DE69909521T2

DE69909521T2 - Extrusionsbeschichtungsverfahren zum herstellen von mit hoher durchsichtigkeit schutz- und dekorbeschichtungen

Info

Publication number: DE69909521T2
Application number: DE1999609521
Authority: DE
Inventors: H. Howard ENLOW; J. John MARKEY; E. John ROYS; L. Keith TRUOG; Frederick Young
Original assignee: Avery Dennison Corp
Current assignee: Avery Dennison Corp
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: KR20010086095A; EP1144125B1; CA2353812A1; WO2000033975A2; US20010052385A1; CA2353812C; EP1144125A2; TW467768B; US6547912B2; AU3115400A; JP2002531294A; US20020007903A1; CN1196538C; US6773804B2; AU756611B2; CN1334756A; ATE244609T1; MXPA01005833A; KR100620431B1; DE69909521D1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Verwendung von lösungsmittelfreien Extrusionsbeschichtungstechniken zum Bilden von hochtransparenten schützenden Filmen und mehrschichtigen farbbeschichteten Filmen und Laminaten. Insbesondere werden Beschichtungen hergestellt durch Extrusionsbeschichten von einer oder mehreren Schichten auf eine Trägerfolie, um einen Film mit hoher optischer Qualität bei hohen Geschwindigkeiten zu produzieren, während Emissionsprobleme mit Lösungsmitteln verhindert werden, die charakteristisch sind für die Verwendung von Beschichtungen auf Lösungsmittelbasis. Es werden Techniken offenbart zum Entfernen vielfältiger Fehlerquellen bei der Harzherstellung, Behandlung und Extrusionsverfahren, mit dem Ergebnis, dass extrudierte Klarfilme mit einer im Wesentlichen fehlerfreien glasartigen Klarheit produziert werden können.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird weiter unten mit Bezug auf ihre Anwendung zur Herstellung von Automobilaußenverkleidungen (body panels) beschrieben, obwohl andere End-Verwendungen der Filme, die gemäß dieser Erfindung hergestellt wurden, auch als im Rahmen dieser Erfindung liegend betrachtet werden.
Automobilaußenverkleidungen wurden in der Vergangenheit durch Spritzlackierung von Blechteilen hergestellt. Mehrschichtige Farbbeschichtungen, wie diejenigen, auf die als Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungslackierung Bezug genommen wird, wurden verwendet, um erwünschte optische Effekte zu erzielen. Zusätzlich zu hohem Glanz und hoher Deutlichkeit-des-Bildes (distinctness-of-image) (DOI) sind diese Farbbeschichtungen auch hochbeständig durch die Bereitstellung von chemischer Widerstandsfähigkeit, Abrasionsbeständigkeit und Wetterbeständigkeit, die einen Qualitätsverlust durch Ultraviolettlicht signifikant reduzieren.
In den vergangenen Jahren wurden geformte Plastikkarosserieverkleidungen mit dekorativen Klarbeschichtungs-/Farbeschichtungsfarbfilmen hergestellt, die auf der geformten Plastikverkleidung anhafteten. Die Verwendung solcher Filme verhindert bestimmte Umweltprobleme, die mit der Verdampfung von Farblösungsmitteln einhergehen, während auch die Notwendigkeit für Lackieranlagen und Emissionskontrollen bei Automobilproduktionsstätten reduziert oder eliminiert wird.
Wegen der zunehmenden Notwendigkeit die Menge an atmosphärischer Verschmutzung zu reduzieren, die durch Lösungsmittel entsteht, die während des Lackierverfahrens emittiert werden, wurden in den letzten Jahren viele verschiedene Versuche unternommen, diese dekorativen Filme zu produzieren. Diese Verfahren werden allgemein kategorisiert als Lösungsgusstechniken (solution casting techniques) oder Extrusionstechniken. Beispielsweise verwenden die US-Patente 4,810,540 von Allison et al. und 4,902,557 von Rohrbacher Lösungsgusstechniken, in denen Flüssigguss, auf Lösungsmitteln basierende Klarlacke und auf Pigmenten basierende Lacke auf eine flexible Gussfolie aufgebracht werden durch Beschichtungsverfahren wie Umkehr-Walzenbeschichtung oder Tiefdruck. Die Flüssiggussschichten werden einzeln aufgebracht und dann bei hohen Temperaturen getrocknet, um die Lösungsmittel zu verdampfen.
Als eine Alternative wurden extrudierte Filme verwendet zur Herstellung von Automobilaußenklarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilmen. Die internationale Anmeldung WO 94/03337 von Duhme beschreibt ein Verfahren, in dem ein Spritzgusslaminat hergestellt wird aus einer extrudierten Klarbeschichtungsschicht, einer Farbbeschichtungsschicht, einer Verstärkungsschicht, die auf die Farbbeschichtungsschicht laminiert wurde, einer Haftschicht auf einer Seite der Verstärkungsschicht gegenüber der Farbschicht und ein Spritzgusssubstrat, das auf der Haftschicht anhaftet. Die äußere Klarbeschichtungsschicht ist eine coextrudierte Folie mit verschiedenen Proportionen von Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Acrylharzen in jeder Schicht der Coextrusion. Eine extrudierte thermoplastische Außenlage (liner layer) wird auf die äußere Oberfläche der Klarbeschichtungsschicht laminiert, um beim Spritzgießen des Farbfilmlaminats auf das Substrat zu helfen. Die coextrudierte äußere Klarbeschichtungsschicht wird auf einen Polyesterträger laminiert, der die Klarbeschichtungsschicht während der darauffolgenden Laminierungsschritte trägt. Die äußere Klarbeschichtungsschicht kann wahlweise auf die thermoplastische Außenlage laminiert werden, um eine Glanzkontrolle bereitzustellen. Die Klarbeschichtung wird hergestellt, indem sie mit einem Lösungsmittel auf einen Träger gegossen wird, und indem die getrocknete Farbschicht auf die Klarbeschichtung laminiert wird. Die Verstärkungsschicht wird auf die freiliegende Seite der Farbbeschichtung laminiert und die Haftschicht kann auf die Verstärkungsschicht beschichtet oder laminiert werden. Dieses Verfahren beinhaltet zeitraubende vielfältige Beschichtungs- und Laminierungsschritte und langsame Verarbeitungsgeschwindigkeiten, wie in verschiedenen Beispielen offenbart.
Die US-Patente 4,317,860 und 4,364,886 von Strassel offenbaren auch die Coextrusion eines mehrschichtigen Films, wie beispielsweise eine zweischichtige Coextrusion aus vorwiegend PVDF auf der einen Seite und einem vorwiegend aus Acryl bestehenden Harz auf der anderen Seite der coextrudierten Folie. Diese einheitlichen Strukturen werden verwendet, um geformte Artikel herzustellen oder um die Folien auf ein geformtes Polymer aufzukleben.
Filmextrusionstechniken wurden in der Vergangenheit auch benutzt, um freie Filme herzustellen, in denen das extrudierte Polymermaterial auf einen polierten Zylinder beschichtet wird. Diese Filme werden dann mit verschiedenen Farbbeschichtungen grundiert. Die äußere Oberfläche des extrudierten freien Films, die den Zylinder berührt (und als freier Film von dem Zylinder getrennt wird) besitzt keinen hohen Glanz und Deutlichkeit-des-Bildes (distinctness-ofimage). Auch Filme, die auf diese Weise hergestellt wurden, haben keine Trägerfolie anhaften, die sie schwer bedienbar und in nachgeschalteten Bearbeitungsprozessen leicht beschädigbar macht.
Ein anderes Verfahren, das im US-Patent 5,114,789 von Riefler offenbart wird, weist eine pigmentierte Basisbeschichtung auf, die auf eine flexible dehnbare Trägerfolie lösungsmittelgussextrusionsbeschichtet (solvent-diextrusion coated) wird und bei erhöhten Temperaturen getrocknet wird, um die Lösungsmittel zu verdampfen, gefolgt durch die Extrusionsbeschichtung einer reaktiven Klarbeschichtung auf die Basisbeschichtung. Der Trägerfilm und die extrusionsbeschichteten Farbschichten werden dann als eine einheitliche Folie wärmeerweicht und auf ein geformtes Substrat mittels eines Schrumpf-Hüll-Verfahrens aufgebracht.
In einem derzeit verwendeten Verfahren zum Herstellen von Automobilaußenfarbfilmen, werden eine Klarbeschichtung und eine Farbbeschichtung, die Mischungen von PVDF und Acrylharzen aufweisen, durch einen Umkehr-Walzenbeschichter gegossen, entweder durch Lösungs- oder Dispersionsguss. Die Filmdicke der Farbschichten, die in dem Verfahren verwendet werden, wird im Allgemeinen durch die Bedürfnisse der Endverbraucher festgelegt. In manchen Fällen kann die Notwendigkeit relativ dicke Filme zu produzieren gewisse Produktionsbeschränkungen zur Folge haben. Um das Material angemessen zu trocknen und Lufteinschluss zu verhindern, werden typischerweise Maschinengeschwindigkeiten von 25 Fuß/min. (0,13 m/s) angewandt. Dieser langsame Durchsatz begrenzt die Beschichtungskapazität des Umkehr-Walzenbeschichters und gibt auch eine große Menge an organischen Lösungsmitteln frei. Diese Lösungsmittelfreigabe ist besonders offensichtlich, wenn eine lösungsgegossene PVDF/Acrylklarbeschichtung aus einer auf Lösungsmittel basierenden Lösung beschichtet wird, die einen relativ hohen Anteil an Lösungsmittel aufweist. Die VOC-Emissionen sind hoch. Das PVDF hat eine begrenzte Löslichkeit und benötigt starke Lösungsmittel, um sich aufzulösen. Ein solches Lösungsmittel, das als N-Methylpyrrolidon (Handelsname M-Pyrol) bekannt ist, wird entweder gebraucht, um das Harz beim Lösungsgießen flüssig zu machen oder als Koaleszierhilfe beim Dispersionsgießen verwendet. Zusätzlich kann eine Kreuzkontamination auftreten, aus aufgelöstem überschüssigem Material in vorher benutzten Rollen, Schläuchen, Pfannen, Pumpen etc. Auch während des Beschichtens kann das starke Lösungsmittel angetrocknete Harze in einem Trocknungsofen auflösen, was diese veranlasst, auf die Bahn herunterzufallen, die beschichtet wird. Als weiterer Nachteil kann angeführt werden, dass diese starken Lösungsmittel sehr teuer sind.
Darum besteht ein Bedarf an der Herstellung dekorativer und schützender Oberflächenfilme unter Vermeidung der nachteiligen Wirkungen niedriger Produktionsliniengeschwindigkeit, hoher VOC, Kreuzkontamination sowie des Gebrauchs teurer Lösungsmittel.
Extrusionstechniken, die den Gebrauch starker Lösungsmittel und die sich daran knüpfenden Probleme von Lösungsmittelemissionen vermeiden, könnten eine Alternative darstellen. Allerdings sind Extrusionstechniken wie die oben beschriebenen nicht erfolgreich angepasst worden, um Filme hoher optischer Qualität bei hohen Bahngeschwindigkeiten und niedrigen Kosten zu produzieren.
Die internationale Anmeldung WO 96/40480 von Enlow et al. beschreibt ein lösungsmittelfreies Extrusionsbeschichtungsverfahren, das eine Alternative sowohl zu Lösungsmittelguss als auch zu herkömmlicher Extrusion von polymeren Filmen darstellt. Der Gebrauch von Extrusionsbeschichtungstechniken dieser Erfindung bringt die Vorteile mit sich, dass teure Lösungsmittel vermieden werden, keine VOC-Emissionen auftreten und dass Kreuzkontaminationen vermieden werden, die mit Lösungsmittelguss verbunden ist. Ferner weist die Erfindung die zusätzlichen Vorteile auf, dass die Bahngeschwindigkeit erheblich vergrößert wird, Schritte im Herstellungsverfahren vermieden und die Kosten zur Herstellung von Klarbeschichtungs-/Farbschichtungsfilmen verringert werden. Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von aus Plastik geformten Automobilkarosserieverkleidungen und -teilen insofern anwendbar, als sie ein Mittel an die Hand gibt, um extrudierte, hoch glänzende, hoch deutliche (DOI-Bildschärfe) Klarbeschichtungsfilme herzustellen, die äußere Automobilqualität aufweisen.
Man hat erkannt, dass lösungsmittelfreie Extrusion von polymeren Materialien in hoch transparente, im Wesentlichen fehlerfreie Dünnefilmschichten ausgesprochen schwierig ist. Wenn solche Filme zum Zwecke extrudiert werden, eine hochglänzende äußere Schutzklarbeschichtung für beispielsweise ein Laminat für ein Automobil zu bilden, wird die Schicht üblicherweise als ein dünner Film mit einer Dicke von etwa 1 bis 3 mils (0,025 bis 0,076 mm) extrudiert. Das menschliche Auge nimmt jedoch bei einer Schicht von hohem Glanz und hoher Bildschärfe in solch einer dünnen äußeren Klarbeschichtung den geringsten Fehler im Vergleich zu dickeren Filmen war, die als Folien oder Filme extrudiert werden, die nicht hoch glänzend sein müssen oder hohe Bildschärfe (DOI) aufweisen müssen.
Man hat auch erkannt, dass selbst dann, wenn ein hoch glänzender äußerer Klarbeschichtungsfilm im Wesentlichen als fehlerfreier Film extrudiert wird, kann der Film selbst Fehler, die sich in einem unterliegenden Laminat befinden, auf die der Film geklebt ist, wiedergeben. Beispielsweise können in einem Laminat eines Automobils, das eine polymere Stützfolie und eine Größenbeschichtungsschicht aufweist, Fehler an die Oberfläche einer dünnen schützenden äußeren Klarbeschichtungsschicht mit hohem Glanz übermittelt werden. In diesem Falle können selbst Fehler einer Größe von 10 μm oder weniger in den extrudierten Unterschichten als in der hoch glänzenden äußeren Klarbeschichtungsschicht bemerkbare Fehler auftreten.
Allgemein gesagt sind polymere Filme, die mit Lösungsmitteln gegossen sind, einfacher zu fehlerfreien Klarbeschichtungsfilmen mit hohem Glanz und hoher Bildschärfe herzustellen, im Vergleich mit Filmen, die mittels lösungsmittelfreier Extrusion von polymeren Materialien hergestellt werden. Die Schwierigkeit ergibt sich, wenn technisches Plastik zu einem hoch glänzenden, hoch bildscharfen Klarbeschichtungsfilm extrudiert wird. Der Extrusionsprozess erzeugt naturgemäß Fehler in dem extrudierten Material, und es gibt mehrere Quellen für diese Fehler, die alle angesprochen werden müssen, um die optische Klarheit und Glätte des fertigen extrudierten Films zu gewährleisten. Beispielsweise beschreibt die Anmeldung WO 96/40480 von Enlow et al. wie eine große Scherung und Wärmeerzeugung in einem extrudierten Material induzierte Mattigkeit und Gelbildung verursachen können und so optische Fehler und verminderte optische Klarheit in dem extrudierten Film verursachen. Diese Veröffentlichung beschreibt auch, wie eine Verringerung des Wärmeverlaufs (Minimierung des Wärmeanstiegs) bei Vermengung von PVDF, Acryl- und UV-Stabilisatorausgangsmaterialien die Qualität von Filmen aus diesen Materialien verbessern kann. Änderungen des Extrusionsverfahrens zur Vermeidung dieser Probleme sollten sich jedoch nicht nachteilig auf die anschließenden Wärmeformungsmaßnahmen auswirken oder die Bahngeschwindigkeit beim Herstellungsprozess unnötig herabsetzen.
Die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials kann ebenfalls die optische Klarheit beeinflussen. Beispielsweise kann ein optisch klarer Film, der aus einer Mischung von PVDF und Acrylharzen hergestellt ist, mit geringer Mattigkeit extrudiert werden, wenn der PVDF-Bestandteil des Ausgangsmaterials von einem Niveau von 70% auf weniger als ungefähr 65% gesenkt wird.
Obwohl die, Wirkungen der Gelbildung und induzierten Mattigkeit mittels der oben beschriebenen Verfahrenstechniken minimiert werden, hat man entdeckt, dass die Verwendung dieser Herstellungsmaßnahmen nicht grundsätzlich zur Herstellung extrudierter Klarfilme mit äußerst hoher Transparenz führt, die frei von Fehlern sind, weil ausgehend von anderen Quellen zusätzliche Fehler auftreten können.
Die vorliegende Erfindung basiert teilweise auf der Einsicht, dass die Filmqualität eines lösungsmittelfreien extrudierten Klarfilms von luftübertragenen partikulären Substanzen nachteilig beeinflusst werden kann, die aus einer Anzahl von Quellen Eingang in das Extrusionsverfahren finden können. Wenn man diese Verunreinigungen nicht aus dem Verfahren entfernt, kann dies zu spürbaren Fehlern in einem dünnen extrudierten Hochglanzklarfilm führen. Diese Fehler können das fertige Produkt nachteilig verändern, sei es das sie sich in dem extrudierten äußeren Klarbeschichtungsfilm oder in einer darunter befindlichen Größenbeschichtungs- und/oder Substratlage befinden, an der der Schutzklarfihn anhaftet.
Man hat entdeckt, dass die luftübertragenen Verunreinigungen in der Größenordnung von Mikrometern aus verschiedenen Quellen, den Extrusionsprozess durchlaufen können und schließlich optische Fehler in dem fertigen Produkt bilden. Beispielsweise verursachen Staubpartikel von 10 μm Durchmesser oder weniger merkliche Fehler in einem extrudierten transparenten 1 mil (0,025 mm) dicken Hochglanzfilm. Solche Störstellen von luftübertragenen Verunreinigungen können aber auch nicht auftreten, bevor das fertige Laminat warm geformt wird, was dazu führt, dass die Fehler an der Oberfläche auftreten. Solche luftübertragenen Verunreinigungen können nicht nur Schmutzpartikel aus der Luft, sondern auch Glasfaserteilchen und Polymerstaub, der in der Herstellungsanlage vorhanden ist, umfassen. Diese Verunreinigungen können in das Extrusionsverfahren eingeführt werden, wenn die harzartigen Ausgangsmaterialien vor oder nach der Filmextrusion verarbeitet werden.
Ferner können Verunreinigungsteilchen in den harzartigen Ausgangsmaterialien vorhanden sein. Solche Verunreinigungsteilchen können Glasfasern, Kohle, Metallstückchen und Gele umfassen, die aus dem Harzherstellungsverfahren eingeschleppt wurden. Somit muss sich ein Verfahren zur lösungsmittelfreien Extrusion von dünnen Hochglanzklarbeschichtungsfilmen mit folgenden Problemen auseinandersetzen: (1) Vermeiden von Gelbildung und induzierter Mattigkeit; (2) Vermeiden von Fehlern, die nicht nur in einen extrudierten äußeren Klarbeschichtungsfilm, sondern auch in darunter liegende extrudierte Substratschichten eingeführt werden; (3) Vermeiden von Filmhandhabungsproblemen bei hoher Produktionsliniengeschwindigkeit; (4) Vermeiden des Eindringens von Verunreinigungen aus den Ausgangsmaterialien und während der Harzhandhabung und während des Extrusionsvorgangs; und (5) Bereitstellen eines fertigen Laminats, das einen hohen Glanz und eine hohe Bildschärfe (DOI) aufweist, nachdem das fertige Teil Wärmeverformungstemperaturen und sich daraus ergebenden Streckungen unterworfen wurde.
Der Gegenstand der Erfindung ist in den Ansprüchen definiert. Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf äußere Automobilanwendungen beschrieben ist, kann die Erfindung auch als schützende und dekorative Beschichtung für andere Artikel verwendet werden, wie etwa innere Automobilkomponenten, äußere Seitenpaneele und andere verwandte Konstruktionsprodukte für den Außenbereich, schifffahrtsbezogene Produkte, Schilder, Fensterglas und andere Innen- oder Außenfilmprodukte. Seitenpaneele aus Vinyl (PVC) sind ein Beispiel eines Gebrauchs der Erfindung zur Herstellung von wetterfesten, dekorativen Oberflächen für den Außenbereich auf extrudierten Plastikfolien. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Plastiksubstratpaneele als Vinyl anwendbar, wie etwa beispielsweise Polykarbonat. Die Erfindung ist insbesondere auf Schutzfilme anwendbar, bei denen hohe Transparenz und Freiheit von optischen Fehlern erforderlich ist, d. h. jedweder Schutzfilm, der glasartige optische Eigenschaften haben sollte.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur lösungsmittelfreien Extrusion von Industrieharzen, um hoch transparente glasähnliche, wetterfeste, optisch klare Filme zu bilden, die im Wesentlichen frei von optischen Fehlern sind. Die Erfindung vermeidet ein Eindringen von Fehlern, die von einer Gelbildung herrühren; vermeidet ein Einführen von induzierter Mattigkeit, die die Transparenz vermindert; vermeidet Fehler, die nicht nur in einer äußeren Klarbeschichtung, sondern auch in einer darunter liegenden coextrudierten Haftschicht und einem Stützsubstratpaneel vorhanden sind; fördert die Materialhandhabung bei hohen Herstellungsgeschwindigkeiten; vermeidet ein Einführen von luftübertragenen Verunreinigungen und anderen Fehlern, während des Verfahrens, die andernfalls optische Fehler in einer Größenordnung von Mikrometern in dünnen hochglanzextrudierten äußeren Klarfilmen verursachen würden; und erzeugt warmformbare Laminate, die ausreichend hohen Glanz und eine ausreichend hohe Bildschärfe beibehalten, um für eine äußere Anwendung bei Automobilen geeignet zu sein, um nur ein Beispiel zu geben.
Kurz gesagt weist eine Ausführungsform dieser Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines schützenden und dekorativen Oberflächenfilms auf, wobei ein lösungsmittelfreies polymeres Material von einem Extrudierwerkzeug direkt auf eine bewegte Trägerfolie beschichtet wird, um eine extrudierte Beschichtung mit gleichbleibender Filmdicke auf der Trägerfolie zu bilden. Die Trägerfolie ist vorzugsweise mit einer hochglänzenden, hitzebeständigen unelastischen polymeren Gussfolie gebildet. Die extrusionsbeschichtete Schicht ist vorzugsweise als eine optisch klare erste Schicht auf dem Träger ausgebildet, die mit hoher Geschwindigkeit an der Öffnung des Extrusionswerkzeugs vorbei bewegt wird. Die extrusionsbeschichtete erste Schicht wird sofort mittels einer Temperaturerniedrigung ausgehärtet, wie etwa durch Berührung mit einer Kühlwalze, gefolgt von einem Auftragen einer pigmentierten zweiten Schicht in Dünnfilmform auf der gehärteten ersten Schicht, um eine zusammengesetzte Farbbeschichtung zu bilden. Bei einer Ausführungsform wird diese zusammengesetzte Farbbeschichtung mit einer Haftschicht laminiert, die mit einer unterstützenden Substratfolie oder einem unterstützenden Paneel coextrudiert ist. Die Trägerfolie wird von dem resultierenden Laminat abgetrennt, um eine äußere Oberfläche der extrusionsbeschichteten ersten Schicht als eine Hochglanzoberfläche mit hoher Bildschärfe freizulegen.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Extrusion von hochglänzenden, hoch transparenten Klarfilmen aus einem partikulären harzartigen Ausgangsmaterial geschaffen, das im Wesentlichen frei von luftübertragenen Verunreinigungen ist, wobei das harzartige Ausgangsmaterial in einem Behälter aufbewahrt wird, das harzartige Material dem Behälter entnommen und wenigstens ein Teil des harzartigen Materials durch einen Trockner geführt wird, und das getrocknete harzartige Material zu einer Extrusionsanlage transportiert wird. Das harzartige Material wird von dem Behälter durch den Trockner und den Extruder in einem geschlossenen Luftstromtransportsystem befördert, wobei die Harztransportluft einer hoch effizienten (HEPA) Filtration unterzogen wird, um Verunreinigungen in der Größenordnung von Mikrometern (in dieser Schrift als Partikel einer Größe von weniger als etwa 10 μm Durchmesser definiert) aus dem Luftstrom, der das harzartige Material transportiert, zu entfernen. Das harzartige Material wird als ein transparenter Film extrudiert, der im Wesentlichen frei von Fehlern in der Größenordnung von Mikrometern ist.
Das System zum Entfernen von luftübertragenen Verunreinigungen umfasst ein geschlossenes Luftstrombeförderungssystem, das einer hoch effizienten (HEPA) Luftfiltration unterzogen wird, zum Transportieren des harzartigen Materials (1) an den Extruder (2) zu und von einem Mischgerät, sofern es zum Vermischen mehrerer harzartiger Materialien vor der Extrusion verwendet wird, und (3) zu und von dem Trockner zum Entfernen jeglicher Feuchtigkeit von den extrudierbaren harzartigen Materialien. Zusätzlich zum Filtern von Transportluft in dem geschlossenen Harztransportsystem entfernt die Erfindung auch luftübertragene Verunreinigungen von Produktionseinrichtungen, mit denen der extrudierte Film in Berührung kommt. Dies schließt das Entfernen von luftübertragenen Verunreinigungen ein, die von Trägerfolienbahnen aufgrund statischer elektrischer Ladungen angezogen werden und Schritte zum Reinigen anhaftender Teilchen von Oberflächen der sich bewegenden Trägerfolie vor und nach dem Extrusionsschritt.
Solch eine hoch effiziente (HEPA) Luftfiltration ist vorzugsweise ausgebildet, um alle luftübertragenen Verunreinigungen von weniger als 5 μm Durchmesser und ganz besonders vorzugsweise von weniger als 1 μm Durchmesser aus dem Harzhandhabungs- und Extrusionsverfahren zu entfernen.
Obwohl verschiedene polymere filmbildende Materialien verwendet werden können, um die extrusionsbeschichtete äußere Schicht zu bilden, ist das bevorzugte extrudierbare Material eine Mischung oder eine Legierung eines Fluorpolymers und eines Acrylharzes, wobei das Fluorpolymer vorzugsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist.
Die pigmentierte zweite Schicht kann bei einer Ausführungsform auf die extrusionsaufgetragene erste Schicht lösungsmittelgegossen werden, oder alternativ können die ersten und die zweiten Schichten mittels einer Coextrusion gebildet werden, die dann auf die sich bewegende Trägerfolie aufgetragen wird.
Andere Formen der Erfindung beinhalten ein Coextrudieren verschiedener Schichten des zusammengesetzten Laminats, das nicht nur die Klarbeschichtung und die darunter liegende Farbbeschichtung, sondern auch die Größenbeschichtung, Bindebeschichtung und ebenfalls andere Funktionalbeschichtungen, einschließlich der Stützfolie oder anderer Substratpaneele, Folien oder Filme umfasst. Der Träger kann auch zugleich mit den anderen Schichten des Laminats extrudiert werden. Die HEPA- Filtrationstechnik zum Entfernen von luftübertragenen Verunreinigungen aus den Harzen ist auf die Extrusion jeder dieser Komponentenschichten und ihrer Ausgangsmaterialien anwendbar.
Weil eine oder mehrere Schichten der zusammengesetzten Farbbeschichtung unter Verwendung fester (lösungsmittelfreier) Polymere extrusionsbeschichtet werden können, vermeidet das Verfahren den Gebrauch teurer Lösungsmittel und vermeidet ferner VOC-Emissionen und Kreuzkontaminationen, die mit Lösungsmittelguss einhergehen. Das Verfahren kann auch Herstellungsdauer und -kosten verringern. Eine Liniengeschwindigkeit zum Extrusionsbeschichten kann zumindest 50 Fuß/min. (0,25 m/s) betragen und wird üblicherweise 200 Fuß/min. (1,02 m/s) übersteigen, dies verglichen mit 25 Fuß/min. (0,13 m/s) bei Lösungsmittelgusstechniken. Bei einer Ausführungsform wird das Extrusionsauftragen bei einer Liniengeschwindigkeit von über 300 Fuß/min. (1,52 m/s) durchgeführt und kann bei einer Liniengeschwindigkeit von beinahe 380 Fuß/min. (1,93 m/s) betrieben werden.
Solche Verbesserungen bei der Liniengeschwindigkeit und diesbezügliche Verbesserungen der Qualität des Extrudats sind auf die Kontrolle der Kompatibilität der vermischten polymeren Materialien zurückzuführen, die das Rückgrat des extrudierten Materials aufweisen. Indem die Schmelzviskositäten der vermischten polymeren Materialien so aufeinander abgestimmt werden, dass sie ziemlich dicht bei einander liegen führen die Fließcharakteristika des legierten Materials, wenn es auf die Extrusionstemperatur erwärmt wird, zur Herstellung eines glatten, gleichmäßigeren Flusses, wobei auch Spannungsbildungen und sichtbare Fehler in dem ausgehärteten Film vermieden werden. Die Herstellungstechniken zum Schmelzvermischen der Ausgangsmaterialien und zum Extrusionsbeschichten des sich ergebenden Films sind ganz besonders nützlich, wenn transparente Filme aus Legierungen von PVDF und Acrylharzen hergestellt werden.
Diese Techniken, wenn sie mit der HEPA-Filtration zum Entfernen von luftübertragenen Verunreinigungen kombiniert werden, führen zur Herstellung von Filmen und Laminaten mit einer übenagend hohen optischen Klarheit.
Diese und andere Gesichtspunkte der Erfindung versteht man noch besser unter Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung, die allgemein eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, bei der eine Klarbeschichtung auf eine Trägerfolie extrusionsbeschichtet wird, gefolgt von einer lösungsmittelgegossenen Farbbeschichtung.
2 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zum Aufbringen einer Freigabebeschichtung oder einer Glanzkontrollbeschichtung auf eine Trägerfolie darstellt und dann ein Extrusionsauftragen einer Klarbeschichtung auf die mit der Freigabebeschichtung versehene Trägerfolie darstellt.
3 ist eine schematische Darstellung, die einen weiteren Schritt in dem Verfahren darstellt, bei dem der Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilm auf eine dünne, halbsteife Stützfolie transferlaminiert wird.
4 ist eine schematische Darstellung, die einen alternativen nachfolgenden Schritt in dem Verfahren darstellt, bei dem ein Farbfilm auf eine Stützfolie aufgetragen wird, während die Folie von dem Folienextruder gebildet wird.
5 ist eine schematische Darstellung, die die letzten Schritte des Verfahrens darstellt, in denen das Laminat, das mit den in 3 oder 4 dargestellten Schritten hergestellt wird, vakuumgeformt und dann spritzgegossen wird, um ein fertiges Paneel herzustellen.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die mehrere Schichten des fertigen farbbeschichteten Paneels gemäß 5 darstellt.
7 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, bei der Harze und Zusätze mittels Schmelzmischens in einem Extruder verbunden werden, um homogene Pellets zum Gebrauch in dem Extrusionsbeschichtungsverfahren zu bilden.
8 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform darstellt, bei der ein coextrudiertes Substrat gebildet wird, gefolgt von einer coextrudierten Farbbeschichtung und Klarbeschichtung, auf die an der Extrusionsbeschichtungs/Laminierungsstation eine Trägerfolie aufgetragen wird.
9 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform darstellt, bei der eine Folie, die ein Substrat, eine Größenbeschichtung, eine Farbbeschichtung und eine Klarbeschichtung wie in 8 dargestellt aufweist, gebildet wird und mit einer Trägerfolie extrusionsbeschichtet wird, anstatt sie an einer Laminierungsstation aufzutragen.
10 und 11 sind schematische Querschnittsansichten, die ein Formverfahren darstellen, bei dem das Laminat direkt in eine Spritzform gegeben und in ein fertiges Paneel geformt wird.
12 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform darstellt, bei der ein Substrat in Folienform coextrudiert wird, gefolgt von einem Extrusionsbeschichten einer Größenbeschichtung, einer Farbbeschichtung und einer Klarbeschichtung, gefolgt vom Einbringen einer Trägerfolie.
13 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, bei der eine Trägerfolie mit einer Klarbeschichtung mit einer Beschichtung einer Farbbeschichtung coextrusionsbeschichtet wird, ein wahlweises Extrusionsbeschichten einer PVC-Farbbeschichtung und ein Übertragen eines druckempfindlichen Klebstoffes.
14 ist eine schematische Darstellung, die ein Extrusionsbeschichtungsverfahren darstellt, und ein Verfahren, bei dem ein Einbringen von Luftübertragung und Verunreinigung in Produktionsgeräte, die mit einem extrudierten Film in einem Verfahren zum Herstellen von im Wesentlichen fehlerfreien extrudierten Klarbeschichtungsfilmen in Kontakt kommen, vermieden wird.
15 ist eine schematische Darstellung, die Verfahrensschritte darstellt, die ein HEPA-luftgefiltertes Harztransport- und Trocknungssystem zur Vermeidung eines Eindringens von luftübertragenen Verunreinigungen in das harzartige Ausgangsmaterial für das Verfahren gemäß 14, umfassen.
Ausführliche Beschreibung
1 stellt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung dar, bei der ein Klarbeschichtungsfilm 10 (auf den auch als Außenklarbeschichtung Bezug genommen wird) auf eine flexible Trägerfolie 12 extrusionsbeschichtet wird. Die Trägerfolie ist vorzugsweise eine flexible, hitzebeständige, unelastische, selbsttragende, hochglänzende Behelfsgussfolie aus Polyester (PET). Bei einer Ausführungsform kann die Trägerfolie ein 2 mil (0,051 mm) dicker biaxial orientierter Polyesterfilm sein, wie er etwa unter dem Namen Hostafan 2000 Polyesterfilme von Hoechst Celanese Corp. vertrieben wird. Die Trägerfolie kann wahlweise freigabebeschichtet sein, wie unten beschrieben wird.
Die Klarbeschichtung weist vorzugsweise ein festes polymeres Material auf, das als transparenter Film extrudiert werden kann. Das Klarbeschichtungspolymer ist ein festes Polymer in dem Sinne, dass es im Wesentlichen keine Lösungsmittel aufweist, die es erforderlich machen würden, den klarbeschichteten Film hohen Temperaturen zum Trocknen oder anderweitigem Aushärten auszusetzen. Der resultierende Film ist ein schmelzgegossener Film in dem Sinne, dass er mittels Schmelzens des extrudierbaren polymeren Ausgangsmaterials und Beschichten desselben auf die Gussfolie durch eine enge Extrusionsform hergestellt wird. Der Film wird auf die sich bewegende Trägerfolie bei Herstellungsgeschwindigkeiten ohne hinzugefügte Lösungsmittel aufgetragen, um das filmbildende Material herzustellen. Dieses Verfahren führt zu einer gewissen molekularen Ausrichtung im fertigen Film.
Das polymere Material kann eine Anzahl thermoplastischer, thermoformbarer und wetterfester Polymere wie Acryle, Urethane, Vinyle, Fluorpolymere und Mischungen derselben aufweisen. Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyvinylfluorid (PVF) sind bevorzugte Fluorpolymere. Ein gegenwärtig bevorzugtes extrudierbares polymeres Material weist eine Mischung oder eine Legierung von PVDF und Acrylharzen auf. Das bevorzugte Acrylharz ist Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Copolymere davon, obwohl Polyethylmethacrylat (PEMA) ebenfalls verwendet werden kann. Bei gegenwärtig bevorzugten Zusammensetzungen weist das Klarbeschichtungsmaterial von etwa 50 bis etwa 70 Gew.-% PVDF auf, und von etwa 30 bis etwa 50 Gew.-% Acrylharz, bezogen auf alle Feststoffe in der PVDF/Acrylzusammensetzung. Diese Feststoffbereiche basieren auf den relativen Verhältnissen der PVDF- und Acrylbestandteile, wie sie nur in der Klarbeschichtungszusammensetzung gegeben sind. Andere kleine Mengen von Festkörpern wie etwa UV-Stabilisatoren, Pigmente und Füllstoffe können auch in der Klarbeschichtungszusammensetzung enthalten sein.
Das gemischte klarbeschichtete Polymermaterial wird als ein extrudierbares, trockenes, partikuläres Material in Pelletform vorgeformt, das von einem Trichter 14 zu einem Extruder zugeführt wird, der ein Extrusionswerkzeug 16 aufweist, das nahe der Oberfläche der Trägerfolie angeordnet ist. Die Trägerfolie wird als Vorratsrolle 18 bereitgestellt, wird abgewickelt und bewegt sich mit hoher Liniengeschwindigkeit an der Öffnung des Extrusionswerkzeugs vorbei. Bei einer Ausführungsform übersteigt die Liniengeschwindigkeit 200 Fuß/min. (1,016 m/s). Der Träger wickelt sich um eine Andrückwalze 15 unterhalb des Extrusionswerkzeugs. Das Werkzeug extrudiert das polymere Material vertikal durch einen schmalen Schlitz, um eine dünne Beschichtung mit niedriger Viskosität aus einer Schmelze mit einheitlicher Dicke zu bilden, die die Trägerfolie, die sich kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit an dem Extrusionswerkzeugschlitz vorbeibewegt, gleichmäßig beschichtet. Die Extrusionstemperatur ist höher als 340°F (171,1°C) und kann sich in einigen Fällen an 350°F (232,2°C) annähern. Die gesamte Dicke der Beschichtung für den Durchgang unter der Extrusionsform wird über die Breite des Trägers aufgetragen. Die beschichtete Bahn läuft durch den Walzenspalt der Andruckwalze 15 und einer Kühlwalze 17 unterhalb des Extruders hindurch. Der Spaltdruck, der durch die Andruckwalze ausgeübt wird, sorgt für ein Glätten der freiliegenden Seite der Beschichtung. Die extrudierte Beschichtung wird sofort beim Kontakt mit der Kühlwalze 17 gekühlt, was die extrudierte Klarbeschichtungsschicht härtet. Der extrusionsbeschichtete Träger wird zu einer Wickelrolle 20 aufgewickelt.
Ein pigmentiertes Farbbeschichtungsmaterial 22 wird auf die extrudierte Klarbeschichtungsseite des Trägers 12 lösungsmittelgegossen (solvent cast). Die Farbeschichtung 22 kann verschiedene Polymere aufweisen, die als Bindemittel für Farbfilme verwendet werden, wie etwa thermoplastische, wärmeverformbare und wetterfeste Acryle, Urethane, Vinyle, Fluorpolymere und Mischungen davon. Die Fluorpolymere weisen vorzugsweise PVDF oder Copolymere von PVDF-Harzen auf. Die bevorzugte Farbbeschichtungszusammensetzung ist eine Mischung von Copolymeren von PVDF und einem Acrylharz. Vorzugsweise kann der Acrylbestandteil PMMA aufweisen, jedoch kann auch PEMA verwendet werden. Zusätzlich können reflektierende Partikel gleichmäßig in der Farbeschichtung verteilt sein, um Kraftfahrzeugfilme herzustellen, die metallisch wirken. Zusammensetzungen zum Lösungsmittelgießen der Farbbeschichtungszusammensetzung sind beispielsweise im US-Patent 5,707,697 von Spain et al. beschrieben, das durch Bezugnahme hiermit aufgenommen wird. Im Anschluss an das Lösungsmittelgießen der Farbbeschichtung auf die Klarbeschichtung wird die Klarbeschichtung bei erhöhten Temperaturen getrocknet, um die Lösungsmittel zu verdampfen, und der farbbeschichtete Träger wird dann zu einer Wickelrolle 38 aufgewickelt.
Eine optionale Größen- oder Klebstoffbeschichtung kann auf die Farbbeschichtungsseite der Trägerfolie aufgebracht werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die klare Außenbeschichtung 10 in Dünnfilmform mit einer Dicke von allgemein 0,1 mil (0,003 mm) bis 3 mil (0,076 mm) auf die Oberfläche des Trägers 12 extrusionsbeschichtet werden. Dickere Deckbeschichtungen können für bestimmte Mehrschichtfilme verwendet werden, die eine Grundbeschichtung mit reflektierenden Pellets aufweisen. Der Träger ist vorzugsweise ein ausgerichteter Polyestergussfilm, wie etwa Mylar A von Dupont oder Hostafan 2000 von Hoechst. Die Dicke der Trägerfolie kann von 0,5 mil (0,013 mm) bis 3 mil (0,076 mm) reichen aber vorzugsweise funktionieren 1,4 bis 2 mils (0,036 bis 0,051 mm) am besten bei den anschließenden Beschichtungs- und Laminierungsvorgängen, d. h. bzgl. Bahnkontrolle und Wärmeübertragungseigenschaften.
Bei dieser Ausführungsform wird der Trägerfilm abgewickelt und dann an das Extrusionsbeschichtungswerkzeug 16 weitergegeben, wo die klare Deckbeschichtung 10 auf die Trägerfolie extrusionsbeschichtet wird. Die Deckbeschichtungszusammensetzung ist vorzugsweise ein extrudierbares lösungsmittelfreies polymeres Material, das eine Fluorkohlenstoff-/Acryl-Mischung, wie etwa Polyvinylidenfluorid, d. h. Kynar 720 (Elf Atochem) und Polymethylmethacrylat, d. h. Plexiglas VS 100 (Atohaas) umfasst. Der Fluorkohlenstoffpolymeranteil in diesen Mischungen reicht von etwa 55% bis etwa 65% und die Acrylkomponente reicht von etwa 35% bis ungefähr 45%. Andere Fluorkohlenstoffe, andere Acryle und Copolymere davon können auch als Deckbeschichtungen verwendet werden. Das bevorzugte Fluorpolymerharz ist ein Homopolymer, um eine gute Abriebwiderstandsfähigkeit bereitzustellen. Bestimmte PVDF-Copolymere können dann verwendet werden, wenn flexiblere Filme gewünscht werden. Die Deckbeschichtungsdicke reicht von etwa 0,5 mil (0,013 mm) bis 2,0 mil (0,051 mm), um den erforderlichen Glanz, die DOI und Abrieb, Wetterfestigkeit und Schlagfestigkeit beim fertigen Produkt zu erreichen. Der sich ergebende Klarbeschichtungsfilm ist kein freier Film oder ein selbsttragender Film; er erfordert die Verwendung einer Trägerfolie 12 als Stütze während des Verfahrens.
2 ist eine schematische Darstellung, die die aufeinanderfolgenden Schritte in einem Extrusionsbeschichtungsverfahren, wie es allgemein in 1 dargestellt ist, ausführlicher darstellt. Die 3 bis 5 sind schematische Darstellungen, die aufeinanderfolgende Schritte bei der Anwendung des Extrusionsbeschichtungsverfahrens bei der Herstellung einer Automobilaußenqualität aufweisenden Farbbeschichtung auf eine geformte Plastikkarosserieverkleidung für Kraftfahrzeuge, darstellen. Die extrusionsbeschichteten Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilme sind in diesem Fall mit einer umrandeten Oberfläche einer geformten Plastikkarosserieverkleidung für Kraftfahrzeuge verbunden, um auf der fertigen Karosserieverkleidung eine schützende und dekorative Außenoberfläche mit hohem Glanzhohem DOI zu bilden. Die 2 bis 5 sind als ein Beispiel einer Verwendung der erfindungsgemäßen extrusionsbeschichteten Filme insoweit zu verstehen, als dass andere Verwendungen ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegen, da sie sich auf schützende und dekorative Filme für Substratverkleidungen bezieht.
Gemäß 2 wird der Träger 12 zunächst mit einer optionalen Freigabebeschichtung beschichtet, die Mittel zum Steuern des Glanz- und DOI-Grades der extrudierten Klarbeschichtung bietet. Die Vorratsrolle 18 des Trägerfilms 12 ist dargestellt, wobei die Trägerfolie eine Reihe von Walzen umläuft, bevor das Freigabebeschichtungsmaterial 23 mittels eines herkömmlichen Tiefdruckzylinders 24 auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht wird. Der mit der Freigabebeschichtung versehene Träger durchläuft dann einen Ofen 26 zum Trocknen und Vernetzen des Trennbeschichtungsmaterials. Vorzugsweise wird das Aufbringen der Trennbeschichtung derart gesteuert, dass sie in der Trockenfilmform eine Hochglanzoberfläche herstellt.
2 stellt schematisch ein Zwei-Schritt-Verfahren dar, dessen Schritte im Verbund oder als individuelle Vorgänge durchgeführt werden können: (1) Tiefdrucken eines Polyesterträgerfilms mit einer Silikonfreigabebeschichtung oder einer Glanzsteuerungsfreigabebeschichtung und (2) Extrusionsbeschichten einer klaren Deckbeschichtung eines gemäß des ersten Vorgangs silikonbeschichteten oder glanzsteuerungsbeschichteten Trägers. Der Trägerfilm 12 bewegt sich in die Tiefdruckstation, wo die Freigabebeschichtung oder Glanzsteuerungsfreigabebeschichtung auf den Trägerfilm tiefgedruckt wird. Der Trägerfilm, der mit der Silikonfreigabebeschichtung oder der Glanzsteuerungsfreigabebeschichtung beschichtet ist, durchläuft einen 20 Fuß (6,10 m) langen Trocknungsofen 26, in dem Luft mit einer Temperatur von 325 bis 350°F (162,8 bis 176,7°C) auftrifft, was zum Trocknen und Vernetzen der Silikonfreigabebeschichtung oder der Glanzsteuerungsfreigabebeschichtung auf dem Trägerfilm ausreicht. Während der ersten Stufe des Trocknungsofens wird die Silikonfreigabebeschichtung oder die Glanzsteuerungsfreigabebeschichtung hinreichend vernetzt, um sie dauerhaft mit der Trägerfolie zu verbinden. Das Trockenablagergewicht der Silikonfreigabebeschichtung reicht von 0,5 bis 1,0 g/m² und das Trockenablagergewicht der Glanzsteuerungsfreigabebeschichtung reicht von 3 bis 5 g/m². (Als eine Alternative kann das silikonbeschichtete PET direkt vom Hersteller wie etwa American Hoechst 1545 erworben werden.) Der freigabebeschichtete Träger 27 verlässt anschließend den Trocknungsofen 26 und gelangt zum Extrusionsbeschichtungsvorgang, wo das Extrusionswerkzeug 16 den Klarbeschichtungsfilm 10 auf die freigabebeschichtete Oberfläche der Trägerfolie extrusionsbeschichtet. Sofort nach dem Extrusionsbeschichtungsschritt läuft der klarbeschichtete Film um die Kühlwalze 17, bei der der extrudierte Film einer kontrollierten Abkühlung unterzogen wird. Eine oder mehrere wassergekühlte Kühlwalzen können dazu verwendet werden, die Trägerfolie zu berühren, um eine kontrollierte Temperaturabsenkung zu erreichen. Das Verfahren, mittels dessen der Träger gekühlt wird, steuert auch den Außenglanz und DOI des fertigen Produkts. Der extrusionsaußenbeschichtete und freigabebeschichtete Trägerfilm 28 wird dann auf die Wickelrolle 20 aufgewickelt.
Die Kühlwalze weist eine genügende Kapazität auf, um die Klarbeschichtungsschicht schnell abzukühlen und auszuhärten, bevor diese die Kühlwalze verlässt. Das extrudierte Material wird schnell von einer Extrusionstemperatur von mehr als 385°F (196,1°C) auf annähernd Raumtemperatur von 70°F (21,1°C) bis 80°F (26,7°C) (besonders bevorzugt 72°F (22,2°C) bis 75°F (23,9°C)) abgekühlt, während es mit der Kühlwalze in. Berührung steht. Die extrudierte Klarbeschichtung wird in Druckkontakt mit der Kühlwalze gehalten, aufgrund des Spaltdrucks, der von der Andruckwalze 15 während des Kühlens ausgeübt wird. Das Kühlen wird schnell unter Bedingungen vorgenommen, die ein Mattwerden des PVDF/Acrylmaterials vermeiden, und um eine ordentliche Freigabe von der Kühlwalze zu gewährleisten. Wenn die Kühlrate zu langsam ist (oder wenn die extrudierte Beschichtung beim Verlassen der Kühlwalze nicht hinreichend kühl ist), können Phasentrennung und ein sich daraus ergebendes Mattwerden auftreten. Ferner kann sich ein Trennproblem ergeben, wenn die Temperatur nicht hinreichend erniedrigt ist, weil die Acrylharzkomponente beim Trennen zu klebrig ist. Ein Betrieb bei niedriger Liniengeschwindigkeit kann ein ordentliches Abkühlen gewährleisten, aber hohe Liniengeschwindigkeiten sind wünschenswert und die Kapazität der Kühlwalze reicht aus, um die Klarbeschichtung (bei einer Beschichtungsdicke von etwa 1 mil (0,025 mm) bis 3 mil (0,076 mm)) mit Leichtigkeit auf einen gehärteten Zustand abzukühlen, während der Betrieb bei Liniengeschwindigkeiten oberhalb von 150 bis 160 Fuß/min. (0,762 bis 0,813 m/s) erfolgt.
Allgemein kann man sagen, dass ein Klarbeschichtungsmaterial mit einer Extrusionstemperatur größer als 385°F (196,1°C), das einer Kühlwalzentemperatur unterhalb von 80°F (26,7°C) ausgesetzt ist, das Klarbeschichtungsmaterial innerhalb einer verstrichenen Zeit von weniger als ungefähr 3 Sekunden aushärtet. Unter diesen Bedingungen ist die Kühlung genügend schnell, dass 1 mil bis 3 mil (0,025 bis 0,076 mm) Klarbeschichtung bei Liniengeschwindigkeiten oberhalb von 100 Fuß/min. (0,508 m/s) extrudiert und ausgehärtet werden können. Mehr bevorzugt und in den folgenden Beispielen können Klarbeschichtungsschichten extrudiert werden bei einer Dicke von ungefähr 1 mil (0,025 mm) und schnell von Extrusionstemperaturen von ungefähr 385°F bis 400°F (196,1 bis 204,4°C) auf ungefähr 70°F bis 75°F (21,1°C bis 23,9°C) heruntergekühlt werden, um die Klarbeschichtung auszuhärten. Unter diesen Bedingungen wird die Kühlwalzentemperatur zwischen ungefähr 60°F bis 85°F (15,6°C bis 29,4°C) und mehr bevorzugt bei Temperaturen zwischen ungefähr 70°F bis 80°F (21,1°C bis 26,7°C) gehalten.
Wie vorstehend erwähnt, reicht eine schnelle Kühlung auf ungefähr Raumtemperatur aus, um die Klarbeschichtungsschicht auszuhärten und ein Mattwerden zu vermeiden. Ein anderer Ansatz, der Phasentrennung und Mattwerden der Klarbeschichtungsschicht vermeiden hilft, ist, die Klarbeschichtung schnell auf eine Temperatur unterhalb ihrer Einfriertemperatur (glass transition temperature) (T_g) zu kühlen, während sie in Kontakt mit der Kühlwalze ist. Für gemischte Klarbeschichtungsmaterialien mit mehr als einer T_g wird eine Kühlung unterhalb ihrer niedrigsten signifikanten T_g vorgenommen. Für die Klarbeschichtungsschichten, die eine Legierung aus PVDF/Acrylharzen aufweisen, zeigen die folgenden Beispiele, dass eine Kühlung oft unterhalb von ungefähr 60°F bis 70°F (15,6°C bis 21,1°C) notwendig sein wird, um das Material unter seine Einfriertemperatur zu kühlen.
Folgt man den vorstehend beschriebenen Verfahren, können hoch transparente Klarschichtbeschichtungen eine gute Freigabe von den Kühlwalzen erreichen, während bei einer Liniengeschwindigkeit oberhalb von 160 Fuß/min. (0,813 m/s) gearbeitet wird. Liniengeschwindigkeiten oberhalb von 300 Fuß/min. (1,524 m/s) können auch erreicht werden, inklusive Liniengeschwindigkeiten von annähernd 380 Fuß/min. (1,930 m/s).
Wieder Bezug nehmend auf 1 wird die Klarbeschichtungsseite des Trägers 28 mit einer lösungsmittelgegossenen Farbbeschichtung beschichtet. Das lösungsmittelgegossene Farbebeschichtungsmaterial 22 wird durch eine Umkehrwalzenbeschichtungsstation 30 aufgebracht, obwohl der Farbbeschichtungsfilm auch durch Tiefdruck oder andere Lösungsmittelgussoder Beschichtungstechniken aufgebracht werden kann. Der farbbeschichtete Film 32, der die extrudierte Klarbeschichtung und die lösungsmittelgegossene Farbbeschichtung aufweist, läuft dann zu einem Trocknungsofen 34. Die Farbbeschichtung wird vorzugsweise bei Ofentemperaturen von ungefähr 250°F bis 400°F (121,1°C bis 204,4°C) getrocknet. Vorzugsweise wird das Trocknen in mehreren an sich bekannten Stufen ausgeführt. Die Lösungsmittelgase werden durch den Trocknungsprozess ausgetrieben, so dass ein Film 36 verbleibt, der den Ofen mit einer Farbbeschichtung in ausgehärteter Form, verhaftet mit der extrusionsbeschichteten Klarbeschichtung auf der freigabebeschichteten Trägerfolie, verlässt. Der Film 36 wird dann auf die Wickelrolle 38 aufgewickelt.
In einer Ausführungsform wird eine polyvinylidenfluorid-/acryl-pigmentierte Farbschicht an der Walzbeschichtungsstation 30 auf dem extrusionsdeckbeschichteten Träger walzenbeschichtet. Ein bevorzugtes Verhältnis von Polyvinylidenfluorid-Copolymer zu Acrylpolymer ist 75/25 Massenanteile basierend auf den gesamten PVDF-Copoolymer/Acrylpolymerfeststoffen, die in der Farbbeschichtungszusammensetzung enthalten sind. Kynar 7201 (Elf Atochem) und Elvacite 2008 (I. C. I.) werden vorzugsweise in dieser Anwendung benutzt. Der Trocknungsofen 34 hat drei Trocknungszonen von 160°, 240° und 360°F (71,1°, 115,6° und 182,2°C). Die Farbbeschichtung wird getrocknet und geschmolzen bevor sie den Trocknungsofen verlässt.
Die Farbbeschichtungsseite der Farbbeschichtung auf dem Träger kann als nächstes mit einer Größenbeschichtung wie beispielsweise einem thermoplastischem Klebemittel beschichtet werden. Ein chloriertes Polyolefin (CPO) Klebemittel wird als Bindeschicht zum Verkleben mit einem Substrat verwendet, das aus thermoplastischem Polyolefin hergestellt wird. Eine CPO-Größenbeschichtungszusammensetzung umfasst vorzugsweise Hypalon 827B von DuPont oder 13LP von Hardlyn gemischt mit einem Lösungsmittel wie beispielsweise Toluen in einem Verhältnis von ungefähr 25%/75%, Massenanteile.
Bezug nehmend auf 3 wird der farbbeschichtete Träger 36 als nächstes mittels Trockenfarbe-Transferlaminierungstechniken auf eine thermoformbare polymere Stützfolie laminiert. Der Laminierungsschritt umfasst das Trennen der Trägerfolie von der Klarbeschichtungsschicht und gleichzeitig das Verkleben der Klarbeschichtung und der Farbbeschichtung mit einer halbsteifen Stützfolie 40. Die Stützfolie 40 wird anfangs auf eine Vorratsrolle 41 gewickelt und wird abgewickelt und einer Transfer-Laminierungsstation 42 zugeführt. Die Dicke der Stützfolie bewegt sich vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 40 mil (0,25 bis ungefähr 1,02 mm), wobei 20 mil (0,51 mm) eine bevorzugte Dicke für die Stützfolie ist. Die Stützfolie kann aus verschiedenen Polymermaterialien hergestellt werden, wie beispielsweise thermoplastisches Polyolefin, Polyester, ABS, Nylon, PVC, Polycarbonat, Polyacrylat, oder Polyolefinen wie beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen. Der farbbeschichtete Träger und die Stützfolie laufen zwischen einer beheizten Laminierungstrommel 44 und einer Druckwalze 46 hindurch, um die sich überlappenden Folien in Kontakt zu pressen und um sie auf eine Temperatur zu heizen, die ausreicht, um die klebende Größenbeschichtung zu aktivieren, die auf die getrocknete Farbbeschichtung aufgebracht werden kann. Alternativ dazu kann die Größenbeschichtung mit einer Stützfolie coextrudiert werden, oder auf die Stützfolie laminiert werden, vor der Laminierung der Klarbeschichtung und der Farbbeschichtung auf die Stützfolie. Deshalb überträgt das Verfahren gemäß 3 die Farbbeschichtung (Klarbeschichtung/Farbbeschichtung) auf die Oberfläche der halbsteifen thermoformbaren polymeren Stützfolie.
Nach dem Transferlaminierungsschritt wird die Trägerfolie 27 von dem resultierenden Laminat getrennt und auf eine Aufwicklungsrolle 48 gewickelt und das resultierende Laminat 49 (welches die thermoformbare Stützfolie mit der anhaftenden Farbbeschichtung und Klarbeschichtung aufweist) wird auf eine Aufnahmerolle 50 gewickelt. Die freiliegende Klarbeschichtungsseite des resultierenden Laminats 49 kann im Hinblick auf DOI und Glanz gemessen werden. Die glatte Oberfläche der freigabebeschichteten Trägerfolie 27 wird auf der glatten Oberfläche des Laminats repliziert, wodurch ein hochglänzendes und ein hochscharfes (DOI) Aussehen auf die Klarbeschichtungsseite des Laminats übertragen wird. Ein hoher DOI größer als 60 und ein 20° Glanz größer als 75 werden mit dieser Erfindung erreicht. Die Techniken zum Messen dieser Farbfilmeigenschaften werden unten beschrieben.
4 stellt ein alternatives Verfahren zum Übertragen des Klarbeschichtungs/Farbbeschichtungsfarbfilms auf eine thermoformbare Stützfolie dar. In dieser Ausführungsform wird die Stützfolie 52 kontinuierlich von einem Extrudierwerkzeug 54 extrudiert, während der Farbfilm 36, der durch den Träger gestützt wird, von der Rolle 38 abgewickelt wird und kontinuierlich auf die Stützfolie extrusionslaminiert wird, während die Stützfolie durch den Folienextruder gebildet wird. Die Stützfolie kann aus jedem beliebigen extrudierbaren Polymermaterial hergestellt werden, das aus der Gruppe der Stützfolienmaterialien, die vorher beschrieben wurden, ausgewählt wird. Das resultierende Laminat (aufweisend die trägergestützten Klarbeschichtungs/Farbbeschichtungsfilme, die auf die extrudierte Folie 52 laminiert werden) läuft durch einen Kalander/Kühlwalzensatz 55 zum Aushärten der Stützfolie und zum Ankleben des Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilms an diese. Das fertiggestellte Farbfilmlaminat 56 wird auf eine Aufnahmerolle 57 aufgewickelt, nachdem die freigabebeschichtete Trägerfolie 27 entfernt wird.
Bezug nehmend auf 5 durchläuft dann die lackbeschichtete Stützfolie 49 (aus dem Verfahren gemäß 3) oder 56 (aus dem Verfahren gemäß 4) einen Thermoformschritt, bei dem die Folie in eine gewünschte konturierte dreidimensionale Form thermogeformt wird. Der Thermoformvorgang umfasst im Allgemeinen das Platzieren der farbbeschichteten Stützfolie in eine Vakuumformmaschine 58, und das Aufheizen auf eine Temperatur in den Bereich von ungefähr 270°F bis 540°F (132,2°C bis 282,2°C). Die farbbeschichtete Seite der Stützfolie liegt während des Thermoformvorgangs frei. Nachdem das Laminat auf die gewünschte Temperatur erhitzt wurde, wird das Laminat in die gewünschte dreidimensionale Form vakuumgeformt, durch Vakuumtiefziehen auf einen Vakuumformungsbock, um das erweichte Plastik in die Form der Arbeitsoberfläche des Bocks zu zwingen. Es kann auch Druck verwendet werden, um die Folie um das Werkzeug herum zu zwingen. Der Bock bleibt lange genug auf der Stelle, um das Plastik in einen festen Zustand zu kühlen, nachdem das Laminat von seiner Oberfläche entfernt wird, um die resultierende dreidimensionale konturierte Form des farbbeschichteten Laminats 59 zu bilden. In einer Ausführungsform kann sich die Farbbeschichtung während des Thermoformschritts von ungefähr 40% bis 150% bezogen auf ihren nicht ausgedehnten Zustand verlängern ohne an Glanz zu verlieren, zu brechen, unter Belastung weiß zu werden (stress whitening), oder anderweitig die nötigen Stufen äußerer Automobilhaltbarkeits- und Erscheinungseigenschaften von Glanz und DOI zu stören. In einer Ausführungsform liegt der gemessene DOI der thermogeformten Folie nach einer solchen Verlängerung über 60 (wie auf dem Hunter Lab Dorigon D-74R-6 Instrument gemessen). Der 20° Glanz ergibt zumindest 60 und der 60° Glanz ergibt zumindest 75 bei einer solchen Verlängerung. In manchen Fällen, die ein Thermoformen mit kleiner oder keiner Formung (und daher kleiner oder keiner Verlängerung) umfassen, werden fertige Produkte mit höheren Graden an Glanz und DOI hergestellt.
Nach dem Thermoformschritt und dem Schneideschritt wird die resultierende farbbeschichtete thermogeformte Hülle 59 dann in einer Spritzgussform 60 platziert, die eine konturierte Formfläche aufweist, die sich der konturierten äußeren Fläche der Klarbeschichtungsseite der thermogeformten Hülle 59 anpasst. Ein polymeres Spritzgussmaterial wird in die Form eingespritzt und gegen die Stützfolienseite der thermogeformten Hülle gepresst, um das Substratmaterial an die Thermoform zu haften. Das resultierenden Paneel 61 wird dann aus der Form entfernt, um ein steifes Substratpaneel bereitzustellen mit einer konturierten dekorativen äußeren Oberfläche, die die thermogeformte Stützfolie und ihre anhaftende Klarbeschichtung, Farbbeschichtung, Größenbeschichtung und Bindebeschichtung aufweist, falls nötig. Die bevorzugten Polymere, die für das Substratplastikformmaterial des fertigen Paneels verwendet werden, sind Polymere, die mit dem Material kompatibel sind, aus dem die Stützfolie hergestellt wird. Diese können thermoplastische Olefine umfassen, ABS, Nylon, Polyester, Polyolefine, wie beispielsweise Polypropylen und Polyethylen, Polycarbonate und Polyvinylchlorid.
Die Transferlaminierung, dass Thermoformen und die Spritzgussschritte des Einspritzverfahrens können durch verschiedene Verfahrensschritte ausgeführt werden, die den Fachleuten bekannt sind und beispielsweise in dem US-Patent 5,707,697 von Spain et al. und US-Patent 4,902,557 von Rohrbacher beschrieben werden, die hier unter Bezugnahme aufgenommen werden.
6 stellt eine Querschnittsansicht des fertigen Karosseriepaneels dar, welches eine konturierte äußere Oberfläche umfasst, die durch eine Klarbeschichtung 62 gebildet wird, die auf eine darunter liegende Farbbeschichtung 63 extrusionsbeschichtet und geklebt wurde, eine Größenbeschichtung 64, die die farbbeschichtete Seite der Klarbeschichtungs/Farbbeschichtungszusammensetzung an eine thermoformbare Stützfolie 66 und ein darunter liegendes steif geformtes polymeres Substratpaneel 68 bindet. Die konturierte dekorative äußere Oberfläche des Klarbeschichtungs/Farbbeschichtungsfarbfilms stellt eine hochglänzende, äußere Oberfläche mit hohem DOI bereit, in der die Farbbeschichtung durch die transparente äußere Klarbeschichtung sichtbar ist.
Viele der oben beschriebenen Konstruktionen mit Stützfolien mit weniger als 20 mil (0,51 mm) Dicke, können direkt in einer Spritzgussform platziert werden, ohne den dazwischen liegenden Thermoformschritt. Das Formmaterial aus Plastik wird dann in die Form eingespritzt und formt das Laminat zu der konturierten (Oberfläche der Formhöhlung, während das Formmaterial aus Plastik das Substratpaneel des fertigen dekorierten Teils bildet. Viele Klarbeschichtungs/Farbbeschichtungs- und Größenbeschichtungsfolien können durch dieses In-Form-Verfahren zum Formen des fertigen Teils hergestellt werden, oder diese Konstruktion kann zuerst auf eine 3 bis 15 mil (0,076 bis 0,381 mm) dicke flexible Stützfolie wie beispielsweise Vinyl, ABS, Nylon, Polyolefin oder Urethan laminiert werden, der Träger entfernt, und das Laminat dann in der Spritzgussmaschine gebildet werden, um ein fertiges Teil zu produzieren. Diese In-Form (In-mold) Techniken wurden früher in der Industrie für Automobilinnenraumfilme verwendet.
Die Erfindung kann auch dazu verwendet werden, Konstruktionen mit einem modifizierten Einspritzverfahren herzustellen, in denen das vorgeformte Stützfolienlaminat mit der Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungs/Größenbeschichtungskombination zunächst in einer Form platziert wird, und das Laminat in der Form vor dem Spritzgießen und Kleben des Substratformmaterials auf das geformte Laminat, zu einer dreidimensionalen Kontur vorgeformt wird.
Es gibt alternative Extrusionsbeschichtungstechniken (nicht gezeigt) zum Aufbringen der Klarbeschichtungs-, Farbbeschichtungs- und Größenbeschichtungsschichten auf die Trägerfolie. Beispielsweise können die Klarbeschichtung und die Farbbeschichtung in Serie durch getrennte Extrudierwerkzeuge extrudiert werden; oder die Klarbeschichtung und Farbbeschichtung können durch ein einziges Werkzeug auf die sich bewegende Trägerfolie coextrudiert werden; oder die Klarbeschichtung, Farbbeschichtung und Größenbeschichtung können als ein mehrschichtiger Film auf einen Träger coextrudiert werden, gefolgt von dem Laminieren jedes Films auf die Stützfolie. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann durch ein Lösungsmittelgussverfahren eine Glanzkontrollbeschichtung auf den Träger aufgebracht werden, gefolgt von einer extrusionsbeschichteten Klarbeschichtung, die dann mit auf Lösungsmittel basierenden Gravurmustern bedruckt wird, und dann mit einer Farbbeschichtung und einer Größenbeschichtung beschichtet wird, von denen beide wahlweise coextrudiert werden können. Solch eine Glanzkontrolle kann zur Herstellung von Niedrigglanz- oder Halbglanzaußenschichten auf verschiedenen Produkten verwendet werden, inklusive Automobilinnenraumteilen. Diese Extrusionsverfahren werden detaillierter beschrieben in der internationalen Anmeldung WO 96/40480, die hier unter Bezugnahme aufgenommen wird.
Bezugnehmend auf 7 können die Klarbeschichtungs-, Farbbeschichtungsoder Größenbeschichtungsmaterialien auf die vorher Bezug genommen wurde, in Form von Pellets hergestellt werden. Eine getrocknete gemischte Formulierung wird einem Extrusionstrichter 70 zugeführt, und wird dann durch einen Doppelschneckenverbundextruder 72 extrudiert, um vielfach extrudierte Stränge 74 zu bilden, die zu einem Kühlbad 76 geführt werden. Dieses härtet die Extrusion aus, die dann zu einem Häcksler 78 geleitet wird, der die fertigen Pellets bei 80 herstellt.
8 stellt schematisch ein Verfahren dar, in dem ein äußeres Automobillaminat In-line produziert wird unter Verwendung von Dickfolienextrusion und Extrusionsbeschichtungsverfahren. Eine Dickfoliencoextrusionslinie weist zwei Extruder auf. Einem ersten Extruder 170 wird ein extrudierbares Material aus getrockneten Pellets oder getrockneten fließfähigen Pulvern zugeführt, aufweisend ABS, Polyolefine, Polykarbonate oder andere extrudierbare thermoplastische Materialen, die als flexible Laminatstützfolien geeignet sind. Einem zweiten Extruder 172 wird ein extrudierbares Material aus getrockneten Pellets oder getrockneten fließfähigen Pulvern zugeführt, wie beispielsweise Acryle, CPO, Urethane und andere Materialien, die als Größenbeschichtung für äußere Laminatfolien verwendet werden können. Ein Schmelzstrom aus den zwei Extrudern wird einem Zufuhrblock 174 (Feed-Block) zugeführt. Die partitionierte Schmelze 175 wird dann durch ein Werkzeug 176 extrudiert zu einem Glättwerk (calender stack), das aus drei temperaturkontrollierten Walzen 178, 180 und 182 besteht. Die coextrudierte Folie 175 wird horizontal in eine eingestellte Öffnung zwischen der oberen Rolle 178 und der mittleren Rolle 180 des Drei-Rollen-Glättwerks eingeführt. Die obere Rolle wird zum Dosieren verwendet, und die mittlere Rolle ist auf Liniengeschwindigkeit eingestellt, um das Substrat zu unterstützen während es beginnt, sich zu verfestigen. Die untere Rolle 182 wird verwendet, um die freiliegende Oberfläche der Größenbeschichtung zu glätten und das Kühlen des Substrats für eine korrekte Handhabung zu beenden. Die gekühlte grundierte Folie 184 wird über Leitrollen zu einer Extrusionsbeschichtungsstation geführt, welche zwei Extruder aufweist, und an der eine Farbbeschichtung und eine klare Deckbeschichtung auf die grundierte Folie coextrudiert werden. Das Farbbeschichtungsmaterial wird von einem Trichter 186 zu einem ersten Extruder 187 geleitet, und das Klarbeschichtungsmaterial wird von einem Trichter 188 zu einem zweiten Extruder 189 geleitet. Der erste Extruder 187 verwendet eine gemischte pigmentiertes PVDF Copolymer/Acrylfarbbeschichtung als Ausgangsmaterial. Der zweite Extruder 189 verwendet eine klare PVDF/Acryldeckbeschichtung als Ausgangsmaterial. Der Schmelzstrom von zwei Extrudern wird einem Zuführblock 190 (Feed-Block) zugeführt, der die relative Dicke von jeder Komponente in dem fertigen coextrudierten Film bestimmt. Die partitionierte Schmelze fließt von dem Zuführblock zu einem Extrusionswerkzeug 192. Die partitionierte Schmelze wird einem Extrusionsbeschichtungsspalt zugeführt, der eine Hochdurometer-Hilfswalze 194 und eine Kühlwalze 196 aufweist. Die grundierte Stützfolie tritt in den Extrusionbeschichtungsspalt ein, und ein hochglänzender Polyesterträgerfilm 198 wird über die Kühlwalze 196 von einer Vorratsrolle 200 zugeführt. Dieser Polyesterfilm wird verwendet um den Glanz des fertigen Produkts zu verstärken, da die Deckbeschichtung des coextrudierten Films die glatte Oberfläche der Polyesterbahn repliziert. Die zusammengesetzte Struktur (Stützfolie, Größenbeschichtung/Farbbeschichtung/Klarbeschichtung/Trägerfilm) geht durch den Spalt hindurch und wird um die Kühlrolle gelenkt. Das Laminat 202 bewegt sich dann über die Leitrollen zu einer Aufnahmerolle 204.
Als eine Alternative zu dem Verfahren gemäß 8 kann die grundierte Stützfolie 184 auf einen Farbfilm laminiert werden, der dem Farbfilm ähnelt, der nach dem Verfahren gemäß der 1 bis 3 hergestellt wurde, in denen die äußere Klarbeschichtung durch Extrusionsbeschichtung auf einen hochglänzenden Träger gebildet wird, und die Farbbeschichtung auf die Klarbeschichtung lösungsmittelgegossen und getrocknet wird, um das Farbfilmlaminat zu bilden. Das resultierende Farbfilmlaminat wird dann auf die Größenbeschichtungsseite der grundierten Stützfolie laminiert.
9 stellt schematisch eine Ausführungsform ähnlich der 8 dar, in der ein äußeres Laminat mit einer thermoformbaren schützenden Schicht In-line produziert wird, unter Verwendung einer Flachfolienextrusionslinie und zwei Extrusionsbeschichtungsstationen. Eine Flachfolienextrusionslinie wie in 8 beschrieben, coextrudiert eine grundierte Stützfolie 206. Die grundierte Stützfolie wird über Leitrollen in einen Spalt der Extrusionsbeschichtungsstation 208 geführt, wo eine Farbbeschichtung und eine klare Deckbeschichtung auf die grundierte Oberfläche der Stützfolie coextrudiert werden. Die Klarbeschichtung/Farbbeschichtung wird um eine Kühlrolle gelenkt, um ein äußeres Laminat 210 zu produzieren. Das resultierende Laminat wird über Leitrollen in den Spalt einer zweiten Extrusionsbeschichtungsstation 212 geleitet, wo eine thermoformbare schützende Beschichtung auf die deckbeschichtete Oberfläche des Laminats extrudiert wird. Thermoformbare Materialien, wie beispielsweise Ethylen-Acrylsäure, Polypropylen-Nylon, Surlyn, Vinyl-Urethan oder nylonmodifizierte Urethane können als die schützende Beschichtung extrusionsbeschichtet werden. Das äußere Laminat mit einer thermoformbaren schützenden Beschichtung kann thermogeformt, gestanzt (dye-cut), und einspritzplattiert (injection clad) werden, um ein fertiges Teil zu produzieren mit einer temporären schützenden Beschichtung, die diese Teile beim Verschiffen, beim Zusammenbau und beim Lackieren schützt. Die schützende Schicht wird nach diesen Vorgängen abgezogen, um ein fertiges Teil zu erhalten. Die schützende Beschichtung kann auch als eine Farbmaske verwendet werden.
Das Verfahren gemäß 9 kann alternativ ausgeführt werden durch Lösungsmittelgießen der Farbbeschichtung auf die extrudierte Klarbeschichtung, in einer Art und Weise, die ähnlich zu den Schritten gemäß der 1 bis 3 ist, anstatt die Farbbeschichtung und die Klarbeschichtung zu coextrudieren.
Die 10 und 11 stellen ein In-Form (In mold) Verfahren dar, welches eine Alternative zu dem Einsetz-Form (Insert mold) Verfahren, das vorher beschrieben wurde, darstellt. Gemäß einer Ausführungsform des In-Formverfahrens, kann ein Automobilaußenteil produziert werden unter Verwendung äußerer In-Formfolien oder In-Formlaminate, wie sie durch herkömmliches Lösungsmittelgießen und durch Extrusionsbeschichtungsverfahren oder einer Kombination davon, produziert werden. Für flache Ziehteile (0,125" bis 0,25") (3,175 mm bis 6,350 mm) mit leichten Zieh- und Radiusecken, kann eine In-Formfolie verwendet werden, um ein dekoratives Automobilaußenteil zu bilden. Diese In-Formfolie 214, wie sie in 10 dargestellt wird, wird in einer Formhöhlung 216 einer Spritzgussmaschine platziert mit einem PET-Träger 218, der zur Höhlungsseite der Form gewandt ist. Die Form wird geschlossen, wobei die Folie zwischen den Seiten der formenden Höhlung eingeschlossen ist. Geschmolzenes Plastik 220 wird gegen die größenbeschichtete Fläche 222 der Folie in die Formhöhlung eingespritzt, wobei die In-Formfolie gezwungen wird, sich an die Form der Höhlung anzupassen. Die Größenbeschichtung bindet die Folie mit dem Spritzgussplastik, welches ein Substratpaneel 223 bildet. Der geformte Teil 224 wird in 11 gezeigt. Die Form wird dann geöffnet, und die Trägerfolie und alle Ränder, die aus dem In-Formverfahren resultieren, werden entfernt um ein dekoriertes äußeres Karosserieteil 226 zu erhalten.
Für tiefere In-Form-Ziehteile, kann in dem Verfahren, welches in den 10 und 11 dargestellt ist, ein In-Form-Laminat verwendet werden, um ein dekoratives äußeres Karosserieteil zu produzieren. Solch ein In-Form-Laminat kann produziert werden, indem zuerst eine In-Form-Folie auf eine flexible Trägerfolie laminiert wird, wie beispielsweise eine flexible Vinyl-, Urethan-, ABS-, Polyolefin- oder Nylonfolie, wie vorher beschrieben. Dieses In-Form-Laminat wird in der Formhöhlung einer Spritzgussmaschine platziert und, nachdem die Form geschlossen wird, kann ein Vorheizen des Laminats, oder ein Blasen oder Vakuumformen des Laminats in die Formhöhlung vor dem Einspritzplattieren, das Erscheinungsbild des fertigen Teils verbessern. Geschmolzenes Plastik wird gegen die Stützfolie eingespritzt, wobei das In-Form-Laminat gezwungen wird, sich an die Form der Formhöhlung anzupassen.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, aufweisend eine Drei-Schicht-Coextrusion, die eine Klarbeschichtung umfasst, eine Farbbeschichtung und eine Größenbeschichtung, extrudiert bei 230. Die Klarbeschichtung, Farbbeschichtung und Größenbeschichtung, werden in dieser Reihenfolge in einem Werkzeugblock 232 mit einer Stützfolie aus einem Extruder 234 verbunden. Die Stützfolie bietet Unterstützung für die in drei Schichten coextrudierten Filme. Das polymere Material, welches die Stützschicht der Coextrusion aufweist, kann jedes extrudierbare Material wie beispielsweise ABS, thermoplastisches Polyolefin, Polycarbonat, Polypropylen oder PETG sein. Die resultierende Vierschicht-Coextrusion 236 wird dann auf die Oberfläche einer PET-Trägerfolie 238 extrusionsbeschichtet, die sich an der Extruderwerkzeugöffnung vorbeibewegt. Der Träger 238 kann verschiedene polymerere Materialen, wie beispielsweise PET oder PETG aufweisen. In einem Verfahren werden eine Klarbeschichtung, Farbbeschichtung und Größenbeschichtung von einer einzigen Extrusionsbeschichtungsstation extrusionsbeschichtet, wobei drei getrennte Extruder verwendet werden, wie in 12 dargestellt. Ein Extruder enthält eine klare PVDF/Acryldeckschicht, wie vorhin beschrieben. Im zweiten Extruder wird eine pigmentierte PVDF Copolymer/Acrylfarbbeschichtung zugeführ, wie vorhin beschrieben. Dem dritten Extruder wird ein Acrylgrößenbeschichtungsmaterial wie beispielsweise Plexiglas VS 100 (Atohaas) oder CPO zugeführt. Die Schmelzströme von diesen drei Extrudern werden dem Zuführblock 232 zugeführt, der die relative Dicke von jeder Komponente in dem fertigen coextrudierten Film kontrolliert. Ein 45/45/10 Verhältnis von Klarbeschichtung/Farbbeschichtung/Größenbeschichtung wird bevorzugt. Die Stützfoliendicke ist ungefähr 20 Mal so groß wie die Klarbeschichtung und Farbbeschichtung. Die partitionierte Schmelze 236 fließt von dem Block zu dem Extruderspritzkopf. Die partitionierte Schmelze wird dann auf die Polyesterträgerfolie extrudiert. Die Trägerfolie kann gleichzeitig mit dem Beschichten des extrudierten Films auf den Träger extrudiert werden, wie in 12 gezeigt, oder der in drei Schichten extrudierte Film kann auf eine Trägerfolie beschichtet werden, die von einer Vorratsrolle abgewickelt wird. Diese beschichtete Folie bewegt sich dann über eine Kühlwalze und Leitrollen zu einer Aufnahmerolle 240. Alternativ dazu kann diese Folie anstelle von grundiertem ABS auch auf ungrundiertes ABS laminiert werden, um ein Laminat zu erhalten, welches thermogeformt, gestanzt, und injektionsplattiert werden kann, um ein fertiges Automobilteil zu erhalten.
Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung ist eine extrudierte Farbbeschichtung, die ohne eine Klarbeschichtung verwendet werden kann. Die extrudierte Farbbeschichtung, die die äußere wetterfeste Schicht des fertigen Produkts aufweist, kann aus verschiedenen thermoplastischen und thermoformbaren Polymeren hergestellt werden, wie beispielsweise Acrylen, Urethanen, Vinylen, Fluorpolymeren und Mischungen davon. Ein gegenwärtig bevorzugtes extrudierbares polymeres Farbbeschichtungsmaterial weist eine Mischung aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Acrylharzen auf. Das bevorzugte Acrylharz ist ein Polymethylmethacrylatpolymer (PMMA), obwohl ein Polyethylmethacrylatpolymer (PEMA) auch verwendet werden kann. In einer bevorzugten Formulierung weist das Polyvinylidendifluorid Kynar 720 (Elf Atochem) 55% der Formulierung auf. VS 100 Acrylpolymer (Atohaas) weist 23 %, Tinuvin 234 UV-Absorber (Ciba-Geigy) weist 2%, und Titandioxid und gemischte Metalloxidpigmente weisen 20% auf.
Ein Konzentrat aus UV-Absorber und Acrylharz kann vermischt werden und zu den PVDF/Acrylpellets in dem Extruder hinzugegeben werden, während des Extrusionsbeschichtens. Solche Konzentrate können auch enthalten Pigmente und andere Additive, die mit den Pellets in dem Extruder kombiniert werden. Beispielsweise sind die gemischten Metallpigmente und Titandioxidpigmente typischerweise in dem Acrylharz (VS 100) in Pelletform vordispergiert. Die einzelnen Pigmentpellets können kombiniert werden mit dem Kynar 720 Harz, VS 100 Acrylharz und Tinuvin 234, trockengemischt und dann in einem Doppelschneckenextruder kompoundiert werden. Auspressungen der gefärbten Pellets können verwendet werden, um die Farbe zu prüfen.
Andere Ausführungsformen, die die verschiedenen Kombinationen von Extrusionsbeschichtung und Coextrusion von verschiedenen Schichten in den Laminaten dieser Erfindung darstellen, werden beschrieben in der internationalen Anmeldung WO 96/40480. Diese umfassen das Extrusionsbeschichten einer Klarbeschichtung und einer Farbbeschichtung auf eine gemeinsame Trägerfolie in Serie; oder das Coextrudieren derselben auf eine gemeinsame Trägerfolie; oder das Extrusionsbeschichten der Klarbeschichtungsschicht, gefolgt vom Coextrudieren einer Farbbeschichtung und einer Größenbeschichtung.
Beispiel 1
Die folgende Formulierung eines extrudierbaren Klarbeschichtungspolymermaterials wurde pelletisiert, und die Pellets wurden einem Extruder zum Extrusionsbeschichten der resultierenden Klarbeschichtung auf die Oberfläche einer Trägerfolie zugeführt, die sich an dem Extruderspritzkopfspalt vorbeibewegt.
Kynar 720 ist das PVDF-Homopolymer mit einem Extrusionsgrad der Kynar 301F entspricht, das gewöhnlich in einer lösungsmittelgegossenen PVDF/Acrylformulierung verwendet wird. Kynar 720 hat eine Schmelztemperatur von etwa 167°C, einen T_g von ungefähr –38 bis –41°C und eine Schmelzviskosität bei 215°C (gemessen in Pa × s bei Schergeschwindigkeiten von 100, 500 und 1000 s^–1) von jeweils 1.153, 470 und 312. (Die Schmelzviskosität in den Beispielen hier wird gemessen bei einer Extrusionsvorrichtungstemperatur von 215°C (419°F), wenn sie bei Schergeschwindigkeiten von 100, 500 und 1000 s^–1 betrieben wird.) Elvacite 2042 ist ein Polyethylmethacrylat (PEMA), das kompatibel ist, mit PVDF und ist das gleiche Acryl, dass in der lösungsmittelgegossenen Standardklarbeschichtung von Avloy^® verwendet wird:
Diese Formulierung wurde ausgewählt, um die Formulierung der Standard Avloy^® Klarbeschichtung zu simulieren. (Avloy ist eine Handelsmarke von Avery Dennison Corporation, dem Rechtsnachfolger dieser Anmeldung.) Die Formulierung wurde zweimal kompoundiert durch einen 3,25'' (85,55 mm) Davis Standard-Einschneckenextruder, um gleichmäßig gemischte Pellets zu erhalten; allerdings wird in späteren Beispielen ein Doppelschneckenextruder zum Pelletisieren verwendet, um eine bessere Verteilung beim Mischen zu erhalten. Die zwei Harze wurden bei 130°F (54,4°C) für vier Stunden getrocknet, bevor sie zu Pellets extrudiert wurden, und während des Extrusionsprozesses wurde eine Vakuumentlüftung in der Kompressionszone der Schnecke verwendet, um weiter Feuchtigkeit und andere flüchtige Komponenten zu entfernen. Die Zuführung in den Extruder wurde ausgesetzt und die Heizelemente oder -zonen des Extruders wurden eingestellt auf (1) 420°F (216°C), (2) 430°F (221°C), (3) 430°F (221°C), (4) 430°F (221°C), (5) 430°(221°C), (6) 430°F (221°C), Adapter, (7) 430°F (221°C), Spritzkopf, aber die beobachteten Werte waren (1) 416°F (213,3°C), (2) 418°F (214,4°C), (3) 427°F (219,4°C), (4) 423°F (217,2°C), (5) 428°F (220,0°C), (6) 424°F (217,8°C), Adapter, (7) 429°F (220,6°C) Spritzkopf. Die Schnecke wurde gehalten bei 70 U/min (1,17 s^–1) unter Verwendung von 34 Ampere und es wurde eine Siebpackung, die aus zwei 20-Maschen-Sieben in Serie besteht, verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Dieses Material wurde pelletisiert mit einem 9 bis 10 (2,74–3,05 m) Fuß Wasserbad bei einem 9-sekündigen Eintauchen, um das Extrudat vor dem Pelletisieren zu kühlen. Auspressungen wurden verwendet, um die Homogenität der Pellets zu beurteilen.
Dieses Material wurde extrusionsbeschichtet auf einen 2 mil (0,051 mm) hoch glänzenden Polyesterfilm von American Hoechst, bezeichnet als Grade 2000. (Das extrudierte Material hatte eine Schmelzviskosität (Pa × s) bei 100, 500 und 1000 s^–1 von ungefähr 752 bis 769, 303 bis 308, und 200 jeweils.) Der Polyesterträger stellt eine glatte glänzende Oberfläche bereit, auf der das heiße Extrudat einen dünnen Klarfilm bilden kann, im Bereich von 0,1 mil (0,0025 mm) bis ungefähr 2 bis 3 mil (0,051 bis 0,076 mm) Dicke. Die Dicke der resultierenden Filme kann angepasst werden durch die Extrusionsbeschichtungsliniengeschwindigkeit und die Schneckengeschwindigkeit des Extruders. Schnellere Liniengeschwindigkeiten resultieren in einem dünneren Film und schnellere Schneckengeschwindigkeiten resultieren in dickeren Filmen. Der Polyesterträger kann auch als eine Stützfolie für den dünnen Klarfilm in nachfolgenden Vorgängen dienen, wie beispielsweise Beschichtungen und Laminierungen. In diesem Beispiel wurde ein 2,5'' (63,55 mm) Extruder verwendet, um mittels Extrusion eine 1 mil (0,025 mm) dicke, klare PVDF-, Acryldeckschicht auf den Polyesterträger aufzubringen. Die kompoundierten Pellets wurden in einem Trockenmitteltrockner bei 130°F (54,4°C) für 2 Stunden getrocknet, bevor sie in den Extruder eingeführt wurden. Der Extruder hatte 5 Heizzonen, die eingestellt waren auf (1) 390°F (198,9°C), (2) 400°F (204,4°C), (3) 410°F (210,0°C), (4) 420°F (215,6°C), (5) 420°F (215,6°C). Die Schneckengeschwindigkeit wurde gehalten bei 60 U/min (1 s^–1). Die matte Kühlwalze wurde gehalten bei 75°F (23,9°C) während des gesamten Durchlaufs. (In den Beispielen hier weist die Kühlwalze zum schnellen Kühlen und Aushärten der extrudierten Beschichtung einen Durchmesser von 24'' (0,61 m) auf. Ein Spaltdruck von 20 psi (137,9 kPa) und keine Koronabehandlung wurden verwendet, um die Haftung zwischen dem Film und dem Polyesterträger zu verstärken. Bei diesen Einstellungen wurde ein Klarfilm mit einer nominalen Dicke von 1 mil (0,025 mm) produziert mit einem korrespondierenden Gewicht von 38 g/m². Diese Extrusionsbeschichtung produzierte eine Rolle, die aus 2 mil (0,051 mm) Glanz-PET mit 1 mil (0,025 mm) klarer Deckschicht aufgebaut war.
Allerdings war die extrudierte Deckschicht an den PET-Träger gebunden und wurde nicht von dem Träger freigegeben.
Unter denselben Extrusionsbeschichtungsbedingungen wie oben wurden zwei weitere Rollen produziert unter der Verwendung von Hostafan 1545 silikonbeschichtetem Polyester als Träger. Während die Klarbeschichtungsformulierung auf den silikonisierten PET-Träger extrudiert wird, wurde der extrudierte Klarfilm aufgrund einer schwachen Haftung zwischen dem extrudierten Film und dem silikonisierten Polyester um die Kühlwalze gewickelt. Dieses Problem wurde gelöst durch das Austauschen der glänzenden Kühlwalze gegen eine matte Kühlwalze, die eine einfachere Freigabe des extrudierten Films gewährleistet. Die entgegengesetzte Seite der Klarbeschichtung wird geprägt durch den matten Oberflächenzustand der matten Kühlwalze. Als diese Walze mit einer standardmäßigen, auf Lösungsmittel basierenden, weißen Avloy^®-Farbbeschichtung beschichtet wurde, wurde dieser beschichtete Film getrocknet und dann (Gummiwalze bei 400°F (204,4°C), 10 Fuß/min. (0,051 m/s)) auf eine grundierte 19 mil (0,483 mm) dicke graue ABS-Folie laminiert. Als der Träger entfernt wurde, zeigte die laminierte Probe keine Textur von der matten Kühlrolle. Als diese Probe thermogeformt (19 s, 330°F (165,6°C Oberflächentemperatur) wurde, wurde Textur von der Oberfläche der matten Rolle sichtbar. Die Freigabe des extrudierten Films von dem silikonisierten PET war mit einer Abzugskraft von 10 g/inch (0,254 kg/mm) schwach. Ähnliche Ergebnisse wurden erreicht, als diese Klarbeschichtungsformulierung auf silikonisiertes Freigabepapier extrusionsbeschichtet wurde, aber der extrudierte Film gab die Textur des Papierausgangsmaterials wieder.
Eine Rolle, die die gleichen Bedingungen wie oben beschrieben verwendet, mit einem Polypropylenfilm als Träger, wurde unter den gleichen Bedingungen extrusionsbeschichtet. Der Polypropylenträger verzerrt sich, wenn das heiße Extrudat seine Oberfläche berührt, wobei Falten in dem fertigen Film verursacht werden; die extrudierte Klarbeschichtung wird jedoch leicht von dem Polypropylenträger freigegeben. In einem späteren Versuch als polypropylenbeschichtetes Papier als Träger verwendet wurde, führte das heiße Extrudat nicht zu einem Verzerren oder zu einer Faltenbildung bei dem polypropylenbeschichteten Papier wegen der Unterstützung, die durch das Papierausgangsmaterial ermöglicht wurde. Die klare Deckschicht wurde leicht von dem Träger freigegeben, aber sie zeigte Textur, die von dem Papierstoff übertragen wurde.
Beispiel 2
Eine vergleichende Beurteilung wurde zwischen der Formulierung, die in Beispiel 1 beschrieben wurde und der folgenden Formulierung angestellt:
Das VS 100 ist ein Polymethylmethacrylat (PMMA), bekannt als Plexiglas, das kompatibel ist mit PVDF und ein Temperatur-Niskositätsprofil aufweist, welches dem von Kynar 720 sehr nahe kommt. Diese Formulierung wurde ausgesucht wegen ihrer überragenden Extrusionsschmelzstärke. Das VS 100 hat einen T_g von ungefähr 98 bis 99°C und eine Schmelzviskosität (gemessen in Pa × s) bei 100, 500 und 1000 s^–1 von jeweils 940, 421 und 270. Die Formulierung aus Beispiel 1 wickelte sich während des Extrusionsbeschichtungsverfahrens um die glänzende Kühlrolle. Um diesen Defekt zu beheben, wurde eine neue Formulierung entwickelt, die das silikonisierte PET nicht bindet und leicht von einer glänzenden Kühlrolle freigegeben wird. Die Haftkraft dieser Formulierung wurde reduziert durch Erhöhen des Kynar-720-Gehalts und durch Erhöhen des 7g der Acrylkomponente; der T_g von Elvacite Acryl 2042 und VS 100 Acryl ist jeweils 65°C und 100°C. Das Kynar-/Acrylverhältnis wurde von 65/35 auf 70/30 geändert. Diese Formulierung wurde von einer silikonisierten Polyesterbahn und einer Hochglanzkühlrolle leicht freigegeben und während eines weiteren Versuchs wurde es von einer Standardpolyesterbahn freigegeben.
Diese Formulierung wird kompoundiert mit einem Doppelschneckenextruder hergestellt von Werner Pfleiderer, Modell 53 MM, um gleichmäßig gemischte Pellets zu erhalten. Die Doppelschnecken waren gleichdrehend und ihre Konfiguration wurde bezeichnet als Avery Dennison "A". Die zwei Harze wurden für 4 Stunden in einem Trockner bei 160°F (71,1°C) getrocknet, bevor sie zu Pellets extrudiert wurden, und während des Extrusionsverfahrens wurde in der Kompressionszone der Schnecke eine Vakuumentlüftung benutzt, um weiter Feuchtigkeit und andere flüchtige Komponenten zu entfernen. Die Zufuhr in den Extruder wurde ausgesetzt und die Heizelemente oder -zonen des Extruders wurden eingestellt auf: (1) 100°F (37,8°C), (2) 360°F (182,2°C), (3) 360°F (182,2°C), (4) 360°F (182,2°C), (5) 360°F (182,2°C), (6) 360°F (182,2°C), (7) 360°F (182,2°C), aber die beobachteten Werte waren (1) 108°F (42,2°C), (2) 360°F (182,2°C), (3) 374°F (190,0°C), (4) 366°F (185,6°C), (5) 360°F (182,2°C), (6) 355°F (179,4°C), (7) 358°F (181,1°C). Die Schnecken wurden gehalten bei 66 U/min (1,1 s^–1). Die Schmelztemperatur dieser Formulierung wurde gehalten bei 215°C (419°F) und eine Siebpackung bestehend aus 3 verschiedenen Drahtmaschen: 20, 40, 60 wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Dieses Material war pelletisiert.
Die Pellets wurden extrusionsbeschichtet auf eine 1,42 mil (0,036 mm) hochglanz-silikonbeschichtetes PET, bezeichnet als Hostafan 1545 (Das extrudierte Material hat eine Schmelzviskosität (Pa × s) bei 100, 500 und 1000 s^–1 von jeweils ungefähr 803 bis 829, 373 bis 376 und 248 bis 250). Der Polyesterträger stellt eine glatte glänzende Oberfläche bereit, auf der das heiße Extrudat einen dünnen Klarfilm bilden kann, im Bereich von 0,1 mil (0,0025 mm) bis ungefähr 2 bis 3 mil (0,051 bis 0,076 mm) Dicke. Die Dicke der resultierenden Klarfilme ist einstellbar durch die Geschwindigkeit der Extrusionsbeschichtungslinie und durch die Schneckengeschwindigkeit des Extruders, wie bereits oben beschrieben. In diesem Beispiel wurde ein 6,0'' Extruder mit einer Einzelgewindeschnecke (single flight screw) verwendet, um mittels Extrusion eine 1 mil (0,0254 mm) dicke klare PVDF/Acryldeckbeschichtung auf den Polyesterträger aufzubringen. Die kompoundierten Pellets werden für 2 Stunden bei 130°F (54,4°C) getrocknet, bevor sie dem Extruder zugeführt werden. Der Extruder hat 11 Heizzonen, die eingestellt sind auf: (1) 380°F (193,3°C), (2) 370°F (187,8°C), (3) 340°F (171,1°C), (4) 340°F (171,1°C), (5) 340°F (171,1°C), (6) 340°F (171,1°C), (7) Flansch 340°F (171,1°C), (8) Adapter 1 (340°F) (171,1°C), (8) Adapter 2 (340°F) (171,1°C), (9) Rohr 350°F (176,7°C), (10) Endkappe 100°F (37,8°C), und (11) Spritzkopf 350 bis 365°F (176,7 bis 185,0°C), wobei der Spritzkopf ein T-Schlitz war und 5 Zonen aufwies: (1) 365°F (185,0°C), (2) 360°F (182,2°C), (3) 350°F (176,7°C), (4) 360°F (182,2°C), und (5) 365°F (185,0°C). Das Temperaturprofil des Schmelzkopfes wurde verwendet, um einen einheitlichen Schmelzfluss über den Spritzkopf beizubehalten. Die Schneckengeschwindigkeit wurde gehalten bei 15 U/min (0,25 s^–1) und die Liniengeschwindigkeit betrug 170 Fuß/min. (0,864 m/s). Die Hochglanzkühlwalze wurde während des gesamten Durchgangs bei 60°F (15,6°C) gehalten. Eine Spaltwalze mit einem härteren Härtegrad und einem kleineren Durchmesser produziert die höchsten Spaltdrücke und die fertigen Filme mit dem höchsten Glanz. Eine geschweißte Siebpackung mit 200 Maschen wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu säubern. Bei diesen Einstellungen wurde ein klarer 1 mil (0,0254 mm) dicker Film produziert, mit einem korrespondierenden Gewicht von 38 g/m². Der fertige Film war ein Hochglanzfilm. Es wurde keine Koronabehandlung angewandt.
In dem obigen Extrusionsbeschichtungsdurchgang wurden zwei Rollen produziert; eine erste Rolle hatte eine Beschichtungsdicke von 1 mil (0,0254 mm) und eine zweite Rolle hatte eine Dicke von 0,6 bis 0,7 mil (0,015 bis 0,018 mm). Das Material wurde anschließend mit einer auf Lösungsmittel basierenden Farbbeschichtung gemäß 1 beschichtet, unter Verwendung eines weißen Lackes aufweisend 53,6 Teile klares Bindemittel (clear vehicle), 12,5 Teile Cyclohexanonlösungsmittel, 33,4 Teile Außenweiß-Pigment und Spuren von Eisengelb-, Kohlenstoffschwarz- und Eisenrot-Pigmenten. Die Ofenzonen wurden eingestellt auf 160°F, 240°F und 350°F (71,1°C, 115,6°C und 176,7°C). Die Liniengeschwindigkeit wurde gehalten bei 25 Fuß/min. (0,172 m/s). Die Applikatorrolle wurde gehalten bei 35 Fuß/min (0,178 m/s) und die dosierende Rolle wurde gehalten bei 7 Fuß/min (0,036 m/s). Unter diesen Bedingungen wurden 45 g/m² getrockneter Farbbeschichtung auf der 1 mil PVDF/Acryldeckschicht aufgebracht.
Das fertige Laminat weist den folgenden Aufbau auf: 1,42 mil (0,036 mm) Glanz-PET, eine nominale 1 mil klare PVDF-/Acryldeckschicht, und eine 1,0 mil (0,025 mm) Farbbeschichtung. Dieser Aufbau wurde laminiert zu einer grundierten 20 mil (0,508 mm) grauen ABS Stützfolie, wie sie in 3 gezeigt wird.
Eine größenbeschichtete ABS-Folie kann hergestellt werden durch die Beschichtung der Größenbeschichtungsformulierung (unten beschrieben) auf einen Polyesterträger wie er in 2 gezeigt wird und anschließendem Transferlaminieren des Materials auf eine ABS-Folie wie in 3 gezeigt. Zu Testzwecken wurde Hoechst Cellanese 2000, ein 2 mil (0,051 mm) Glanz-PET-Film durch eine Umkehrwalzenmaschine mit einer 6 bis 7 g/m² Acrylgrößenbeschichtung beschichtet. Dieses Material wird, wie in 3 gezeigt, auf eine extrudierte Folie von General Electrics Cycolac LS laminiert, eine 19 mil (0,483 mm) dicke graue ABS-Folie. Während der Laminierung wird die Acrylgrößenbeschichtung auf die ABS-Stützfolie übertragen. Die Formulierung der Größenbeschichtung lautet: GRÖBENBESCHICHTUNGSFORMULIERUNG
Das Acrylharz war Elvacite 2009 von ICI Acrylics, Inc. Wilmington, Delaware. Das fertige Laminat wurde thermogeformt und spritzgegossen, wie in 5 dargestellt. Etwas Phasentrennung wurde nach dem Thermoformen beobachtet, was einen Verlust an Glanz und DOI für die Klarbeschichtung/Farbbeschichtung zur Folge hatte. Die Folie kann verwendet werden, als In-Form-Folie für flache Ziehteile ohne Vakuumformung.
Beispiel 3
Die folgende Formulierung zeigte das Phasentrennproblem, das in Beispiel 2 beobachtet wurde, nicht. Ein extrudierbares Klarbeschichtungspolymermaterial wurde pelletisiert und die Pellets wurden einem Extruder zugeführt zur Extrusionsbeschichtung der resultierenden Klarbeschichtung auf die Oberfläche einer Trägerfolie, die sich an dem Extrusionspritzkopfschlitz vorbeibewegt.
Diese Formulierung wurde ausgesucht wegen ihrer übenagenden Extrusionsschmelzstärke und um die Phasentrennung des Kynar-720-Harzes zu reduzieren. Die Formulierung wurde kompoundiert unter der Verwendung eines Doppelschneckenextruders (Werner Pfleiderer Modell 53MM), um gleichmäßig gemischte Pellets zu erhalten. Die Extrusion war ähnlich zu der in Beispiel 2 beschriebenen, außer das die 2 Harze in einem Trockner bei –40° Taupunkt und 130°F (54, 4°C) für 4 Stunden bevor sie zu Pellets extrudiert wurden. Die Schraube wurde gehalten bei 63 U/min (1,05 s^–1) unter Verwendung von 600 bis 660 H. P. (447,42 bis 492,16 kW) und einem korrespondierenden Strom von 54 bis 58 Ampere. Die Schmelztemperatur dieser Formulierung wurde gehalten bei 215°C (419°F) und eine Siebpackung, die aus drei verschiedenen Drahtmaschen besteht: 20, 40, 60 wurde zum Säubern des Schmelzstroms verwendet.
Dieses Material wurde pelletisiert und extrusionsbeschichtet auf einen 2 mil (0,051 mm) hohen Glanzpolyesterfilm, American Hoechst 2000, um einen dünnen Klarfilm zu bilden in dem Bereich von ungefähr 0,1 mil (0,0025 mm) bis 2 bis 3 mil (0,051 bis 0,076 mm) Dicke. (Das extrudierte Material hat eine Schmelzviskosität (Pa × s) bei 100, 500 und 1000 s ^–1 von ungefähr jeweils 752, 366 und 242; eine Schmelztemperatur von ungefähr 162°C und einen T_g von ungefähr 32,6°C.). Der Polyesterträger wurde verwendet als Unterstützung für den dünnen Klarfilm in nachfolgenden Operationen wie beispielsweise Beschichtungen und Laminierungen. In diesem Beispiel wurde ein 2,5'' (63,5 mm) Extruder verwendet, um eine 1 mil (0,025 mm) klare PVDF-/Acryldeckschicht auf einen 2 mil (0,051 mm) Glanzpolyesterträger mittels Extrusion aufzubringen. Die kompoundierten Pellets wurden für 2 Stunden bei 130°F (54,4°C) getrocknet, bevor sie dem Extruder zugeführt wurden. Der Extruder hat fünf Heizzonen, die eingestellt sind auf (1) 390°F (198,9°C), (2) 400°F (204,4°C), (3) 410°F (210,0°C), (4) 420°F (215,6°C), (5) 420°F (215,6°C), und die Schneckengeschwindigkeit wurde gehalten bei 60 U/min (1 s^–1) mit einer korrespondierenden Linieneinstellung von 3,47 Fuß/min. (0,018 m/s). Die Hochglanzkühlwalze wurde während des gesamten Durchlaufs bei 60°F (15,6°C) gehalten. Bei diesen Einstellungen wurde ein klarer 1 mil (0,025 mm) dicker Film mit einem korrespondierenden Gewicht von 38 g/m² produziert. Es wurde keine Koronabehandlung angewandt. Wenn jedoch eine Koronabehandlung auf der Polyesterbahn vor dem Erreichen des Extrusionsbeschichtungsspalts verwendet wurde, wurden Halbmonddefekte in dem 1 mil (0,025 mm) dicken Klarfilm beobachtet. Die von der Koronabehandlung auf der Polyesterbahn verbliebene elektrische Ladung wurde nicht abgeleitet, bevor der Extrusionsbeschichtungsspalt erreicht wurde, wobei der Klarfilm verzerrt wurde, was zu halbmondförmigen Defekten führte.
Der Film gemäß 2 wird nachfolgend mit einer auf Lösungsmitteln basierenden Farbbeschichtung beschichtet. Diese Rolle wurde unter Verwendung einer roten Farbbeschichtung umkehrwalzenbeschichtet (siehe Formulierung unten). Während dieses Durchlaufs betrug die Umgebungstemperatur 76°F (24,4°C) und die relative Feuchte betrug 25%. Die Liniengeschwindigkeit wurde gehalten bei 15 Fuß/min. (0,076 m/s). Die erste Ofenzone war eingestellt auf 240°F (115,6°C) und die zweite Ofenzone war eingestellt auf 250°F (121,1°C). Das Applikatorrollenverhältnis wurde gehalten bei 115% der Liniengeschwindigkeit und die Dosierrolle wurde gehalten bei 20% der Liniengeschwindigkeit. Unter diesen Bedingungen wurden 25 g/m² getrockneter Farbebeschichtung auf die 1 mil (0,025 mm) PVDF-/Acryldeckschicht aufgebracht.
RED AVLOY^® FARBBESCHICHTUNG
Diese Konstruktion weist die folgende Struktur auf: 2 mil (0,051 mm) Glanz-PET, 1 mil (0,025 mm) klare PVDF-/Acryldeckschicht, und 0,6 mil (0,015 mm) Farbbeschichtung. Diese Konstruktion wird laminiert auf eine grundierte 20 mit (0,508 mm) graue ABS-Stützfolie (L1826), wie in 3 gezeigt. Das Material wurde thermogeformt und spritzgegossen (siehe 5).
Messungen bei diesen Basisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsproben zeigten, dass die kritischen Bereiche der fertigen Teile 20° Glanz-Messwerte höher als 75 und DOI-Messwerte größer als 60 für metallische Automobilfarben sowie für feste Farbe, aufwiesen. (DOI wird gemessen auf dem Hunter Lab Dorigon D47R-6-Instrument). Die Folie kann auch ohne Thermoformen in die Spritzgussform eingebracht werden und wie früher beschrieben In-Form geformt werden für flache Ziehteile. Für tiefe Ziehteile wird die Folie zuerst auf eine flexible thermoplastische Stützfolie laminiert, z. B. Vinyl, Urethan oder Nylon. Die flexible Stützfolie hilft bei der Dehnbarkeit dieser Folien. Eine solche Laminierung (siehe 3) wird unter den in Beispiel 2 beschriebenen Laminierungsbedingungen ausgeführt. Diese Laminate können auch ohne Thermoformen spritzgegossen werden, indem das Laminat vorgeheizt wird und indem ein Druck oder ein Vakuum verwendet wird, um das Material zu veranlassen, die Form der Formfläche anzunehmen, bevor das geschmolzene Plastik eingespritzt wird.
Beispiel 4
Die folgende Formulierung eines extrudierbaren Klarbeschichtungspolymermaterials wurde pelletisiert und die Pellets wurden einem Extruder zur Extrusionsbeschichtung der resultierenden Klarbeschichtung auf eine Trägerfolie, die sich an dem Extruderspritzkopfspalt vorbeibewegt, zugeführt.
Diese Formulierung wurde kompoundiert unter Verwendung des Doppelschneckenextruders, der in den Beispielen 2 und 3 beschrieben wurde, um gleichmäßig gemischte Pellets zu erhalten. Die Extrusion war ähnlich der in Beispiel 2 beschriebenen, außer dass die zwei Harze bei 130 bis 150°F (54,4 bis 65,6°C) für 2 bis 3 Stunden getrocknet wurden, bevor sie zu Pellets extrudiert wurden, und die Heizelemente oder Zonen des Extruders wurden gemessen bei (1) 101°F (38,9°C), (2) 358°F (181,1°C), (3) 339°F (170,6°C), (4) 359°F (181,7°C), (5) 359°F (181,7°C), (6) 361°F (182,8°C), und (7) 357°F (180,6°C). Die Schnecke wurde gehalten bei 63 U/min (1,05 s^–1) unter Verwendung von 700 HP (522 KW) und einem korrespondierenden Strom von 68 bis 78 Ampere. Die Schmelztemperatur wurde gehalten bei 355°F (79,4°C) und eine Siebpackung, bestehend aus drei unterschiedlichen Maschensieben: 20, 40, 60 wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu säubern. Dieses Material wurde pelletisiert und auf einen 2 mil (0,051 mm) hohen American Hoechst 2000 Glanzpolyesterfilm extrusionsbeschichtet. Dieser Polyesterträger stellt eine glatte glänzende Oberfläche bereit, auf der das Heißextrudat einen dünnen Klarfilm im Bereich von ungefähr 0,1 mil (0,0025 mm) bis ungefähr 2 bis 3 mil (0,051 bis 0,076 mm) Dicke formte. In diesem Beispiel wurde ein 2,5'' (63,5 mm) Extruder verwendet, um eine 1 mil (0,025 mm) klare PVDF-Acryldeckschicht auf einen 2 mil (0,051 mm) Glanzpolyesterträger mittels Extrusion aufzubringen. Die kompoundierten Pellets wurden getrocknet und unter Hitze extrudiert und bei einer Geschwindigkeit ähnlich den in Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen. Die Hochglanzkühlwalze wurde während des gesamten Durchlaufs gehalten bei 60°F (15,6°C). Bei diesen Einstellungen hatte der Klarfilm ein Gewicht von 38 g/m². Es wurde keine Koronabehandlung angewandt. Wenn eine höhere Koronabehandlung auf der Polyesterbahn verwendet wurde bevor der Extrusionsbeschichtungsspalt erreicht wurde, wurden halbmondförmige defekte in dem Klarfilm beobachtet, ähnlich wie im Beispiel 3. Der Film wurde nachfolgend mit einer auf Lösungsmittel basierenden schwarzen Avloy^®-Farbbeschichtung (unter Verwendung einer Bird-Stange (bird bar)) beschichtet und wurde anschließend beschichtet. Die schwarze Farbbeschichtung wies die folgende Formulierung auf:
Die Harze wurden in dem Lösungsmittel unter Hitze bei 130°F (54,4°C) gelöst. Die folgende Pigmentdispersion wurde dann hinzugefügt:
Die resultierende Folie wurde auf eine grundierte 30 mil (0,672 mm) schwarze ABS-Acrylfolie mit einer Gummirolle, die bei 400°F (204,4°C) gehalten wird und einer Liniengeschwindigkeit von 14 Fuß/min (0,071 m/s) laminiert. Das resultierende Laminat wurde in dem Thermoformer für 29 s drapiert, und die Laminatfolie erreichte eine Oberflächentemperatur von 340°F (171,1°C). Diese drapierte Probe wurde verglichen mit einer ähnlich hergestellten Probe (aus Beispiel 3) um die relativen Stufen der Trübung zu bestimmen. Der Film im Beispiel 3 zeigte am wenigsten Trübung, und das Laminat, das aus dem Film aus Beispiel 4 hergestellt wurde, zeigt mehr Trübung. Beispiel 3 wurde für höherwertig erachtet, weil man annimmt, dass der höhere Acrylgehalt in dieser Formel eine Phasentrennung verzögert.
Beispiel 5
Eine vergleichende Beurteilung wurde zwischen der Formulierung in Beispiel 2 und der folgenden Formulierung angestellt:
Kynar 2850 ist ein Extrusionsgrad-PVDF-Copolymer. Kynar 2850 hat eine Schmelztemperatur von ungefähr 155°C, einen T_g von ungefähr –35 bis –40°C und eine Schmelzviskosität (gemessen in Pa × s) bei 100, 500 und 1000 s^–1 von jeweils 1.170 bis 1,273, 494 bis 508 und 326 bis 330, jeweils. Das PMMA ist kompatibel mit dem PVDF, und sein Temperatur/Viskositätsprofil kommt nahe an Kynar 2850 heran. Der Schmelzpunkt des Homopolymers Kynar 720, 165 bis 170°C, ist höher als der Schmelzpunkt des Co-Polymers Kynar 2850, 155° bis 160°C. Kynar 2850 hat weniger als Kynar 720 die Tendenz zu kristallisieren und kann deshalb einen klareren PVDV-Acrylfilm produzieren, wenn es Hitze ausgesetzt wird.
Die Formulierung wurde unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders kompoundiert, um gleichmäßig gemischte Pellets zu erhalten. Die zwei Harze wurden getrocknet bevor sie zu Pellets extrudiert wurden. Während des Extrusionsverfahrens wurde eine Vakuumentlüftung in der Kompressionszone der Schnecke durchgeführt, um weiterhin Feuchtigkeit und andere flüchtige Komponenten zu entfernen. Die Heizzonen des Extruders waren eingestellt auf (1) 100°F (37,8°C), (2) 380°F (193,3°C), (3) 380°F (193,3°C), (4) 385°F (196,1°C), (5) 385°F (196,1°C), (6) 385°F (196,1°C) und (7) 385°F (196,1°C). Die Schnecke wurde gehalten bei 70 U/min (1,17 s^–1). Die Schmelztemperatur dieser Formulierung wurde gehalten bei 380°F (193,3°C) und eine Siebpackung, bestehend aus drei verschiedenen Drahtmaschen (20, 40 und 60) wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu säubern. Dieses Material wurde pelletisiert und mittels Extrusion auf einen 2 mil (0,051 mm) hoch glänzenden Hostafan 2000 Polyesterträgerfilm aufgebracht. Das heiße Extrudat kann einen dünnen Klarfilm im Bereich von 0,1 mil (0,0025 mm) bis 2 mil (0,051 mm) Dicke bilden. (Das extrudierte Material weist eine Schmelzviskosität (Pa × s) auf bei 100, 500 und 1000 s^–1 von jeweils ungefähr 888, 405 und 226; eine Schmelztemperatur von ungefähr 147°C und eine T_g von ungefähr 23 bis 33°C). Während schnellere Liniengeschwindigkeiten zu einem dünneren Film führen, führen schnellere Schneckengeschwindigkeiten zu dickeren Filmen. In diesem Beispiel wurde ein 1,75'' (44,45 mm) Laborextruder zur Extrusionsbeschichtung einer 1 mil (0,025 mm) PVDF-Copolymer/Acryl-Klardeckschicht auf einen 2 mil (0,051 mm) Hochglanzpolyesterträger, verwendet.
Die kompoundierten Pellets wurden für zwei Stunden bei 150°F (65,6°C) getrocknet, bevor sie dem Extruder zugeführt wurden. Der Extruder hat zehn Heizungen, die eingestellt waren auf (1) 330°F (165,6°C), (2) 380°F (193,3°C), (3) 380°F (193,3°C), (4) 405°F (207,2°C), (5) 415°F / Klammer (212,8°C), (6) 420°F / Rohr (215,6°C), (7) 420°F (215,6°C), (8) 420°F (215,6°C), (9) 420°F (215,6°C) und (10) 406°F / Spritzkopf 207,8°C, wobei der Spritzkopf als Bügel fungierte und die Schmelze gehalten wurde bei 434°F (223,3°C). Die Schneckengeschwindigkeit wurde gehalten bei 166 U/min (2,77 s^–1 mit einer konespondierenden Liniengeschwindigkeit von 150 Fuß/min. (0,762 m/s). Die Einstellung der Hochglanzkühlwalze wurde während des gesamten Durchgangs bei 70°F (21,1°C) gehalten. Eine geschweißte Siebpackung wurde verwendet um den Schmelzstrom zu säubern. Bei diesen Einstellungen hatte die 1 mil (0,025 mm) Klarbeschichtung ein Gewicht von 38 g/m². Der fertige Film war hochglänzend, wies aber einige Mikrogele auf, und einige kleine Verunreinigungen wurden beobachtet. Diese Defekte waren in den fertigen Teilen nicht zu beanstanden. Es wurde keine Koronabehandlung angewandt.
Eine Rolle der Formulierung, die in dem obigen Extrusionsbeschichtungsproduktionsdurchgang hergestellt wurde, wurde im Labor mit einer blaugrünen metallischen Avoly^®-Farbbeschichtung beschichtet. Dieses Material wurde zu grundiertem ABS laminiert. Das resultierende Laminat wurde thermogeformt, vom Spritzkopf gestanzt (dye-cut) und einspritzplattiert um ein fertiges Teil zu produzieren.
Beispiel 6
Der Zweck dieses Versuchs ist es, eine Coextrusionsfolie für einen Basisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsfarbfilm herzustellen.
Eine Einschicht-ABS-Folie mit einer Dicke von 20 bis 30 mil (0,508 bis 0,762 mm) kann angepasst werden für die Adhäsion durch Transferlaminierung, entweder bei dem Extruder oder bei einem getrennten Vorgang mit einer Acrylschicht (Elvacite 2009), die auf einen Polyesterträger lösungsmittelgegossen wurde. Die Notwendigkeit, die Acrylschicht auf einem Umkehrwalzenbeschichter auf einen Polyesterträgerfilm lösungsmittelzugießen und das nachfolgende Transferlaminieren derselben auf ABS wird ausgeschaltet, wodurch das Verfahren vereinfacht wird.
Dieses Beispiel stellt ein alternatives Verfahren zum Produzieren einer grundierten ABS-Folie dar, die mit einer Basisbeschichtungs/Klarbeschichtungsfolie laminiert werden kann, um ein Laminatprodukt zu produzieren. Diese grundierte ABS-Folie wird durch Coextrusion einer zusammengesetzten Acryl-ABS-Folie produziert. Die Eliminierung des Lösungsmittelguss- und Laminierungsschritts kann sowohl die Laminierungs- als auch die Beschichtungskapazität einer Anlage erhöhen und die Kosten sowie die Zeit senken, die notwendig sind/ist, um Laminate zu produzieren.
Auf einer Dickfilmlinie werden zwei Extruder verwendet, um eine zusammengesetzte Acryl-ABS-Folie zu coextrudieren. Dem Extruder A wurde Acrylharz zugeführt und es wurde nicht entlüftet; wohingegen Extruder B ABS-Harze zugeführt wurden und gelüftet wurde, um weiterhin Wasser und andere flüchtige Gase zu entfernen. Sowohl das Acrylharz als auch das ABS-Harz machen das Trocknen von überschüssiger Feuchtigkeit vor dem Extrudieren erforderlich. Dies wird erreicht durch Trocknung des Harzes für zumindest zwei Stunden bei 150°F (65,6°C) für das Acryl und 170°F (67,7°C) für das ABS. Das Harz weist einen Feuchtigkeitsgehalt unterhalb von 0,08% auf, um Extrusionsprobleme zu verhindern. Typischerweise wird bei einem Feuchtigkeitsgehalt zwischen 0,02% bis 0,04% extrudiert.
Getrocknete Harzpellets jeden Materials werden über Vakuumröhren in die Trichter auf jedem Extruder gefüllt. Von den Trichtern werden die Pellets mittels Gravitation in den Zuführbereich des Zylinders des Extruders und mittels Schnecke durch den Zylinder gefördert, und bis zu einem geschmolzenen Zustand aufgeheizt. Die zwei Harze in jedem Extruder werden durch ihre jeweiligen Zylinderbereiche einem einzigen Zuführblock zugeführt und dann in den Spritzkopf des Extruders. Die geschmolzene Folie verlässt den Spritzkopf und läuft durch einen Drei-Rollen-Kalander (Polierer, der beide Seiten der Folie poliert). Während sich die Folie die Linie herunterbewegt, wird sie gekühlt, indem sie über gekühlte Stahlwalzen geleitet wird und schließlich auf eine Rolle aufgewickelt wird. Die fertige Folie weist ungefähr 1,5 mil (0,038 mm) Acrylgrößenschicht auf und ungefähr 28,5 mil (0,724 mm) ABS-Schicht, was eine Gesamtdicke von ungefähr 30 mil (0,762 mm) ergibt.
Die Schmelztemperaturdaten waren die folgenden:
Der Grund für die Änderungen in den Schmelztemperaturen lag darin, die Bewegung des geschmolzenen Harzes durch den Extruder zu verbessern, indem die Schmelztemperatur erhöht wurde, um die Schmelzviskosität zu reduzieren. 5 Andere Betriebsbedingungen waren folgendermaßen:
Der Grund für die Änderung in der Mitte und Unten vom Start bis zum Ende war es, die Folie in den Kalander zu setzen. Extruder "A" wurde nicht entlüftet – "B" 10 wurde zwecks Feuchtigkeits- und Gasentfernung entlüftet.
Zwei trägergestützte Basisbeschichtungs-/Klarschichtbeschichtungsfilme (mittelglänzend, schwarz und smaragdgrün) wurden einem Kalander zugeführt und auf die Acrylseite der Coextrusionen laminiert. Der Träger wurde dann 5 entfernt. Dieses Verfahren kombiniert die Extrusion der Größenstützfolie mit der Laminierung der Basisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsfolie, so dass das resultierende Laminat bereit ist vor dem nachfolgenden Formen der äußeren Automobilaußenteile thermogeformt zu werden.
Beispiel 7
Die folgende Formulierung eines extrudierbaren Farbbeschichtungsmaterials wurde pelletisiert und die Pellets wurden einem Extruder in einer Extrusionsbeschichtungsstation zugeführt. Die extrudierte Farbbeschichtung 15 wurde auf der extrusionsbeschichteten Bahn aufgetragen, die sich unter dem Extruderspritzkopfschlitz vorbei bewegte.
Diese Formulierung wurde unter Verwendung des Werner Pfleiderer Modell 53MM Doppelschneckenextruders kompoundiert, um eine gleichmäßige Mischung zu erhalten. Die zwei Harze wurden in einem Exsikkatortrichter mit einem 0°F (–17,8°C) Taupunkt bei 150°F (65,6°C) für 8 Stunden getrocknet, bevor sie zu Pellets extrudiert wurden. Während des Extrusionsverfahrens wurde die Vakuumentlüftung in der Kompressionszone der Schnecke dazu verwendet, Feuchtigkeit und flüchtige Komponenten zu entfernen. Die getrockneten Harze der Farbbeschichtung wurden einem Extruder zugeführt. Die 7 Heizzonen des Extruders waren eingestellt auf (1) 100°F (37,8°C), (2) 370°F (187,8°C), (3) 370°F (187,8°C), (4) 370°F (187,8°C), (5) 370°F (187,8°C), (6) 370°F (187,8°C) und (7) 370°F (187,8°C). Die Schnecke wurde gehalten bei 64 U/min (1,067 s^–1) unter Verwendung von 600 bis 670 H. P. (447,42 bis 499,62 kW) und einem korrespondierenden Strom von 54 bis 59 Ampere. Die Schmelztemperatur an dem Spritzkopf wurde gehalten bei 367°F (186,1°C) und eine Siebpackung bestehend aus 3 verschiedenen Drahtmaschengrößen: 20, 40, 60 wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu säubern. Das Material wurde pelletisiert. Es wurden Auspressungen verwendet, um die Gleichmäßigkeit der Mischung zu überwachen.
Die oben genannte Formulierung wurde extrusionsbeschichtet auf eine klare deckbeschichtete Extrusionsbahn, um eine 1 mil (0,025 mm) Farbbeschichtung auf der Klarbeschichtung zu bilden mit einem korrespondierenden Gewicht von 44 g/m². Die Pellets wurden vor der Extrusionsbeschichtung der Farbbeschichtung für 8 Stunden getrocknet bei 0°F (–17,8°C) Taupunkt, 150°F (65,6°C). Der 2,5'' (73,5 mm) Extruder wurde gehalten bei 60 U/min (1 s^–1) und die 5 Heizzonen waren eingestellt auf (1) 390°F (198,9°C), (2) 400°F (204,4°C), (3) 410°F (210,0°C), (4) 420°F (215,6°C), (5) 420°F (215,6°C). Dieser Film wurde zu einem 30 mil (0,762 mm) grundierten schwarzen ABS (400°F (204,4°C), (2X, 8 Fuß/min (0,041 m/s)) laminiert; er wurde auch laminiert zu grundiertem grauen ABS, um auf Opazität zu prüfen. Beide Laminate wurden thermogeformt.
Die vorangegangene Beschreibung bezieht sich auf die Verwendung der Erfindung zum Produzieren äußerer und innerer Automobilteile (body panels). Die Erfindung kann auch für andere Anwendungen benutzt werden, wie beispielsweise die Herstellung von Außenseitenpaneelen, wie sie in der internationalen Anmeldung WO 96/40480 beschrieben wird, die unter Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Diese Anmeldung beschreibt eine Extrusionsbeschichtung auf einem matten Freigabeträger, einer thermoplastischen extrudierten Klarbeschichtung, die mit dreidimensionalen Eindrücken geprägt werden kann und beschreibt eine Mikrorauhigkeit des Trägers, während die Klarbeschichtung bei einer Liniengeschwindigkeit oberhalb von 200 Fuß/min. (1,016 m/s) extrudiert wird, und beschreibt das Aufbringen verschiedener Beschichtungen auf einen extrudierten transparenten PVDF-/Acrylfilm, um eine dekorative Folie zu produzieren, die das Aussehen einer Holzmaserung aufweist. Die Anwendung von Holzmaserungsdruckbeschichtungen und Extrusions- bzw. Laminierungstechniken werden auch beschrieben, zusammen mit Formulierungen und Extrusions-/ Laminierungstechniken zum Herstellen von Vinylseitenpaneelen für Draußen mit Holzmaserungstransferfolien.
Die internationale Anmeldung WO 96/40480 beschreibt auch eine Acrylgrößenbeschichtung, die auf eine extrudierte PVC-Folie aufgebracht wird, um die dekorative Folie zu verkleben. Alternativ kann eine Stützfolie aus einem thermoplastischen Olefin wie beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen hergestellt werden. In diesem Fall wird die Größenbeschichtung hergestellt aus einem thermoplastischen chlorierten Polyolefin (CPO), vorzugsweise einem chlorierten Polypropylen oder chlorierten Polyethylen, wobei die Beschichtungszusammensetzung ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-% CPO enthält und entsprechend ungefähr 50 Gew.-% bis ungefähr 90 Gew.-% Lösungsmittel.
Beispiel 8
Die Formulierung aus Beispiel 4 wurde mit anderen polymeren Materialien coextrudiert wie in 13 dargestellt. Eine Coextrusionsschmelze 250, die eine Klarbeschichtung und eine Grundierungsbeschichtung aufweist, wird extrusionsbeschichtet auf eine 2 mil (0,051 mm) Hochglanzpolyesterfolie, wie beispielsweise Hostafan 2000 von American Hoechst. Dieses Verfahren benutzte eine Extrusionsbeschichtungsstation, die mit zwei Extrudern ausgestattet war. Einem Extruder wurde Klarbeschichtungsmaterial zugeführt; wie in Beispiel 3 beschrieben. Dem zweiten Extruder wurde eine Grundierungsbeschichtung zugeführt; diese Grundierung dient als eine Bindung zwischen der PVDF/Acrylklarbeschichtungsfolie und der Farbbeschichtung. Der Schmelzstrom von beiden Extrudern wird einem Zuführblock 252 geführt; die unterteilte Schmelze fließt dann zu einem Extrusionsspritzkopf 254. Diese Schmelze wird extrusionsbeschichtet auf die Polyesterfolie, so dass die Klarbeschichtung in Berührung mit PET ist. Die polymeren Materialien, die in der Grundierung enthalten sind, bestehen hauptsächlich aus Acryl- und/oder Vinylharzen. Das bevorzugte Acrylharz ist Polyethylmethacrylat (PEMA). Andere kleine Mengen von Feststoffen wie beispielsweise UV-Stabilisatoren, Pigmente und Füllstoffe können auch in der Grundierungsbeschichtungsformulierung enthalten sein. Die Grundierungsbeschichtung wird aufgebracht auf die Klarbeschichtungsseite der Bahn 256, und wird verwendet, um die chemische Bindung mit der Farbbeschichtung zu verstärken.
Nachdem die Grundierungsbeschichtung aufgebracht wurde, gelangt die beschichtete Trägerfolie 258 zu einem anderen Extrusionsbeschichtungsvorgang 260, wo eine extrusionsbeschichtete Farbbeschichtung von einem Extruderspritzkopf 262 auf die Grundierungsbeschichtungsseite der Bahn aufgebracht wird. Diese Farbbeschichtung kann verschiedene Harze aufweisen, einschließlich PVDF, Acryl, PVC und Urethan plus andere Additive und Füllstoffe, einschließlich Pigmenten, Hitzestabilisatoren, und Lichtstabilisatoren.
Die Bahn gelangt dann zu einer Laminierungsstation 264, wo ein druckempfindliches Transferband 266 auf die Farbbeschichtungsseite der Bahn aufgebracht wird. Die Laminierungsstation umfasst die geheizte Trommel und Druckrolle wie bereits beschrieben. Das Transferband wurde vorher unter Verwendung von herkömmlichen Umkehrwalzenbeschichtungstechniken beschichtet und wird geschützt durch eine freigabebeschichtete Trägerfolie 268. Der extrusionsbeschichtete und klebemittelbeschichtete Trägerfilm 270 wird dann auf eine Aufnahmerolle 272 gewickelt.
Diese Konstruktion wurde in Automobilaußenanwendungen verwendet, bei denen druckempfindliche Filme typischerweise verwendet werden, und behielt einen hohen Glanz und einen hohen DOI.
Beispiel 9
Zwei Versuche wurden durchgeführt, in denen Substrate coextrudiert wurden mit einer Größenschicht zur Laminierung auf äußere trockene Farbfilme.
In einem Versuch wurde eine 1 mil (0,025 mm) urethan-modifizierte Polyethylenklebeschicht (MOE 2, Elf Atochem) coextrudiert mit einer 1 mil (0,025 mm) modifizierten Polyethylenbindeschicht (Admere SF-700, Mitsui), von denen beide mit einer 18 mil (0,457 mm) TPO Stützfolie (ein Polypropylen Dexflex, DNS Plastics International) coextrudiert wurden. In einem anderen Versuch wurde eine mil (0,025 mm) urethanmodifizierte Polyethylen-Haftschicht (MOE 2) coextrudiert mit einer 1 mil (0,025 mm) modifizierten Polyethylen Bindeschicht (Admere SF-700), von denen beide mit einer 18 mil (0,457 mm) Polypropylenstützfolie (Homopolymer) coextrudiert wurden. Die Drei-Schicht-Coextrusionen waren erfolgreich beim Laminieren auf trockene Farbtransferfilme mit guter Adhäsion. Die Coextrusionen wurden jeweils laminiert auf: (1) eine 1 mil (0,025 mm) Hochglanz-PVDF-/Acrylklarbeschichtung/0,5 mil (0,013 mm) schwarzer PVDF-/Acrylfarbbeschichtungsfarbfilm mit einer 0,1 mil (0,0025 mm) PMMA-Größenbeschichtung; (2) einer Hochglanz-PVDF-/Acrylklarbeschichtung (1 mil (0,025 mm)/Farbbeschichtung (0,5 mil red) (0,013 mm rot) Farbfilm mit einer 0,1 mil (0,0025 mm) PMMA Größenbeschichtung; und (3) einem 1 mil (0,025 mm) einfach beschichteten mittelglänzenden schwarzen PVDF/Acrylfarbfilm ohne Größenbeschichtung.
Die urethanmodifizierte Polyethylenhaftmittelschicht stellte gute Adhäsion für die PVDF-/Acryltrockenfarbe-Transferfilme bereit und die modifizierte Polyethylenbindebeschichtung stellte gute Adhäsion für die Olefinstützfolien bereit. Die Coextrusionen waren soweit erfolgreich als ihre Schmelztemperaturen vernünftig nahe beieinander waren, innerhalb eines Bereichs von ungefähr 50°F (10,0°C).
Das Kompoundieren des Harzes kann ein kritischer Aspekt des Extrusionsverfahrens sein. Eine bevorzugte Formulierung für das Ausgangsmaterial, welches in den Versuchen mit den unten beschriebenen extrudierten Filmen verwendet wurde, weist eine 60/40 Mischung aus PVDF und PMMA auf, zusammen mit einem UV-Stabilisator, der ungefähr 2% der gesamten Mischung aufweist. Wie unten beschrieben, können andere Ausbildungen verwendet werden. Zusätzlich sind die hier beschriebenen Extrusionstechniken im Allgemeinen anwendbar auf Klarbeschichtungsfilme, die bei einer Filmdicke von ungefähr 0,5 bis ungefähr 2 mil (0,013 bis ungefähr 0,051 mm) extrudiert wurden und für die unten beschriebenen Versuche betrug die Beschichtungsdicke ungefähr 1 mil (0,025 mm).
Ein geeigneter extrudierter Film, insbesondere zur Automobilaußenanwendung, benötigt minimale optische Defekte, um eine ausreichend hohe optische Klarheit in dem fertigen klarbeschichteten äußeren Film sicherzustellen. Optische Fehler in dem extrudierten Film können verursacht werden durch Schmutzpartikel und andere Flugverunreinigungen von dem Extruder und/oder durch die Bildung von Gelen in dem extrudierten Material. Beispielsweise neigen extrudierte Beschichtungen, die PVDF-Polymere enthalten bei hohen Extrusionstemperaturen zu Gelbildung. Die Vernetzung von Vinylidenfluoridpolymeren erhöht sich bei hohen Schmelztemperaturen, was zu einer größeren Anzahl von Fehlern, die durch Gelbildung verursacht werden, führt. Eines der Ziele der Erfindung ist es, eine hohe Liniengeschwindigkeit beizubehalten, während extrudierte Filme mit minimalen Fehlern produziert werden. Es gibt jedoch einen Zusammenhang zwischen der Liniengeschwindigkeit und der Anzahl von Fehlern für einen gegebenen Extruder. Wenn die Umdrehungen der Extruderschnecke erhöht werden müssen, um bei höheren Liniengeschwindigkeiten zu produzieren, kann mehr Scherung und Hitzeerzeugung in dem extrudierten Material Gelbildung und resultierende optische Fehler verursachen.
Verfahrensvariationen können die Bildung von Fehlern, die durch Gelbildung in dem extrudierten Klarfilm verursacht werden, reduzieren. Wie erwähnt, trägt die Gelbildung der PVDF-Komponente wesentlich zu Fehlern bei, und ein Ansatz ist es, einen Wärmeverlauf (heat history) von der Schmelze zu entfernen, durch ein zweistufiges Schmelzextrusionsverfahren, in dem das PVDF einer geringeren Hitze ausgesetzt wird. Das zweistufige Verfahren beinhaltet: Wärmeverlauf 1 – Herstellen von Pellets aus Acrylmaterial und UV-Stabilisator in Abwesenheit von PVDF, gefolgt von Wärmeverlauf 2 – Herstellen des extrudierten Films, in dem das PVDF trockengemischt wird mit den Pellets, die in dem ersten Verfahrensschritt hergestellt wurden. Dies verhindert den einen Wärmeverlauf, wobei PVDF beim Produzieren von Pellets aus PVDF zusammen mit dem Acryl und UV-Stabilisator, Hitze ausgesetzt wird. Tests haben gezeigt, dass Filme mit einem zu hohen Fehlergrad durch Schmelzmischen von PVDF, Acryl- und UV-Stabilisator hergestellt wurden, um wegen der hohen Scherung, die benötigt wird, um die Komponenten sauber zu vermischen, Pellets herzustellen.
Beispiel 10
In einem experimentellen Test zum Herstellen eines extrudierten Films wurde ein Doppelschneckenextruder verwendet. Doppelschneckenextruder können gegenüber Einschneckenextrudern einen Vorteil haben, weil sie die Materialien bei niedriger Scherung mischen können, was den Temperaturanstieg während des Kompoundierens minimiert. Dieser Extrusionsversuch umfasste Pellets, die hergestellt wurden, indem der eine Wärmeverlauf des PVDF aus dem kompoundierten Material entfernt wurde. Der UV-Stabilisator Tinuvin 234 (Ciba-Geigy) in Pulverform wurde in einer Acrylkomponente verteilt, die VS 100 (Rohm und Haas) PMMA in Form von Pellets aufweist. Diese Materialien wurden in einem ersten Durchlauf durch den Extruder extrudiert, um Pellets zu bilden, wobei vermieden wurde, das PVDF einem Extrusionsdurchlauf auszusetzen. Eine hohe Extrusionstemperatur oberhalb der Geltemperatur des PVDF (um den Acrylund UV Stabilisator sauber zu mischen) kann aufgrund der Abwesenheit des PVDF bei dem ersten Durchgang verwendet werden. In einem Versuch betrug diese Temperatur 460°F (238°C). Ein Extrusions-Grad PVDF (Kynar 720) wurde in Pelletform zu dem zweiten Extrusionsdurchlauf hinzugefügt, indem ein extrudierter Klarfilm mit niedriger Gelbildung und Fehlern produziert wurde, wenn er bei einer Temperatur von 400°F (204,4°C) extrudiert wurde.
In einem Versuch, in dem ein 1 mil (0,025 mm) dicker Klarbeschichtungsfilm auf einen PET-Träger extrudiert wurde, wurde beobachtet, dass die Fehler vierfach abnahmen (von einem Gelwert von 50 bis 60 zu einem Gelwert von 10 bis 15), im Vergleich zu einem Versuch, bei dem das PVDF zunächst in Pelletform hergestellt wurde und alle drei Komponenten zusammen extrudiert wurden, gefolgt vom Extrudieren des resultierenden Materials zu einem Film.
Beispiel 11
Als eine Alternative zu einem Doppelschneckenextruder, wurde ein Einschneckenextruder entworfen, der die Extrusion des Films bei niedrigerer Scherung und niedrigeren Schmelztemperaturen gestattete. Die Gewindegänge des Extruders wurden ausgestaltet, um den Output zu erhöhen und die Schmelztemperaturen zu reduzieren. Ein Chromlegierungsmaterial mit niedriger Korrosion wurde für den Schneckenextruder verwendet. Der Extruder umfasste einen 2,5'' (63,5 mm) Black Clawson Einschneckenextruder, bei 30 : 1 L/D. Die Gewindegänge des Extruders wurden reduziert und die Toleranz zwischen den Gewindegängen und dem Inneren der Extrudertrommel wurde erhöht, was beides die Scherung und den Temperaturaufbau während der Extrusion reduzierte. Klarfilme von 1 mil (0,025 mm) Dicke wurden auf einem PET-Träger mit stark reduzierter Gelbildung und Fehlern produziert. In einem Versuch war die Schneckengeschwindigkeit des Extruders 68 U/min (1,133 s^–1), die Extrusionsschmelztemperatur betrug ungefähr 400 bis 410°F (204,4 bis 210,0°C) an der Extruderöffnung, die Trommeltemperatur des Extruders betrug ungefähr 370 bis 380°F (187,8 bis 193,3°C), der Schmelzdruck betrug ungefähr 2800 psi (19,3 MPa), und die Kühlwalze wurde betrieben bei 75°F (23,9°C). Die Liniengeschwindigkeit betrug 135 Fuß/min (0,686 m/s) bei einer Bahnweite von 51'' (1,30 m). Eine Fehlerzahl in dem Bereich von 3 bis 15, wurde basierend auf einem C-Charting Testverfahren erzeugt, welches weiter unten beschrieben wird. Es wurde allgemein beobachtet, dass der extrudierte Film bei reduzierter Extruderumdrehung aufklart. Das Anheben der Kühlwalzentemperatur auf 85°F (29,4°C) schien in einem Versuch ebenfalls die Klarheit des Films zu verbessern.
Beispiel 12
Ein anderer Ansatz zum Reduzieren von Fehlern in dem extrudierten Film ist ein Pulver-zu-Film-Brikettier-Verfahren. In dem ursprünglichen Verfahren zum Herstellen von PVDF liegt das Produkt in Pulverform vor, welches direkt aus dem Reaktor kommt, wenn das PVDF polymerisiert wird. Um das Ziel zu erreichen, Granulate oder Brikette bei minimaler Hitze zu produzieren, können die Granulate in einem einstufigen Verfahren aus dem ursprünglichen Pulver aus PVDF, PMMA und dem UV-Stabilisator produziert werden. Ein Trockenextruder mit großen Verdichtungswalzen übt einen Druck auf die pulverförmigen Materialien aus, um eine Verdichtung zu Granulaten ohne Schmelzen zu produzieren.
In einem Test wurden 86,4% pulverförmiges PVDF, 10% PMMA und 3,6% Tinuvin 234 zu Granulaten verdichtet. Die Granulate wurden dann extrudiert mit PMMA, um das endgültige Mischverhältnis auf das bevorzugte Verhältnis 60/40 einzustellen, und die resultierende Extrusion bildete einen Klarfilm mit niedrigen Fehlergraden. Die pulverförmigen Materialien wurden lediglich einem Druck bei minimaler Hitze ausgesetzt, um sie zu Briketts zu verdichten. In einem Versuch wurde Material bei 2400 psi (16,5 MPa) verdichtet, mit einer Temperaturerhöhung von ungefähr 130°F (54,4°C). Dieser Prozess verhindert, dass das PVDF einer Scherung und hohen Temperaturen ausgesetzt wird, was üblicherweise mit dem Herstellen von Pellets verbunden ist.
Beispiel 13
In einem anderen Ansatz zum Herstellen von extrudierten Klarfilmen mit minimalen Fehlern, wurde ein mit PVDF-/Acryl extrudierter Film von einem großen Einschneckenextruder hergestellt. Dieser Extruder war konzipiert, um eine kurze Minimaldistanz zwischen dem Extruderauslass und der Spritzkopfeinlassöffnung bereitzustellen, um eine Bewegung der Schmelze zu minimieren. Eine Siebpackung mit Sieben der Maschenweite 20/40/60/80/100 wurde zwischen dem Extruderauslass und der Spritzkopfeinlassöffnung platziert. In einer Ausführungsform betrug die Distanz zwischen dem Extruderauslass durch die Siebpackung zu der Spritzkopfeinlassöffiung weniger als ungefähr 2 Fuß (0,61 m). Dieser große Einschneckenextruder mit einem Durchmesser von 6'' (152,4 mm) wurde betrieben bei niedrigen Drehzahlen, in einem Versuch bei 24 U/min (0,4 s^–1). Wegen der niedrigen Geschwindigkeit und dem reduzierten Wandkontakt mit dem extrudierten Material über die kurze Bewegungsdistanz, erfuhr die Polymerschmelze eine niedrige Scherung. Ebenso produziert, wie unten beschrieben, ein Extruder mit einer Schraube, die bei moderatem Kompressionsverhältnis betrieben wird, einen gewünschten niedrigen Grad an Scherung. Die Temperatur des extrudierten Materials war auch niedrig, ungefähr 400°F (204,4°C), deutlich unterhalb der Gelbildungstemperatur der PVDF-Komponente von 450°F (232,2°C). Der bevorzugte Betrieb des Extruders hält maximale innere Extrudattemperaturen bis unterhalb ungefähr 20 bis 30°F (11,1°C bis 16,7°C) unterhalb der Geltemperatur des PVDF von 450°F (232,2°C) aufrecht. Der Extruder produziert einen Klarfilm, der bei einer Dicke von 1 mil (0,025 mm), 51'' (1,30 m) Breite auf einem sich bewegenden PET-Träger extrudiert wird. Der resultierende extrudierte Klarbeschichtungsfilm war im Wesentlich fehlerfrei. Die Liniengeschwindigkeit war auch ungefähr 160 bis 170 Fuß/min (0,813 bis 0,864 m/s). Der niedrige Fehlergrad wurde dem großen Volumen, und der niedrigen Scherung beim Betrieb des Extruders zugeschrieben. Ein ähnlicher Versuchslauf wurde mit dem 2,5'' (63,5 mm) Einschneckenextruder (vorher beschrieben), der bei derselben Liniengeschwindigkeit betrieben wird, durchgeführt und produzierte einen Film mit größeren Fehlern wegen der höheren Temperatur und Scherung. Allgemein gesagt, würde die Liniengeschwindigkeit reduziert, wenn Scherung und Temperatur reduziert würden, um weniger Fehler zu produzieren, wegen des reduzierten Volumens des 2,5'' (63,5 mm) Einschneckenextruders.
Die Anzahl von visuellen Fehlern in einem fertigen extrudierten Film wird gemessen, um die optische Qualität des Films zu bestimmen. Dieses als C-Charting bezeichnete Testverfahren umfasst das Bestimmen einer Standarddefinition im Hinblick auf was ein Fehler aufweist, durch Bestimmung der maximalen Größe von Gelen, Fischaugen oder anderen optischen Fehlern, die toleriert werden können, ohne eine akzeptable Filmklarheit nachteilig zu beeinflussen. Ein zweiter C-Charting Standard setzt die maximale Anzahl von Fehlern, die für einen gegebenen Oberflächenbereich auf dem fertigen extrudierten Film akzeptabel sind, fest. Die Fehlerzahl kann aufgenommen werden, indem die Anzahl der Fehler in einem gegebenen Bereich in auswählten Zeitintervallen grafisch dargestellt wird, wenn das extrudierte Material produziert wird. Die Darstellung kann ungewünschte Verschiebungen, Trends, Zyklen oder Muster in dem Extrusionsverfahren offen legen.
In einem Teststandard wird der Film auf einer flachen Oberfläche mit einer vorbestimmten Lichtquelle betrachtet und der Film wird visuell auf Fehler untersucht. Jede Uneinheitlichkeit (oder nicht Gleichförmigkeit) mit einem Durchmesser von größer als 0,8 mm, wird als Fehler definiert und die Anzahl der Fehler pro 8 Fuß² (0,743 m²) extrudierten Film wird gezählt, obwohl dieser Standard variieren kann. Für einen akzeptablen Film kann bestimmt werden, dass er einen Film aufweist, mit einer durchschnittlichen Fehlerzahl pro Gebietszählung unterhalb eines vorbestimmten Wertes, der in einem Teststandard 5 Fehler oder weniger pro 8 Fuß² (0,743 m²) Oberfläche beträgt. Diese Probefläche wird bestimmt als Ergebnis von herkömmlichen Filmextrusionen mit einer Breite von 48'' (1,22 m), wobei die Testproben in Intervallen von 2 Fuß (0,186 m) genommen werden. (In den vorher beschriebenen Extrusionsversuchen, in denen die Filmbreite 51'' (1,39 m) betrug, wurden die Fehler für 8,5 Fuß² (0,790 m²) große Flächen gezählt.)
Beispiel 14
Das Material, das für diesen Versuch verwendet wurde, umfasste Kynar 720 PVDF/VS100 PMMA/Tinuvin 234 UV-Stabilisator in einer 60:40:[2 pph] Mischung. Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung von PVDF/Acrylpellets bei minimaler Hitzeaussetzung wurde verwendet, um das Ausgangsmaterial herzustellen. Der Extruder umfasste einen Egan 6'' (152,4 mm) Einschnecken-, Eingewindeextruder. Der Abstand zwischen dem Extruderauslass und der Extruderausgangsöffnung betrug weniger als ungefähr 2 Fuß (0,61 m) und eine Siebpackung mit Sieben der Maschenweite 20/40/60/80/100 war zwischen dem Extruderauslass und der Spritzkopfeinlassöffnung angeordnet. Eine extrudierte Klarfilmbeschichtung von ungefähr 1 mil (0,025 mm) Dicke wurde bei einer Bahnbreite von 41'' (1,30 m) auf einen sich bewegenden PET-Trägerfilm extrudiert. Die anfängliche Inbetriebnahme wurde unter Verwendung der Kynar/Acrylmischung begonnen. Das Extrusionsprofil betrug 450°F (232,2°C), um das Schneckenbeschichten bei niedrigen Ampere-Zahlen zu erleichtern. Wurde der Polymerfluss einmal hergestellt, wurden die Trommeltemperaturen reduziert und der Beschichtungsprozess wurde auf einem mehrfach beschichteten Papiersubstrat begonnen, um bei der Einstellung des Messgerätes zu helfen. Nach einer ausreichenden Eichung wurde mit dem PET-Substrat begonnen. Der Extruder wurde bei einer niedrigen Drehzahl betrieben, um insgesamt 13.000 Fuß (3.962,4 m) Film herzustellen. Mehrere Versuche wurden durchgeführt. In einem Versuchssatz betrug die Extruderrotation 24 U/min (0,4 s^–1), um die größte Liniengeschwindigkeit von 157 Fuß/min (0,798 m/s) zu produzieren. Andere Versuche wurden durchgeführt bei 19 U/min, um eine Liniengeschwindigkeit von 126 Fuß/min (0,64 m/s) zu produzieren und bei 15 U/min, um eine Liniengeschwindigkeit von 100 Fuß/min (0,508 m/s) zu produzieren. Der Schmelzdruck des extrudierten Materials variierte von 830 psi (5,723 MPa) für den 24-U/min (0,4 s^–1) Betrieb bis 730 psi (5,033 MPa) für den 15 U/min (0,25 s^–1) Betrieb. Die Kühlwalzentemperatur wurde in allen Versuchen bei 75°F (23,9°C) gehalten. Die Extrusionsspritzkopfzonentemperatur variierte während der Versuche von ungefähr 400°F bis 430°F (204,4°C bis 221,1°C) und die Trommelzonentemperatur variierte von ungefähr 350°F bis 375°F (176,7°C bis 190,6°C). In allen Versuchen, die durchgeführt wurden, wurden im Wesentlichen Null Fehler in den extrudierten Filmen produziert, was einen Film mit exzellenter optischer Klarheit zur Folge hatte, mit den erforderlichen Qualitätsmerkmalen für Automobilaußenanwendungen.
Das PVDF/Acrylformulierungsverhältnis kann die Filmklarheit beeinflussen. Im Allgemeinen ist das bevorzugte PVDF-/Acryl-Verhältnis von ungefähr 55 Gew.- % bis ungefähr 65 Gew.-% PVDF und von ungefähr 35 Gew.-% bis ungefähr 45 Gew.-% Acryl, bezogen auf die gesamten PVDF/Acrylfeststoffpolymere, die in der Formulierung enthalten sind. In einer mehr bevorzugten Ausführungsform werden Filme mit der guten Klarheit produziert mit einem PVDF-/Acryl-Verhältnis von 57 zu 62% PVDF und 38 bis 43% Acrylharz.
Optische Fehler, die durch Gelbildung hervorgerufen werden, können reduziert werden zu einem im Wesentlichen Null-Fehler-Zustand, indem der Grad an Hitze und Scherung, dem das extrudierte Material ausgesetzt wird, reduziert wird, sowohl während der Herstellung des Ausgangsmaterials, das in den Extruder hereingeht, als auch während der Extrusion zur Produktion des fertigen Films. Solch eine Gelbildung kann innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten werden, indem die Herstellung des Ausgangsmaterials und die Filmextrusion kontrolliert wird, so dass Hitze und Scherung nicht bewirken, dass das Material Temperaturen um oder oberhalb der Gelbildungstemperatur von jedem der Polymere, die in dem bearbeiteten Material enthalten sind, ausgesetzt wird. Indem alle diese Schritte in dem Verfahren so betrieben werden, dass die Temperaturen in dem bearbeiteten Material nicht mehr als ungefähr 20 bis 30°F (11,1 bis 16,7°C) unterhalb der Gelbildungstemperatur bleiben, kann ein extrudierter Klarfilm mit im Wesentlichen Null-Fehlern produziert werden. Der resultierende Film ist thermoplastisch und thermoformbar zu Hochglanz- und DOI-Filmen, die geeignet sind für Automobilaußenanwendungen.
Wie bereits vorher erwähnt, werden die Schmelzviskositäten der gemischten polymeren Materialien so abgestimmt, so dass sie einigermaßen nahe beieinander sind, so dass die Fließcharakteristika der legierten Materialien verbessert werden können, wenn sie auf die Extrusionstemperatur aufgeheizt werden. Die Abstimmung der Schmelzviskositäten der PVDF- und Acrylharze während des Mischprozesses ist wichtig, da es einen gleichmäßigeren Fluss erzeugen kann, wodurch die negativen Auswirkungen von hoher Scherung und der Bildung von sichtbaren Fehlern in dem ausgehärteten Film vermieden werden können. Die vorherigen Schmelzviskositätsdaten zeigen, dass hoch transparente Filme erzeugt werden, wenn die Schmelzviskositäten der legierten Materialien in den folgenden Bereichen liegen:
Die obigen Schmelzviskositätsraten zeigen auch, allgemein gesprochen, dass die Schmelzviskositäten der gemischten PVDF- und Acrylharzkomponenten als einigermaßen nahe beieinander liegend betrachtet werden, um die gewünschten Mischungseffekte zu erzielen, wenn die PVDF-Komponente durchschnittliche Schmelzviskositäten (Pa × s) bei 215°C aufweist, die nicht mehr als 375, 125 und 100 über den durchschnittlichen Schmelzviskositäten des Acrylharzes liegen, bei Schenaten von jeweils 100, 500 und 1000 s^–1.
Zusätzlich zu der Produktion von extrudierten Filmen mit einer so hohen optischen Klarheit, besteht die Notwendigkeit, die Filme bei einigermaßen hohen Liniengeschwindigkeiten herzustellen. Wie gesagt, kann eine Erhöhung der Extruderumdrehungen die Liniengeschwindigkeit erhöhen, allerdings können erhöhte Extruderumdrehungen mehr Scherung und Hitze erzeugen, was zu mehr Gelbildung führt. Um das Ziel zu erreichen, Filme bei hohen Liniengeschwindigkeiten oberhalb von 100 Fuß/min. (0,508 m/s) zu produzieren, kann ein großvolumiger Extruder, der bei einer Extrudenotationsrate von weniger als 50 U/min (0,833 s^–1) betrieben wird und einen extrudierten Film mit einer Spritzkopfausgangsöffnungstemperatur von ungefähr 20 bis 30°F (11,1 bis 16,7°C) unterhalb der Gelbildungstemperatur aufweist, im Wesentlichen fehlerfreie extrudierte Klarfilme produzieren. Der Schmelzdruck ist auch ein wichtiger Gesichtspunkt und ein Extruderschmelzdruck unterhalb von ungefähr 2000 psi (13,79 MPa) wird bevorzugt, mehr bevorzugt unterhalb von 1000 psi (6,895 MPa) und am meisten bevorzugt unterhalb von ungefähr 700 bis 800 psi (4,826 bis 5,516 MPa). Damit die PVDF/acrylextrudierten Filme äußere wetterfeste Automobilfarbfilme von akzeptabler optischer Qualität ergeben, erzeugte der Extruder Liniengeschwindigkeiten oberhalb von 160 Fuß/min. (0,813 m/s), indem er einen Extruder mit genügend großem Volumen unterhalb von ungefähr 50 U/min (0,833 s ^–1) betrieb, und mehr bevorzugt unterhalb von 30 U/min (0,5 s^–1), während die Extrusionstemperaturen des Films, der von der Spritzkopfausgangsöffnung bis ungefähr 30 bis 50°F (16,7 bis 27,8°C) unterhalb der Gelbildungstemperatur von 450°F (232,2°C) extrudiert wurde, gehalten werden.
Beispiel 15
Die PVDF/acryl-extrudierten Klarfilme mit hoher optischer Klarheit gemäß dieser Erfindung können auch als wetterfeste äußere Beschichtungen für Fenster verwendet werden. In einem Verfahren wird der Klarfilm wie oben beschrieben auf den PET-Träger extrudiert. Der PET-Träger und der Klarfilm werden anschließend auf ein Laminat transferlaminiert, dass aus einer äußeren haftenden Beschichtung und einer metallisierten Schicht auf einem Polyesterfilm besteht. Die extrudierte Klarbeschichtungsschicht wird auf die haftende Schicht transferlaminiert und der PET-Träger wird entfernt, um eine Zusammensetzung zu erzeugen, die aus dem klaren äußeren Film / Klebstoff / metallisierter Schicht / PET-Film, besteht. Diese Zusammensetzung wird dann auf eine Glasschicht mit einer dazwischen liegenden transparenten Haftschicht laminiert. Der Klarfilm sorgt für gute optische Klarheit und Wetterbeständigkeit für die Fensterglanzzusammensetzung.
Zusätzlich zu den Fehlern, die durch Gelbildung und induzierte Trübung verursacht werden, wurde beobachtet, dass andere Fehlerquellen, die optische Klarheit eines Klarfilms der mittels lösungsmittelfreier Extrusion hergestellt wurde, negativ beeinflussen können. Obwohl die Gelbildungs- und induzierte Trübungs-Probleme überwunden werden können, und hoch klare extrudierte Filme ergeben, wurde beobachtet, dass immer noch zufällige Fehler in dem fertiggestellten Film produziert werden. Diese Fehler werden insbesondere sichtbar bei dünnen hochglanz-transparenten Filmen, die zu einer Dicke von ungefähr 1 bis 3 mil (0,025 bis 0,076 mm) extrudiert werden. Tests, die auf fertigen extrudierten Filmen ausgeführt wurden, um die Quelle dieser zufälligen Fehler zu bestimmen, zeigten, dass Verunreinigungen in Mikrometergröße (Partikelgrößen von 10 μm oder weniger) in das Verfahren eingebracht wurden. Als Hauptquelle für solche Verunreinigungen wurden Glasfasern, Zellulosefasern, Polymerstaub, Flusen und ähnliches ausfindig gemacht – luftübertragene Verunreinigungen, die an verschiedenen Stellen in das Harzbehandlungs- und Extrusionsbeschichtungsverfahren eintreten können. Die Auswertung zeigte, dass solche luftübertragenen Verunreinigungen an den folgenden Stufen in das Verfahren eintreten können:

(1) Die harzartigen Ausgangsmaterialien. Dies umfasst nicht nur die Klarbeschichtungs-Harzausgangsmaterialien, sondern auch die Harze zum Herstellen extrudierter Subkomponenten des fertigen Laminats, wie beispielsweise eine coextrudierte Größenbeschichtung und Stützfolie.
(2) Das Verfahren zum Behandeln des harzartigen Materials vor der Extrusion. Dies kann die Schritte des Mischens des Harzmaterials, Trocknen des Harzmaterials, und Befördern des Harzmaterials durch die anfänglichen Bearbeitungsschritte des Mischens und Trocknens vor dem Transport des trockenen gemischten extrudierbaren harzartigen Materials zu dem handelsüblichen Extruder, umfassen.
(3) Die Produktions-Extrusionsbeschichtungsausrüstung. Diese umfasst die Trägerbahn vor und nach der Extrusion, wobei die Bahn luftübertragene Verunreinigungen entweder direkt oder durch statische elektrische Ladungen aufnehmen kann.

Ein verbessertes Verfahren zum Entfernen solcher luftübertragenen Verunreinigungen wird in den 14 und 15 dargestellt. 14 stellt schematisch ein Extrusionsverfahren dar, welches modifiziert wurde, um das Einbringen von luftübertragenen Verunreinigungen in die Produktionsausrüstung zu verhindern, die in Kontakt mit dem extrudierten Film kommt. 15 stellt schematisch die Verfahrensschritte zur Behandlung des harzartigen Materials vor der Extrusion dar, um das Einbringen von luftübertragenen Verunreinigungen in das Ausgangsmaterial zu verhindern, nachdem das Ausgangsmaterial vor der Extrusion bearbeitet wird.
Das System zum Vorbehandeln des Harzes, wie es in 15 dargestellt wird, umfasst einen ersten Behälter 280, der eine harzartige Komponente in partikulärer Form enthält und einen zweiten Behälter 282, der eine andere harzartige Komponente ebenfalls in partikulärer Form enthält. In einer Ausführungsform ist die harzartige Komponente in dem ersten Behälter ein PVDF-Harz in Form von verunreinigungsfreien Pellets. Die harzartige Komponente in dem zweiten Behälter 282 können Acryl- und UV-Stabilisator-Harze, die in Pellet-Form gemischt wurden, sein, und die ebenfalls in einem verunreinigungsfreien Zustand vorliegen. Während des Bearbeitens, werden die in den Behältern 280 und 282 enthaltenen Materialien parallel transferiert zu einem Mischer 284 durch HEPAgefilterte Linien 286 (HEPA-Filtration wird unten detaillierter beschrieben). In dem Mischer 284 werden die harzartigen Materialien trockengemischt zu einer "Salz- und Pfeffer-Mischung" von extrudierbaren Harz-Pellets. Das Harzbehandlungssystem wird über ventilgesteuerte HEPA-gefilterte Linien zum Einziehen von Außenluft bei Bedarf zum Transportieren des Harzes durch das System mit einem Zentralvakuum (nicht gezeigt) verbunden. Die Außenluft wird durch getrennte HEPA-Filter 290 auf jedem der Harzbehälter gefiltert. Die Harzbehälter werden gegenüber der äußeren Umwelt abgedichtet, mit Ausnahme der Lufteinlässe, die die Außenluft durch die HEPA-Filter ziehen.
Der Vakuumdruck, der aus dem Zentralvakuum erhalten werden kann, transferiert die gemischten Harz-Pellets von dem Mischer 284 durch eine HEPA-gefilterte Linie 288 zu einem großvolumigen unter Druck stehenden Harztrockner 292. Für manche Harze mag eine Trocknung nicht erforderlich sein, allerdings enthalten Acrylharz-Materialien typischerweise einen ausreichenden Feuchtigkeitsgehalt, der eine Entfernung vor der Extrusion erforderlich macht (Es ist wünschenswert, die gemischten Harz-Pellets in getrockneter Form zu extrudieren und es wird deshalb jeglicher Wassergehalt vor der Extrusion entfernt.) Obwohl die anderen Harzmaterialien (PVDF und UV-Stabilisatoren) keine Trocknung benötigen, werden sie gemischt und mit dem Acrylharz zu dem Trockner geschickt, um die Harzbehandlung zu vereinfachen. Der Trockner wird bei einer Temperatur von ungefähr 150°F (65,6°C) betrieben und ist gegenüber der Außenatmosphäre abgedichtet. Luft, die durch den Trockner hindurchströmt, kommt von den Luftversorgungs-/Rücklauflinien 294 auf der Auslassseite eines zweisäuligen Trockenmittel-Lufttrockners 296. Feuchte Luft aus dem Trockner 292 wird kontinuierlich durch die Einlasslinien 298 von dem Trockner an die Trockenmittelsäulen 296 zurückgeführt. Frischluft aus der Anlagenumgebung wird andauernd durch einen HEPA-Filter 300 und einen Ansaugschnorchel 302, der zu den Trockenmittelsäulen 296 führt, eingezogen. Ein elektrischer Heizer und ein Druckluftgebläse 304 heizen die Luft in den Trockenmittelsäulen und leiten geheizte getrocknete Luft von den Trockenmitteln durch die Luftversorgungs-/Rücklauflinien 294 in einem geschlossenen Kreislauf zu dem Trockner 292. Die Trockenmittelsäulen werden wechselnden Behandlungszyklen unterzogen. Während eine Trockenmittelsäule verwendet wird, um die feuchte Luft zu trocknen, die von dem Trockner zurückgeleitet wird, wird das Trockenmittelbett in der anderen Trockenmittelsäule wieder durch frische HEPAgefilterte Luft getrocknet, die eingezogen wurde, um das Trockenmittelbett zu regenerieren. Eine Luftauslassöffnung (nicht gezeigt) entfernt Feuchtigkeit aus den Trockenmittelsäulen. Die trockengemischten Harz-Pellets werden dann zu dem Extruder befördert, mittels HEPA-gefilterter Luft in einer Leitung 306, die von dem Harztrockner 292 zu dem in 14 gezeigten Extruder 308 führt.
Deshalb werden alle harzartigen Materialien in einem geschlossenen Harzbehandlungssystem durch die Misch- und Trockenstationen befördert und anschließend zu dem Extruder, in dem die Beförderungsluft HEPA-gefiltert ist, um zu verhindern, dass luftübertragene Verunreinigungen von der Außenumgebung in die Harzmischung, -trocknung und das Harzbehandlungssystem eingebracht werden, bevor das Harz zu dem Extruder befördert wird.
Die harzartigen Ausgangsmaterialien werden auch verunreinigungsfrei an das System geliefert, wie unten detaillierter beschrieben wird.
Die in 15 gezeigten HEPA-Filter sind hoch effiziente Partikelluftfilter, die so konzipiert sind, dass sie Partikelsubstanzen in Mikrometergröße aus der Luft herausfiltern können. Diese hoch effizienten Filter umfassen typischerweise geschmolzene Polymerfaser-Filter-Medien und sind mit verschiedenen Effizienzgraden, die von der Anwendung abhängen, ausgestattet. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung, ist die HEPA-Luftfiltration ein Luftfiltrations-Effizienzgrad, der ausreicht, um luftübertragene Partikel zu entfernen, die ansonsten einen erkennbaren Fehlergrad in einem 1 bis 3 mil (0,025 bis 0,076 mm) dicken lösungsmittelfreien extrudierten Klarfilm mit hohem Glanz, hervorrufen würden. Techniken zum Messen der Fehlergrade in extrudierten Klarfilmen wurden vorstehend beschrieben (C-Charting) und werden unten weiter beschrieben.
Ein HEPA-Filter, der in der Lage ist, Partikel mit einer Größe unterhalb von ungefähr 10 μm zu entfernen, ist für diese Erfindung mindestens erforderlich. Eine HEPA-Filtrationseffizienz unterhalb von ungefähr 5 μm Partikelgröße wird bevorzugt und HEPA-Filtrationseffizienzen unterhalb von ungefähr 0,7 bis ungefähr 1,0 μm Partikelgröße sind mehr bevorzugt. Ein gegenwärtig bevorzugter HEPA-Filter für die Verwendung in dieser Erfindung ist der HEPA-Filter Modell 2C2UlOL, eingestuft bei 99,99% Effizienz bei 0,3 μm, erhältlich von Clean Air Products, Inc., Ronkonkoma, New York.
Das Harz, das in dem Harzbehandlungs-, Mischungs- und Trocknungssystem gemäß 15 bearbeitet wurde, wird mittels HEPA-gefilterter Luft zu der Extrusionsbeschichtungslinie, die in 14 dargestellt ist, transportiert. Die Extrusionsbeschichtungslinie umfasst eine Abwicklungsstation 310 zum Speichern eines Hochglanz-PET-Trägers oder einer Gussfolie 312 ähnlich der vorstehend beschriebenen PET-Trägerfolie. Die Gussfolie wird abgewickelt und läuft durch eine anti-statische Vakuumstation 314 und anschließend um ein Paar von Bahnreinigerrollen 316 mit klebenden Rollen, bevor sie zu dem Extruder 308 gelangt.
Die anti-statische Vakuumstation 314 entfernt alle Partikel oder Verunreinigungen, die durch statische elektrische Ladungen an dem Träger anhaften. Die ionisierte Luft wird auf die Bahn geblasen und die statischen elektrischen Staubpartikel werden von der Bahn entfernt. Das anti-statische Vakuumsystem ist von Simco erhältlich.
Der Bahnreiniger mit den klebenden Rollen weist ein Paar geringfügig klebender Flusenrollen zum Abziehen von Staub und anderen Ablagerungspartikeln von einer Oberfläche der Bahn. Die Bahnreinigerrollen mit klebenden Rollen sind erhältlich von R. G. Egan. Die Bahnreinigerrollen 316 mit den klebenden Rollen reinigen Verunreinigungen von der Beschichtungsseite der Bahn, bevor die Trägerfolie um die Leitrollen 318 herumgeleitet wird und dann zu dem Spalt einer Druckrolle 319 an der Extrusionsbeschichtungsstation 320.
Der Extruder 308 kann alle vorstehend beschriebenen Extruder aufweisen. Die harzartigen Materialien, die zu dem Extruder transportiert werden, werden zu einem gleichmäßigen Klarbeschichtungsfilm auf der Hochglanz-Gussfolie mittels der vorstehend beschriebenen Techniken extrudiert. In einer Ausführungsform werden in dem Extruder die trockenen PVDF-Pellets gleichmäßig mit den trockenen Acryl/UV-Stabilisator-Pellets gemischt. Durch die Anwendung von Hitze werden die Harzmaterialien durch den engspaltigen Spritzkopf 322 als eine gleichmäßige Schmelze extrudiert, die aus gemischten PVDF/Acryl/UV-Stabilisatorharzen besteht. In 14 wird das Schmelzgussharz 324 dargestellt, wie es auf die vorher dekontaminierte Oberfläche der Bahn gegossen wird. Wie vorstehend beschrieben, wird die extrusionsbeschichtete Bahn sofort durch den Spalt der Druckrolle 319 und der Kühlwalze 326 geleitet und in direktem Kontakt mit der hoch polierten Oberfläche der Kühlwalze 326 gezogen, um den schmelzgegossenen Klarbeschichtungsfilm zu kühlen und auszuhärten. Der Kontakt mit der Kühlrolle verleiht der Rückseite des extrusionsbeschichteten Films auch Glätte. In der dargestellten Ausführungsform beträgt die Spaltbreite an dem Walzenspalt ungefähr 30 bis 40 mil (0,76 bis 1,02 mm) und die Höhe des Spritzkopfes von seiner Extrusionsöffnung zu dem Walzenspalt beträgt ungefähr 6 bis 7'' (152 bis 178 mm).
Die beschichtete Bahn wird um die Kühlwalze 326 und anschließend um die Leitrolle 328 geleitet, bevor sie um eine zweite Bahnreinigerkombination 330 mit klebenden Rollen geleitet wird. Dieses zweite Paar von klebenden Rollen ist identisch mit den Rollen 316 und entfernt Verunreinigungen von der Seite der Bahn, die der Beschichtung gegenüberliegt, bevor die fertig beschichtete Bahn zu einer Aufnahmerollstation 332 geleitet wird.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Verunreinigungs-Entfernungsschritten, können auch andere Schritte unternommen werden, um das Filtern von μm-großen luftübertragenen Verunreinigungen von der Harzbehandlung und dem Extrusionssystem sicherzustellen. Diese weiteren Schritte können umfassen, dass Nassreinigen der Böden in dem Produktionsbereich, das Anheben der Luftansaughöhe für HEPA-gefilterte Luft bis gut oberhalb des Bodenniveaus, und das Ausführen der Verfahrensschritte der 14 und 15 in einer HEPA-gefilterten Reinraumumgebung. Solch eine Reinraumumgebung würde vorzugsweise eine Bewertung der Klasse 10.000 oder darüber für die Laminierungsausrüstung und die Harzbehandlungsausrüstung, aufweisen. Vorzugsweise würde der Bereich des Extrusionskopfes zumindest eine Bewertung der Klasse 2.000 aufweisen. Diese kann erreicht werden, indem die Extrusionsbeschichtungsstation in einer isolierten Zelle betrieben wird, die in einer Ausführungsform in Würfelform und mit ungefähr 10 Fuß (3,05 m) pro Seite vorliegen kann.
Das Extrusionsbeschichtungssystem nach 14 und das HEPA-gefilterte Harzbehandlungs- und Verarbeitungssystem nach 15 können verwendet werden, um verschiedene Typen von Klarfilmen und Laminaten gemäß der vorliegenden Erfindung zu produzieren. Beispielsweise wurden die Ausführungsformen gemäß der 14 und 15 beschrieben bzgl. der Produktion eines einschichtigen extrudierten Klarfilms, der aus einer Kombination von PVDF und Acrylharzen mit einem mit den Acrylharzen vorgemischten UV-Stabilisator hergestellt wird. Alternativ kann die Erfindung angepasst werden zur Verwendung mit anderen polymeren Materialien zum Herstellen anderer extrudierter Klarfilme wie beispielsweise medizinischer Polyethylene oder Polyurethane, oder anderer wetterfester Klarpolymerfilme, die beispielsweise aus Vinylharzen, Urethanen oder anderen Acrylen, Fluorpolymeren oder Polyolefinharzen hergestellt wurden. Zusätzlich kann die Bearbeitungsausrüstung für die Durchführung von Coextrusionen angepasst werden. Für Automobillaminate kann, wie vorstehend beschrieben, die Bearbeitungsausrüstung zum Mischen, Trocknen und Behandeln des Harzes in einer geschlossenen HEPA-gefilterten Umgebung vor der Coextrusion angepasst werden. Die Coextrusions- und Laminierungsschritte können auch ausgeführt werden, um eine Kontamination von luftübertragenen Partikeln zu verhindern. Beispiele für solche coextrudierten Laminate sind coextrudierte ABS-Stützfolien und Acrylgrößenbeschichtungs-Kombinationen, oder eine coextrudierte TPO-Stützfolie und CPO-Größenbeschichtung. Als eine weitere Alternative kann eine CPO-Klebeschicht als eine Bindebeschichtung mit einer Acrylgrößenbeschichtung und einer TPO-Stützfolie coextrudiert werden. Andere Coextrusionen von ähnlichen Klebeschichten und Stützfolienmaterialien umfassen beispielsweise ABS, Polycarbonat, Polyacrylat, Nylon, Urethan, Vinyl und Fluorpolymerharze.
Wie vorstehend beschrieben, werden die Ausgangsmaterialien für das Extrusionsverfahren nach 14 und 15 zunächst in einem verunreinigungsfreien Zustand produziert. Die Ausgangsmaterialien werden auch auf die Produktionsseite transferiert, um einen verunreinigungsfreien Zustand vor der Benutzung in dem Extrusionsprozess sicherzustellen.
Harzartige Materialien zur Verwendung bei der Herstellung der extrudierbaren Filme gemäß dieser Erfindung erfordern die Harze mit der höchsten Qualität, wie beispielsweise die als optischer CD Grad charakterisierten Harze. Harze zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung werden durch verschiedene industrielle Verfahren produziert, die allgemein ein Harz in Pulverform erzeugen. Aufgrund des Herstellungsverfahrens kann eine Einbringung von fremden Verunreinigungen auftreten. Die Harze für diese Erfindung müssen von solchen Verunreinigungen freigemacht werden, die harte Partikel aus dem Herstellungsverfahren umfassen können, wie beispielsweise Carbon, Metallstückchen, Glasfasern und durch Oxidation, Korrosion oder Kontamination erzeugte Gele. Das Verfahren zur Herstellung und Behandlung des Rohmaterials muss auch eine Einbringung von luftübertragenen Verunreinigungen verhindern. Die Produktion und die Handhabung in Reinraumumgebungen und mittels HEPA-Filtration können Ausgangsmaterialien von hoher Qualität erzeugen. Eine Kontamination des Rohmaterials kann auch auftreten, wenn bestimmte unterschiedliche Harze zu Pellet-Form vermischt werden, wie beispielsweise die Acryl- und UV-Stabilisator-Harze, die vorstehend beschrieben wurden. In diesem Fall wird das Produktionsverfahren, inklusive der Harzbehandlung und Vermischung der unterschiedlichen Harze ausgeführt, um eine Einbringung von fremden Verunreinigungen und luftübertragenen Partikeln zu verhindern. Jede Extrusion von Ausgangsmaterialkomponenten muss ebenfalls unterhalb der Gelbildungstemperaturen ausgeführt werden, um Gele oder ähnliche Fehler in dem Ausgangsmaterial zu verhindern.
Beispiel 16
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein hoch qualitativer extrudierter transparenter äußerer Klarbeschichtungsfilm produziert durch eine Kombination von PVDF- und Acrylharzen und einem UV-Stabilisatormaterial, wie vorstehend beschrieben. Das Ausgangsmaterial für die PVDF-Komponente weist das Extrusionsgrad-Homopolymer Kynar 720 auf, das von Elf Atochem erhältlich ist. Dieses PVDF-Harz ist ein bevorzugtes Ausgangsmaterial für äußere Automobilklarbeschichtungsfilme, wegen seiner besseren Widerstandsfähigkeit gegen Abrasion und seinem besseren Brechungsindex im Vergleich mit dem PVDF-Copolymer Kynar 2850, welches flexibler ist und in bestimmten Automobilanwendungen im Nichtaußenbereich nützlicher sein kann. Die Acrylharzkomponente ist das PMMA-Harz mit dem optischen CD Grad mit der höchsten Qualität VS-100, welches von Elf Atoglas erhältlich ist. Der UV-Stabilisator weist Tinuvin 234 auf, welches von Ciba-Geigy erhältlich ist. Diese Ausgangsmaterialien sind im Wesentlichen verunreinigungsfrei, wie vorstehend beschrieben. Die Acrylharz- und UV-Stabilisator-Materialien werden im Wesentlichen zu Pellets kompoundiert. Das Kompoundierverfahren umfasst auch das Verhindern von Verunreinigungseinbringung inklusive HEPA-Filtern und anderer Maßnahmen, die ähnlich den vorstehend beschriebenen sind.
Die Ausgangsmaterialien können auf ihren verunreinigungsfreien Zustand hin überprüft werden, indem zuerst jedes Material als eine freie Folie extrudiert und dann im Hinblick auf Fehler gemessen wird. Zum Beispiel können die kompoundierten Acrylharz-/LTV-Stabilisator-Pellets als eine dünne Folie extrudiert werden und gemäß einem Test, ist das Material geeignet zur Verwendung, wenn es einen durchschnittlichen Fehlergrad von 3 oder weniger Fehlern über eine Fläche von 12'' (0,030 m) Länge und 15'' (0,38 m) Weite aufweist, für eine Folie, die mit einer Dicke von ungefähr 4 mil (0,102 mm) extrudiert wurde. Die minimale Größe für die Defekte, die von einer solchen Fehlerzählung umfasst sind, liegt in einem Bereich von ungefähr 0,4 bis 1,0 mm². Alle Defekte mit einer größeren Größe können dazu führen, dass das Ausgangsmaterial verworfen wird.
Die PVDF- und kompoundierten Acrylharz-/UV-Stabilisator-Materialien werden gemäß dem Harzbehandlungs- und Extrusionsverfahren, dass in den 14 und 15 beschrieben wurde, verarbeitet. Das anfängliche Kompoundierungsverhältnis beträgt 60 Teile PVDF-Harz, 40 Teile Acrylharz und 2% UV-Stabilisator. Der Extruder weist einen Black Clawson Einschneckenextruder auf mit einem Schneckendurchmesser von ungefähr 6'' (152,4 mm) und einer Länge von ungefähr 16 Fuß (4,88 m) (L : D-Verhältnis von 32 : 1).
Die Schmelztemperaturen (°F/°C) waren die folgenden:
Die Extruder-Betriebsszustände waren die folgenden:
Ein Klarbeschichtungsfilm, der aus diesen Ausgangsmaterialien hergestellt und nach dem Verfahren nach 14 und 15 extrudiert wurde, ergab einen im Wesentlichen fehlerfreien Film. Fehler aus solchen Quellen wie Gelbildung, induzierte Trübung und luftübertragene Verunreinigungen wurden vermieden. Die Fehler wurden gemessen über eine Fläche von 1,248 inch² (805,16 mm²) für einen hoch glänzenden Klarbeschichtungsfilm, der mit einer Dicke von 1 mil (0,025 mm) extrudiert wurde. Ein typischer Ansatz zum Messen von Fehlern ist es, ein TAPPI Schmutz-Beurteilungs-Diagramm über die extrudierte Folie zu legen, und die Anzahl der Fehler innerhalb des durchschnittlichen Oberflächen-Gebiets gemäß den Testverfahren T213 und T437 zu zählen. Der Film wird als im Wesentlichen fehlerfrei betrachtet, wenn über diesem durchschnittlichen Oberflächen-Gebiet die Fehleranzahl 3 oder weniger beträgt, wobei die messbaren Fehlergrößen in den Bereich von ungefähr 0,4 bis 1,0 mm² liegen. Fehler, die größer als 1,0 mm² sind, werden als inakzeptabel betrachtet. Fehlergrößen unterhalb von 0,4 mm² werden als für das Auge nicht erkennbar betrachtet. Der fertige Film wurde auch bzgl. Trübung auf einem Standard-Trübungsmeter gemessen und war im Wesentlichen trübungsfrei, bei einer Messung von weniger als 0,9% Trübung. Ein maximaler Trübungswert von 1,0% wird als akzeptabel betrachtet.
Beispiel 17
Ein extrudierter transparenter Klarbeschichtungsfilm wird gemäß dem Verfahren von Beispiel 16 hergestellt, mit den folgenden Modifikationen. Der Extruder war eine 3,5'' (88,9 mm), 32 : 1 L : D Black Clawson Extruder mit Doppelgewindeschnecke, die bei einer moderaten Kompression im Bereich von 3 : 1 bis 3,5 : 1 betrieben wurde. Dieses Beispiel hat gezeigt, dass Verbesserungen beim Extrusionsbeschichten mit moderaten Kompressionsverhältnissen in dem Bereich von ungefähr 2,5 : 1 bis ungefähr 5 : 1 erreicht werden, und vorzugsweise von ungefähr 3 : 1 bis ungefähr 4 : 1. Ein Vorteil dieses Extruders ist verminderte Zuführ-Rückströmung, was eine stabilere Schmelze und Output von dem Extruder zur Folge hat, was wiederum ein flacheres Bahnprofil in den Maschinen und Bahnquerrichtungen ergibt. Der 3,5'' (88,9 mm) Extruder mit der Barriereschnecke mit niedriger Scherung und moderatem Kompressionsverhältnis stellt eine exzellente Balance hinsichtlich des Outputs, der Verweilzeit und der Scherung bereit, mit dem zusätzlichen Nutzen von reduzierten Bahnprofil-Änderungen im Vergleich mit dem 6'' (152,4 mm) Eingewindeschnecken-Extruder aus Beispiel 16. Rückfluss- und bahnabwärtige Änderungen wurden von ± 25% oder mehr nominalem Output auf weniger als 5% totaler Änderung vom Nominalwert reduziert – weniger als der Lärmpegel des Anzeigeninstruments bei Einzelabtastungen, bei denen eine NDC Beta Anzeigenvorrichtung verwendet wird. Der Output mit der Doppelgewindeschnecke mit moderatem Kompressionsverhältnis war gleich der 6'' (152,4 mm) Eingewindeschnecke aus Beispiel 16, was eine Fähigkeit ergab, eine 56'' (1,42 m) breite Beschichtung bei 38 gsm nominaler Dicke bei Liniengeschwindigkeiten von mehr als 300 Fuß/min (1,52 m/s) zu fahren.
Die extrudierten Klarbeschichtungsfilme aus den Beispielen 16 und 17 können beide für verschiedene Anwendungen verwendet werden, die wetterfeste schützende Klarfilme von glasartiger Transparenz erfordern. Wie bereits erwähnt, kann die Erfindung als schützender Film für Substratpaneele verwendet werden, die aus polymeren Materialien, Metall oder Glas hergestellt wurden. Die Erfindung kann auch verwendet werden zur Herstellung von hoch qualitativen transparenten Freifilmen wie beispielsweise medizinisch geeignete oder lebensmittel-geeignete Plastikfolien-Materialien und ähnliches.
Beispiel 18
Ein Beispiel für die Verwendung der extrudierten hoch transparenten Klarbeschichtungsfilme der Beispiele 16 und 17 sind äußere Automobillaminate. In einer Ausführungsform wird der extrudierte Klarfilm mit einem pigmentierten Basisbeschichtungsfarbfilm beschichtet, wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben. Die Basisbeschichtung wird vorzugsweise durch Lösungsmittelguss beschichtet, wie beispielsweise durch Umkehrwalzenbeschichtung. Die Farbbeschichtung kann, wie vorstehend beschrieben, verschiedene thermoformbare polymere Materialien aufweisen und kann dispergierte reflektierende Flocken enthalten. Nach dem Trocknen der Basisbeschichtung kann der trägergestützte Basisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsfilm auf eine polymere Stützfolie und Größenbeschichtung laminiert werden, die wie vorstehend coextrudiert werden. In einer Ausführungsform werden die coextrudierte Stützfolie und Größenbeschichtung jeweils aus ABS und einem Acrylharz hergestellt.
Die Ausgangsmaterialien zur Herstellung der ABS-/Acryl-Coextrusion waren folgende. Das ABS-Harz war Cycolac LSA von General Electric. Dieses Harz muss von der höchsten Qualität sein, im Wesentlichen frei von Verunreinigungen. Das Acrylharz war das CD-Grad-Harz mit der höchsten Qualität bezeichnet als H-16-200 von Cyro, ein gummi-modifiziertes PMMA-Harz. Das Verfahren zur Herstellung dieser Harze wird gesteuert, um die Sauberkeit zu verstärken und zu verhindern, dass Fehler von Quellen wie Carbon, Glasfasern, Metallstückchen und Gelen, erzeugt werden. Beide Harz-Ausgangsmaterialien werden, wie vorstehend beschrieben, auch mit den HEPA-Filtrationstechniken behandelt, um Kontamination zu vermeiden. Extruder A (ABS) hat einen Schneckendurchmesser von 4-1/2'' (114,3 mm) und Extruder B (Acryl) hat einen Schneckendurchmesser von 2-1/2'' (63,5 mm). Getrocknete Harz-Pellets von den ABS- und Acryl-Ausgangsmaterialien werden in die Trichter auf jedem Extruder mittels Vakuumröhren gegeben. Von den Trichtern werden die Pellets mittels Schwerkraft in den Zuführbereich der Extrudertrommel gegeben. Die Pellets werden durch die Trommel gefördert (screen fed) und zu einem geschmolzenen Zustand geheizt. Die zwei Harze in jedem Extruder werden durch ihre jeweiligen Trommelbereiche einem einzigen Vereinigungs-Block zugeführt und dann in den Spritzkopf des Extruders auf eine Weise, die ähnlich ist zu der in den vorstehend beschriebenen Beispielen. Die geschmolzene Folie verlässt den Spritzkopf und verläuft durch einen Drei-Rollen-Kalander (Polierend), der beide Seiten der Folie poliert. Während sich die Folie entlang der Linie bewegt, wird sie gekühlt, indem sie über gekühlte Stahlwalzen geleitet wird und schließlich auf eine Aufnahmerolle aufgewickelt wird. Die fertige Folie weist eine ungefähr 1,0 mil (0,025 mm) dicke Acryllackgrößenbeschichtung und eine ungefähr 18 mil (0,457 mm) dicke ABS-Stützfolie auf, für eine Gesamtlaminatdicke von ungefähr 19 bis 20 mil (0,483 bis 0,508 mm).
Die Coextrusions-Bedingungen waren die folgenden:
Die folgenden Beobachtungen wurden gemacht im Hinblick auf die optische Qualität von Produkten, die nach dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt wurden. Bezüglich des extrudierten klarbeschichtungs-/lösungsmittelgegossenen Farbbeschichtungsfilms, der auf die coextrudierte ABS-Stützfolie und Acrylgrößenbeschichtung laminiert wurde, wurde eine signifikante Fehlerabnahme beobachtet. Laminate, die ohne das Handhabungs/Filtrationsverfahren dieser Erfindung herstellt wurden, erzeugten von 10 bis über 100 Fehler pro 24'' × 36'' (0,61 m × 0,91 m) Laminatoberflächen-Gebiet. Diese Fehler wurden auf weniger als 3 pro Fläche reduziert, wenn das Handhabungs/Filtrationsverfahren verwendet wurde. Im Großen und Ganzen konnte eine Gelzahl-Abnahme von über 80% beobachtet werden. Zusätzlich wurden die Größen der Gele reduziert. Ohne das Filtrationsverfahren dieser Erfindung lagen die Gelgrößen über 10 μm, wohingegen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gelgrößen auf 1 μm oder weniger reduziert wurden.
Ähnliche Ergebnisse wurden beobachtet für extrudierte Klarbeschichtungen, die mit dem HEPA-Filtrationsverfahren dieser Erfindung hergestellt wurden. Filme, bei denen über 100 Fehler in einem 24'' × 36'' (0,61 × 0,91 m) Oberflächen-Gebiet beobachtet wurden, wurden auf Gelzahlen von 3 oder weniger für eine 1 mil (0,025 mm) Beschichtung über das gleiche Oberflächen-Gebiet reduziert. Die Gelzahlgrößen lagen innerhalb des 0,4 mm bis 1,0 mm Bereichs, der vorstehend beschrieben wurde.
Hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Laminate, gab es auch eine signifikante Zunahme beim gemessenen DOI. Beispielsweise wird ein anfänglicher DOI von 60 für Laminate, die nicht gemäß dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt wurden, mit dem HEPA-Filtrationsverfahren dieser Erfindung um ungefähr 3 bis 5 Einheiten zunehmen bis auf 63 bis 65.
Was DOI-Messungen im Allgemeinen anbelangt, wurden Basisbeschichtungs/Klarbeschichtungsfarbfilme, in denen die Klarbeschichtungsschichten mittels Extrusionstechniken gemäß dieser Erfindung (mit und ohne HEPA-Filtration) hergestellt wurden, mit Basisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsfarbfilmen verglichen, die durch Lösungsmittelguss der Klarbeschichtungsschichten hergestellt wurden. Die Farbfilme wurden dem vorstehend beschriebenen Verfahren des Laminierens auf eine halbsteife polymere Stützfolie und des Thermoformens auf eine dreidimensionale Form mit Streckung oberhalb von 50 % ausgesetzt. In den kritischen Bereichen der fertigen Teile wurden DOI-Messungen mit dem Dorigon D47R-6-Instrument aufgenommen und durch ein DOI-Instrument, das von ATI hergestellt wird. Im Allgemeinen betrugen die ATI-Messwerte ungefähr 97% der Messwerte, die mit dem Dorigon-Instrument erhalten wurden, und deshalb wurden die Messwerte für vergleichbar erachtet. Die DOI-Messungen zeigten im Allgemeinen eine 5 bis 10%ige Verbesserung für sowohl feste Farben als auch für metallische Automobilfarbfilme. Die Abriebfestigkeit wurde auch verbessert, insbesondere mit der Formulierung gemäß Beispiel 5. Die DOI-Messwerte lagen im Allgemeinen oberhalb von 70 für Teile, die lösungsmittelgegossene Klarbeschichtungsschichten hatten und lagen im Allgemeinen oberhalb von 70 bis 80 für Teile, die extrudierte Klarbeschichtungsschichten hatten. In einem Satz DOI-Messungen für ein rotmetallisches Automobilinstrumentenbrett war der DOI in den kritischen Bereichen ungefähr 10 Einheiten höher für Teile, die eine extrudierte Klarbeschichtungsschicht hatten, im Vergleich zu Teilen, die lösungsmittelgegossene Klarbeschichtungsschichten hatten.
Der extrusionsbeschichtete Farbfilm kann auch auf Stützfolien und haftende Schichten, die aus anderen Materialien coextrudiert wurden, laminiert werden. In einer anderen Ausführungsform kann eine TPO-Stützfolie mit einer CPO- Bindebeschichtungsschicht coextrudiert werden. Um die Anhaftung an einen PVDF-/Acrylbasisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsfilm zu verstärken, kann die CPO-Bindebeschichtung auch mit einer Acrylaußengrößenbeschichtungsschicht coextrudiert werden. Die Ausgangsmaterialien für solch eine Drei-Schicht-TPO/CPO/Acryl-Coextrusion sind folgende:
Die Acrylschicht wurde aus demselben PMMA-Acrylharz, das vorstehend beschrieben wurde, hergestellt, H-16-200 Harz mit optischem CD Grad von Cyro.
Das CPO-Harz ist ein chloriertes Polypropylen, das unter der Bezeichnung 13-LP von Toyo-Hardlen erhältlich ist. Dieses CPO-Harz wurde für extrudierbar erachtet und wie vorstehend erwähnt, muss das Material frei von Verunreinigungen hergestellt werden. Das CPO kann keine standardmäßige eisenhaltige Stahlausrüstung in dem Verfahren zur Herstellung der Pellets berühren, und das Material muss mit einer Schmelztemperaturgrenze unterhalb von ungefähr 425°F (218°C) extrudiert werden, wenn die Ausgangs-Pellets kompoundiert werden. Eine Schmelztemperatur von ungefähr 400°F bis 410°F (204,4°C bis 210,0°C) wird bevorzugt, um Gelbildung zu vermeiden. Das CPO-Harz-Ausgangsmaterial wird vorzugsweise mit einem Epoxydharz modifiziert, welches von Shell unter der Bezeichnung EPON erhältlich ist. Dieses Material muss auch, wie vorstehend beschrieben, den Sauberkeitsgrad mit der höchsten Qualität aufweisen. Es wurden mehrere Versuche unternommen, das trockene Material (CPO und Epoxydharz) zu Pellets zu vermischen, die 2% und 4% EPON enthalten. Extrudertrommeltemperaturen von 300 bis 350°F (148,9 bis 176,7°C) mit der 4% EPON-Mischung erzielten eine gute Schmelzstärke für so niedrige Streckungen wie 1/2 mil (0,013 mm).
Andere extrudierbare Harze, die für die TP0-Bindebeschichtungsschicht verwendet werden könnten, umfassen ein auf Acrylat basierendes Harz ADMER SE-800 von Mitsui Plastics und ein auf Urethan basierendes Harz RGD-174, auch bekannt als MOE-II von Elf Atochem. Extrudierbare TPO- Bindebeschichtungsharze können auch von anderen Ethylen-Vinylacetaten, Acrylaten, Ethylenacrylaten, Polypropylenvinylacetaten und auf Urethan basierenden Harzen zusätzlich zu chlorierten und modifizierten chlonerten Klebematerialien ausgesucht werden.
Das TPO-Ausgangsmaterial kann jedes extrudierbare TPO-Harz sein und ein bevorzugtes TPO-Harz ist E-1501-TF von Solvay. Das TPO-Ausgangsmaterial muss hergestellt werden und einer Behandlung unterzogen werden, die ausreichend ist, damit das Rohmaterial frei von Fehlern und Verunreinigungen ist, wie vorstehend erwähnt. Eine HEPA-Filtrationsbehandlung und ein Herstellungsprozess, der das Einbringen von fremden Verunreinigungen verhindert, müssen verwendet werden, um ein verunreinigungsfreies Ausgangsmaterial zu erzeugen.
In einem Versuch wurde eine TPO-Stützfolie von ungefähr 18 mil (0,457 mm) Dicke coextrudiert mit einer CPO-Bindeschicht von ungefähr 1 mil (0,025 mm) Dicke und einer Acrylgrößenschicht von ungefähr 1 mil (0,025 mm) Dicke. Die Betriebsbedingungen des Extruders waren die folgenden:
Wie vorstehend erwähnt, müssen die Substrat-Stützfolie und die Klebeschichten in der fertigen Form des Laminats (Größenbeschichtung und/oder Bindebeschichtung) im Wesentlichen fehlerfrei sein, so dass die Fehler nicht auf die Oberfläche des Hochglanz-Klarbeschichtungsfilms übertragen werden, wenn der Basisbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfihn auf die coextrudierte Stützfolie und Klebeschicht geklebt wird. Eine coextrudierte Stützfolie/Klebeschicht wird als fehlerfrei betrachtet, wenn eine 19 bis 20 mil (0,483 bis 0,508 mm) dicke extrudierte Folie auf der Oberfläche der Klebeschicht nicht mehr als 3 Fehler enthält auf einer gegebenen Testfläche von 24 × 36'' (0,61 × 0,91 m), wobei jeder Fehler eine messbare Größe in dem Bereich von ungefähr 0,4 bis 1,0 mm² aufweist.
Die Coextrusionen gemäß dieser Beispiele werden vorzugsweise durchgeführt, indem die Stützfolie und ihre Klebeschicht (oder -schichten) durch einen polierten Drei-Rollen-Kalander coextrudiert werden, wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben. Der von seinem Träger unterstützte flexible Farbfilm wird in den Kalander-Rollensatz eingeführt und auf die Coextrusion laminiert, wie ebenfalls in den vorstehenden Beispielen beschrieben.

Claims

Verfahren zum Extrudieren eines hochtransparenten Klarfilms (10) aus einem partikulären harzartigen Ausgangsmaterial, gekennzeichnet durch die Schritte: Bereitstellen eines lösungsmittelfreien harzartigen Ausgangsmaterials in partikulärer Form, das im Wesentlichen frei ist von Verunreinigungen die größer als ungefähr 10 μm sind, wobei das harzartige Material in einem abgedichteten Behälter (280, 282) enthalten ist, um das Einbringen von Verunreinigungen aus der umgebenden Umwelt zu verhindern; Befördern des harzartigen Materials von dem abgedichteten Behälter (280, 282) zu einer Extrusionsvorrichtung (16) in einem geschlossenen Luftstromtransportsystem, in dem die Transportluft zum Befördern des harzartigen Materials einer Hochleistungsfiltration unterzogen wird, um das Eindringen von Verunreinigungen, die größer als ungefähr 10 μm sind, aus der umgebenden Umwelt in den Luftstrom, der das harzartige Material zu der Extrusionsvorrichtung transportiert, zu verhindern; und Extrudieren des harzartigen Materials durch die Extrusionsvorrichtung (16), um einen transparenten extrudierten Klarschichtfilm (10) zu bilden, der im Wesentlichen frei ist von solchen gefilterten Verunreinigungen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das harzartige Ausgangsmaterial von dem abgedichteten Behälter (280, 282) zu einem Trockner (292) befördert wird, um zumindest einen Teil des harzartigen Materials zu trocknen, bevor das getrocknete harzartige Material zu der Extrusionsvorrichtung (16) befördert wird und wobei das harzartige Material von dem abgedichteten Behälter (280, 282) zu dem Trockner (292) und von dem Trockner (292) zu der Extrusionsvorrichtung (16) in dem geschlossenem Luftstromtransportsystem befördert wird und wobei die Luft, die zum Transportieren und zum Trocknen des harzartigen Materials verwendet wird, der Hochleistungsfiltration unterzogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei feuchte Luft aus dem Trockner (292) entfernt wird und zu einem Trockenmittel (296) geleitet wird in einem geschlossenen, von der Frischluftversorgung angetriebenen Umlufttransportsystem, in dem die Frischluft, die aus der umgebenden Umwelt gezogen wurde und als Transport- und Trockenluft verwendet wird, der Hochleistungsfiltration unterzogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das harzartige Ausgangsmaterial zumindest zwei verschiedene polymere Materialien (Harz 1, Harz 2) aufweist, von denen jedes gesondert von dem abgedichteten Behälter (280, 282) zu einer versiegelten Mischvorrichtung (284) in dem geschlossenen Luftstromtransportsystem transportiert wird und in dem das gemischte harzartige Material von der Mischvorrichtung (284) zu dem Trockner in dem geschlossenen Luftstromtransportsystem transportiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend: Extrusionsbeschichten des harzartigen Materials auf eine sich bewegende polymere Trägerfolie (12); und wobei die entgegengesetzten Seiten der Trägerfolie (12) Bahnreiniger mit klebenden Walzen berühren, um luftübertragene Partikel vor und nach der Extrusionsbeschichtung von dem Träger zu entfernen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend: Neutralisieren von statischen elektrischen Ladungen auf der Trägerfolie, um luftübertragene, angezogene Partikel vor der Extrusionsbeschichtung von der Trägerfolie zu entfernen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Transport- und Extrudierschritte in einer hochleistungs-luftgefilterten Reinraumumgebung durchgeführt werden, deren Einstufung Klasse 10.000 übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die nahe Umgebung des Extrusionswerkzeugs sich in einer Reinraumumgebung befindet, deren Einstufung Klasse 2.000 übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend: Herstellen des harzartigen Ausgangsmaterials in einer hochleistungs-luftgefilterten Reinraumumgebung, deren Einstufung Klasse 10.000 übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der extrudierte Klarschichtfilm eine durchschnittliche Fehlerhäufigkeit von drei oder weniger Fehlern für einen extrudierten ein mil (0,026 mm) dicken Film über eine gemessene durchschnittliche Fläche von 1,248 inch² (805,16 mm²) aufweist, wobei die messbare Fehlergröße in dem Bereich von ungefähr 0,4 bis 1,0 mm² liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Beförderungsluft in dem geschlossenen Luftstromtransportsystem durch eine Hochleistungsfiltration gefiltert wird, die in der Lage ist, luftübertragene Partikel die größer als ungefähr 5 μm sind, herauszufiltern.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei eine solche Filtration erfolgreich ist beim Herausfiltern von luftübertragenen Partikeln, die kleiner als ungefähr 1 μm sind.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Ausgangsmaterial zu 99,99% frei ist von partikulären Verunreinigungen, die kleiner als ungefähr 5 μm sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend: Extrudieren des harzartigen Materials in einem Extruder mit einem moderaten Kompressionsverhältnis zwischen ungefähr 2,5 : 1 bis ungefähr 5 : 1.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der extrudierte Klarschichtfilm eine Mischung aus Polyvinyliden-Fluorid (PVDF) und Acrylharzen aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die PVDF-Komponente ein PVDF-Kopolymer aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ausgangsmaterial im Wesentlichen frei ist von partikulären Verunreinigungen, die größer als ungefähr 10 μm sind, wobei der abgedichtete Behälter (280, 282) das Eindringen von luftübertragenen Verunreinigungen aus der umgebenden Umwelt verhindert, und wobei die Transportluft zum Befördern des harzartigen Materials einer High Efficiency Particulate Air (HEPA) Filtration (Hochleistungsfiltration für partikuläre Luft) unterzogen wird, die HEPA-gefilterte Transportluft erzeugt und das Eindringen von luftübertragenen Verunreinigungen mit einer Partikelgröße unterhalb von 10 μm aus der umgebenden Umwelt in den Luftstrom, der das harzartige Material zu der Extrusionsvorrichtung (16) transportiert, verhindert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das harzartige Ausgangsmaterial von dem abgedichteten Behälter (280, 282) zu einem Trockner (292) befördert wird zum Trocknen zumindest eines Teils des harzarigen Ausgangsmaterials, bevor das getrocknete harzartige Material zu der Extrusionsvorrichtung (16) transportiert wird, wobei das harzartige Material von dem abgedichteten Behälter (280, 282) zu dem Trockner mittels der HEPA-gefilterten Transportluft befördert wird; und wobei das harzartige Material, das von dem Trockner (292) zu der Extrusionsvorrichtung (16) befördert wird, von HEPA-gefilterter Transportluft transportiert wird.
Ein Verfahren zum Extrudieren eines harzartigen Materials durch lösungsmittelfreie Extrusion, um einen hochglänzenden hochtransparenten Klarfilm zu bilden, der im Wesentlichen frei ist von optischen Defekten, gekennzeichnet durch die Schritte: Bereitstellen eines lösungsmittelfreien harzartigen Ausgangsmaterials in partikulärer Form, welches im Wesentlichen frei ist von Verunreinigungen die größer als ungefähr 10 μm sind; Extrusionsbeschichten des harzartigen Materials durch ein Extrusionswerkzeug auf eine Trägerfolie, die sich an der Öffnung des Extrusionswerkzeugs vorbei bewegt, um den extrudierten Klarfilm (10) auf der Trägerfolie zu bilden, und sofortiges Aushärten des Klarfilms (10) auf der sich bewegenden Trägerfolie; Befördern des harzartigen Ausgangsmaterials zu dem Extruder (16) in einem geschlossenen Luftstromtransportsystem, in dem die Transportluft durch Hochleistungsfiltration filtriert wird, um luftübertragene Partikel, die größer als ungefähr 10 μm sind vor der Extrusion des Klarfilms (10) aus der Transportluft zu entfernen.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei der extrudierte Klarfilm eine durchschnittliche Fehlerhäufigkeit von 3 oder weniger für einen extrudierten ein mil (0,026 mm) dicken Film über eine gemessene Fläche von 1,248 inch² (805,16 mm²) aufweist, wobei ein Fehler eine messbare Größe in dem Bereich von ungefähr 0,4 bis 1,0 mm² hat.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Luft in dem geschlossenen Luftstromtransportsystem mittels einer HEPA-Filtration gefiltert wird, die in der Lage ist, Partikel die kleiner als ungefähr 1 μm sind, herauszufiltern.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Extrusionsbeschichtungsvorrichtung sich vollständig innerhalb einer Reinraumumgebung befindet, deren Einstufung Klasse 10.000 übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das harzartige Ausgangsmaterial zu einem Trockner (292) zum Trocknen des harzartigen Materials befördert wird, bevor das getrocknete harzartige Material zu der Extrusionsvorrichtung (16) transportiert wird, und wobei das harzartige Material zu dem Trockner (292) und von dem Trockner (292) zu der Extrusionsvorrichtung (16) in einem geschlossenen, unter Druck stehenden Luftstromtransportsystem, befördert wird, das einer Hochleistungsfiltration der Luft, die zum Transport und zum Trocknen des harzartigen Materials verwendet wurde, unterzogen wurde.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei feuchte Luft aus dem Trockner (292) entfernt wird und zu einem Trockenmittel (296) geleitet wird, in einem geschlossenen von der Frischluftversorgung angetriebenen Umlufttransportsystem, in dem die als Transport- und Trockenluft verwendete Frischluft einer HEPA-Filtration unterzogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, umfassend: Neutralisieren statischer elektrischer Ladungen auf der Trägerfolie, um angezogene luftübertragene Partikel vor der Extrusionsbeschichtung des Trägers von der Trägerfolie zu entfernen.
Verfahren gemäß Anspruch 19, umfassend: Extrudieren des harzartigen Materials auf eine sich bewegende polymere Trägerfolie, wobei die entgegengesetzten Seiten der Trägerfolie Bahnreiniger mit klebenden Walzen berühren, um luftübertragene Partikel vor und nach der Extrusionsbeschichtung von dem Träger zu entfernen.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das harzartige Ausgangsmaterial zumindest zwei verschiedene polymere Materialien (Harz 1, Harz 2) aufweist, von denen jedes gesondert zu einer Mischvorrichtung (284) in dem geschlossenen Luftstromtransportsystem befördert wird, und wobei das gemischte harzartige Material von der Mischvorrichtung (284) zu dem Trockner (292) in dem geschlossenen Luftstromtransportsystem transportiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, umfassend das Extrudieren des harzartigen Materials in einem Extruder mit einem moderaten Kompressionsverhältnis zwischen ungefähr 2,5 : 1 und ungefähr 5 : 1.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei der extrudierte Film mit klarer Beschichtung eine Mischung aus Polyvinyliden-Fluorid (PVDF) und Acrylharzen aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 29, wobei die PVDF-Komponente ein PVDF-Kopolymer aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, umfassend: Extrusionsbeschichten des harzartigen Materials durch lösungsmittelfreie Extrusion und sofortiges Aushärten der extrudierten Beschichtung mittels Druckkontakt der Beschichtung mit einer Kühlvorrichtung, während die ausgehärtete Beschichtung von der Trägerfolie getragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei die Kühlvorrichtung eine Kühlwalze ist, die bei einer Temperatur unterhalb von 80° F (26,7°C) betrieben wird, um die extrudierte Beschichtung schnell von ihrer Extrusionstemperatur auf ungefähr Raumtemperatur herunterzukühlen, während sie die Kühlwalze berührt.
Verfahren gemäß Anspruch 32, wobei das extrudierte Material in weniger als ungefähr 3 Sekunden ausgehärtet wird, bei einer Liniengeschwindigkeit, die ungefähr 150 Fuß/Minute (0,762 Meter/Sekunde) übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei die extrudierte Beschichtung unterhalb ihrer niedrigsten signifikanten Einfriertemperatur gekühlt wird, um die extrudierte Beschichtung auszuhärten.
Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei das extrudierte Material ein gemischtes Polyvinyliden-Fluorid (PVDF) und Acryl-Harz aufweist, gefolgt von der Beschichtung einer pigmentierten Farbschicht auf die extrudierte und ausgehärtete Klarschicht, während sie auf der Trägerfolie getragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 35, umfassend: Laminieren der klar beschichteten Schicht und der Farbschicht von der Trägerfolie auf eine warmformbare polymere Stützfolie (backing sheet), um eine farbbeschichtete Folie zu bilden, gefolgt durch Warmformen der Folie zu einer dreidimensionalen Kontur, wobei die Farbschicht auf der fertigen Folie einen DOI aufweist, der größer als ungefähr 60 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 29, wobei die Schmelzviskositäten der Akryl-Komponente des extrudierten Materials bei Scherkräften von 100, 500 und 1.000 Sekunden^–1 innerhalb jeweils 375, 125 und 100 Pa × Sekunde der Schmelzviskositäten der PVDF-Komponente bei einer Schmelztemperatur von ungefähr 215°C.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Ausgangsmaterial im Wesentlichen frei ist von partikulären Verunreinigungen die größer als ungefähr 10 μm sind, wobei der abgedichtete Behälter (280, 282) das Eindringen von luftübertragenen Verunreinigungen aus der umgebenden Umwelt verhindert und wobei die Transportluft zum Befördern des harzartigen Materials einer High Efficiency Particulate Air (HEPA) Filtration (Hochleistungsfiltration für partikuläre Luft) unterzogen wird, die HEPA gefilterte Transportluft erzeugt, um das Einbringen von luftübertragenen Verunreinigungen mit einer Partikelgröße unterhalb von 10 μm aus der umgebenden Umwelt in den Luftstrom zu verhindern, der das harzartige Material zu der Extrusionsvorrichtung (16) transportiert.
Ein extrudierter polymerer Film (10), mit hoher Transparenz, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Film (10) frei von Fehlern ist und durch lösungsmittelfreie Extrusion als dünner Film von im Wesentlichen einheitlicher Dicke gebildet wird, wobei der Film einen Durchschnitt von drei Fehlern oder weniger pro gemessener Fläche von 1,248 inch² (805,16 mm²) aufweist, in einem Film, der in einer Dicke von ungefähr einem mil (0,026 mm) extrudiert wurde, wobei die Fehler eine messbare Größe im Bereich von etwa 0,4 bis 1,0 mm² aufweisen.
Das Produkt gemäß Anspruch 39, wobei der extrudierte Film ein Gemisch aus PVDF oder PVDF-Kopolymer und Acrylharzen aufweist.
Das Produkt gemäß Anspruch 40, wobei der Film ungefähr 55% bis 65% des PVDF-Harzes, ungefähr 35% bis 45% Acrylharz und einen kleineren Anteil eines gemischten UV-Stabilisators aufweist.
Ein extrudiertes Laminat, aufweisend eine koextrudierte halbstarre Polymerstützfolie und eine Klebeschicht, die auf eine dekorative Filmschicht geklebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dekorative Film einen extrudierten äußeren Klarschichtfilm umfasst, der durch lösungsmittelfreie Extrusion gebildet wurde, wobei die Klarschichtfilmoberfläche des Laminats einen Durchschnitt von nicht mehr als 3 Fehlern auf einer Testfläche von 24 × 36 inches (609,6 × 914,4 mm) aufweist, wobei die messbare Größe eines Fehlers in dem Bereich von etwa 0,4 bis 1,0 mm² liegt.
Das Produkt gemäß Anspruch 42, wobei die koextrudierte Stützfolie und die Klebeschicht jeweils ABS und Acrylharze aufweisen.
Das Produkt gemäß Anspruch 42, wobei die koextrudierte Stützfolie und die Klebeschicht jeweils thermoplastische Olefin- (TPO) und chlorierte Polyolefin- (CPO) Harze aufweisen.
Das Produkt gemäß Anspruch 44, wobei die Koextrusion eine TPO-Stützfolie, eine CPO-Bindeschicht und eine acrylharzige Größenbeschichtung (size coat) aufweist.
Das Produkt gemäß Anspruch 42, wobei die koextrudierte Stützfolie ein Polyolefinharz aufweist, umfassend Polyethylen und Polyproyplen und wobei die Klebeschicht ausgewählt wurde aus der Gruppe, welche chloriertes Polyolefin, Ethylenvinylacetat, Acrylat, Ethylenacrylat, Propylenvinylacetat und Urethanharze enthält.
Ein Verfahren zur Herstellung eines hochtransparenten extrudierten Polymerfilms (10), gekennzeichnet durch: Bereitstellen eines Ausgangsmaterials, das ein lösungsmittelfreies und extrudierbares Polymermaterial in partikulärer Form aufweist, welches im Wesentlichen frei ist von Verunreinigungen deren Partikelgröße oberhalb von ungefähr 10 μm liegt; Befördern des Ausgangsmaterials zu einem Harztrockner (292), wobei das Ausgangsmaterial in einer HEPA-gefilterten geschlossenen Luftstromtransportleitung zu dem Trockner befördert wird, wobei Trocknungsluft, die zum Trocknen des Ausgangsmaterials durch den Trockner geleitet wird, in einem gesonderten Lufttrockner (296) behandelt wird, um Feuchtigkeit aus der Trocknungsluft zu entfernen, und wobei die Trocknungsluft einer HEPA- Filtration ausgesetzt wird, um die luftübertragenen Verunreinigungen, die größer als ungefähr 10 μm sind, aus der Trocknungsluft zu entfernen; Befördern des getrockneten extrudierbaren polymeren Ausgangsmaterials in einer HEPA-gefilterten geschlossenen Luftstromtransportleitung von dem Harztrockner zu einem Extruder (16); und Extrudieren des getrockneten Ausgangsmaterials als hochtransparenten Polymerfilm (10), der im Wesentlichen frei ist von Fehlern, die durch die gefilterten luftübertragenen Verunreinigungen hervorgerufen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 47, wobei der extrudierte Film mit transparenter Beschichtung eine durchschnittliche Fehlerhäufigkeit von 3 oder weniger Fehlern für einen extrudierten ein mil (0,026 mm) dicken Film über eine gemessene Durchschnittsfläche von 1,248 inch² (805,16 mm²) aufweist, wobei die messbare Fehlergröße in einem Bereich von ungefähr 0,4 bis 1,0 mm² liegt.
Ein Verfahren zum Herstellen eines hochdurchsichtigen Polymerfilms (10), gekennzeichnet durch: Bereitstellen eines lösungsmittelfreien extrudierbaren polymeren harzigen Ausgangsmaterials in partikulärer Form, das im Wesentlichen frei ist von Verunreinigungen deren Partikelgröße oberhalb von ungefähr 10 μm liegt; Aussetzen von zumindest einem Teil des Ausgangsmaterials einer HEPA gefilterten Trocknungsluft in einem Trockner (292); Befördern des Ausgangsmaterials zu dem Trockner (292) und dann von dem Trockner (292) zu einem Extruder (16) über HEPA gefilterte Luft in einem geschlossenen Luftstromtransportsystem; Extrudieren des getrockneten Ausgangsmaterials durch einen Extruder (16) als Schmelzgussfilm, der auf eine sich bewegende Gussfolie aufgebracht wird; Entfernen von luftübertragenen Verunreinigungen die größer als ungefähr 10 μm sind von der Gussfolie zumindest bevor die Beschichtung auf die Gussfolie extrudiert wird; und Aushärten des aufgetragenen Films (10) auf der Gussfolie durch eine Temperaturabsenkung, um einen fertigen Polymerfilm (10) auf der Gussfolie zu bilden, und danach Entfernen der Gussfolie von dem fertigen Film, um einen hochtransparenten Polymerfilm bereitzustellen, der im Wesentlichen frei von Fehlern ist, die durch die gefilterten luftübertragenen Verunreinigungen hervorgerufen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 49, wobei der extrudierte Klarschichtfilm (10) eine durchschnittliche Fehlerhäufigkeit von drei oder weniger Fehlern für einen extrudierten ein mil (0,026 mm) dicken Film über eine gemessene Durchschnittsfläche von 1,248 inch² (805,16 mm²) aufweist, wobei die messbare Fehlergröße in einem Bereich von ungefähr 0,4 bis 1,0 mm² liegt.