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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein verbessertes Lackierverfahren, das auf Bauelemente, die aus
synthetischen Kunststoffmaterialien gebildet sind und insbesondere
auf Kraftfahrzeugkarosserieteile aus Verbundwerkstoffen anwendbar
ist und die Gefahr einer Blasen- und/oder Aufwerfungsbildung in der
Farbschicht/den Farbschichten vermeidet. Die Erfindung betrifft
auch Bauelemente aus einem lackierten Kunststoffmaterial, die eine
Oberflächenbeschaffenheit
mit hoher Qualität
haben und außer
in Ausnahmefällen
keine anschließende
Ausbesserung des Farbauftrags erforderlich machen.
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In der Kraftfahrzeugindustrie ist
es bekannt, dass Fahrzeugkarosseriebauteile (Motorhauben, Türen usw.)
aus synthetischen Kunststoffmaterialien in zunehmenden Maße verwandt
werden und dass diese Bauteile in komplizierten Formen und/oder
mit geringem Gewicht hergestellt werden können, was beides unmöglich mit
Stahlblechbauelementen von im Wesentlichen gleichen Abmessungen
erzielt werden kann. Verbundwerkstoffe wie beispielsweise SMC, BMC
usw., die auf in Wärme
aushärtenden
Kunstharzen vom Vinylester/Polyestertyp basieren, werden vorzugsweise
zum Herstellen derartiger Bauteile benutzt.
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Wenn diese Bauteile geformt sind,
müssen sie
mit den gleichen Farben und im Wesentlichen dem gleichen Produktionszyklus
wie die Stahlblechbauteile lackiert werden, um eine vollständige ästhetische Übereinstimmung
zwischen den Bauteilen desselben Kraftfahrzeuges sicher zu stellen,
die aus verschiedenen Materialien bestehen. Dazu wird eine Grundschicht
aus einem elektrisch leitendem Material direkt auf die Oberflächen der
Kunststoffelemente aufgebracht, die zu lackieren sind, wobei diese Grundschicht üblicherweise
eine leitende einkomponentige Grundierung umfasst, die bei einer
relativ hohen Temperatur (annähernd
150°C) polymerisiert.
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Im typischen Fall wird die Grundierung
in einer Schicht mit bestimmter Dicke (annähernd 30 μm) aufgesprüht und wird das behandelte
Bauelement dann in einem Ofen wärmebehandelt,
was zu einer Polymerisation der Grundierungsschicht führt, die
zu einem porösen
transparenten leitenden Film auf der Oberfläche des Kunststoffbauelementes
aushärtet, das
zu lackieren ist. Aufgrund der Leitfähigkeit der Grundierung kann
das Bauelement dann mit herkömmlichen
Verfahren lackiert werden, als wäre
es ein Bauelement aus Stahlblech. Das verbessert auch die Haftung
der Farbschichten, die nacheinander auf die Oberfläche des
Bauelementes aufgebracht werden. Nachdem die gesamte Farbe/die gesamten
Farben aufgebracht sind, werden die Bauelemente erneut bei einer
hohen Temperatur (150°C)
in einem Ofen wärmebehandelt,
um eine Polymerisation der Farbschichten zu bewirken.
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Während
der oben beschriebenen Lackierung und insbesondere während der
Endstufe der Wärmebehandlung
der lackierten Bauelemente treten jedoch häufig Probleme, wie beispielsweise
die Blasen- oder Aufwerfungsbildung in der Farbschicht auf, was
insbesondere häufig
im Fall von Fahrzeugkarosserieteilen auftritt, die aus Verbundwerkstoffen auf
der Grundlage von in Wärme
aushärtenden
Harzen, wie beispielsweise BMC und SMC gebildet sind. Dieses Problem
macht es erforderlich, dass die Bauelemente, auf deren Oberfläche sich
Blasen entwickelt haben, von Hand durch Sandstrahlen zum Entfernen
der durch die Blase zerstörten
Farbschicht, Ausfüllen
und Neulackieren ausgebessert werden: Das ist langsam und führt zu einer
erheblich Zunahme der Herstellungskosten. Während der anschließenden Wärmebehandlung
im Ofen des ausgebesserten Bauteils kann darüber hinaus das Problem der Blasenbildung
in der Farbschicht erneut auftreten, was im schlimmsten Fall dazu
führt,
dass das Bauelement ausgesondert wird.
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Die oben beschriebenen Probleme sind
der Grund dafür,
dass in der Kraftfahrzeugindustrie Fahrzeugkarosserieteile aus Verbundwerkstoffen
nicht intensiv benutzt werden und sich die Verwendung statt dessen
auf die Produktion mit geringen Stück zahlen beschränkt, um
sogenannte Nischenprodukte wie beispielsweise Spezialfahrzeuge (Kabrios,
Einkabinenfamilienfahrzeuge usw.) abzudecken. Dieses Problem wird
durch die US-1-T982004 nicht gelöst, die
ein Verfahren vorschlägt,
bei dem zwei Grundierungen, von denen eine zu einer gasundurchlässigen Schicht
führen
kann, auf der gleichen Temperatur polymerisiert werden.
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Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren
zum Lackieren von Bauelementen aus synthetischen Kunststoffmaterialien,
insbesondere von Fahrzeugkarosserieteilen aus Verbundwerkstoffen
zu schaffen, das die oben beschriebenen Nachteile nicht hat und
bei dem insbesondere keine Gefahr der Blasenbildung in der Farbschicht
während der
Wärmebehandlungsstufe
im Ofen besteht.
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Auf dieser Grundlage wird durch die
Erfindung daher ein Lackierverfahren vorgeschlagen, das auf Bauelemente
aus synthetischen Kunststoffmaterialien und insbesondere auf Kraftfahrzeugteile
aus Verbundwerkstoffen anwendbar ist und im Anspruch 1 beansprucht
wird.
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Es wird daher zunächst wenigstens eine Grundschicht
mit bestimmter Stärke
aus einem elektrisch leitenden polymerisierbaren Material auf eine Oberfläche des
zu lackierenden Bauelementes aufgebracht und es wird anschließend wenigstens
eine Farbschicht oben auf die Grundschicht aus einem polymerisierbaren
Material aufgebracht, woraufhin das Bauelement auf eine erste vorbestimmte
Temperatur gebracht wird, um eine Polymerisation der Grundschicht
aus dem elektrisch leitenden polymerisierbaren Material zu bewirken,
wobei das Verfahren vor dem Aufbringen der Grundschicht aus einem
elektrisch leitenden polymerisierbaren Material die folgenden Schritte
umfasst:
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- (a) – Aufbringen
einer durchgehenden Schicht aus einem zweiten polymerisierbaren
Material auf die zu lackierende Oberfläche, wobei das zweite Material
von einem Typ ist, der polymerisiert eine Schicht bilden kann, die
für eine
beliebige gasförmige Substanz
undurchlässig
ist, und der vollständig
dadurch polymerisierbar ist, dass er auf eine zweite vorbestimmte Temperatur
erwärmt
wird, die sowohl unter der ersten vorbestimmten Temperatur als auch
unter der niedrigsten Verdampfungstemperatur der Monomere liegt,
die das synthetische Kunststoffmaterial bilden, aus dem das zu lackierende
Bauelement besteht,
- (b) – Erwärmen des
Bauelementes, dessen zu lackierende Oberfläche mit der Schicht aus dem
zweiten polymerisierbaren Material überzogen ist, auf die zweite
vorbestimmte Temperatur, bis das zweite polymerisierbare Material
vollständig
polymerisiert ist,
so dass die Schicht aus dem elektrisch leitenden
polymerisierbaren Material nicht direkt auf die zu lackierende Oberfläche sondern
auf eine gasundurchlässige
Schicht niedergeschlagen wird, die aus dem polymerisierten zweiten
Material gebildet ist und die zu lackierende Oberfläche vollständig überdeckt.
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Das zu lackierende Bauelement wird
insbesondere aus einem Material gebildet, das auf in Wärme aushärtenden
Vinylester/Polyester-Harzen basiert und. das zweite polymerisierbare
Material besteht aus einer katalysierten transparenten Zweikomponentenpolyurethanfarbe,
die dadurch vollständig polymerisierbar
ist, dass sie auf gerade 60°C
erwärmt
wird. Das zweite polymerisierbare Material wird auf eine Schicht
aufgebracht, die aus einem Haftpromotor auf Polyesterbasis gebildet
und direkt auf die zu lackierende Oberfläche aufgebracht wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein lackiertes
Bauelement nach Anspruch 8.
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In dieser Weise kann jede Gefahr
vollständig vermieden
werden, dass sich Blasen in der Farbschicht als Folge der Endwärmebehandlung
im Ofen bilden, der die lackierten Elemente unterworfen werden müssen, um
die aufgebrachte Farbschicht/die aufgebrachten Farbschichten zu
polymerisieren. Die Anmelderin hat durch intensive Versuche bestätigt, dass
die Blasenbildung in der Farbe, die ein bekannter Nachteil ist,
der bis heute die intensive Benutzung von lackierten Verbundwerkstoffbauelemente
in einer Fahrzeugkarosserie beschränkt hat, auf der Verdampfung
während
der Wärmebehandlung
(die bei annähernd
150°C erfolgt)
eines kleinen Teils der Monomere beruht, die das Harz/die Harze
bilden, aus dem das zu lackierende Bauelement gebildet ist, der nicht
polymerisiert oder nur teilweise polymerisiert ist und während des
Pressen in Mikroporen, die für
das bloße
Auge unsichtbar sind, nahe der Oberfläche des Bauelementes und in
Verbindung mit der Außenseite eingefangen
bleiben.
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Das Aufbringen einer katalysierten
Zweikomponentenurethanfarbschicht direkt auf die zu lackierende
Oberfläche
(nur mit dem dazwischen angeordneten Haftpromotor) und ihre Polymerisation
vor dem Aufbringen der herkömmlichen
Grundierungs- und Farbschichten auf die zu lackierende Oberfläche erlaubt
es, dass sich eine gasundurchlässige
Schicht auf der Oberfläche
selbst bildet, die eine Gasdichtung über die Oberflächenporen
ausbildet, die unpolymerisierte oder teilpolymerisierte Monomere
enthalten können.
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Wenn somit diese während der
Endwärmebehandlung
des lackierten Elementes verdampfen, können die erzeugten Gase nicht
mehr die lackierte Oberfläche
erreichen und durch die poröse
Grundierungsschicht hindurchgehen, um in die polymerisierten Farbschichten
einzutreten und in dieser Weise die bekannten Blasen zu bilden.
Die Polymerisation der Schicht aus gasundurchlässigem Material bei niedriger
Temperatur (etwa 60°C)
infolge der Verwendung von katalysierten Farben garantiert gleichfalls,
dass keine Monomere während
der Polymerisierung dieser Abdichtungsschicht verdampfen können, wodurch
die Gefahr einer örtlichen
Beschädigung
der Schicht bestünde,
die noch polymerisiert wird, was bedeuten könnte, dass die Schicht selbst nicht
vollständig
undurchlässig
ist.
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Diese und andere Merkmale der Erfindung werden
deutlicher aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs beispiels
werden, die anhand eines nicht beschränkenden Beispiels unter Bezug
auf die zugehörigen
Zeichnungen gegeben wird, in denen:
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1 schematisch
den Mechanismus wiedergibt, über
den Blasen in einer Farbschicht gebildet werden, die auf die Oberfläche eines
Bauelementes aus einem Kunststoffmaterial aufgebracht ist, und
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2 schematisch
in Querschnitt den Aufbau eines Kunststoffbauelementes zeigt, das
gemäß der Erfindung
lackiert ist.
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In den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein
Bauelement aus einem synthetischen Kunststoffmaterial, beispielsweise
eine Platte, die aus einem Verbundwerkstoffmaterial gepresst ist
und einen Fahrzeugkarosserieteil, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges,
wie beispielsweise eine Motorhaube, eine Tür usw. bildet. Dabei und in
der folgenden Beschreibung werden Verbundwerkstoffe der Einfachheit
halber als eine Unterklasse von Kunststoffmaterialien angesehen,
die in bekannter Weise aus einem Verstärkungsmittel (Glas, Kohlefasern,
Keflarfasern usw. unabhängig
von der Art der Bildung und Verteilung) bestehen, das in eine Matrix
eingekapselt ist, die aus einem oder mehreren synthetischen Kunstharzen
besteht, die durch Polymerisation eines oder mehrerer Monomere erhalten
werden.
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Die Platte oder das Bauelement 1 hat
eine Oberfläche 2,
die mit einem Farbüberzug 3 überzogen
ist (der möglicherweise
aus einer Vielzahl von übereinander
liegenden dünneren
Schichten aus verschiedenen Materialien besteht), wobei die Oberfläche 2 gleichfalls
Poren 4 enthält
(in 1 ist im vergrößerten Maßstab nur
eine dargestellt), von denen wenigstens eine teilweise mit Körnern 5 aus
unpolymerisierten oder nur teilpolymerisierten Monomeren gefüllt ist.
Die Körner 5 bestehen
aus den gleichen Polymeren wie denjenigen, die zur Bildung des Harzes/der
Harze verwandt werden, die das synthetische Kunst stoffgrundmaterial
bilden, aus dem (mit dem Zusatz der Füllstoffe) das Bauelement oder
die Platte 1 gebildet ist, und sind das unvermeidliche
Ergebnis des bekannten Verfahrens zur Bildung einer Platte oder
eines Bauelementes 1, das bzw. die beispielsweise durch
Spritzgießen,
Pressformen oder Spritzpressformen erhalten wird.
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Im vorliegenden beschriebenen Fall,
der Bauelemente 1 betrifft, die für Kraftfahrzeugkarosserien
bestimmt sind, ist das Harz/sind die Harze das/die das Bauelement
oder die Platte 1 bildet/bilden in Wärme aushärtende Vinylester/Polyester-Harze, da das Bauelement/die
Platte 1 aus einem Verbundwerkstoff SMC, BMC oder einer ähnlichen
Art geformt wird.
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Die Anmelderin hat festgestellt,
dass aufgrund der Mikrostruktur der Platte/des Bauelementes 1 bei
einer Erwärmung
des lackierten Bauelementes 1 zum Polymerisieren des mehrschichtigen Überzugs 3 die
Körner 5 verdampfen,
wodurch Gase (durch Pfeile 6 dargestellt) erzeugt werden,
die sich zusammen mit Luft, die in der Pore 4 eingefangen sein
kann, ausdehnen und die Pore 4 verlassen, was zu einem
Aufquellen des Überzugs 3 führt, der
in der Polymerisierungsphase weich und plastisch ist, obwohl er
nahezu für
Gase undurchlässig
ist. Die Gase 6 können
daher nicht entweichen und sammeln sich über der Pore 4 und
unter dem Überzug 3 an,
was eine Blase 7 bildet. Es wurde festgestellt, dass die Größen der
Blasen 7 in einer Größenordnung
liegen, die größer als
die der Poren 4 ist, was von einigen μm bis einigen mm variieren kann,
so dass folglich die Blasen 7, die sich bilden, einen Durchmesser
zwischen 1 und 10 mm haben können.
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Diese Tatsache bestätigt die
Gültigkeit
des oben beschriebenen Interpretationsmodels: Wenn tatsächlich die
Bildung von Blasen 7 nicht primär auf der Verdampfung der Monomere
beruhen würde,
die nicht zu 100% in den Poren 4 polymerisiert sind, wäre die Größe der Blasen
in der Praxis auf 5/7 der Größe in den
Poren 4 beschränkt
(ein Wert, der der Veränderung
im Luft volumen in den Poren 4 aufgrund der Wärmeausdehnung
entspricht) und würden
folglich nur extrem kleine Blasen gebildet. Das Model wurde weiterhin
durch die Tatsache bestätigt,
dass in der laufenden Praxis Blasen auch genau an denselben Stellen
der Bauelemente 1 gebildet werden, an denen diese Erscheinung
bereits aufgetreten ist und die (durch Sandstrahlen, Füllen und
Reparieren der Stellen, wo Blasen gebildet waren) repariert worden
sind, sobald das Bauteil wieder erwärmt wird, um die Farbe in den
reparierten Bereichen zu polymerisieren.
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Wie es in 2 dargestellt ist, wird die in 1 dargestellte bekannte
Erscheinung gemäß der Erfindung
durch eine spezielle Strukturierung des mehrschichtigen Überzuges 3 vermieden.
In der Praxis wird ein Überzug 3a gemäß der Erfindung
auf der Oberfläche 2 ausgebildet,
der ausgehend von der der Oberfläche 2 benachbarten
Schicht zwei übereinander
liegende Filme B und A umfasst, wobei der Film A den herkömmlichen Überzügen wie
in 1 entspricht, während der
Film B seinerseits eine erste durchgängige Schicht 10,
die direkt auf die Oberfläche 2 aufgebracht
ist, um diese vollständig
zu überdecken,
annähernd
30 μm stark
ist und aus einem Haftpromotor auf Polyesterbasis („Barrier"), beispielsweise
487567 von der Fa. PPG Industries Inc, USA, gebildet ist, und eine
zweite Schicht 11 aufweist, die gleichfalls durchgängig ist
und direkt auf die Schicht 10 aufgebracht ist, so dass
die Oberfläche 2 vollständig überdeckt
ist, die eine Stärke
zwischen 30 und 40 μm
hat und die aus einem Material gebildet ist, das bei einer niedrigen
Temperatur (annähernd
60°C) polymerisiert
und für
gasförmige
Substanzen undurchlässig
ist, so dass die Schicht 10 vollständig gasundurchlässig ist.
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Im vorliegenden Fall wird die Schicht 11 aus einer
transparenten katalysierten Zweikomponentenpolyurethanfarbe, beispielsweise
aus 228003 von PPG Industries Inc. gebildet. Der Film A besteht
statt dessen wie erwähnt
aus einem herkömmlichen mehrschichtigen Überzug,
der im vorliegenden Fall eine erste Schicht 12 mit einer
Stärke,
die zwischen 20 und 30 μm
variieren kann, die aus einer elektrisch leitenden polymerisierbaren
Grundierung vom Einkomponententyp, beispielsweise 487538 gleichfalls von
PPG Industries Inc. gebildet ist, das eine Wärmebehandlungstemperatur (zum
Polymerisieren) von 150°C
hat, eine zweite Schicht 13 mit einer Stärke von
annähernd
40 μm, die
aus einer Vorlackierungsfarbe, beispielsweise „base coat" 400085/1 von HERBERTS GmbH, WUPPERTAL
(D) gebildet ist, eine dritte Schicht 14 mit einer Stärke von
annähernd
30 μm, die
aus Email gebildet ist und die tatsächliche Farbschicht bildet,
und eine Oberflächenschicht 15 mit
einer Stärke
von etwa 30 μm
enthält,
die aus einem transparenten Schutzpolymer, beispielsweise einem
Lack bekannter Art besteht.
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Gemäß der Erfindung wird zunächst die Schicht 10 beispielsweise
durch Besprühen
der Oberfläche 2 des
unbehandelten Bauelementes oder der unbehandelten Platte 1,
die zu lackieren ist, aufgebracht und wird dann die Schicht aus
der Zweikomponentenfarbe durch ein Nassverfahren aufgebracht, das
heißt
aufgebracht, während
der darunter liegende Film des gerade aufgebrachten Materials noch
nass ist, da das benutzte Lösungsmittel
noch nicht vollständig
verdampft ist. Das Bauelement 1 nur mit den die Oberfläche 2 vollständig überdeckenden Schichten 10 und 11 wird
dann in einem Ofen bei einer Temperatur wärmebehandelt, die zu einer schnellen
Polymerisation des Materials führt,
das die Schicht 11 bildet. Da man mit einer katalysierten
Farbe arbeitet, polymerisiert letztere vollständig in annähernd 45 Minuten beim Erwärmen des
Bauelementes 1 auf nur 60°C. Bei einer derart niedrigen
Temperatur, die deutlich unter der niedrigsten Temperatur der Verdampfung
von Monomeren in den Poren 4 liegt, können letztere kein Gas erzeugen,
so dass die Schicht 11 vollständig polymerisiert und dadurch
schnell und ohne Beschädigungen
zu einer für
beliebige gasförmige
Substanzen undurchlässigen
Schicht wird.
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Wenn die Polymerisation der Schicht 11 abgeschlossen
ist, wird das Bauelement 1 abgekühlt und wird zunächst die
Schicht 12 aus der leitenden Grundierung in bekannter Weise
aufgebracht, woraufhin die Schichten 13, 14, 15 aus
einer geeigneten Farbe folgen. Diese Schichten ausgehend von der Grundschicht 12 werden
jedoch nicht direkt auf die Oberfläche 2, wie es beim
Stand der Technik der Fall ist, sondern auf die Schicht 11 aufgebracht,
die, wie bereits erwähnt,
für Gase
vollständig
undurchlässig ist,
wenn sie polymerisiert ist. Die Schicht 12, die als Grundlage
für die
nacheinander erfolgende Aufbringung der drei Farbschichten 13, 14, 15 mit
demselben bekannten Verfahren wie bei Karosserieteilen aus Stahlblech
aufgebracht wird, ist bekanntermaßen porös und daher für gasförmige Substanzen durchlässig, die
in Richtung der Dicke hindurch diffundieren können, wie es bereits anhand
von 1 beschrieben wurde.
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Wenn daher die für die Polymerisation der Schicht 12 notwendige
Wärmebehandlungsstufe
erreicht ist (aber auch irgendeine anschließende Wärmebehandlung, die zum Polymerisieren
der anderen Schichten des Films A führen, gleichgültig ob
getrennt oder gemeinsam), welcher Schritt dadurch ausgeführt wird,
dass das Bauelement 1 auf eine Temperatur von 140 bis 160°C (im Mittel
150°C) für annähernd 30
Minuten (immer auf eine Temperatur, die wesentlich höher als
die Temperatur zum Polymerisieren der Schicht 11 ist) gebracht
wird, verlassen die Gase, die in den Poren 4 (2) als Folge der Verdampfung
der Monomere darin entstehen, die Poren 4, um in Richtung
des Filmes A zu diffundieren, wobei sie jedoch vor Erreichen der
porösen
Schicht, die noch beim Polymerisieren ist, auf die gasundurchlässige Schicht 11 treffen,
die bereits vollständig
polymerisiert und daher sehr starr und mechanisch hochfest ist.
Die Gase 6 werden daher dicht in die Poren 4 unter
der Schicht 11 eingeschlossen und daher daran gehindert,
die Kunststoff schichten 12 bis 15 zu verformen
und Blasen 7 zu bilden. Jede Gefahr einer Blasenbildung
ist daher vermieden.