-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen farbigen geformten Kunststoffgegenstand
und einen Prozess zu seiner Herstellung.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Gemäß der US-Patentschrift
5 401 457 wird ein Verfahren zum Formen eines mit einer Farbschicht
versehenen Gegenstandes bereitgestellt. Nach der Vorgehensweise
der Patentschrift '457
wird ein Film oder eine Folie (nachstehend einheitlich als Folie
bezeichnet) im Wesentlichen flach über einem Formwerkzeughohlraum
angeordnet und durch eine Kernhälfte
sowie durch geschmolzenen Kunststoff verformt, der durch einen Eingusskanal
eintritt. Die Vorgehensweise gemäß der Patentschrift '457 ist jedoch insbesondere
bei großflächigen Formteilen
und extrem unterschiedlichen Krümmungen
schwer zu beherrschen. Die Schwierigkeiten nehmen noch zu, wenn
der Kunststoff unter Druck bei so hohen Temperaturen geformt wird,
dass sich die Folienstärke stark
verringert, wie es bei herkömmlichen
Spritzgießverfahren
der Fall ist.
-
Gemäß der US-Patentschrift
6 132 669 wird ein mit einer Farbschicht versehener Gegenstand hergestellt,
indem geschmolzener Kunststoff auf eine Folie aufgetragen und der
Verbund aus Folie und geschmolzenem Kunststoff in einem Formwerkzeughohlraum
verformt wird. Diese Vorgehensweise und der sich daraus ergebende
Gegenstand zeigen, dass sich ein mit einer Farbschicht versehener
Gegenstand erfolgreich und in wirtschaftlicher Weise bilden lässt. Es
wäre jedoch
besonders wünschenswert, den
sich ergebenden Gegenstand noch weiter zu verbessern, insbesondere
was die Qualitätsminderung
der Folie und das Dünnerwerden
der Farbschicht nach dem Formen anbelangt.
-
In
der US-Patentschrift 5 238 725 wird beschrieben, dass mit einem
thermoplastischen Kunststoff belegte Kernstrukturen als Zwischenprodukte verwendet
werden können,
um in einem Schritt und innerhalb von Minuten ein Endprodukt zu
bilden, das Zierelemente aufweist. Die zum Einsatz kommenden geschichteten
Tafeln sind mit einem Wabenkern und thermoplastischen Außenlagen
hergestellt, und zwar ohne Verwendung von Lösungsmitteln oder zusätzlichen
Klebstoffen, um die Außenlagen
und das Kernmaterial miteinander zu verbinden. Zur Herstellung eines
Verbunds mit einem Wabenkern, der eine Randbearbeitung in Form einer
Schaumstoffeinfassung hat, werden die am Rand bearbeiteten, faserverstärkten Kernaußenlagen
aus thermoplastischem Kunststoff mit dem Kern verbunden und an eine
der Außenlagen
wird eine Zierfolie geklebt. Der Verbund wird mittels einer Vorrichtung
hergestellt, die eine Wärmequelle
hohen Energiebedarfs mit oberen und unteren Heizflächen sowie
eine Presse mit oberen und unteren Heizplatten beinhaltet. Der Formvorgang
beginnt mit dem Einlegen der Tafel in den Ofen; dann folgt das Erwärmen und
Pressen des Verbunds. Es sind Wärmequellen
hohen Energiebedarfs notwendig.
-
Demzufolge
ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Schichtstoff aus Kunststoff und Folie (Laminat) bereitzustellen,
der einfach und schnell erhalten werden kann.
-
Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen wie
oben erwähnten
verbesserten Schichtstoff bereitzustellen, der die Folie ohne Verlust
von deren Eigenschaften verstärkt,
und ohne die leichte und einfache Herstellung des sich zuletzt ergebenden
Gegenstands aufs Spiel zu setzen.
-
Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich nachstehend.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie beansprucht wird, werden die vorgenannten Aufgaben
ohne weiteres gelöst
und Vorteile erzielt.
-
Durch
Formen eines Kunststoffgegenstandes aus einem verstärkten Verbundschichtstoff
behält
die farbige Zierschicht eine einheitliche Farbe im geformten Gegenstand
bei.
-
Gemäß dieser
Erfindung wird ein farbiger geformter Gegenstand bereitgestellt,
umfassend
eine Kunststoffschicht (34, 40);
eine äußere Folienschicht
(10, 44) über
der Kunststoffschicht, die einen Verbundschichtstoff mit dieser bildet,
wobei die äußere Folienschicht
(10, 44) eine Innenfläche (18), die an die
Kunststoffschicht (34, 40) angrenzt und mit dieser
verbunden ist, und eine Außenfläche (20),
die gegenüber
der Innenfläche
(18) angeordnet ist, aufweist;
ein Verstärkungsmaterial
(16, 42), das aus der aus Metall, Kunststoff,
Kohlenstofffasern, Glasfaserstoff, Gewebe oder Mischungen daraus
bestehenden Gruppe gewählt
ist, und das an die Innenfläche
(18) der äußeren Folienschicht
(10) geklebt ist, wobei das Verstärkungsmaterial (16, 42)
mindestens teilweise in die Innenfläche (18) der äußeren Folienschicht
(10, 44) eingebettet ist, und wobei das Verstärkungsmaterial
(16, 42) und/oder die Kunststoffschicht (34, 40) Verstärkungsfasern
beinhalten/beinhaltet, die lange Fasern mit einer Länge von
mindestens ungefähr
30 mm aufweisen; und
eine farbige Zierschicht (10', 44') mit einheitlicher Farbe
an der Außenfläche (20)
der äußeren Folienschicht
(10, 44).
-
Gemäß dieser
Erfindung wird auch ein Prozess zum Herstellen eines farbigen geformten
Kunststoffgegenstandes mit den folgenden Schritten bereitgestellt:
Bereitstellen
eines Verbundschichtstoffes, der Folgendes aufweist: eine äußere Folienschicht
(10) mit einer Innenfläche
(18) und einer Außenfläche (20), die
gegenüber
der Innenfläche
(18) angeordnet ist, ein Verstärkungsmaterial (16),
das aus der aus Metall, Kunststoff, Kohlenstofffasern, Glasfaserstoff,
Gewebe oder Mischungen daraus bestehenden Gruppe gewählt ist,
und das an die Innenfläche
(18) geklebt ist, wobei das Verstärkungsmaterial (16)
mindestens teilweise in die äußere Folienschicht
(10) eingebettet ist, und eine farbige Zierschicht (10') an der Außenfläche (20);
Anordnen
des Verbundschichtstoffes über
einem Formwerkzeug (12), das einen Hohlraum (30)
und eine Formwerkzeugoberfläche,
welche den Hohlraum (30) bildet, aufweist, wobei die farbige
Schicht (10')
zum Hohlraum (30) gerichtet ist;
Bereitstellen von
Verstärkungsfasern,
die lange Fasern mit einer Länge
von mindestens ungefähr
30 mm aufweisen, im Kunststoffmaterial für die Kunststoffschicht (34, 40)
und/oder im Verstärkungsmaterial
(16, 42); Auftragen heißen Kunststoffmaterials auf dem
Verstärkungsmaterial
(16) zum Bilden einer Kunststoffschicht (34, 40);
Drücken des
heißen
Kunststoffmaterials und des Verbundschichtstoffes in den Formwerkzeughohlraum (30)
und gegen die Formwerkzeugoberfläche,
wodurch ausreichend hohe Drücke
für eine
Formübereinstimmung
aller Schichten (34, 16, 10, 10') bereitgestellt
werden, und wodurch gleichzeitig die Bildung der farbigen Schicht
(10'),
der äußeren Folienschicht (10),
der Verstärkungsschicht
(16) und der Kunststoffschicht (34, 40)
erfolgt.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
hat die farbige Schicht eine Dicke von unter 0,254 mm (0,01 Zoll)
und wünschenswerterweise
von 0,0254 mm bis 0,1524 mm (0,001 bis 0,006 Zoll). Ein besonderer Vorteil
der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der sich ergebende
geformte Gegenstand nach dem Formen eine Farbänderung von weniger als 2 McAdam-Einheiten aufweist
(McAdam ist ein Farbunterschieds-Maßeinheitssystem,
mit dem ein Abstand in verschiedenen Farbräumen bestimmt wird, insbesondere
im Hinblick auf die dünne
farbige Schicht und den Formvorgang).
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst der geformte Kunststoffgegenstand:
einen Verbundschichtstoff mit einer äußeren Folienschicht, die eine
Innenfläche
und eine gegenüber
der Innenfläche
angeordnete Außenfläche aufweist;
eine innere Kunststoffschicht, die mit der Innenfläche verbunden
ist, und eine farbige Zierschicht an der Außenfläche; ein erstes Verstärkungsmaterial,
das mit der inneren Kunststoffschicht verbunden ist und aus der
aus Metall, Kunststoff, Kohlenstofffasern, Glasfaserstoff, Gewebe
oder Mischungen daraus bestehenden Gruppe gewählt ist; und ein zweites Verstärkungsmaterial,
das mit der Innenfläche
der äußeren Folienschicht
verbunden ist, zwischen dem ersten Verstärkungsmaterial und der äußeren Folienschicht,
und das verhindert, dass das erste Verstärkungsmaterial durch die farbige
Schicht hindurch zu sehen ist.
-
Ein
bevorzugter Prozess der vorliegenden Erfindung umfasst: Bereitstellen
eines Verbundschichtstoffes, aufweisend eine äußere Folienschicht mit einer
Innenfläche
und einer Außenfläche, die
gegenüber
der Innenfläche
angeordnet ist, eine innere Kunststoffschicht, die mit der Innenfläche verbunden ist,
und eine farbige Zierschicht an der Außenfläche; Verstärken des Verbundschichtstoffs
mit einem ersten Verstärkungsmaterial,
das an die innere Kunststoffschicht geklebt ist und aus der aus
Metall, Kunststoff, Kohlenstofffasern, Glasfaserstoff, Gewebe oder Mischungen
daraus bestehenden Gruppe gewählt ist;
weiteres Verstärken
des Verbundschichtstoffes mit einem zweiten Verstärkungsmaterial,
das mit der Innenfläche
der äußeren Folienschicht
verbunden ist, zwischen dem ersten Verstärkungsmaterial und der äußeren Folienschicht,
und das verhindert, dass das erste Verstärkungsmaterial durch die farbige
Schicht zu sehen ist; und Formen eines Kunststoffgegenstandes aus
dem verstärkten
Verbundschichtstoff, wobei die farbige Zierschicht eine einheitliche
Farbe im geformten Gegenstand beibehält.
-
Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden
Beschreibung.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
Ein
umfassenderes Verständnis
der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus den folgenden veranschaulichenden
Zeichnungen:
-
1 ist
eine schematische Teilansicht, die eine Ausführungsform zur Herstellung
des geformten Gegenstandes nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ist
eine Teilschnittansicht, die den in 1 hergestellten
Gegenstand zeigt; und
-
3 bis 6 zeigen
weitere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Gemäß der veranschaulichenden
Ausführungsform
von 1 wird eine Folie oder ein Zuschnitt 10 über einem
Formwerkzeug 12 durch einen Spannrahmen 14 gehalten,
wobei Verstärkungsmaterial 16 an
die Innenseite 18 der Folie 10 geklebt oder zumindest
teilweise darin eingebettet ist. Die Außenseite 20 der Folie 10 ist
der Innenseite gegenüber
angeordnet und bildet in der Ausführungsform von 1 die äußere Oberfläche der
Folie bzw. des Zuschnitts 10. An der Außenseite oder Außenfläche 20 der
Folie 10 ist eine farbige Zierschicht 10' vorgesehen.
Eine Platte 22 ist mit einem Formdorn 24 gezeigt,
der wünschenswerterweise
ein massiver Metalldorn ist, aber zum Beispiel auch ein Dorn aus Elastomermaterial
sein kann, und der Luftschlitze 26 und eine daran angeschlossene
Drucksteuerungseinrichtung 28 enthalten kann. Das Formwerkzeug 12 enthält einen
Formwerkzeughohlraum 30, der dem in 2 gezeigten
geformten Gegenstand 32 die Form gibt. Natürlich kann
der Formwerkzeughohlraum jede gewünschte Form haben. Falls gewünscht, könnte man
der Formwerkzeugoberfläche zusätzlich eine
Textur verleihen, um so am Endprodukt eine gewünschte texturierte Endoberfläche zu erzielen.
Zur Bildung der in 1 gezeigten geschichteten Struktur
wird mittels irgendeinem gewünschten
Mittel wie z.B. einem Extruder Heißkunststoff 34 eingespritzt
oder auf den aus Folie 10 und Verstärkungsmaterial 16 bestehenden
Verbund aufgetragen. Wie in der Ausführungsform von 1 gezeigt
ist, treffen die optional verwendeten Schlitze 26 auf eine
Verteilernut 36, die an eine Fluiddruckquelle angeschlossen
ist.
-
Im
Betrieb tritt der Dorn 24 in den Spannrahmen 14 ein.
In die optional verwendeten Schlitze 26 wird Druckluft
eingeblasen, wobei sich die Schlitze zu Durchgängen auf weiten. Dadurch werden
der aufgetragene Kunststoff 34 und der Verbund aus farbiger Schicht 10', Folie 10 und
Verstärkungsmaterial
mit Druck beaufschlagt. Auch im Formwerkzeughohlraum kann Druck
aufgebaut sein, z.B. durch Luftschlitze (nicht gezeigt) in dem Formwerkzeug 12,
um die über
dem Formwerkzeug befindlichen Schichten vor dem Formen zu unterstützen, wobei
dieser Druck parallel zur Formung der Schichten im Formwerkzeughohlraum
gesteuert abgebaut werden sollte. Dies ergibt eine Formung der Schichten
durch Blasformen zu dem in 2 gezeigten
geformten Gegenstand. Gleichzeitig bewegt sich der Dorn 24 in
Richtung des Pfeils 38 nach unten in den Formwerkzeughohlraum 30.
Wenn der Kunststoff und die Folie die Formwerkzeugoberfläche erreichen,
fährt der
Dorn noch weiter und legt sich an die von der Folie 10 und den
Verstärkungsmaterialschichten
abgewandte Fläche
des Kunststoffs an, und ein immer noch wirkender Druck von der Platte
führt zur
Formung des gewünschten,
sich zuletzt ergebenden Gegenstandes, wie er in 2 gezeigt
ist. Der Dorn und das Formwerkzeug werden vorzugsweise gekühlt. Wenn
ein Massivdorn verwendet wird, sollte er in seiner Formgebung der
gewünschten
Gestalt des sich zuletzt ergebenden Gegenstandes entsprechen. Falls
gewünscht,
kann der Verbund aus farbiger Schicht, Folie und Verstärkungsmaterial
zuerst an die Form des Formwerkzeughohlraums 30 angepasst
werden, und dann kann der Dorn 24 in das Formwerkzeug 12 eingesetzt
und Kunststoffmaterial 34 auf Folie und Verstärkungsmaterial
aufgespritzt werden, um den sich zuletzt ergebenden Gegenstand zu
bilden.
-
Der
sich ergebende geformte Gegenstand 32 enthält die äußere Folienschicht 10,
die äußere farbige
Schicht 10',
die innere Verstärkungsschicht 16,
die an die äußere Folienschicht
geklebt und/oder zumindest teilweise in diese eingebettet ist, und
die innere Kunststoffschicht 34. Der sich ergebende geformte
Gegenstand 32 hat die gewünschte Form, die durch die
Gestalt des Formwerkzeughohlraums bestimmt ist. Vorteilhafterweise
ist die farbige Schicht trotz der Tatsache, dass ein Formvorgang
stattgefunden hat, zudem durch eine einheitliche Farbe gekennzeichnet,
und die Bildung eines mit einer Farbschicht versehenen Gegenstandes
erfolgt einfach und schnell.
-
Der
Zuschnitt oder die Folie 10 besteht aus Kunststoff, und
für den
Zuschnitt 10 oder das geschmolzene Kunststoffmaterial 34 kann
jeder gewünschte
Kunststoff verwendet werden wie zum Beispiel Polyolefin, Polyurethan,
Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS), Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polycarbonat,
Polyester usw. sowie auch wünschenswerte
Mischungen der vorgenannten Materialien. Die farbige Schicht kann
schon auf der Folie oder dem Zuschnitt aufgetragen sein oder wie
zuvor erwähnt
in Form einer separaten Schicht als farbige Kunststoffschicht vorliegen.
Die Schichten 10 und 34 können aus demselben Material
bestehen oder auch aus verschiedenen Werkstoffen. Wenn dieselben
Materialien verwendet werden, kann man z.B. durch Öffnungen
im Verstärkungsmaterial
eine Schmelzverbindung zwischen diesen erhalten. Werden verschiedene
Materialien verwendet, kann man eine mechanische Verbindung mit
den Fasern des Verstärkungsmaterials erreichen
oder man setzt eine Klebeverbindung ein. Die Schichten können von
einer Bahn abgeschnitten oder daraus ausgestanzt werden, und ein
Vorrat mit der Größe und Form,
dass sie über
den Formwerkzeughohlraum bzw. in diesen hinein passen, wird nach
Bedarf neben dem Formwerkzeug zum Transport zu diesem vorgehalten,
wobei die Folie mit der farbigen Schicht überzogen ist. Die Farbtiefe
der farbigen Schicht kann verändert
werden, um dem Dünnerwerden
während
der Verarbeitung wenigstens teilweise Rechnung zu tragen und die
Farbtiefe zumindest teilweise an den Grad der Verformung anzupassen,
die ein beliebiger Abschnitt erfährt.
Um wenigstens teilweise eine gleichmäßige Färbung des geformten Endprodukts
zu erhalten, können
z.B. auf ausgewählte
Stellen des Zuschnitts oder der Folie dickere farbige Schichten
aufgetragen werden, und zwar an solchen Stellen, die bei der Verarbeitung eine
stärkere
Verformung erfahren. Dies ist jedoch schwer zu erreichen und möglicherweise
nicht zu hundert Prozent erfolgreich. Mit der vorliegenden Erfindung
jedoch wird das Dünnerwerden
der farbigen Schicht wirksam verringert. Der Zuschnitt oder die Folie
kann beispielsweise mit einer dünnen
farbigen Schicht im Tiefdruck bedruckt werden.
-
So
wird also gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Verstärkungsmaterial 16 an
die Innenfläche der
Folie oder Zuschnitts geklebt und/oder zumindest teilweise darin
eingebettet, um das Dünnerwerden der
farbigen Schicht zu beseitigen oder erheblich zu vermindern. Das
Verstärkungsmaterial
ist wünschenswerterweise
ein synthetisches oder natürliches
Gewebematerial. Man könnte
aber auch ohne weiteres eine Glasfaser- oder Gazematte, ein Glasfasermaterial
mit regellos eingebrachten Fasern oder Metall oder zusätzlichen
Kunststoff verwenden. Das Metall sollte ein Metallgitter bzw. eines
sein, das sich unter Druck ausdehnen oder formen lässt. Der
Kunststoff sollte so gewählt
sein, dass er bei der während des
Formens herrschenden Temperatur eine so hohe Zugfestigkeit hat,
dass die Verformungskräfte
verteilt werden können.
Die Glasfaser- oder Gazematte ist wünschenswerterweise gewirkt.
Dadurch wird die Folie wirksam verstärkt, ohne dabei die Farbtöne der mit
der farbigen Schicht versehenen Folie zu verfälschen und den Formvorgang
zu stören.
Das Verstärkungsmaterial
dient zur Verteilung der Dehnungskräfte, die durch die Anlage an
den am meisten vorstehenden Bereichen des Formwerkzeugkerns entstehen.
Somit wird nicht nur der unmittelbare Kontaktbereich, sondern die
Gesamtheit aus Folie 10 und farbiger Schicht 10' gedehnt. Dementsprechend bleibt
nach Formung des Bauteils die Stärke
der Folie und der farbigen Schicht relativ unverändert erhalten.
-
Der
Zuschnitt und die farbige Schicht können auf das Formwerkzeug mit
einer Robotervorrichtung aufgelegt werden oder ablösbar an
einem Trägerfolienstreifen
befestigt sein. Der Trägerfolienstreifen kann
mit Mitteln wie z.B. Randperforationen versehen sein, um die Position
der farbigen Zuschnitte relativ zu der Formwerkzeughälfte, auf
die sie aufzulegen sind, festzulegen. Der Träger mit den daran befestigten
Zuschnitten kann von einer Rolle abgezogen werden. Liegt der Zuschnitt
auf dem Formwerkzeug, wird der Rand des Zuschnitts durch die Form über Kanäle angesaugt,
wobei die Saugwirkung so groß ist,
dass sich der Zuschnitt vom Trägerstreifen löst. Es können natürlich ohne
weiteres auch andere Beförderungsmittel
verwendet werden.
-
Natürlich können beliebige
andere zweckmäßige oder
wünschenswerte
Kunststoffabgabemittel oder Formverfahrensweisen wie zum Beispiel
alternative Formpressverfahren, das Spritzgießen oder Spritzblasformen verwendet
werden, wobei die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten bleiben.
-
In
entsprechender Weise können
mehrere Kunststoffschichten auf den Verbund aus Folie und Verstärkungsmaterial
aufgetragen werden. Als Alternative könnte ein Polymer in einem festgelegten Muster
aufgebracht werden, und dann könnten
ein zweites oder eine Vielzahl zweiter Polymere in einem festgelegten
Muster aufgelegt werden. Dies könnte man
mit einem oder mehreren Extrudern bewerkstelligen, die z.B. voneinander
getrennte Kanäle
versorgen, um so ein vorbestimmtes Muster mehrerer Kunststoffe aufzubringen.
Als weitere Alternative könnte
man nacheinander Polymere verschiedener Eigenschaften zuführen, um
dem fertigen Produkt technisch gewollte Eigenschaften zu verleihen.
-
Ein
wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Gleichmäßigkeit
der Erwärmung
der farbigen Folie bzw. des Zuschnitts, ohne auf externe Mittel
zurückgreifen
zu müssen,
und in der Garantie, dass der Formvorgang von farbiger Folie oder
Zuschnitt, des Verstärkungsmaterials
und der Stützlage
in einem Durchgang stattfindet, gefolgt von der Beaufschlagung mit
ausreichend hohen Formdrücken,
um eine Formübereinstimmung
an allen Schichten zu erzielen. Dadurch wird die feine Oberfläche der
Folie bewahrt, und visuell wahrnehmbare Schadstellen sowie das Ausdünnen der
Farbe werden vermieden. Bei dieser Vorgehensweise braucht man auch
viel geringere Spanndrücke
als bei herkömmlichen
Verfahrensweisen.
-
Während die
vorhergehende Vorgehensweise in erster Linie auf die Anwendung an
Außenflächen von
Fahrzeugen abzielt, wäre
festzuhalten, dass es viele andere Arten von Bauteilen gibt, die
aus dem vorliegenden Verfahren des Pressformens mit einer gefärbten Oberfläche und
einem genau geformten Gegenstand Nutzen ziehen würden, insbesondere bei großen Haushaltsgeräten und
Teilen für
die Bautechnik. Mit der vorgenannten Verfahrensweise erzielt man
ein verbessertes Endprodukt, insbesondere bei großen plattenartigen
und dicken Teilen, und das Ausdünnen
der Farbe sowie die Qualitätsverschlechterung
der Folienbeschichtung sind beseitigt oder vermindert. Die vorliegende
Erfindung ist bei jeder Kunststofffolie von Nutzen, da mit ihr eine örtliche Verschlechterung
der Qualität
oder ein Dünnerwerden
der Kunststofffolie vermieden wird.
-
Als
weitere Alternative kann für
den geschmolzenen Kunststoff eine Coextrusion zum Einsatz kommen.
Kunststoff kann in zusammengehörigen
Lagen von einer Ziehdüse
oder auch in mehreren Durchgängen
mit zwei Köpfen
extrudiert werden, um verschiedenartige Polymere und/oder Verbindungen
und/oder Füllstoffe
aufzubringen.
-
Als
noch weitere Alternative können
eine Vielzahl von Folienarten verwendet werden, z.B. eine leitende
Folie (zum Schutz gegen elektromagnetische bzw. hochfrequente Störungen),
eine Folie mit der Fähigkeit
zur Absorption von UV- und/oder Infrarotstrahlung oder jede gewünschte und
zweckmäßige Folie,
die zur Erzielung ganz bestimmter Ergebnisse eine gewünschte Palette
an Eigenschaften hat.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Oberflächeneindruck
der geformten Folie somit dadurch verbessert, dass an der Innenfläche der
Folie eine Verstärkung
vorgesehen wird, um ein gleichmäßiges Dünnerwerden
der Folie zu erzielen. Darüber hinaus
kann durch die vorliegende Erfindung die Festigkeit des geformten
Teils und seine Schlagzähigkeit verbessert
werden.
-
Zur
Bildung eines verstärkten
Flächenkörpers wird
das Verstärkungsmaterial
an die Innenfläche
der Kunststofffolie, bei der es sich um eine thermoplastische Folie
handeln kann, geklebt oder zumindest teilweise darin eingebettet.
Dann kann auf die Außenfläche des
verstärkten
Flächenkörpers ein farbloser Überzug (z.B.
ein Kunststoffüberzug)
aufgebracht werden. Der farblose Überzug könnte leicht getönt oder
durchscheinend sein, um dem Endprodukt irgendeinen gewünschten
Effekt zu verleihen. Das sich ergebende Produkt ist in 3 gezeigt,
wobei sich die gespritzte oder aufgetragene Kunststoffschicht 40 an
der Innenseite befindet, gefolgt von dem Verstärkungsmaterial 42,
an das sich wiederum die Folie 44 und die farbige Schicht 44' anschließen; über der
Folie 44 liegt schließlich
ein farbloser äußerer Überzug 46.
Indem zunächst
das Verstärkungsmaterial
zumindest teilweise in den thermoplastischen Folienflächenkörper eingebracht
wird, sind eine innige Durchdringung und Verbindung von Verstärkungsmaterial
und Folie gewährleistet.
Danach muss beim Formvorgang nur noch der verstärkte Folienflächenkörper mit
dem Formkunststoff verbunden werden. Auf die farbige Schicht können eine
Grundierung und ein farbloser äußerer Überzug aufgebracht werden,
und zwar nacheinander in einem Prozessschritt oder getrennt voneinander
in mehreren Prozessschritten. Bei Verwendung einer Gazematte trägt der äußere Überzug dazu
bei, dass sich die Fasern nicht so sehr bis zur Außenseite
des beschichteten Gegenstands erstrecken. Alternativ kann die Folie
zwischen dem Verstärkungsmaterial
und der farblosen Außenschicht
auch extrudiert werden.
-
Die
Füllgrade
des Verstärkungsmaterials
in Form von langen Verstärkungsfasern
wie Glasfasern, Kohlenstofffasern, Naturfasern mit Faserlängen von mindestens
30 mm und möglicherweise
auch mindestens 100 mm, lassen sich dort erhöhen, wo es am geformten Teil
erwünscht
ist. Zusätzlich
kann ein Verstärkungsmaterial
gemäß der vorliegenden
Erfindung in Form von Fasern, insbesondere in Form der zuvor erwähnten Langfasern,
wirkungsvoll auch in die Kunststoffschicht 34 mit aufgenommen
werden. Das sich ergebende Teil lässt sich wünschenswerterweise so auslegen,
dass es steife Oberflächenbereiche
mit hohem Elastizitätsmodul
und einen Innenbereich hoher Schlagzähigkeit hat.
-
Der
sich ergebende geformte Gegenstand mit einem farblosen äußeren Überzug kann
durch Wärmeformung
behandelt werden, um so starre Belagteile von hervorragender Maßstabilität zu fertigen.
-
Eine
weitere Verbesserung erhält
man durch die Anwendung einer zielgerichteten Verstärkung. Bei
einer zielgerichteten Verstärkung
wird das Verstärkungsmaterial
so eingelegt, dass es mit der Topographie des zu formenden Flächenkörpers übereinstimmt.
Je höher
der Umformgrad beim Tiefziehen oder die Dehnung des Flächenkörpers ist,
desto stärker
oder dichter ist die Verstärkung.
-
Dies
ist in 4 gezeigt, in welcher der gemäß der Ausführungsform von 1 erhaltene
geformte Gegenstand 32 gezeigt ist, der eine Folie 10, eine
außenseitige
farbige Schicht 10',
ein Verstärkungsmaterial 16 und
einen Kunststoff 34 enthält. Das Verstärkungsmaterial 16 enthält jedoch
einen verhältnismäßig dickeren
Bereich 16' an
einem tiefgezogenen Bereich mit höherem Umformgrad, und einen
verhältnismäßig dünneren Bereich 16'' an einem tiefgezogenen Bereich
mit nicht so starkem Umformgrad. Eine zielgerichtete Verstärkung kann
durch beliebige Mittel erreicht werden, mit denen sich die Dehnung
des Folienobermaterials an tiefgezogenen Bereichen mit stärkerem Umformgrad
beschränken lässt, wobei
das Obermaterial bei Formtemperatur dazu gebracht wird, sich an
tiefgezogenen Bereichen mit geringerem Umformgrad stärker zu
dehnen. Repräsentative
Beispiele für
Verstärkungsmaterialien sind:
gewebte, gelegte, gewirkte oder vliesartige Fasermaterialien wie
Glasfasern, synthetische Polymerfasern oder Naturfasern. Alternativ
kann das Verstärkungsmaterial
in Form einer kompatiblen (bindungsfähigen) Polymerfolie vorliegen,
die unter den Formbedingungen in Bezug auf Temperatur und Druck
einen größeren Dehnungswiderstand
als das Folienobermaterial hat. Das Verstärkungsmaterial kann durch beliebige
Mittel vorab auf das Folienobermaterial aufgebracht werden, z.B.
mittels Klebstoff, durch elektrostatische Anhaftung oder mittels
Wärme und
Druck, um es ausgerichtet an seinem Platz zu halten, bis das Formen
stattfindet. Alternativ kann das Verstärkungsmaterial per Hand oder über mechanische
Einrichtungen eingelegt werden, wenn das Folienobermaterial am Formwerkzeughohlraum befestigt
ist.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung lässt
sich wünschenswerterweise
als Verstärkungsmaterial eine
Fasermatte verwenden, die aus Geweben oder Vliesmaterialien oder
Filamentsträngen
bestehen kann, bei denen es sich um Glas-, Kunststoff-, Kohlenstoff- oder Metallfasern
handeln könnte,
welche mit Blick auf die Kosten und Leistungseigenschaften ausgewählt sind.
-
Wie
vorstehend angegeben wurde, kann das Verstärkungsmaterial (als Fasern)
auch auf den aufgetragenen Kunststoff aufgebracht werden. Eine Verstärkung in
einer Richtung ist möglich,
indem man bei Überfahren
des Formwerkzeugs durch die Ziehdüse auf den aufgetragenen Kunststoff
Filamente ausbringt. Alternativ kann per Hand oder mit einer Robotereinrichtung
eine Verstärkung
an der Oberseite des aufgetragenen Kunststoffs unmittelbar vor dem Schließen der
Einspannung angeordnet werden. Darüber hinaus kann die Matte der
Form des Formwerkzeugkerns vorab angepasst werden und dann vor dem
Schließen
des Formwerkzeugs an diesem angeordnet und gehalten werden. Eine
Vorformung ist bei Tiefziehteilen mit starkem Umformgrad oder scharfen
Konturen vorteilhaft, durch die an einer flachen Verstärkungslage
Falten entstehen können. Diese
Ausführungsform
ist in 5 gezeigt, in der sich über dem wie in 3 gezeigten
aufgetragenen Kunststoff 40 zusätzliches Verstärkungsmaterial 48 befindet.
-
In
einer weiteren in 6 gezeigten Ausführungsform
kann ein Verstärkungsmaterial
in Form einer Fasermatte 48 auf dem aufgetragenen Kunststoff 40 angeordnet
werden und ein zweiter Kunststoffauftrag 50 vorgenommen
werden, der das Verstärkungsmaterial
einschließt,
bevor das Formwerkzeug geschlossen wird.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
kann eine der beschriebenen Matten vor dem Auftragen des Kunststoffs
an der Folie angeordnet werden, dann wird der Kunststoff aufgetragen,
und es kann eine zweite Matte derselben oder auch einer anderen
Art auf dem Heißkunststoff
angeordnet werden und die Einspannung erfolgen. Das Ergebnis ist
ein "I-Träger"-Effekt, an dem sich
die Verstärkung
an zwei Seiten des Formkunststoffs konzentriert.
-
Ein
besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die Verstärkung
in der farbigen Schicht dazu dient, beim Schließen des Formwerkzeugs ein von
der Hitze und dem Druck herrührendes örtliches
Dünnerwerden
der Folie zu vermindern. Durch die Verstärkung wird die Folie von angrenzenden
Bereichen in den Bereich größter Beanspruchung
gezogen, womit die Belastung von einem größeren Bereich aufgenommen wird
und sich das Dünnerwerden
in dem betrachteten begrenzten Bereich abschwächt.
-
So
stellt/stellen z.B. die Verstärkungsschicht/en
ein Maß für die strukturelle
Verbesserung (Schlagzähigkeit
oder Biegefestigkeit) am Gesamtformteil dar. Insbesondere bei faserartigen
Folienverstärkungen
wie Naturfasern, Kunststofffasern oder dgl. bietet/bieten die Verstärkungsschicht/en
darüber hinaus
eine mechanische Bindung für
das Formen oder aufgetragene Kunststoffe wie z.B. solche, die aus
anderem Material als die Trägerfolie
bestehen.
-
Eine
bevorzugte Folienverstärkung
ist eine vliesartige Gazematte oder Matte, die Olefinfasern enthält, insbesondere
in derselben Zusammensetzung wie die Folienschicht, und zumindest
eine Faser hoher Schmelztemperatur, die aus hochschmelzenden Polymerfasern,
Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Metallfasern ausgewählt ist
oder eine Mischung aus diesen darstellt. Die Olefinfasern werden
mit der Trägerfolie
und auch dem Formkunststoff schmelzverbunden, was über den
ganzen geformten Gegenstand hinweg eine intakte Bindung gewährleistet. Nach
Erweichen der Olefinfasern bieten die hochtemperaturfesten Fasern
die Festigkeit, so dass Dehnkräfte
seitlich auf angrenzende, weniger unter Belastung stehende Bereiche
der Folie verteilt werden. Die hochtemperaturfesten Fasern stellen
auch ein Maß für die Festigkeit
und Schlagzähigkeit
des geformten Gegenstandes dar. Beispiele für Polymerfasern mit hoher Schmelztemperatur
sind Polyethylenterephtalat (PET), Kevlar und Flüssigkristallpolymere. Die in
der Matte vorhandenen Fasern sollten im Querschnitt dünn sein,
damit sie sich nicht so stark an der Oberfläche abzeichnen, und sie sollten
wünschenswerterweise
gleichmäßig in der
Matte verteilt sein. In bestimmten Bereichen kann die Matter dicker sein,
um in Deckung mit Bereichen am geformten Gegenstand zu gelangen,
an denen ein hoher Umformgrad beim Tiefziehen besteht. Die vliesartige
Gazematte oder Matte kann auch nur Fasern hoher Schmelztemperatur
enthalten. In diesem Fall geht die Gazematte eine mechanische Bindung
mit der Trägerfolie
und dem Formkunststoff ein oder wird durch den die Gazematte durchdringenden
Formkunststoff mechanisch zwischen der Trägerfolie und dem Formkunststoff
eingeschlossen und mit der Trägerfolie
verbunden.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind wie in 5 und 6 gezeigt
zwei (2) Verstärkungsschichten
vorgesehen, wobei das äußerste Verstärkungsmaterial 42 verhindert,
dass das innerste Verstärkungsmaterial 48 durch
die farbige Schicht hindurch zu sehen ist. Das äußerste Verstärkungsmaterial 42 sollte
zwischen dem innersten Verstärkungsmaterial 48 und
der äußeren Folienschicht 44 liegen.
-
Für das äußerste Verstärkungsmaterial
ist ein Schaumkunststoff wie z.B. ein Olefinschaum oder Polyurethan-Schaumkunststoff
oder auch ein geschlossenzelliger Polypropylenschaum besonders vorteilhaft.
Natürlich
können
für das äußerste Verstärkungsmaterial
auch andere Materialien verwendet werden, um zu verhindern, dass
das innerste Verstärkungsmaterial
durch die farbige Schicht hindurch zu sehen ist, wie zum Beispiel
Metallfolien- oder Kunststofffolienschichten.
-
Wenn
als Schicht 42 ein Olefinschaum verwendet wird, der mit
einer gleichartigen Olefinträgerfolie
als Schicht 44 verbunden werden soll, kann das äußerste Verstärkungsmaterial
als Verstärkungsmaterial 42 in 5 und 6 wünschenswerterweise z.B.
ein geschäumtes
Polymer sein, das entweder aufgeklebt oder schmelzverbunden wird.
Die Schaumschicht verstärkt
den Gegenstand und isoliert die Trägerfolie. So behält die Trägerfolie
eine höhere
Festigkeit bei und kann einem örtlichen
Dünnerwerden
widerstehen. Die Schaumschicht polstert die Struktur auch ab und
passt sich der Kunststoffschicht 40 an, so dass ein Durchzeichnen
der innersten Verstärkungsschicht 48 vermindert
oder gänzlich
beseitigt ist. Dies stellt dann einen besonderen Vorteil dar, wenn
die innerste Verstärkungsschicht 48 eine
Faserschicht ist. Die bevorzugte äußerste Verstärkungsschicht
ist eine dünne
geschlossenzellige Olefinschaumlage, die mit der Trägerfolie
schmelzverbunden wird.
-
Gewebte
Stoffe oder eine wie nachstehend erläuterte gewebte Glasfaserstoffmatte
sind als Verstärkungsmaterial
besonders bevorzugt. Die beim Weben verwendeten Fäden haben
natürlich
einen größeren Durchmesser
als die Einzelfasern, die zur Herstellung einer Matte mit regellos
eingebrachten Fasern verwendet wird. Jedoch kann besonders bei einer
starken Dehnung der Trägerfolie
das gewebte Fadenmuster an der Oberfläche des geformten Teils sichtbar
werden. Dies ist natürlich
nicht wünschenswert.
Deshalb ist es besonders von Vorteil, die gewebten Stoffe als innerste
Verstärkungsschicht 48 zusammen
mit einem abdeckenden Verstärkungsmaterial
in Form eines geschlossenzelligen Olefinschaums als äußerste Verstärkungsschicht 42 zu verwenden,
so dass das Fadenmuster an der Oberfläche des geformten Teils nicht
zu sehen ist.
-
Als
weitere Alternative könnte
die äußerste Verstärkungsschicht,
die die einzige Verstärkungsschicht
sein kann, durch Coextrusion mit einer äußeren Folienschicht 10 oder 44 hergestellt
werden, so dass die äußere Folie 10 oder 44 eine
einteilige verstärkte
Folie ist. Als noch weitere Alternative muss die farbige Schicht 10' oder 44' nicht unbedingt
eine separat definierte Schicht sein, sondern könnte mit der äußeren Folie 10 oder 44 vermischt
werden, so dass die Farbe die äußerste Oberfläche des
geformten Gegenstandes bildet, wahlweise noch von einem farblosen Überzug bedeckt.
Natürlich
kann in den Fällen,
wo nur ein einziges Verstärkungsmaterial
verwendet wird, dieses gegebenenfalls auch ein Schaumkunststoff
sein.