DE69933729T2

DE69933729T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von gefärbten oder lackierten geformten Kunststoffgegenständen

Info

Publication number: DE69933729T2
Application number: DE69933729T
Authority: DE
Inventors: Alain Bethune
Original assignee: LOreal SA
Current assignee: LOreal SA
Priority date: 1998-04-29
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: EP0953419B1; EP0953419A2; US6558599B1; EP0953419A3; US20030038407A1; ES2273464T3; FR2778134B1; FR2778134A1; US7285239B2; DE69933729D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Teilen durch Formung von Thermoplast und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, die Herstellung von Teilen, die ein perlmuttartiges oder metallisches Oberflächenaussehen haben.
Um Werkstoffen aus geformtem Kunststoff ein Perlmuttaussehen zu verleihen, ist es bekannt, in den Kunststoff eine geeignete Charge einzuarbeiten. Die Linien des Werkstoffflusses während der Formung bleiben jedoch meistens auf dem auf diese Weise hergestellten Werkstück sichtbar, was seiner Ästhetik schadet.
Außerdem kann das Vorhandensein der Charge Probleme der Zerbrechlichkeit des Werkstücks mit sich bringen.
Ferner ist es, um den Werkstücken aus geformtem Kunststoff ein Metallicaussehen zu verleihen, bekannt, sie unter Vakuum zu metallisieren oder sie in ein Elektrolytbad einzutauchen, diese Techniken sind jedoch relativ kostspielig durchzuführen.
Weiterhin ist es bekannt, Werkstücke aus Kunststoff farbzubeschichten, indem auf diese eine Farbe oder ein Lack aufgesprüht wird, dies bleibt jedoch eine relativ kostspielige Lösung und kann außerdem Umweltprobleme verursachen.
Man kennt aus WO 95/13177 ein Verfahren, bei dem man in einem ersten Schritt Kunststoff in einen Formhohlraum ein spritzt und dann die die Form bildenden Teile zueinander bewegt, um einen Raum zu bilden, der das Einspritzen von Beschichtungsfarbe gestattet. Dieses Verfahren erfordert eine relativ komplizierte Form, da die Bewegung der die Form bildenden Teile vor der Einspritzung der Beschichtungsfarbe mit Genauigkeit gesteuert werden muss.
Man kennt ferner aus FR-A-2729886 ein Verfahren, bei dem man in einem ersten Schritt Kunststoff einspritzt, und dann, bevor der Kern des Werkstücks ganz abgekühlt ist, Beschichtungsfarbe einspritzt. Das geformte Werkstück wird ohne Öffnung der Form beschichtet. Der Kern des Werkstücks, der noch fließfähig ist, ist komprimierbar und gestattet der Beschichtungsfarbe, die unter Druck eingespritzt wird, sich um das Werkstück herum zu verteilen. Dieses Verfahren ist relativ schwierig durchzuführen, da die Kompressionskapazität des Kunststoffs von der Dicke der nicht verfestigten Schicht im Kern des Werkstücks abhängt. Die Geometrie des Werkstücks muss entsprechend vorgesehen werden, was seine Konzeption erschwert.
Das Patent DE 195 34 982 beschreibt ein Formungsverfahren, das die Schritte umfasst, die in einem ersten Schritt darin bestehen, dass ein Kunststoff eingespritzt wird und in einem zweiten Schritt in dem Formungshohlraum ein größerer Raum gebildet wird, um eine Beschichtung einzuspritzen.
Das Patent US 5 030 406 beschreibt eine Form, die eine Einheit von Hohlräumen umfasst, die zum Formen bzw. zum Umgießen dienen, wobei diese Hohlräume Hohlräume von verschiedenen Geometrien aufweisen.
Das Patent JP 05318527 beschreibt ein Verfahren, das darin besteht, dass ein thermoplastisches Harz in einen Formhohl raum und dann ein warmhärtendes Harz in denselben Hohlraum eingespritzt wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, die Herstellung von Werkstücken aus Kunststoff mit einem besonderen, beispielsweise perlmuttartigen oder metallischen Oberflächenaussehen zu erleichtern.
Sie erreicht dies mit Hilfe eines neuen Verfahrens zur Herstellung eines farbbeschichteten oder lackierten Teils aus geformtem Thermoplast, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte umfasst, die darin bestehen, dass:

– das zu beschichtende Teil durch ein Verfahren zum Formen von Thermoplast in einem Hohlraum einer Form hergestellt wird,
– das auf diese Weise hergestellte Teil mindestens oberflächlich abkühlen gelassen wird, wobei die Abkühlung von einer Schrumpfung begleitet ist und mit der Öffnung der Form stattfindet, die zur Herstellung des zu beschichtenden Teils gedient hat,
– um das Teil herum eine Beschichtungsfarbe in einen Formhohlraum eingespritzt wird, der dieselbe Geometrie wie der Formhohlraum hat, der zum Formen des Thermoplasts gedient hat.

Aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung ist der Begriff "Beschichtungsfarbe" in der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen als auch Lacke umfassend zu verstehen.
Dank der Erfindung kann man ein perlmuttartiges oder anderes Oberflächenaussehen erhalten, ohne dem Thermoplast eine Charge zusetzen zu müssen, und man beseitigt auf diese Wei se die Probleme von Spuren, die von den Fließlinien des Werkstoffs hinterlassen werden.
Das Schrumpfen des Thermoplasts bei seiner Abkühlung bildet in dem Formhohlraum um das geformte Teil herum einen Raum, der das Einspritzen der Beschichtungsfarbe gestattet.
Außerdem gestattet die Erfindung, die durch das Vorhandensein einer Charge im Inneren des Thermoplasts verursachten Probleme der Zerbrechlichkeit zu beseitigen.
Die verwendete Beschichtungsfarbe kann auch gestatten, die Kratzfestigkeit zu erhöhen, indem sie härter als der den Kern des Werkstücks bildende Kunststoff ist.
Man stellt sehr einfach ein Werkstück mit dem gewünschten Oberflächenaussehen durch Verwendung der geeigneten Beschichtungsfarbe her.
Insbesondere kann man eine metallisierte Beschichtungsfarbe verwenden und ein geformtes Werkstück mit einem metallischen Aussehen erhalten, ohne dass es erforderlich ist, eine Metallisierung unter Vakuum vorzunehmen.
Der Auftrag der Beschichtungsfarbe um das geformte Werkstück herum findet darüber hinaus dank der Erfindung ohne die Umweltprobleme statt, die im Fall der Zerstäubung von Beschichtungsfarbe auftreten.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung findet die Abkühlung des Werkstücks statt, indem das Werkstück aus der Form genommen wird.
Das geformte Teil kann vor dem Einspritzen der Beschichtungsfarbe einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden, beispielsweise einer Behandlung durch Koronaeffekt, die dazu bestimmt ist, die Haftung der Beschichtungsfarbe auf dem geformten Teil zu verbessern.
Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man eine Form, die mindestens teilweise bezüglich eines Organs zur Zufuhr von Thermoplast einerseits und eines Organs zur Zufuhr der Beschichtungsfarbe andererseits in Drehung versetzt wird.
Die Form umfasst vorzugsweise eine erste Einheit von Hohlräumen, in denen die Formung des Thermoplasts stattfindet, und eine zweite Einheit von Hohlräumen, in denen die Beschichtungsfarbe um zuvor geformte Werkstücke herum eingespritzt wird.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform des Verfahrens werden die geformten Werkstücke nach dem Formen des Thermoplasts aus der Form genommen und zu einer anderen Form befördert, wobei diese jedoch Hohlräume besitzt, deren Geometrie dieselbe wie die der Hohlräume ist, die zum Formen dieser Teile gedient haben.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens verwendet man eine sich unter der Wirkung einer ultravioletten Strahlung vernetzende Beschichtungsfarbe und nach Einspritzen der Beschichtungsfarbe wird die Form geöffnet und das beschichtete Teil wird einer ultravioletten Strahlung ausgesetzt.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform des Verfahrens verwendet man eine unter der Wirkung der Wärme sich vernetzen de Beschichtungsfarbe und nach der Einspritzung der Beschichtungsfarbe wird diese über ihre Vernetzungstemperatur hinaus erhöht. Die Beschichtungsfarbe wird vorzugsweise in eine Form mit einer Temperatur unter oder gleich 100°C eingespritzt, und die Beschichtungsfarbe wird vorzugsweise kalt eingespritzt.
Man kann auch die Vernetzung der Beschichtungsfarbe bewirken, indem man sie einem angepassten Vernetzungsmittel, beispielsweise einem Peroxid, aussetzt.
Die verwendeten Beschichtungsfarben können auf Polyurethan- oder Epoxybasis sein und metallische Chargen enthalten.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein farbbeschichtetes geformtes Werkstück, das durch Durchführung des oben genannten Verfahrens erhalten wird.
Dieses Teil kann aus einem Thermoplast bestehen, der auf der Oberfläche mit der Beschichtungsfarbschicht bedeckt ist, die durch Einspritzen in die Form aufgetragen wird und deren Dicke zwischen 10 und 150 μm, vorzugsweise zwischen 25 und 50 μm beträgt.
Dieses farbbeschichtete geformte Teil bildet beispielsweise eine Flasche, eine Verschlussvorrichtung oder ein Gehäuse.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von farbbeschichteten geformten Teilen, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:

– eine erste Einheit von Formhohlräumen,
– eine zweite Einheit von Formhohlräumen, wobei die Hohlräume der ersten und der zweiten Einheit identische Geometrien besitzen,
– ein Organ zum Einspritzen eines Thermoplasts im geschmolzenen Zustand in die erste Einheit von Hohlräumen,
– ein Organ zum Einspritzen einer Beschichtungsfarbe in die zweite Einheit von Hohlräumen um Teile herum, die zuvor mit Hilfe der ersten Einheit von Formhohlräumen hergestellt wurden.

Die Erfindung gestattet es, im Vergleich zu einem Auftrag durch Zerstäubung die Verluste an Beschichtungsfarbe zu verringern, da die Beschichtungsfarbe mit der genau erforderlichen Dicke aufgetragen werden kann.
Außerdem gestattet es die Erfindung, farbbeschichtete geformte Teile mit einer geringen Anzahl von Manipulationen und mit relativ einfachen Formen herzustellen.
Die Erfindung gestattet es auch, wenn die hergestellten Teile Flaschen oder dergleichen sind, gewisse Probleme der chemischen Kompatibilität zu umgehen, die bei Formteilen des Stands der Technik angetroffen werden, die Chargen enthalten, die mit der im Inneren der Flasche enthaltenen Zusammensetzung nicht kompatibel sind.
Man kann dank der Erfindung einen Thermoplast verwenden, der frei von Chargen oder Farbstoffen ist und mit der im Inneren der Flasche enthaltenen Zusammensetzung vollkommen kompatibel ist, und gleichzeitig das gewünschte Außenaussehen besitzt, da keine Gefahr besteht, dass die Pigmente oder Farbstoffe der verwendeten Beschichtungsfarbe mit der genannten Zusammensetzung in Kontakt kommen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die folgende ausführliche Beschreibung eines nicht begrenzenden Ausfüh rungsbeispiels und die beiliegende Zeichnung. In dieser zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von farbbeschichteten geformten Teilen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei geöffneter Form,
2 bis 6 schematische Seitenansichten der Form, die verschiedene Schritte der Herstellung der farbbeschichteten geformten Teile veranschaulichen,
7 bis 10 Schnitte eines Formhohlraums, die verschiedene Schritte der Herstellung eines farbbeschichteten geformten Teils veranschaulichen.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst eine rotierende Form aus zwei Teilen 2a, 2b, ein Organ 3 zur Zufuhr von zu formendem Thermoplast und ein Organ 4 zur Zufuhr von Beschichtungsfarbe.
Bei dem betreffenden Ausführungsbeispiel ist die Form 2a, 2b zur Herstellung von Verschlusskappen für Aerosolbehälter bestimmt.
In der Form 2a, 2b sind Kanäle 6 gebildet, um, wenn die Form geschlossen ist, den Thermoplast in geschmolzenem Zustand von dem Organ 3 zu Formhohlräumen 5 zu leiten, in denen die Formung der Teile stattfinden soll.
Diese Hohlräume 5, die identische Abmessungen besitzen, sind durch Vertiefungen gebildet, die auf den Teilen 2a und 2b hergestellt sind.
Bei dem betrachteten Beispiel ist jeder Hohlraum 5 durch den Raum definiert, der zwischen einer Aufnahme 8 des Teils 2a und einer Erhebung 9 des Teils 2b besteht, die in das Innere dieser Aufnahme 8 eingeführt ist.
In 7 ist ein Hohlraum 5 allein dargestellt.
Der Teil 2b der Form umfasst ferner Kanäle 7, um, wenn die Form geschlossen ist, die Beschichtungsfarbe im flüssigen Zustand vom Organ 4 zu jedem Hohlraum 5 um ein zuvor geformtes Teil herum zu leiten.
Aus Gründen der Klarheit der Zeichnung hat man in 1 die Kanäle 6 und 7 zur Zufuhr und Verteilung des Thermoplasts und der Beschichtungsfarbe nur teilweise und schematisch dargestellt.
Bei dem betrachteten Beispiel umfasst die Form 2a, 2b insgesamt acht identische Hohlräume 5, die paarweise zusammengefasst sind, so dass vier Gruppen gebildet werden.
Man geht von einer Gruppe zu einer anderen durch eine Drehung um eine Viertelumdrehung der Form entgegen dem Uhrzeigersinn über.
Der Teil 2a der Form ist bei dem beschriebenen Beispiel feststehend.
Wie in 1 dargestellt ist, ist das Organ 3 zur Zufuhr des Thermoplasts vorzugsweise mit den Kanälen 6 von einem zentralen Bereich der Form aus verbunden, während das Organ 4 zur Zufuhr der Beschichtungsfarbe mit den Kanälen 7 vom Umfang der Form aus verbunden ist.
Nun werden unter Bezugnahme auf die 2 bis 10 die einzelnen Schritte der Herstellung eines farbbeschichteten geformten Teils beschrieben.
Zunächst wird der Kunststoff in die Gruppe von Hohlräumen eingespritzt, die sich in 2 rechts befindet, um geformte Teile A zu bilden.
Der Thermoplast füllt nun die entsprechenden Hohlräume 5 vollständig, wie in 8 dargestellt.
Nach dem Einspritzen des Thermoplasts zur Herstellung der Teile A wird die Form geöffnet und dann um eine Viertelumdrehung in Drehung versetzt, wie in 3 dargestellt.
Die geformten Teile A befinden sich nun in 4 oben.
Ihre Abkühlung ist von einem Schrumpfen begleitet.
Die Öffnung der Form gestattet zu gewährleisten, dass die Außenfläche des Werkstücks, die dazu bestimmt ist, beschichtet zu werden, nicht mehr an der Form haftet, was andernfalls die spätere Verteilung der Beschichtungsfarbe um das Teil herum stören könnte.
In 9 ist die Anfangsform der Teile A vor der Abkühlung mit einer unterbrochenen Linie dargestellt.
Die Abkühlung der Teile ist vorzugsweise so stark, dass der Kern des Teils hart ist und die Schrumpfung maximal oder fast maximal ist.
Die Öffnung der Form gestattet es, eine Behandlung beispielsweise durch Koronaeffekt durchzuführen, um die Haftung der Beschichtungsfarbe zu verbessern.
Dann wird die Form wieder geschlossen und die Beschichtungsfarbe P wird um die geformten Teile A herum eingespritzt, die die mit der Abkühlung des Thermoplasts verbundene Schrumpfung erfahren haben, wie in 10 dargestellt.
Die in dem beschriebenen Beispiel verwendete Beschichtungsfarbe P vernetzt sich unter der Wirkung einer ultravioletten Strahlung, die durch einen UV-Generator 10 erzeugt wird.
Die Form wird nach dem Einspritzen der Beschichtungsfarbe in die Hohlräume 5 geöffnet und dreht sich dann um eine Viertelumdrehung und die beschichteten Teile A, die sich in 5 links befinden, werden einer UV-Strahlung ausgesetzt, die die Vernetzung der Beschichtungsfarbe bewirkt.
Gemäß einer Abwandlung, wenn man eine sich unter der Wirkung der Wärme vernetzende Beschichtungsfarbe verwendet, werden die Teile A nach dem Einspritzen der Beschichtungsfarbe auf eine Temperatur gebracht, die höher als ihre Vernetzungstemperatur ist, und zwar beispielsweise mit Hilfe eines elektrischen Widerstands 11, der in 5 schematisch mit einer unterbrochenen Linie dargestellt ist, oder mit Hilfe eines in der Form umlaufenden heißen Fluids.
Nach der Vernetzung der Beschichtungsfarbe werden die Teile A in der folgenden Vierteldrehung der Form ausgestoßen, wie in 6 mit den Pfeilen dargestellt ist.
Vorzugsweise verwendet man eine rotierende Form, wie oben beschrieben wurde, so dass die Arbeitsgänge des Einspritzens des Thermoplasts und des Einspritzens der Beschichtungsfarbe gleichzeitig ausgeführt werden.
Mit anderen Worten, man formt Teile in einer ersten Gruppe von Hohlräumen, während man andere in einer zweiten Gruppe von Hohlräumen beschichtet.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt.
Man kann insbesondere anstelle einer rotierenden Form eine erste Form verwenden, in deren Hohlräumen der Thermoplast eingespritzt wird, und eine zweite Form, in der die Einspritzung der Beschichtungsfarbe stattfindet, wobei die geformten und nicht beschichteten Teile von einer Form zur anderen durch jedes geeignete Mittel transportiert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines farbbeschichteten Teils aus geformtem Thermoplast, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte umfasst, die darin bestehen, dass – das zu beschichtende Teil durch ein Verfahren zum Formen von Thermoplast in einem Hohlraum (5) einer Form (2a, 2b) hergestellt wird, – das auf diese Weise hergestellte Teil mindestens oberflächlich abkühlen gelassen wird, wobei die Abkühlung von einer Schrumpfung begleitet ist und mit der Öffnung der Form (2a, 2b) stattfindet, die zur Herstellung des zu beschichtenden Teils gedient hat, – um das Teil (A) herum eine Farbbeschichtung (P) in einen Formhohlraum (5) eingespritzt wird, der dieselbe Geometrie wie der Formhohlraum hat, der zum Formen des Thermoplasts gedient hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des Teils stattfindet, indem das Teil aus der Form genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geformte Teil vor dem Einspritzen der Beschichtungsfarbe einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (2a, 2b) mindestens teilweise bezüglich einerseits eines Organs (3) zur Zufuhr des Thermoplasts und andererseits eines Organs (4) zur Zufuhr der Beschichtungsfarbe (P) in Drehung versetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Form eine erste Einheit von Hohlräumen umfasst, in denen das Formen des Thermoplasts stattfindet, und eine zweite Einheit von Hohlräumen, in denen die Beschichtungsfarbe um zuvor geformte Teile herum eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Formen des Thermoplasts die geformten Teile aus der Form genommen werden und zu einer anderen Form befördert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine sich unter der Wirkung einer ultravioletten Strahlung vernetzende Beschichtungsfarbe verwendet und dass die Form nach der Einspritzung der Beschichtungsfarbe geöffnet wird und das Teil einer ultravioletten Strahlung ausgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine sich unter der Wirkung der Wärme vernetzende Beschichtungsfarbe verwendet und dass die Beschichtungsfarbe nach ihrem Einspritzen auf eine Temperatur erhitzt wird, die höher als ihre Vernetzungstemperatur ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsfarbe bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C eingespritzt wird und die Beschichtungsfarbe vorzugsweise kalt eingespritzt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines farbbeschichteten geformten Teils, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – eine erste Einheit von Formhohlräumen, – eine zweite Einheit von Formhohlräumen, wobei die Hohlräume der ersten und der zweiten Einheit identische Geometrien besitzen, – ein erstes Organ (3) zum Einspritzen eines Thermoplasts im geschmolzenen Zustand in die erste Einheit von Formhohlräumen und – ein zweites Organ (4) zum Einspritzen einer Beschichtungsfarbe in die zweite Einheit von Formhohlräumen um die zuvor mit Hilfe der ersten Einheit von Formhohlräumen hergestellte Teile herum.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen UV-Generator (10) umfasst, um die farbbeschichteten Teile einer ultravioletten Strahlung auszusetzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (11) zum Erhitzen der farbbeschichteten geformten Teile umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine rotierende Form umfasst, die die gleichzeitige Ausführung der Arbeitsgänge der Einspritzung des Kunststoffs in die erste Einheit von Hohlräumen und des Einspritzens von Beschichtungsfarbe in die zweite Einheit von Hohlräumen gestattet.