DE3912687A1 - Extrusions-giess-verfahren - Google Patents

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.