DE4230229A1 - Beschichtungsmittel zur Beschichtung von Substraten aus thermoplastischem Kunststoff sowie Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Pulverlack auf ein thermoplastisches Kunststoffsubstrat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmittel zur Beschichtung von Substraten aus thermoplastischem Kunststoff sowie ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Pulverlack auf ein thermoplastisches Kunststoffsubstrat.

Im Stand der Technik ist es bekannt, solche Substrate aus thermoplastischem Kunststoff mit Naßlacken zu beschichten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsmittel gattungsgemäßer Art zu schaffen, welches in einfacher Weise angewandt werden kann und eine qualitativ hochwertige Oberfläche auf dem Substrat aus thermoplastischem Kunststoff gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch ein pulverförmiges, duroplastisches Beschichtungsmittel, das frei von Lösungsmitteln und thermohärtbar ist.

Gemäß der Erfindung wird ein zur Beschichtung von Substraten aus thermoplastischem Kunststoff hervorragend geeignetes Beschichtungsmittel zur Verfügung gestellt, welches in Pulverform auf das Substrat aufgebracht werden kann und durch entsprechende Temperaturanwendung auskondensieren kann. Es wird damit eine hochbeständige Beschichtung erzeugt, die lösungsmittelfrei ist und darüber hinaus eine abriebfeste Oberfläche mit hoher Schutzwirkung ermöglicht.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß es aus opakem oder deckend pigmentiertem Material besteht.

Besonders bevorzugt kann auch vorgesehen sein, daß es aus transparentem Material besteht.

Ein bevorzugtes Beschichtungsmittel wird darin gesehen, daß es aus mit Härter versetzten Polyester- und/oder Epoxy-Harzen besteht.

Desweiteren ist bevorzugt vorgesehen, daß dem Beschichtungsmittel Härter, insbesondere TGIC, bevorzugt Hydroxyalkylamid beigefügt ist.

Bevorzugt ist als Härter Hydroxyalkylamid, wobei durch diese Anwendung ein pulverförmiges duroplastisches Beschichtungsmittel zur Verfügung gestellt wird, welches außenbeständig und resistent gegen UV-Strahlung ist.

Ein bevorzugtes Beschichtungsmittel wird darin gesehen, daß es aus carboxylgruppenhaltigem Polyester besteht.

Weiter beansprucht die Erfindung ein mit den Beschichtungsmitteln nach einem der Ansprüche 1 bis 6 beschichtetes thermoplastisches Substrat, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Substrat aus Polycarbonat besteht.

Desweiteren ist vorgesehen, daß das thermoplastische Material bis zur Kondensationstemperatur des Beschichtungsmittels (ca. 125° bis 130°C) beständig ist.

Bei dieser Ausbildung erfolgt quasi eine Imprägnierung des Substrates, insbesondere aus Polycarbonat, wobei durch die Beschichtung ein Schutz gegen Chemikalien erreicht wird, eine UV-Strahlenbeständigkeit und eine Abriebfestigkeit erzeugt wird und zudem auch eine Verfestigung des Substrates erreicht wird, nachdem die Beschichtung auskondensiert ist.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, mit insbesondere transparenten Beschichtungsmitteln thermoplastische Substrate zu beschichten, die zuvor bedruckt oder dekoriert werden, wobei durch die klarsichtige Beschichtung der Eindruck optischer Tiefe erreicht wird. Der Einsatz des Beschichtungsmittels ist sehr vielfältig, da beispielsweise Gebrauchsgegenstände, wie Badewannen, Einrichtungsgegenstände und dergleichen aus thermoplastischem Kunststoff gefertigt und mit dem Beschichtungsmittel beschichtet werden können, die dann außerordentlich beständig gegen alle üblichen äußeren Einflüsse sind.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Pulverlack auf ein thermoplastisches Kunststoffsubstrat.

Unter einem "thermoplastischem Kunststoffsubstrat" ist ein Körper zu verstehen, der als wesentlichen Bestandteil ein Thermoplast aufweist, wie z. B. Polycarbonat.

Pulverlacke sind ebenfalls allgemein bekannt. Ihr Auftrag auf ein Substrat erfolgt praktisch lösungsmittelfrei, weshalb Pulverlacke vor allem aus Umweltschutzgründen immer mehr an Bedeutung gewinnen. Bekannt sind als Pulverlacke insbesondere Mischungen aus Polyester-Harzen und/oder Epoxy-Harzen.

Thermoplastische Materialien gewinnen ebenfalls aus Umweltschutzgründen immer mehr an Bedeutung, insbesondere wegen ihrer günstigen Recycling-Eigenschaften.

Die Anwendungsmöglichkeiten von thermoplastischen Materialien können erheblich erweitert werden, wenn ein geeignetes Verfahren zur Verfügung steht, die Oberflächen solcher Substrate in ästhetisch ansprechender Weise mit farbigen Dekors zu versehen oder die Substrate auch insgesamt farblich ansprechend zu gestalten.

Eine Lösung dieses Problems ist in der europäischen Patent­ anmeldung 90 108 663.7 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt der EP 90 108 663.7 wird für die vorliegende Anmeldung als bekannt vorausgesetzt und hier ausdrücklich mit einbezogen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Anwendungsmöglichkeiten von thermoplastischen Materialien zu erweitern. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, die Oberfläche von thermoplastischen Substraten, insbesondere solchen Substraten, die durch Sublimationsdruck dekoriert sind, weiter zu verbessern hinsichtlich ihrer chemischen und mechanischen Beständigkeit. Ist das Substrat mittels Sublimationsdruck dekoriert worden, dann soll die Bildqualität und -beständigkeit verbessert werden.

Hierzu lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Pulverlack auf ein thermoplastisches Kunststoffsubstrat, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Substrat mit aufgetragenem, noch pulverförmigem (also noch nicht auspolymerisiertem) Lack in eine Thermoverformungsanlage gegeben und dort auf die Verformungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes erhitzt und tiefgezogen wird, wobei die Temperatur so gesteuert wird, daß der Pulverlack auspolymerisiert und eine feste Verbindung mit dem thermoplastischen Kunststoff eingeht.

In der nicht vorveröffentlichten europäischen Patentanmeldung 91 112 040.0 ist eine Thermoverformungsanlage beschrieben, die bevorzugt auch für die vorliegende Erfindung eingesetzt wird. Diese Thermoverformungsanlage enthält einen Formkörper, welcher der durch thermische Verformung angestrebten Gestalt des Kunststoffsubstrates entspricht, sowie eine Vakuumquelle zur Erzeugung einer Druckdifferenz, mit der das Substrat an den Formkörper andrückbar ist. Eine Vielzahl von Infrarot-Strahlern ist vorgesehen, um das Substrat zu erhitzen. Dabei wird das Substrat in eine Vielzahl von Segmenten aufgeteilt, denen jeweils einer oder mehrere aus der Vielzahl von Infrarot-Strahlern zugeordnet sind, d. h. bestimmte Infrarot-Strahler erhitzen bestimmte ausgewählte Segmente des Substrates. Dabei wird die Temperatur des Substrates mittels einer Infrarotkamera für jeweils die einzelnen Segmente des Substrates gemessen und die Leistung der einzelnen Infrarot-Strahler wird in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur des zugeordneten Substrates gesteuert. Mit dieser Thermoverformungsanlage sowie dem genannten Verfahren zum Steuern der einzelnen Infrarot-Strahler ist es möglich, auch farbig dekorierte Substrate (welche zunächst typischerweise plattenförmig sind) derart zu verformen, daß keine unerwünschte Verzerrung des Dekors auftritt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend soll zunächst ein Transferdruckverfahren beschrieben werden, welches der europäischen Patentanmeldung 90 108 663.7 entspricht.

Mit diesem Transferdruckverfahren können thermoplastische Substrate bedruckt und dekoriert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zur Beschichtung von derart bedruckten Substraten mit Pulverlack verwendet. Andererseits kann aber auch das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Pulverlack auf ein thermoplastisches Kunststoffsubstrat auch bei anderen Substraten Verwendung finden.

Es zeigt:

Fig. 1 in Drauf- und Seitenansicht die Vorbereitung eines Substrates und eines Farbträgers für den Transferdruck;

Fig. 2 und 3 schematische Ansichten des Transferdruckes;

Fig. 4 Einzelheiten des Transferdruckes in stark vergrößertem Maßstab;

Fig. 5 eine Farbverteilung eines zu druckenden Bildes und eine zugehörige Steuerung der Intensität von Infrarot-Strahlern und

Fig. 6 schematisch eine Ansicht einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Pulverlackschicht auf ein thermoplastisches Substrat und zum gleich­ zeitigen Thermoverformen eines solchen Substrates, wobei das Substrat entsprechend den Fig. 1 bis 5 dekoriert worden sein kann.

Ein Substrat 10 soll durch Transferdruck mit einem Bild aus sublimierbaren Dispersionsfarbstoffen dekoriert werden. Der Begriff Substrat soll insbesondere erfassen Filme, Folien oder Platten, wobei die Filme oder Folien Stärken von 25 bis 1 000 Mikrometer und die Platten Stärken von 1 bis 10 mm aufweisen können. Die Filme, Folien oder Platten können aus einem Kunststoffgranulat, Granulatmischungen sowie aus mehreren Kunststoffarten oder Mischungen extrudiert sein. Auch können anorganische Teilchen (Puder, Mehl) zugemischt sein, wobei der Anteil an Kunststoffen an der Oberfläche des Substrates bevorzugt mehr als 50% betragen soll. In Betracht für die Anwendung der Erfindung kommen insbesondere folgende Kunststoff: PC (Polycarbonate), ABS, PMMA, PET und PDT. In Abhängigkeit vom verwendeten Material werden die Prozeßparameter eingestellt (siehe unten).

Die Kunststoffilme, -platten- oder -folien können auch aus mehreren Kunststoffarten und -schichten zusammengesetzt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur für Substrat-Oberflächen geeignet, die glatt sind, sondern auch für strukturierte, poröse, matte und rauhe Oberflächen. Das Substrat-Material kann klar oder gefärbt sein.

Unter einem Substrat ist auch eine Kunststoffschicht zu verstehen, die in Form von Lack auf eine Werkstoffoberfläche von z. B. Holz, Keramik oder Kunststein aufgetragen ist, ggf. unter Vernetzung.

Werden empfindliche oder in bezug auf chemische und mechanische Beanspruchungen oder in bezug auf Licht weniger beständige Kunststoffe verwendet, so können diese nach einer erfindungsgemäßen Bedruckung mit als solches bekannten beständigeren Lacken oder Beschichtungen aus anderen Kunststoffarten überzogen werden.

Das Substrat 10 wird mit Hilfe eines Farbträgers 12 farbig bedruckt.

Auf dem Farbträger 12 ist hierzu das auf das Substrat zu übertragende Bild mit Hilfe von sublimierbaren Dispersionsfarbstoffen aufgedruckt. Als Farbträger 12 kommen insbesondere Papierbögen in Betracht, die einerseits das zu übertragende Bild aus sublimierbaren Farben gut aufnehmen und andererseits eine hinreichende Luftdurchlässigkeit aufweisen, damit während des Sublimations-Umdruckes Luft durch den Farbträger 12 gesaugt werden kann. Gute Ergebnisse werden mit Papiergewichten von 30 bis 120 g erzielt. Die Papierflächen können beliebige Größen haben, insbesondere können sie 1 m² oder größer sein.

Sublimierbare Dispersionsfarbstoffe herkömmlicher Art werden unter Verwendung von Bindemitteln und ggf. Oxidationsadditiven zu Drucktinten verarbeitet. Mittels Offset-, Rotations-, Tief-, Flexo- oder Siebdruckverfahren werden die Bilder, Muster, Einzelfarben oder Motive, mit denen das Substrat 10 versehen werden soll, auf den Farbträger 12 gedruckt.

Gemäß Fig. 1 wird das Substrat 10, welches bedruckt werden soll, in einer Beschickungsstation 14 abgelegt und es wird ein Farbträger 12 auf das Substrat gelegt. Wie dargestellt, ist der bedruckte Farbträger 12 aus Papier wesentlich größer als das Substrat 10, so daß der Farbträger das Substrat an allen Kanten deutlich überlappt. Die überlappende Fläche beträgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 30%.

Die so in einem ersten Schritt übereinander gelegten Substrat- und Farbträgerschichten werden in einem zweiten Schritt in eine Station 16 für eine elektrostatische Aufladung überführt. Hier wird das Substrat 10 gegenüber dem Farbträger 12 so elektrostatisch aufgeladen, daß der Farbträger 12 ganzflächig satt an der Oberfläche des Substrates 10 anliegt. Dies wird im dritten Schritt gemäß Fig. 1 erreicht. Im vierten Schritt wird die Anordnung aus Substrat 10 und wie geklebt daran anliegendem Farbträger 12 zu einer Sublimationsstation befördert, die in Fig. 2 näher dargestellt ist.

Ein Transportband 18 überträgt die wie vorstehend beschrieben erzeugte Anordnung aus Substrat 10 und Farbträger 12 zu einem Tisch 20 mit einer Heizplatte, die mit luftdurchlässigen vertikalen Kanälen (nicht gezeigt) versehen ist, so daß Luft in den Figuren von oben nach unten durch die Tischplatte saugbar ist. Hierzu ist unter der Tischplatte eine Vakuumkammer 22 vorgesehen, die an eine nicht gezeigte Vakuumpumpe angeschlossen ist.

Gemäß den Fig. 2 und 3 wird das Substrat 10 mit darauf fest anliegendem Farbträger 12 auf den Tisch 20 befördert und danach wird Vakuum in der Kammer 22 angelegt. Es ist weder eine Deckfolie über dem Farbträger 12 noch eine Unterlage zwischen dem Substrat 10 und dem Tisch 20 erforderlich.

Über dem Tisch 20 ist ein Gehäuse 24 angeordnet, in dem eine Vielzahl von Infrarot-Strahlern 36 nebeneinander untergebracht sind. Das Gehäuse 24 mit den Infrarot- Strahlern 36 überdeckt überlappend den gesamten Bereich des Substrates 10 und des Farbträgers 12. Eine Temperaturmeßeinrichtung 26 mißt die Temperatur an der den Infrarot-Strahlern zugekehrten Oberfläche des Substrates 10 und der daran anliegenden Seite des Farbträgers 12 mit den sublimierbaren Dispersionsfarben. Eine weitere Temperatureinrichtung 27 mißt die Temperatur der Heizplatte des Tisches 20 und damit die Temperatur an der Oberfläche des Substrates 10, die direkt an dem Tisch 20 anliegt, also diejenige Seite des Substrates 10, die nicht dekoriert wird.

Mittels einer Steuerung 28 werden die einzelnen Infrarot- Strahler 36 im Gehäuse 24 auf unterschiedliche Temperaturen gesteuert, wie weiter unten anhand der Fig. 5 näher erläutert wird.

Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, wird durch den porösen Farbträger 12 Luft in die Vakuumkammer 22 gesaugt, und zwar durch die Kanäle (nicht gezeigt) in der geheizten Tischplatte 20. Dabei wird der Randraum 30 zwischen dem überlappenden Farbträger 12, dem Substrat 10 und dem Tisch 20 luftleer gepumpt, so daß sich der Farbträger 12 gleichmäßig über die gesamte Fläche an das Substrat 10 anzieht. Es entstehen keine Faltungen oder Verwerfungen im Farbträger 12 und Luft- oder Gasblasen werden entfernt. Dies gilt insbesondere für die Erhitzung während der Sublimation unter Dampfbildung.

In diesem Zustand werden der Tisch 20 und die Infratrot­ strahler 36 geheizt. Die von den Infrarot-Strahlern 36 erzeugte Infrarotstrahlung 32 dient zur Erhitzung der auf der Unterseite des Farbträgers 12 angeordneten sublimierbaren Farbstoffe, während die Erhitzung des Tisches 20 dazu dient, das Substrat 10 auf der nicht bedruckten Seite zu erhitzen. Diese Erhitzung des Substrates 10 hat nicht nur den Zweck, eine Formstabilität des Substrates zu erreichen, sondern hat darüber hinaus wesentliche Auswirkungen auf das Eindringen der Farbmoleküle in das Substrat 10.

Dies ist in Fig. 4 näher erläutert, wo die einzelnen Teile in stark verzerrter Vergrößerung dargestellt sind, um den Vorgang der Sublimation und des Eindringens der Farbmoleküle in das Substrat zu veranschaulichen. Wie gesagt, erzeugt die Luftströmung 34 von außen durch den Farbträger 12 und die Luftströmung 36 unterhalb des Farbträgers 12 ein gleichmäßiges, spannungsfreies, blasenfreies und sattes Anlegen des Farbträgers 12 am Substrat 10. Zur Erzielung eines besonders migrations­ beständigen Druckes auf dem Substrat 10 wird nun das Substrat 10 mit der Tischplatte 20 auf eine Temperatur geheizt, die höher ist als die Temperatur an der zu bedruckenden Oberfläche des Substrates 10. In Fig. 4 entsteht also von oben nach unten ein ansteigender Temperaturgradient. Dieser Temperaturgradient hat zur Folge, daß die Farbstoffmoleküle 40 nach der Sublimation relativ weit in das Substrat eindringen. In Fig. 4 ist derjenige Bereich des Substrates 10, in den die Moleküle 40 eindringen, mit 10b bezeichnet, während der im wesentlichen von Farbstoffmolekülen freibleibende Bereich mit 10a gekennzeichnet ist.

Das Maß der Erwärmung an der Oberfläche des Substrates 10 und entsprechend an der Unterfläche des Farbträgers 12 (gemessen mit der Temperaturmeßeinrichtung 26 gemäß Fig. 2) hängt vom Material des Substrates 10 ab. Die Erwärmung beträgt zwischen 60°C (für z. B. ABS) und 150°C (für z. B. PBT). Für PC hat sich eine Erwärmung auf 130°C als günstig erwiesen. Die Temperatur an der Unterfläche des Substrates 10 (gemessen mit dem Temperaturfühler 27 gemäß Fig. 3) soll jeweils um etwa 3 bis 30°C, insbesondere 5 bis 15°C höher liegen, je nach Art und Stärke des Materials.

Im einzelnen haben sich für PC Temperaturwerte von 120 bis 135°C im Sublimationsbereich (d. h. an der Träger- Unterfläche und der Substrat-Oberfläche) als günstig erwiesen, für ABS 90 bis 100°C, für PBT 150 bis 160°C und für PET 80 bis 90°C.

Durch die erfindungsgemäß angewandten relativ geringen Temperaturen ist das Problem der Rück-Sublimation gelöst.

Je nach Stärke des Substrates 10 und seinem Material ist der Sublimationsvorgang in 10 bis 30 Sekunden beendet.

Die Qualität des erzeugten Produktes läßt sich weiter dadurch steigern, daß die Intensität der einzelnen Infrarot-Strahler 36 in Abhängigkeit davon gesteuert wird, welche Farbe durch den betreffenen Strahler sublimiert werden soll. Unterschiedliche Farben erfordern unterschiedliche Energien pro Flächeneinheit für die Sublimation. So steigt der Energiebedarf (und entsprechend die von der Infrarotstrahlung zu erzeugende Temperatur) von gelb über rot und cyan zu schwarz um etwa 20% an. Dies wird durch individuelle Steuerung der einzelnen Infrarot-Strahler entsprechend dem vorherrschenden Farbanteil direkt unter dem Strahler berücksichtigt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Sublimation für alle Farben erreicht, wobei gleichzeitig die zu bedruckende Oberfläche des Substrates hinreichend gleichmäßig erwärmt ist, was die Bildqualität fördert. Fig. 5 zeigt beispielhaft links ein abzudruckendes Bild auf dem Farbträger 12, wobei in den äußeren Bereichen 12a, 12b und 12c hellere Farben (zunehmend von gelb nach rot) vorgesehen sind, während das Bild zur Mitte hin immer dunkler wird, bis es im zentralen Abschnitt einen schwarzen Bereich aufweist. Entsprechend zeigt Fig. 5 rechts schematisch eine Ansicht der Infrarot- Strahler 36 im Gehäuse 24 von unten (beispielsweise in bezug auf Fig. 4), wobei im mittleren Bereich, entsprechend dem schwarzen Bereich des Bildes, 100% einer vorgegebenen IR-Leistung mit den Infrarot-Strahlern erzeugt wird, während nach außen hin die Infrarotleistung jeweils wie angegeben reduziert wird.

Bevorzugt wird der Farbträger 12 auf seiner Rückseite geschwärzt.

Die mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzielte Eindringtiefe der sublimierbaren Farbstoffmoleküle in das Substrat von 100 bis 300 Mikrometer verursacht keine Verblassung des Bildes, sondern überraschenderweise im Gegenteil eine Verbesserung der Bildqualität; das Bild erscheint intensiver und räumlicher. Die Migration ist vernachlässigbar. Das wie beschrieben hergestellte Produkt kann ohne Beeinträchtigung der Bildqualität einer kurzfristigen Stoßerwärmung von z. B. 200 bis 300°C für 2 bis 3 min zwecks einer Thermoverformung unterzogen werden. Auch eine Dauererwärmung von 100 bis 200°C ist möglich (je nach Kunststoffart, z. B. 145°C für PC und 200°C für PBT).

Es erfolgt keine Beschädigung der Substratoberfläche. Die Kunststoffoberfläche behält ihre Struktur ohne jegliche Veränderung, unabhängig davon, ob die Oberfläche auf Hochglanz poliert, matt, seidenmatt, gekrümmt, grob oder fein strukturiert ist. Aufgrund der elektrostatischen Anziehungskräfte und der gleichzeitig wirkenden Vakuumkräfte ist auch die Bildqualität bei groben, rauhen und feinstrukturierten Oberflächen gut.

Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich relativ große Mengen von Farbstoff transferieren (10 bis 20 g naß, bzw. 3 bis 7 g trocken). Hierdurch und durch die beschriebene große Diffusionstiefe kann eine Thermoverformung bis zu 250% Ausdehnung ohne Verblassung oder Aufhellung der Farben durchgeführt werden.

Fig. 6 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine Vorrichtung, mit der gleichzeitig zweierlei Funktionen ausgeführt werden: es wird sowohl eine Schicht aus Pulverlack fest auf das Substrat 10 aufgebracht und gleichzeitig eine Thermoverformung des Substrates durchgeführt. Dabei kann das Substrat wie vorstehend beschrieben mit einem Farbstoff versehen sein. Handelt es sich bei dem Pulverlack um einen durchsichtigen Klarlack, dann dient die Pulverlackschicht der Erzeugung einer insbesondere chemisch und mechanisch beanspruchbaren Oberfläche. Der Pulverlack kann auch eingefärbt sein, wobei das zuvor bedruckte oder dekorierte Substrat mehr oder weniger stark durchscheinen kann, um besondere ästhetische Effekte zu erzielen.

Das (ggf. bedruckte) Substrat 10 wird zwischen Klemmringen 44, 44′ eingespannt. Oberhalb des Substrates ist, z. B. auf seiner bedruckten Seite, d. h. auf derjenigen Seite des Substrates, von welcher die Farbstoffmoleküle eingedrungen sind, eine Infrarotkamera 46 angeordnet. Solche Infrarotkameras, mit denen örtlich aufgelöste Temperaturverteilungen meßbar sind, sind bekannt (Thermovision-Kamera, z. B. Firma AGEMA). Eine Infrarotkamera ermöglicht die Messung der einzelnen Temperaturen in einem matrixartig aufgeteilten Feld. Der von der Infrarotkamera 46 erfaßte Bereich ist durch die Randstrahlen 48, 48′ in Fig. 6 angedeutet.

Entsprechend der örtlichen Auflösung der Temperaturmessung mittels der Infrarotkamera 46 ist somit die Oberfläche des Substrates 10 in eine Vielzahl von Segmenten aufgeteilt, für die jeweils die Temperatur gemessen wird.

In einer Kammer 54 ist eine Form 52 angeordnet, die gemäß dem Doppelpfeil P₂ bewegbar ist. Mittels einer Vakuumquelle, die durch den Pfeil 56 angedeutet ist, kann in der Form 52 ein Vakuum erzeugt werden. Die Oberfläche der Form 52 ist mit einer Vielzahl von Löchern (nicht gezeigt) versehen, durch die das Vakuum einen Saugeffekt ausübt.

Auf einem Schlitten 50 sind eine Vielzahl von Infrarot- Strahlern 36 matrixförmig angeordnet. Der Schlitten 50 mit den Infrarot-Strahlern 36 ist entsprechend dem Pfeil P₁ in die Kammer 54 (in die Fig. 6 dargestellte Position) schiebbar und, je nach Betriebszustand der Vorrichtung, aus der Kammer entfernbar. Etwa spiegelbildlich in bezug auf die Ebene des Substrates 10 ist auch oberhalb des Substrates eine weitere Anordnung 50′ mit einer Vielzahl von ebenfalls matrixförmig angeordneten Infrarot- Strahlern 36′ vorgesehen. Die Infrarotkamera 46 befindet sich in einer mittigen Ausnehmung der matrixförmigen Anordnung von Infrarot-Strahlern 36′ , wobei der an der Stelle der Infrarotkamera "fehlende" Strahler dadurch "ersetzt" werden kann, daß die benachbarten Strahler so ausgerichtet sind, daß sie das zugehörige Segment des Substrates 10 erfassen.

Der Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 6 ist wie folgt: In der in Fig. 6 gezeigten Stellung der Schlitten 50, 50′ werden die Infrarot-Strahler 36, 36′ betrieben. Jeder einzelne der Infrarot-Strahler 36, 36′ bestrahlt ein zugeordnetes Segment auf einer Seite des Substrates 10. Insgesamt decken die von den Infrarot- Strahlern 36, 36′ erzeugten Strahlungsfelder die gesamte Unterseite und die Oberseite des Substrates 10 lückenlos und homogen ab. Die Strahlungsleistung jedes einzelnen Infrarot-Strahlers 36, 36′ wird mittels eines Rechners 60 gesteuert.

Die Steuersignale des Rechners 60 werden über eine Leitung 62 zu den Infrarot-Strahlern 36, 36′ übertragen. Mittels der Steuersignale werden die Leistungen der einzelnen Infrarot-Strahler gezielt entsprechend der Form 52 eingestellt. In Abhängigkeit von der Geometrie der durchzuführen Thermoverformung werden bestimmte Bereiche des Substrates 10 stärker erhitzt als andere Bereiche.

Zum Beispiel können die Bereiche der Form 52, in denen eine Stufe 52′ auftritt, stärker erhitzt werden als solche Bereiche der Form 52, in denen die Thermoverformung geringer ist, wie beispielsweise die Fläche 52′′.

Entsprechend der Form 52 wird somit im Rechner 60 der Vorrichtung ein Programm abgelegt, daß für jeden einzelnen Infrarot-Strahler 36, 36′ die gewünschte Strahlungsleistung steuert.

Mittels der Thermokamera 46 wird für jedes IR-bestrahlte Segment des Substrates 10 die erreichte Temperatur gemessen und die einzelnen Temperaturwerte werden über eine Leitung 64 in den Rechner 60 eingegeben. Mittels des Rechners 60 werden die gemessenen Ist-Werte der Temperaturen der einzelnen Segmente des Substrates 10 mit abgelegten Soll-Werten verglichen. Weichen die Ist- Werte unzulässig von den Soll-Werten ab, werden die entsprechenden Infrarot-Strahler 36, 36′ so betrieben, daß die Ist- und Soll-Werte der Temperaturen hinreichend übereinstimmen.

Mit der Infrarotkamera 46 sind außer den vorstehend beschriebenen Temperaturen auch die Entfernungen zwischen der Kamera und den einzelnen Stellen des Substrates 10 meßbar. Bei der Thermoverformung des Substrates 10 mittels der Form 52 ist der Schlitten 50 entsprechend dem Pfeil P₁ aus der Kammer 54 entfernt und die Form 52 wird entsprechend dem Pfeil P₂ aufwärts bewegt, so daß sie mit dem Substrat 10 in Eingriff kommt. Es wird Vakuum angelegt, so daß das Substrat an die Form 52 angedrückt wird. Dabei verformt sich das Substrat 10. Entsprechend der Verformung ändert sich auch der Abstand zwischen den einzelnen Stellen des Substrates 10 und der Thermokamera 46.

Somit kann mittels der Thermokamera 46 die Verformung des Substrates 10 geometrisch überwacht werden. Bei der gewünschten Verformung ändern sich die Abstände zwischen Substrat 10 und Kamera 46 in bestimmter Weise und dann, wenn die Verformung nicht wie gewünscht eintritt (Fehler), weichen die mittels der Kamera gemessenen Abstände von den gewünschten Werten ab, so daß eine Fehlermeldung erfolgen kann.

Der Rechner 60, in den die Abstandswerte für die einzelnen Segmente des Substrates 10 eingegeben werden, erkennt den Fehler und kann in zweifacher Weise auf die Steuerung der Vorrichtung einwirken: Zum einen kann das Vakuum, welches durch in der Form 52 ausgebildete Löcher (nicht gezeigt) wirksam ist und eine Druckdifferenz erzeugt, gemäß der das Substrat gegen die Form 52 gedrückt wird, verändert werden, um auch denjenigen Bereich des Substrates 10 wie gewünscht an die Form 52 anzudrücken, bezüglich dessen die Abstandsmessung eine unvollständige Verformung ergeben hat. Zum anderen kann die Vorrichtung, insbesondere wenn die vorstehend beschriebene Maßnahme hinsichtlich des Vakuums keinen Erfolg gebracht hat, so gesteuert werden, daß der Schlitten 50 noch einmal in die Kammer 54 gefahren wird, um eine nochmalige Heizung des Substrates 10 durchzuführen, insbesondere an der kritischen Stelle, an der die Verformung unvollständig war.

Erfindungsgemäß wird nun gleichzeitig mit dem vorstehend beschriebenen Thermoverformungsverfahren auch eine Schicht aus Pulverlack auf das Substrat 10 fest aufgebracht. Hierzu wird vor der Thermoverformung zunächst die Substratplatte 10 auf eine Temperatur erhitzt, die noch unterhalb der Verformungstemperatur des thermoplastischen Materials des Substrates liegt. Beispielsweise kann bei Verwendung von Polycarbonat zunächst die Substratplatte auf 100°C erhitzt werden. Sodann wird mittels einer Pulverlack-Spritzpistole ein Pulverlack gleichmäßig auf die flache Platte aufgetragen. Eine elektrostatische Förderung der Haftung zwischen den Pulverteilchen und der Platte ist dabei nicht erforderlich. Als Pulverlack können Mischungen aus Polyester-Harzen und/oder Epoxy-Harzen verwendet werden.

Die so mit Pulverlack gleichmäßig beschichtete Platte wird in die Thermoverformungsanlage eingeführt und dort erfolgt eine Erhitzung von beiden Seiten, z. B. auf Temperaturen zwischen 180°C und 200°C. Bei dieser Erhitzung erweicht das thermoplastische Material des Substrates und der Lack dringt oberflächlich ein. Gleichzeitig wird die Substratplatte, wie oben beschrieben, tiefgezogen, wobei mit einer einzigen gemeinsamen Erhitzung von Pulverlack und Substrat zwei Effekte erreicht werden, nämlich zum einen das Polymerisieren und Eindringen des Pulverlackes in das Substrat und zum anderen die Thermoverformung des Substrates.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß dieses Verfahren einen sauberen Auftrag des Pulverlackes liefert, wobei die Haftung des Lackes auf der Fläche extrem gut ist. Es erfolgt eine sehr gute Auspolymerisation und der Lack fließt gleichmäßig. Risse treten nicht auf. Wird dieses Verfahren bei einem Substrat angewandt, welches zuvor, wie anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben, mit einem farbigen Dekor versehen worden ist, dann ergibt sich keine Beeinträchtigung des Dekors, sondern im Gegenteil kann sich eine Verbesserung des Bildes ergeben. Die Farbe ist nach Durchführung der Thermoverformung sehr gut ausdiffundiert und bei Verwendung von Klarlack hat das Bild eine verbesserte Tiefenwirkung.

Claims (12)

1. Beschichtungsmittel zur Beschichtung von Substraten aus thermoplastischem Kunststoff, gekennzeichnet durch ein pulverförmiges, duroplastisches Beschichtungsmittel, das frei von Lösungsmitteln und thermohärtbar ist.

2. Beschichtungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus entweder opakem oder deckend pigmentiertem Material besteht.

3. Beschichtungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus transparentem Material besteht.

4. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mit Härter versetztem Polyester- und/oder Epoxy-Harzen besteht.

5. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Beschichtungsmittel Härter, insbesondere TGIC, bevorzugt Hydroxyalkylamid beigefügt ist.

6. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es aus carboxylgruppen­ haltigem Polyester besteht.

7. Mit dem Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 beschichtetes thermoplastisches Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Polycarbonat besteht.

8. Mit Beschichtungsmittel beschichtetes Substrat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material bis zur Kondensationstemperatur des Beschichtungsmittels (ca. 125° bis 130°C) beständig ist.

9. Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Pulverlack auf ein thermoplastisches Kunststoffsubstrat, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) mit aufgetragenem, noch pulverförmigem Lack in eine Thermoverformungsanlage (50, 52, 54) gegeben und dort auf die Verformungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes erhitzt und tiefgezogen wird, wobei die Temperatur so gesteuert wird, daß der Pulverlack auspolymerisiert und eine feste Verbindung mit dem thermoplastischem Kunststoff eingeht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) vor Auftragung des noch pulverförmigen Lackes auf eine Temperatur unterhalb der Verformungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes erhitzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Thermoverformungsanlage (50, 52, 54) das Substrat (10) von beiden Seiten erhitzt wird, insbesondere mittels Infrarotstrahlung.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffsubstrat (10) vor Auftragung des noch pulverförmigen Lackes mittels Sublimationsdruck bedruckt wird.