DE4242059C1 - Verfahren zum thermischen Verbinden von Kunststoff-Formkörpern mit weiteren Kunststoffkomponenten mittels einer durch Plasmapolymerisation aufgetragenen Zwischenschicht - Google Patents

Verfahren zum thermischen Verbinden von Kunststoff-Formkörpern mit weiteren Kunststoffkomponenten mittels einer durch Plasmapolymerisation aufgetragenen Zwischenschicht

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Kunststoff-Formkörpern mit weiteren Kunststoffkomponen­ ten, insbesondere in Form einer Kunststoff-Folie, eines Partikelschaumes oder eines weiteren Formkörpers durch Aufbringen einer Zwischenschicht auf zumindest eine der Fügeflächen, wonach unter Wärmezufuhr eine flächige Ver­ schweißung oder Schmelzverklebung zwischen den Form­ körpern und den weiteren Kunststoffkomponenten erfolgt, und wobei insbesondere thermoplastische Materialien wie Polyolefine, Polypropylen oder Polyäthylen zum Einsatz kommen. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 38 23 817 C1 verwiesen.
Zur vollständigen Verbindung von Oberflächen gleicharti­ ger Kunststoffe stehen mehrere Methoden zur Verfügung, so beispielsweise Verschweißen, Verkleben oder Verschäumen mit einer funktionalen Schaumschicht.
Das übliche Verkleben, und als Spezialfall auch das Ver­ schäumen bringt, je nach Wahl des Klebemediums, einige Nachteile mit sich. So lassen sich manche Kunststoffe, insbesondere Polyolefine, nur äußerst schwer verkleben und müssen daher vorbehandelt werden, was insbesondere bei komplizierten Oberflächen einen erhöhten Aufwand be­ deutet. Darüber hinaus stellen die überwiegend duro­ plastischen Klebemedien, wie z. B. Epoxidharze oder - ggf. geschäumte - Polyurethane ein schwerwiegendes Hin­ dernis für die Recyclebarkeit des Gesamtbauteiles dar. Generell ist die Aufbringung von Klebstoff bei komplexen Oberflächen, beispielsweise mit Löchern oder Durchbrüchen schwierig. Dies gilt auch bei Verwendung von an sich be­ kannten Schmelzklebefolien, da diese nur begrenzt ver­ formbar sind und daher bei kompliziert geformten Oberflä­ chen wegen Rißgefahr nicht eingesetzt werden können.
Eine Verschweißung ist insbesondere bei spritzgegossenen und/oder dünnwandigen Formteilen mit komplizierten Ober­ flächengeometrien problematisch, da hierbei ein Verzug der Formteile entstehen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein demgegenüber ver­ bessertes Verfahren zum Verbinden von Kunststoff-Formkör­ pern mit weiteren Kunststoffkomponenten aufzuzeigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Zwi­ schenschicht durch Plasmapolymerisation aufgetragen und so eingestellt wird, daß sie zumindest gegenüber den Formkörpern eine niedrigere Schmelztemperatur besitzt, wobei die Zwischenschicht den Formkör­ pern/Folien/Partikelschäumen chemisch ähnlich ist, wobei jedoch durch geeignete Abstimmung der Plasmabedingungen, so insbesondere von Prozeßgas, Prozeßparametern, Prozeß­ dauer und/oder Anregungsleistung in der Zwischenschicht eine andersartige Molekülkettenlänge oder Vernetzungs­ struktur eingestellt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird mittels Plasmapolymerisation im Nie­ derdruckplasma beispielsweise durch Mikrowellenanregung insbesondere die zu fügende Oberfläche eines oder mehre­ rer Fügepartner, d. h. der Kunststoff-Formkörper und/oder der weiteren Kunststoffkomponenten so beschichtet, daß eine festhaftende, dünne polymere Schicht entsteht. Die Schmelztemperatur dieser Zwischenschicht soll dabei be­ vorzugt um 10°-50° unter derjenigen der Fügepartner, d. h. insbesondere der Formkörper liegen. Aufgrund der nied­ rigeren Schmelztemperatur wird beim anschließenden Füge­ prozeß lediglich eine geringere Wärmezufuhr benötigt um eine flächige Verschweißung oder Schmelzverklebung zu er­ zielen, so daß die Stabilität der Fügepartner, d. h. ins­ besondere der Kunststoff-Formkörper keine Einschränkung erfährt. Durch die Wärmezufuhr wird somit beim Fügen, d. h. beim flächigen Verschweißen oder Schmelzverkleben im wesentlichen lediglich die Zwischenschicht erweicht, wäh­ rend der oder die Formkörper sowie ggf. die Folie(n) nicht angeschmolzen wird/werden. Auch kann es erwünscht sein, einen Partikelschaum nicht anzuschmelzen; anderer­ seits kann jedoch gerade ein Anschmelzen eines Partikel­ schaumes besonders vorteilhaft sein. Auch dies ist indi­ viduell durch geeignete Abstimmung einer Zwischenschicht, die ggf. auch direkt auf den Partikelschaum aufgetragen werden kann, wie gewünscht einstellbar. Ein Verzug der Fügepartner durch den Fügeprozeß ist mit dem erfin­ dungsgemäßen Verbindungsverfahren jedenfalls stets aus­ geschlossen.
Zwar ist aus der DE 31 30 430 A1 ein Verfahren zum Ver­ kleben von Folien mit sich selbst oder anderen Substraten beschrieben, wobei ein Klebstoff durch energiereiche Strahlung aufgetragen und dann die Folie mit dem genann­ ten Substrat zusammengeführt wird, jedoch wird dabei der Kleber nicht durch Plasmapolymerisation aufgetragen. Fer­ ner ist in dieser Schrift auch nicht von verschiedenarti­ gen Schmelztemperaturen die Rede.
Erfindungsgemäß sollte die Zwischenschicht den Formkör­ pern sowie den weiteren Kunststoffkomponenten chemisch ähnlich sein, wobei durch geeignete Abstimmung der Plas­ mabedingungen in der Zwischenschicht eine andersartige Molekülkettenlänge oder Vernetzungsstruktur eingestellt wird, um die niedrigere Schmelztemperatur hervorzurufen. Dann nämlich kann im Kunststoff-Verbund, d. h. in den mit weiteren Kunststoffkomponenten zusammengefügten Formkör­ pern ein durchgängiges, einheitliches Werkstoffkonzept umgesetzt werden. Aufgrund der gleichen Werkstoffbasis ergibt sich somit eine recyclingfreundliche Verbindung. Im Zuge der recyclingfähigen Bauteilgestaltung ist man nämlich bestrebt, komplex aufgebaute Teile wie beispiels­ weise Träger-, Schaum- oder Folienverbunde aus ein und demselben Werkstoff zu fertigen. Übliche Klebstoffe mit bevorzugt niedrigeren Schmelztemperaturen sind jedoch in der Regel Fremdwerkstoffe und bedingen somit ein aufwen­ diges Recycling bzw. schließen ein Recycling aufgrund der einlösbaren Verbindung oftmals aus. Hingegen ergibt sich dieses Problem bei einer erfindungsgemäß chemisch ähn­ lichen Zwischenschicht mit niedrigerer Schmelztemperatur nicht. Eingestellt werden kann diese Schmelztemperatur der Zwischenschicht beim eigentlichen Beschichtungsprozeß durch die Plasmapolymerisation. Die Plasmabedingungen sowie die Prozeßparameter sind hierzu entsprechend ab zu­ stimmen. Ausgewählt werden kann beispielsweise ein ge­ eignetes Prozeßgas, variiert werden kann die Prozeßdauer und/oder die Anregungsleistung bei der Mikrowellenanre­ gung.
Typische Schichtdicken sind 0,1-30 µm, insbesondere 1-10 µm. Mit Hilfe dieser entsprechend gestalteten Zwi­ schenschicht wird bei Erwärmung über ein Heizmedium eine flächige Verschweißung oder Schmelzverklebung zwischen den Fügepartnern erzielt. Insbesondere kann beispiels­ weise die gesamte Oberfläche eines mit einem Polypropy­ len-Partikelschaum zu verbindenden Polypropylen-Spritz­ guß-Trägerteiles mit einer erfindungsgemäßen Zwischen­ schicht versehen werden. Ebenso geeignet ist dieses Ver­ fahren für andere Thermoplaste. Wesentlich ist, daß diese Zwischenschicht einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Fügeparter, d. h. insbesondere das Trägerteil sowie die Folie aufweist, so daß sich die Fügepartner unter Wärme­ einwirkung ähnlich einer Verschweißung miteinander ver­ binden. Aufgrund der wegen des niedrigeren Schmelzpunktes geringen Wärmeeinwirkung verlieren die Fügepartner dabei jedoch nicht ihre Stabilität. Ferner wird - wie bereits erläutert - durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur das Verschweißen oder Schmelzverkleben erleichtert, sondern darüber hinaus auch die Verwendung eines durch­ gängigen, einheitlichen Werkstoffkonzeptes ermöglicht, was unter Recyclinggesichtspunkten besonders vorteilhaft ist. Dabei kann es ausreichend sein, die Zwischenschicht lediglich auf der Oberfläche eines der beiden Fügepartner aufzubringen, daneben ist es selbstverständlich auch mög­ lich, die entsprechenden Oberflächen beider bzw. sämtli­ cher Fügepartner erfindungsgemäß zu beschichten.
Verwendet werden kann das erfindungsgemäße Verfahren bei­ spielsweise bei der Herstellung von Innenverkleidungstei­ len von Fahrzeugen. Gedacht ist dabei insbesondere an die Instrumententafel oder generell an Bauteile, bei denen auf relativ harte Trägerteile weiche bzw. elastische Oberflächenschichten aufgebracht werden sollen. Die bei­ gefügte Prinzipskizze zeigt einen Schnitt durch ein der­ artiges Bauteil. Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Formkör­ per bezeichnet, auf den neben einem Partikelschaum 2 ab­ schließend eine Folie 3 aufgebracht werden soll. Zwischen dem Formkörper 1 und dem Partikelschaum 2 sowie zwischen der Folie 3 und dem Partikelschaum 2 befindet sich eine erfindungsgemäß aufgebrachte, den gezeigten Haftverbund vermittelnde Zwischenschicht 4. Diese Zwischenschicht wurde dabei, wie oben geschildert, durch Plasmapolymeri­ sation auf den Formkörper 1 und auf die Folie 3 aufge­ bracht. Selbstverständlich kann eine erfindungsgemäße Verbindungstechnik auch lediglich zwischen dem Formkörper 1 sowie der Folie 3 angewandt werden. Dabei sind weitere Abwandlungen möglich, die unter den Inhalt der Pa­ tentansprüche fallen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verbinden von Kunststoff-Formkörpern (1) mit weiteren Kunststoffkomponenten, insbesondere in Form einer Kunststoff-Folie (3), eines Partikel­ schaumes (2) oder eines weiteren Formkörpers durch aufbringen einer Zwischenschicht (4) auf zumindest eine der Fügeflächen, wonach unter Wärmezufuhr eine flächige Verschweißung oder Schmelzverklebung zwi­ schen dem/den Formkörper(n) (1) und den weiteren Kunststoffkomponenten erfolgt und wobei thermoplastische Materialen, insbesondere Polyolefine, zum Einsatz kommen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (4) durch Plasmapolymerisation aufgetragen und so einge­ stellt wird, daß sie zumindest gegenüber den Formkörpern (1) eine niedrigere Schmelztemperatur besitzt, wobei die Zwischenschicht (4) den Formkör­ pern (1)/Folien (3)/Partikelschäumen (2) chemisch ähnlich ist, wobei jedoch durch geeignete Abstimmung der Plasmabedingungen, in der Zwischenschicht (4) eine andersartige Molekülkettenlänge oder Vernetzungs­ struktur eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur der Zwischenschicht (4) um 10-50°C unter derjeni­ gen der Formkörper (1) sowie ggf. Folien (3) oder ggf. selbst mit einer Zwischenschicht (4) versehenen Partikelschäumen (2) liegt.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht (4) mit einer Dicke von 0,1-30 µm, insbesondere von 1-10 µm erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Plasmabedingungen ein geeignetes Prozeßgas, geeignete Prozeßparameter sowie Prozeßdauer und/oder Anregungsleistung gewählt wird.
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