert von
90) auf die PVC-Oberfläche 16 durch Aufbringwalzen 32 mit
geringem Aufwalzdruck auflaminiert, der ausreicht, den
Polyesterfilm auf die PVC-Fläche zu laminieren. Es hat sich
gezeigt, daß eine Mindest-Flächentemperatur des PVC von 104°C
(220°F) für die Laminierung ausreicht, um die Oberflächen
eigenschaft, d.h. den Glanzwert 90 der Übertragungsschicht,
auf der Oberfläche wiederzugeben. Diese Mindest-Oberflächen
temperatur kann bei anderem Kunststoffmaterial auch darunter
liegen, z.B. 93°C (200°F) betragen. Es ist in Fig. 2
gezeigt, daß eine kontinuierliche Länge Polyesterfilm 20 von
einer Zuführrolle 30 über eine Reihe von Walzenführungen 36
gezogen wird, bevor sie auf die PVC-Fläche laminiert wird.
Der zusammengesetzte Streifen 40 aus Polyesterfilm und PVC-
Profil wird dann in einen (nicht dargestellten) Kühlwasser
tank mit einer Länge von 6,1 m (20 ft.) eingeführt, um das
PVC-Material und den Polyesterfilm rasch abzukühlen. Das
Wasser in dem Kühltank wird bei ca. 4,4°C (40°F) gehalten,
um die Oberfläche des PVC-Profilstreifens rasch abzukühlen
und den Glanzwert 90 einzufrieren, der von der Oberfläche
des Polyesterfilms übertragen wird. Nachdem der Polyester
film/PVC-Profilstreifen den Kühltank verlassen hat und durch
einen Hochdruck-Luftstrom trockengeblasen wurde, wird er
durch eine an einem Schiebetisch angebrachte Kreissäge in
entsprechende Längen geschnitten. Es hat sich gezeigt, daß
das neuartige Extrusionsgießverfahren erfindungsgemäßer
Art in einem weiten Bereich von Extrusions-Geschwindigkeiten
ausgeführt werden kann, z.B. von 1,524 m/min (5 ft./min) bis
30,48 m/min (100 ft./min) unter Aufrechterhaltung zufrieden
stellender Ergebnisse. Der Polyesterfilm kann nach dem Zer
schneiden der Profilstreifen abgezogen werden, oder er kann
als Oberflachenschutz an dem Streifen verbleiben, bis dieser
endgültig installiert ist. Durch die Erfindung wird die Ober
flächengüte des Profilstreifens von einem Glanzwert 60 auf
einen Glanzwert 90 verbessert durch Wiedergabe des Glanzes
des Polyesterfilms.
Der bei der bevorzugten Ausführung benutzte Polyesterfilm
ist ein Hochglanzfilm, d.h. Glanzwert 90 bei 20° Glanzab
lesung mit einem Gardner-Glanzmeßinstrument, und hat eine
Dicke von 0,0254 mm (0,001′′). Der Film wurde von der Firma
Pilcher Hamilton Corp. in Broadview, Ill., USA geliefert und
ist unter Handelsnamen PHanex R erhältlich. Er wird mit
Breiten zwischen 25,4 mm und 101,6 mm (1 bis 4′′) geliefert.
Es wurde auch ein Polyesterfilm der Firma E. I. duPont Co.
mit dem Handelsnamen TEDLAR R benutzt, mit ebenfalls zu
friedenstellenden Ergebnissen. Diese beiden Filmsorten sind
mit unterschiedlichen Glanzwerten erhältlich.
Es können auch andere Filmarten mit unterschiedlicher chemi
scher Natur zur Ausführung der Erfindung benutzt werden, um
das gleiche gewünschte Ergebnis zu erzielen. Es hat sich
gezeigt, daß bei bestimmten Filmen, die größere Starrheit
besitzen, ein Vorheizen des Filmes vor dem Laminieren notwen
dig sein kann, um die Flexibilität des Films zu verbessern
und dadurch den Laminierungvorgang zu erleichtern. Der Vor
wärmvorgang kann leicht durch Benutzung einer Heißluftpisto
le zum Vorheizen der Oberfläche des Filmes auf eine Tempera
tur von ca. 149°C (300°F) ausgeführt werden.
Es ist wohl vorteilhaft, wenn die Schmelztemperatur (oder
Erweichungstemperatur) des Übertragungsfilmmaterials minde
stens 11°C (20°F) höher als die Schmelztemperatur (oder Er
weichungstemperatur) des zum Extrudieren des Profilstreifens
benutzten Materials ist. Dadurch wird das Entfernen des Über
tragungsfilmes von dem Profilstreifen erleichtert, nachdem
beide von der Laminierungstemperatur abgekühlt wurden.
Es sollte auch noch bemerkt werden, daß statt des bei der
bevorzugten Ausführung benutzten Hochglanzfilmes erfindungs
gemäß irgendein anderer Filmtyp mit irgendeiner Oberflächen
eigenschaft oder einer Oberflächenformung eingesetzt werden
kann. Beispielsweise kann ein Mattglanz-Polyesterfilm (Glanz
wert 30 bei 20° Glanzablesung) für das Laminierungsverfahren
benutzt werden, falls eine matte, nichtglänzende Oberfläche
an einem PVC-Profilstreifen erwünscht ist.
Es können auch Kunststoffilme benutzt werden mit eingepräg
ten Muster an ihren Oberflächen, um diese Oberflächenmuster
auf den Profilstreifen zu übertragen. Wenn auch derartige
Prägemuster bei einem Profilstreifen durch Prägerollen er
zielt werden können, besitzt die Erfindung doch den zusätz
lichen Vorteil, daß Profilstreifen mit höchstens minimalen
Oberflächenfehlern erzeugt werden können.
Bei der Ausführung des Extrusionsgießverfahrens können ver
schiedene Oberflächenfehler, die bei extrudierten Profil
streifen häufig angetroffen werden (beispielsweise Pickel,
Lunker oder Stoßlinien) wesentlich verringert oder vollstän
dig beseitigt werden. Es sind auch keine sehr teuren Hoch
glanzfilme zur permanenten Laminierung erforderlich, wenn
eine Hochglanzfläche gewünscht wird. So kann mit der Erfin
dung ein Profilstreifen mit außerordentlich hoher Qualität
bei bedeutend erniedrigten Kosten erzeugt werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Verwendung einer Kunststoffextrudiervor
richtung mit einer Extrusionsform zur Erzeugung eines
Profilstreifens aus polymerem Material und zum Laminie
ren einer Schicht auf den Profilstreifen an einem
vorbestimmten Flächenbereich des Profilstreifens,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht (20) eine erwünschte Oberflächeneigen
schaft (22) besitzt und entfernbar auf den Profilstrei
fen (10) mit der die erwünschte Oberflächeneigenschaft
besitzenden Fläche (22) dem Streifen (10) zugewendet auf
den Streifen (10) laminiert wird, so daß die erwünschte
Oberflächeneigenschaft auf den Oberflächenbereich des
Streifens (10) übertragen ist, wenn die entfernbar lami
nierte Schicht (20) davon vor dem Endgebrauch des Profil
streifens (40) entfernt wird, daß das polymere Material
auf eine Temperatur aufgeheizt wird, bei der es durch
die Extrusionsform (52) extrudiert werden kann, daß das
Material durch die Extrusionsform (52) zur Erzeugung des
Profilstreifens (10) extrudiert wird, daß die Schicht
(20) mit der erwünschten Oberflächeneigenschaft an der
dem Profilstreifen (10) zugewendeten Fläche (22) entfern
bar auf eine Außenfläche (12) des Profilstreifens (10)
laminiert wird, wobei die Schicht (20) eine Erweichungs
temperatur besitzt, die mindestens 11°C höher als die
Erweichungstemperatur des polymeren Materials ist, daß
der profilierte Streifen (40) zusammen mit der laminier
ten Schicht (20) abgekühlt wird und dann die laminierte
Schicht (20) von dem abgekühlten Profilstreifen (40) ent
fernt wird, um die von der Schicht (20) übertragene Ober
flächenausbildung freizulegen.
2. Verfahren zur Verwendung einer Kunststoffextrudiervor
richtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht (20) entfernbar auf den Profilstreifen
(10) laminiert wird, während die Oberflächentemperatur
des Streifens (10) nicht unter 93°C liegt.
3. Verfahren zur Verwendung einer Kunststoffextrudiervor
richtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht (20) aus einem dem Material des profil
streifens (10) unähnlichen Material gebildet wird, so
daß während der Laminierung keine permante Bindung zwi
schen der Schicht (20) und dem Profilstreifen (10) auf
tritt.
4. Verfahren zur Verwendung einer Kunststoffextrudiervor
richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächeneigenschaft der Schicht (20) eine
Hochglanzeigenschaft mit einem 20°-Glanzwert von nicht
weniger als 60 ist.
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