DE10311667A1

DE10311667A1 - Verfahren zum Hinterschäumen von Slushschichten

Info

Publication number: DE10311667A1
Application number: DE10311667A
Authority: DE
Inventors: Gerald Popp
Original assignee: Peguform GmbH
Current assignee: SMP Deutschland GmbH
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2003-03-16
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2023-03-16
Also published as: DE10311667B4; DE10311667B8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffformteil aus mehreren Schichten und das Herstellungsverfahren desselben. Im sogenannten Doppelslushverfahren wird eine zweischichtige Slushhaut erzeugt. Pulverförmiges Kunststoffmaterial wird in eine Galvanoform eingebracht und unter Wärmeeinwirkung versintert. Die Doppelslushhaut besteht aus der Dekorschicht oder Kompakthaut 1 und der TPO-Schaumschicht 15. Diese wird dann in ein EPP-Schäumwerkzeug eingelegt und mit EPP expandiertem Polypropylenmaterial hinterschäumt. Die Doppelslushhaut wird in die Werkzeughaube eines EPP-Schäumwerkzeugs 6 eingelegt und der EPP-Schaumeintrag erfolgt in den Raum zwischen eingelegter Slushhaut und Werkzeugkern 7. Die EPP-Schaumschicht 3 ist das Trägermaterial. Während des Schäumprozesses, der durch Eintrag von Heißdampf in das EPP-Schäumwerkzeug durchgeführt wird, wird die Slushhaut gekühlt.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Kunststoffformteil und ein Verfahren zur Herstellung ein- oder mehrschichtiger Kunststoffformteile bestehend aus einer Dekorschicht, einer Zwischenschicht, einer Schaumschicht und einer Trägerschicht aus expandiertem Polypropylen (EPP) im Doppelslushverfahren mit nachträglichem EPP-Schäumvorgang zur Herstellung des Trägermaterials in einem einzigen Arbeitsschritt. Die einzelnen Schichten des mehrschichtigen Bauteils müssen so gut aneinander haften, dass das mehrschichtige Bauteil auch nach Jahren sein Aussehen und seine Form beibehält.
In US 5676786 A wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Slushhaut auf einen Kernträger aus Kunstharz mittels eines Spritzgießverfahrens auflaminiert wird. Die mehrschichtige Slushhaut besteht aus einer Polystyrolschicht, aus einem thermoplastischen Elastomer beispielsweise einem Polyolefin, Polyurethan und/oder aus Polyester, also in einer bevorzugten Ausführungsform aus 3 Schichten, nämlich einer äußeren Schicht, welche im Rotationssinterverfahren aus einem thermoplastischen Polypropylen (PP) oder Polystyrol (PS) hergestellt wird, einer Schaumschicht und einer festen inneren Schicht. Die Schaumschicht wird ebenfalls im Rotationssinterverfahren hergestellt, wobei der pulverförmigen Mischung ein Treibmittel zugesetzt wird. Die innere Schicht ist gleich aufgebaut wie die äußere Schicht.
Das Verfahren zur Herstellung der äußeren Schicht läuft wie folgt ab. Eine metallische Form (Galvano) wird auf 50°C bis 70°C vorgeheizt und dann auf 220° bis 270°C beheizt. Das Pulver wird in die Form eingetragen und versintert an der heißen Formoberfläche. Nach einer definierten Zeitperiode wird die Form gekippt, sodass noch nicht versintertes Pulver in einen Aufnahmebehälter fallen kann.
Dann wird das Pulver mit dem Schäummittel, das die zweite Schicht bilden soll, in die Form eingetragen. Die zweite Schicht wird dann ausgehärtet. Dieselbe Vorgangsweise wird für die dritte Schicht wiederholt. Nach dem Aushärten wird die Form auf 50° bis 70°C gekühlt und die Slushhaut entnommen.
Der Mischanteil von PP/PS liegt zwischen 30/70 Gew.-% und 70/30 Gew.-%. Höhere Anteile an PP (erste Komponente) vermindern die Flexibilität (Biegsamkeit), während Anteile an PP unter 30% die Wärmebeständigkeit und die chemische Beständigkeit der Pulvermischung in dem versinterten Zustand herabsetzen.
Die Slushhaut wird auf die negative Formhälfte (Matrize) eingebracht, wobei die Slushhaut durch Unterdruck in der Formhälfte gehalten wird. Dann wird in den Zwischenraum zwischen der Negativform (Matrize) und der Positivform (Patrize) ein aufgeschmolzenes Kunstharz über mindestens eine in der Positivform angebrachte Bohrung eingebracht.
Durch den dann angebrachten Anpressdruck beim anschließenden Schließen der Formhälften kommt es zum Haften zwischen Kunstharz und Hautmaterial. Das Kernmaterial kann PP, ABS oder Polystyrol sein. Da das Kunstharzmaterial hohe Viskosität aufweist, sind Anpressdrücke von 80 bis 150 kg/cm² erforderlich, um die gleichmäßige Verteilung des Trägermaterials in der Form zu gewährleisten. Das Verfahren nach US 5676786 A minimiert Verzerrungen und erzeugt durch den auf die Slushhaut aufgebrachten PP-Harz eine gute Haftung. Die nötigen Anpressdrücke von 80 kg/cm² und die erforderliche hohe Schmelztemperatur von 190°C können aber zu Schädigungen der sichtseitigen Oberfläche führen. Zudem besteht der Verfahrensablauf aus mindestens 4 einzelnen Schritten, was die Bauteilkosten erhöht. Ein anderes mehrschichtiges Kunststoffbauteil wird in den Dokumenten DE 100 22 645 A1, DE 100 22 638 A1 beziehungsweise der daraus hervorgegangenen Europäischen Patentanmeldung EP 1149677 A2 offenbart. Ein Kunststoffträger, der die Form der Doppelslushhaut besitzt, wird in EP 1149677 A2 mit der Doppelslushhaut verklebt. Die Konturen des Trägers müssen daher mit der Doppelslushhaut übereinstimmen. Sollte es zu Abweichungen in den Abmessungen kommen, kommt es in der Slushhaut zu Spannungen und daher zu einem Verzug der Slushhaut. Um dieses Problem zu lösen, werden in EP 1149677 A2 folgende Lösungswege vorgeschlagen. Beim Entformen der Doppelslushhaut aus dem Galvano wird ein Überdruck zwischen Galvano und Doppelslushhaut erzeugt. Wenn die Doppelslushhaut schon mit einem Trägermaterial verbunden ist, kann durch das Anbringen eines Überdrucks auf der Galvanoform die schon mit dem Trägermaterial verbundene Doppelslushhaut direkt entformt werden. Dazu können Durchbrüche oder Mikrolöcher in der Galvanoform angeordnet sein, die so angeordnet sind, dass sie auf der Oberfläche nicht mehr sichtbar sind. Es ist auch möglich, einen oder mehrere Auswerfer in der Galvanoform vorzusehen. Bei der Betätigung der Auswerfer ist allerdings zu beachten, dass die Oberfläche der Slushhaut nicht beschädigt wird, oder die Beschädigungen nur an Orten auftritt, an denen die Oberfläche im Produkt unsichtbar ist.
Wenn die Geometrie des Bauteils es erfordert, kann der Formstempel temperiert werden. Dieser Formstempel entspricht einer Positivform und wird dazu verwendet, einen Slushprozess zu steuern, der zur Herstellung der Doppelslushschicht im Galvano abläuft. In den Formstempel sind Kanäle angeordnet, die entweder gemeinsam oder getrennt als Heiz- oder Kühlkanäle für das Slushverfahren verwendet werden. In dem Dokument EP 1149677 A2 wird somit nur auf das Slushverfahren an sich eingegangen, nicht aber auf einen nachträglichen Schäumvorgang zur Verbindung mit einer Kunststoffträgerschicht. In der Offenlegungsschrift DE 100 22 645 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer aus einer Doppelslushschicht, einer Schaumschicht und einem Kunststoffträger in einem Arbeitsschritt vorgeschlagen. Allerdings wird nicht auf die Problematik eingegangen, ob und in welcher Weise die einzelnen Schichten untereinander haften, weil die Materialkombinationen dieser Schichten für diese Offenbarungsschrift außer Betracht bleiben.
In der Offenlegungsschrift DE 100 22 638 A1 wird das Problem der Prozesssteuerung der Herstellung einer Doppelslushschicht mit anschließendem Schäumvorgang und Verbindung einer Trägerschicht eingegangen. Zur Prozesssteuerung wird der Parameter Temperatur durch eine Temperierung des Formstempels, der dem in DE 100 22 645 A1 beschriebenen Formstempel ähnlich ist, beeinflusst. Allerdings wird auch hier nicht offenbart, ob und in welcher Weise dieser Prozessparameter das Haftungsverhalten der verwendeten Kunststoffmaterialien beeinflusst.
Noch genauer geht die Offenlegungsschrift DE 199 21 673 A1 auf ein Heiz- und Kühlsystem zur Herstellung eines Formteils aus expandierbaren Kunststoffteilchen ein. Allerdings wird auch hier nicht auf das zu verarbeitende Kunststoffmaterial oder die Zusammensetzung der einzelnen Schichten im Detail eingegangen.
In der Offenlegungsschrift DE 40 30 478 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung mehrschichtiger Kunststoffformteile offenbart. Eine Dekorschicht wird mit einer oder mehreren Schaumschichten verbunden. Die Dekorschichten und die Schaumschichten können im Slushverfahren oder Rotationssinterverfahren hergestellt werden, allerdings wird das Negativtiefziehverfahren bevorzugt. Zudem wird keine Aussage über die nachträgliche Verbindung der Schaumschichten mit einer Trägerschicht gemacht. Eine derartige Trägerschicht wird bei Teilen benötigt, welche beispielsweise als Verkleidungsteile im Fahrzeuginnenraum eingesetzt werden, damit die Teile ausreichende Formstabilität aufweisen.
Somit wird nach diesem Stand der Technik nicht nahegelegt, wie unter Beibehaltung des in DE 40 30 478 A1 vorgestellten Monomaterialkonzepts eine Verbindung mit einer steifen Kunststoffträgerschicht erreicht wird. Bislang musste man von dem aus Wiederverwertungsgründen erwünschten Monomaterialkonzept insofern abweichen, indem man die Slushschichten mit einem Polyurethanschaum hinterschäumen muss um die notwendige Adhäsion zwischen den Schichten zu gewährleisten. Durch die guten Haftungseigenschaften des Polyurethanmaterials kann ein Spritzgußträger aus Polypropylen oder anderem Polymermaterial während des Schäumvorgangs mit einer oder mehreren Slushschichten dauerhaft verbunden werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Monomaterialkonzept auf ein Kunststoffformteil auszudehnen, welches eine steife Trägerschicht einschließt. Eine weitere Aufgabe ist es, das Gewicht des Kunststoffformteils zu reduzieren, ohne wesentliche Einbußen in der mechanischen Belastbarkeit hinnehmen zu müssen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, auf PVC-Schaumschichten gänzlich zu verzichten. Diese Maßnahme reduziert die Emissionen und das als "fogging" bekannte Phänomen des Ausgasens von Kunststoffen über einen nicht unwesentlichen Teil ihres Einsatzes insbesondere im Fahrzeugbau.
Dabei kann aus Designgründen oft auf eine PVC-Dekorschicht nicht verzichtet werden. Allerdings ist es möglich, zwischen PVC-Dekorschicht und einer Schaumschicht aus einem thermoplastischen Polyolefin eine Haftvermittlerschicht als Zwischenschicht vorzusehen, welche ebenfalls im Slushverfahren hergestellt werden kann. Das bedeutet, dass ein Tripelslushverfahren zum Einsatz kommt, im Gegensatz zu einem Doppelslushverfahren, welches bei Verwendung einer Dekorschicht aus einem thermoplastischen Polyolefin verwendet wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Formteil herzustellen, welches eine gute Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse, wie Licht und/oder Wärmeeinwirkungen aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Kunststoffformteil gelöst, welches aus einer Dekorschicht, einer Schaumschicht aus einem thermoplastischen Polyolefin (TPO) und einer Trägerschicht aus expandiertem Polypropylen (EPP) besteht, wobei die Schichtdicke der Dekorschicht bis zu 0,6 mm beträgt, die Schichtdicke der Schaumschicht aus TPO bis zu 4 mm beträgt. Die Dicke der Dekorschicht ist zu einem gewissen Grad von der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit abhängig. Soll die Dekorschicht Narbungen oder andere Oberflächenstrukturen aufweisen, kann die Schichtdicke auch um bis zu 0,5 mm um diesen Wert schwanken. Weil ein Ziel der Erfindung die Realisierung eines Monomaterialkonzeptes ist und gleichzeitig den Ersatz von PVC anstrebt, ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante das TPO der Schaumschicht ein Polypropylen und die Trägerschicht ein expandiertes Polypropylen mit einer Schichtdicke von ungefähr 10 mm. Unter expandiertem Polypropylen soll in der Folge ein Polypropylen in Perlenform mit Partikeldurchmessern von 1 bis 3 mm verstanden werden.
Die Dekorschicht besteht aus TPO, allerdings enthält sie keine Treibmittel wie die TPO-Schaumschicht. Die Dekorschicht soll eine möglichst homogene Oberfläche aufweisen, beziehungsweise Oberflächenstrukturen, welche auf der Oberfläche der Form, in welcher das Slushverfahren ablaufen soll, als Negativabdruck vorgegeben sind, übernehmen. Wenn die Oberflächengüte der TPO-Schicht den geforderten Anforderungen nicht entspricht, wird auf der Dekorschicht eine Lackschicht von bis zu ungefähr 30 µm aufgetragen. In einer alternativen Ausführungsvariante besteht die Dekorschicht aus einem thermoplastischen Polyurethan oder PVC. Auf diese Materialien muss dann zurückgegriffen werden, wenn die Oberflächenbeschaffenheit mit TPO nicht erreicht wird, weil kompliziert herzustellende Narbungen den Einsatz von TPO ausschließen oder weil der Lack keine ausreichende chemische Beständigkeit gegenüber speziellen Reinigungsmaterialien, welche organische Lösungsmittel enthalten, aufweist. Wenn man vom Monomaterialkonzept abweicht, muss demnach zwischen der Dekorschicht und der Schaumschicht aus TPO eine Haftvermittlerschicht angeordnet sein. Diese Haftvermittlerschicht kann auf eine Schichtdicke von bis zu 0,4 mm beschränkt bleiben.
Zwar ist die Schichtdicke für ein EPP-Schaumteil im allgemeinen größer, als für eine Trägerschicht, welche im Spritzgießverfahren hergestellt wurde, allerdings kann bei vergleichbaren Materialkennwerten eine Gewichtseinsparung von bis zu ungefähr 40% gegenüber der Vergleichslösung nach dem Stand der Technik erzielt werden, welche aus einer PVC - Schicht mit einer Schichtdicke von 1,1 mm, einem PU-Schaum mit einer Schichtdicke von 6,0 mm und einer Spritzgussträgerschicht besteht. Die Dichte der EPP-Schaumschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 g/l.
Der Verfahrensablauf zur Herstellung dieses mehrschichtigen Kunststoffformteils für Innenverkleidungsteile für Fahrzeuge beinhaltet die Schritte der Herstellung einer Dekorschicht, welche aus einem pulverförmigen Polymermaterial besteht, welches in eine Form eingebracht wird, wobei die Form aus zwei Formhälften besteht und eine dieser Formhälften als bewegbarer Behälter für das pulverförmige Polymermaterial dient. Diese Formhälfte wird mit pulverförmigen Polymermaterial gefüllt und mit der anderen, gegenüberliegenden Formhälfte druckdicht verbunden. Dann wird das Pulver durch Translations- und/oder Rotationsbewegungen der geschlossenen Form auf die gegenüberliegende, beheizbare Formhälfte 4 verteilt, wobei die Formhälfte soweit erhitzt wird, dass eine der Dekorschicht 1 entsprechende Pulverschicht durch einen Versinterungsvorgang eine homogene Schicht ausbildet, die Formhälfte 4 dann zumindest teilweise abgekühlt wird. Sodann wird die als bewegbarer Behälter ausgebildete Formhälfte, welche das restliche pulverförmige Polymermaterial enthält, von der beheizbaren Formhälfte getrennt, worauf eine weitere, als bewegbarer Behälter ausgebildete Formhälfte 5, welche ein zweites Polymerpulver enthält, mit der Formhälfte 4 druckdicht verbunden wird. Danach wird das Pulver durch Translations- und/oder Rotationsbewegungen der geschlossenen Form auf die gegenüberliegende, beheizbare Formhälfte 4 verteilt, wobei die Formhälfte soweit erhitzt wird, dass sich die einer Zwischenschicht 2 und/oder einer Schaumschicht 3 entsprechenden Pulverschicht(en) durch den entsprechenden Versinterungsvorgang als homogene Schicht(en) ausbilden, die Schichten dann in der Form abgekühlt werden, die als bewegbarer Behälter ausgebildete Formhälfte 5 abgekoppelt wird und danach die Schichten (1, 2, 3) entnommen werden und in eine Schäumform eingelegt werden. In diese Schäumform werden Partikel aus expandiertem Polypropylen (EPP) eingebracht, erhitzt, sodass sie zumindest in ihren Randbereichen anschmelzen und versintem und eine Expansion der Partikel durch das in den Partikeln vorhandene Treibmittel erfolgt und somit die Slushschichten durch das expandierte Polypropylen hinterschäumt werden. Der Druck in der Schäumform ist kleiner oder gleich 4,5 bar. Durch den erforderlichen niedrigen Druck in der Schäumform kann der Schäumvorgang in der Schäumform selbst abgeschlossen werden. Ein nach diesem Verfahren hergestelltes Kunststoffteil kann Hinterschnitte aufweisen, weil das expandierte Polypropylenmaterial vor seiner gänzlichen Auskühlung ausreichende Flexibilität aufweist um aus der Schäumform problemlos entformt werden zu können. Die Kühlung der Schäumform erleichtert die Entformung zusätzlich, da vermieden wird, dass die Dekorschicht durch die Beheizung des EPP Schaummaterials anschmilzt. Die Struktur der Narbung, so eine solche vorgesehen ist, bleibt erhalten, da es durch die Kühlung der Schäumform nicht zu Wärmedehnungen kommt. Außerdem isoliert die PP-Schaumschicht die Dekorschicht, wenn die Beheizung der EPP-Partikel erfolgt. Meist wird für die Beheizung Dampf verwendet, da gegenüber einem Inertgas erhöhter Wärmeübergang erzielt werden kann.
Zum Schutz der Dekorschicht und/oder der Zwischenschichten oder PP- Schaumschichten kann im Rahmen der Prozesssteuerung vorgesehen werden dass die Schäumform vor der Beheizung gekühlt wird. Eine derartige Kühlung über eine Sprüheinrichtung erfolgen oder fluide Kühlmittel verwenden, wobei vorzugsweise Wasser oder Öl als Kühlmittel eingesetzt werden.
Die gewerbliche Anwendbarkeit dieses Verfahrens basiert darauf, dass eine mehrschichtige, flexible Kunststoffschicht, wie eine Doppel- oder Tripelslushschicht in eine Negativform eingelegt wird und in dieser Negativform mittels Vakuum festgehalten wird. Die eine mehrschichtige, flexible Kunststoffschicht besteht aus einer Kompaktschicht und vorzugsweise einer Schaumschicht. Die Negativform kann als Schäumwerkzeug ausgebildet sein, in welche die mehrschichtige, flexible Kunststoffschicht mittels Vakuum fixiert wird und sodann mit EPP- Schaum hinterschäumt wird.
Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich mehrschichtige Leichtbauteile aus Kunststoff wie z. B. Instrumententafelverkleidungen, Türseitenverkleidungen und andere Innenverkleidungsteile für Fahrzeuge in einem zweistufigen Verfahren kostengünstig herstellen.
Fig. 1a stellt den schematischen Aufbau einer hinterschäumten Doppelslushhaut dar;
Fig. 1b stellt eine hinterschäumte Doppelslushhaut nach dem Stand der Technik dar;
Fig. 2 entspricht Phase 1 der Herstellung der ersten Slushhaut (z. B. TPO- Dekorschicht);
Fig. 3 entspricht Phase 2 der Herstellung der 2. Slushhaut (TPO-Schaumschicht);
Fig. 4 zeigt den Moment des Eintrags des EPP-Schaummaterials in das EPP Schäumwerkzeug und eine erste Variante der EPP-Schäumwerkzeugkühlung durch Kühlbohrungen;
Fig. 5 zeigt für das EPP-Schäumwerkzeug eine alternative Kühlungsvariante mittels Sprühkühlung;
Fig. 6 zeigt für das EPP-Schäumwerkzeug eine weitere Variante mittels Kühlrippen.
Das mehrschichtige Kunststoffformteil aus Fig. 1a besteht aus der Dekorschicht 1, welche als kompakte Schicht oder Kompakthaut ausgebildet sein kann, einer optionalen Haftvermittlerschicht 2 und einer Schaumschicht 15. An die Schaumschicht 15 schließt eine Trägerschicht 3 an.
Die Dekorschicht 1 besteht aus einem thermoplastischen Polyolefin (TPO) und einer Trägerschicht aus expandiertem Polypropylen (EPP), wobei die Schichtdicke der Dekorschicht bis zu 0,6 mm beträgt, die Schichtdicke der Schaumschicht 15 aus TPO bis zu 4 mm beträgt. Die Dicke der Dekorschicht ist zu einem gewissen Grad von der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit abhängig. Soll die Dekorschicht Narbungen oder andere Oberflächenstrukturen aufweisen, kann die Schichtdicke auch um bis zu 0,5 mm um diesen Wert schwanken. Weil ein Ziel der Erfindung die Realisierung eines Monomaterialkonzeptes ist und gleichzeitig den Ersatz von Polyvinylchlorid (PVC) anstrebt, ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante das TPO der Schaumschicht 15ein Polypropylen und die Trägerschicht 3 ein expandiertes Polypropylen mit einer Schichtdicke von ungefähr 10 mm. Unter expandiertem Polypropylen soll in der Folge ein Polypropylen in Perlenform mit Partikeldurchmessern von 1 bis 3 mm verstanden werden.
Die Dekorschicht 1 besteht aus TPO, allerdings enthält sie keine Treibmittel wie die TPO-Schaumschicht 15. Die Dekorschicht 1 soll eine möglichst homogene Oberfläche aufweisen, beziehungsweise Oberflächenstrukturen, welche auf der Oberfläche der Form 4, in welcher das Slushverfahren ablaufen soll, als Negativabdruck vorgegeben sind, übernehmen. Wenn die Oberflächengüte der TPO-Schicht den geforderten Anforderungen nicht entspricht, wird auf der Dekorschicht eine Lackschicht 14 von bis zu ungefähr 30 µm Schichtdicke aufgetragen. In einer alternativen Ausführungsvariante besteht die Dekorschicht 1 aus einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) oder PVC. Auf diese Materialien muß immer dann zurückgegriffen werden, wenn die geforderte Oberflächenbeschaffenheit mit TPO nicht erreicht wird, weil kompliziert herzustellende Narbungen den Einsatz von TPO ausschließen oder weil der Lack der Lackschicht 14 keine ausreichende chemische Beständigkeit gegenüber speziellen Reinigungsmaterialien, welche organische Lösungsmittel enthalten, aufweist. Wenn man vom Monomaterialkonzept abweicht, muss demnach zwischen der Dekorschicht 1 und der Schaumschicht 15 aus TPO eine Haftvermittlerschicht 2 vorgesehen werden. Diese Haftvermittlerschicht kann auf eine Schichtdicke von bis zu 0,4 mm beschränkt bleiben.
Zwar ist die gesamte Schichtdicke für eine Trägerschicht 3 aus EPP im allgemeinen größer, als für eine Spritzgussträgerschicht, wie sie im Stand der Technik nach Fig. 1b verwendet wird, allerdings kann bei vergleichbaren Materialkennwerten eine Gewichtseinsparung von bis zu ungefähr 40% gegenüber der Vergleichslösung nach dem Stand der Technik erzielt werden, welche aus einer PVC-Schicht 101 mit einer Schichtdicke von 1,1 mm, einem PU-Schaum 103 mit einer Schichtdicke von 6,0 mm und einer Spritzgussträgerschicht 104 mit einer Schichtdicke von 2,5 mm besteht. Die Dichte der EPP-Schaumschicht liegt im Bereich von 10 bis 50 g/l, was die erforderlichen größeren Schichtdicken aufwiegt.
In Fig. 1b ist ein Beispiel für eine Schichtfolge nach dem Stand der Technik dargestellt. Die als Kompakthaut ausgebildete Dekorschicht 101, gefolgt von der Schaumschicht oder Haftvermittlerschicht 102 wird im Slushverfahren erzeugt. Die Schaumschicht aus PUR-Schaum 103 und die Trägerschicht 104 werden in einem Schäumwerkzeug mit der Slushhaut verschäumt. Die Trägerschicht 104 ist ein Spritzgussteil.
In Fig. 2 ist die Phase 1 des Slushvorgangs dargestellt. Eine Doppelslushhaut entsteht aus einer Dekorschicht oder Kompakthaut 1 und einer Schaumschicht (z. B. PP- Schaumschicht). Die kompakte Schicht, beispielsweise eine TPO-Haut 1 wird durch Einbringen von Pulver definierter Zusammensetzung in eine Werkzeughaube eines Slushwerkzeugs oder einer Galvanoform 4 erzeugt. Die Temperatur des Slushwerkzeugs kann mittels einer Heizvorrichtung 16 genau geregelt werden. Das Pulver wird mit dem Pulverkasten 5 in das Slushwerkzeug 4 eingebracht. Durch Schwenk- und/oder Drehbewegungen wird das Pulver gleichmäßig über die Slushwerkzeugoberfläche verteilt. Durch kontrollierte Beheizung mittels der Heizvorrichtung 16 des Slushwerkzeuges versintert das Pulver in einer Schicht von genau definierter Dicke.
Der erste Prozessschritt stellt dabei das Vorheizen des Slushwerkzeugs 4 dar. Das Slushwerkzeug 4 ist drehbar in der Abdeckung, die gleichzeitig als Maschinengehäuse ausgeführt sein kann, gelagert. Der Pulverkasten 5 wird parallel dazu auf seinen Einsatz vorbereitet. Die Füllung mit Pulver erfolgt in einem separaten Verfahrensschritt, um eine vorzeitige Erwärmung des Pulvers zu vermeiden. Die Beheizung des Slushwerkzeugs 4 erfolgt beispielsweise durch eine Ölheizung mit Temperaturregelung. Zur Regelung der Temperatur werden Behälter mit Öl bei Prozesstemperatur und Behälter mit einer von der Prozesstemperatur abweichenden Temperatur bereitgestellt. Die Ölmengen werden anteilsmäßig beispielsweise durch Ventilsteuerung zugeführt. Dazu sind in den Leitungen, die zum Slushwerkzeug führen und in den Behältern selbst Temperatursensoren angebracht. Die Durchsatzmengen an heißem oder kaltem Öl zur Bildung einer Mischung werden nach einer Kalibrierung, die in einer Programmeinheit abgespeichert ist und von dieser Kontrolleinheit vorzugsweise elektronisch angesteuert wird, den gewünschten Temperaturwerten zugeordnet.
Wenn die Vorheizperiode abgeschlossen ist, wird der Pulverkasten 5 an das Slushwerkzeug 4 angedockt. Befestigungsmittel sichern den angedockten Pulverkasten am Slushwerkzeug. Das Slushwerkzeug und der Pulverkasten werden nun, translatorisch bewegt und gleichzeitig oder abwechselnd einer Rotationsbewegung unterworfen. Das Slushwerkzeug 4 wird dabei auf Prozesstemperatur gehalten. Das Pulver beginnt an der Oberfläche des Slushwerkzeugs zu haften, da es versintert. Je nach Dauer des Slushvorgangs beginnen weitere Pulverschichten zu versintern, bis die gewünschte Schichtdicke der Dekorschicht 1 erreicht ist.
Dann wird der Pulverkasten 5 wieder vom Slushwerkzeug entkoppelt und unter Beibehaltung der Prozesstemperatur ein Gelierdeckel angedockt. Mit diesem Prozessschritt kann der Grad der Versinterung der Partikel genau gesteuert werden und eine homogene Folienoberfläche und Folienstruktur erreicht werden. Nach dem Gelieren wird das Slushwerkzeug gekühlt, beispielsweise durch eine Spülung der Form mit mäßig temperierten und dann kalten Öl.
Im letzten Prozessschritt wird das Slushwerkzeug so positioniert, dass die Folie manuell oder durch Roboterunterstützung entnommen werden kann.
Diese Verfahrensschritte werden in analoger Weise für die TPO-Schaumschicht 15 und die optionale Haftvermittlerschicht 2 gemäß Fig. 3 wiederholt. Die Doppelslushhaut (TPO-Kompakthaut und PP-Schaum) oder die Tripelslushhaut (PVC-Kompakthaut, Haftvermittler und PP-Schaumschicht) werden aus dem Slushwerkzeug 4 entnommen und in ein EPP-Schäumwerkzeug eingelegt.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Zustand im EPP-Schäumwerkzeug.
Dann wird die Doppelslushhaut, wie in Fig. 4 dargestellt, in die Werkzeughaube 6 (Negativform, Matrize) des Schäumwerkzeugs eingelegt. Sie wird mittels Vakuum haubenseitig angesaugt. Um ein Haften der Doppelslushhaut an der Werkzeugoberfläche zu gewährleisten, kann der Raum zwischen Werkzeughaube 6 und kompakter Haut auch während des Schäumvorgangs weiter evakuiert werden. Die Doppelslushhaut wird die Werkzeughaube 6 eingelegt und der EPP-Schaumeintrag erfolgt in den Raum zwischen eingelegter Slushhaut und Werkzeugkern 7. Durch das Vorsehen einer Kühlung 10 an der Außenseite des EPP-Schäumwerkzeuges wird einerseits die Wärmebelastung der Slushhaut vermindert und andererseits bleibt die an der Oberfläche der Slushhaut eventuell vorhandene Narbung erhalten. Die Verwendung einer Doppelslushhaut mit einer PP-Schaumschicht erniedrigt auch den Wärmeübergang, weil die PP-Schaumschicht als Wärmeisolator wirkt. Dasselbe gilt umsomehr für die Variante einer Tripelslushhaut. Dadurch kann im EPP- Schäumprozess mit einem Dampfdruck gearbeitet werden, welcher 4,5 bar nicht übersteigt, was zusammen mit der Beheizung 13 des Werkzeugkerns 7 des Schäumwerkzeugs auch das Verschweißen der EPP-Perlen untereinander und mit dem PP-Schaum der Slushhaut bewirkt.
Der EPP-Schaum fungiert als Trägerschicht, der Grad an Weichheit, der sogenannte "Softtouch Effekt" wird über den PP-Schaum der Slushhaut eingestellt. Der nach dem Stand der Technik übliche 3-stufige Verarbeitungsvorgang besteht aus den Schritten: Slushen einer Kompakthaut, Entnahme der Slushhaut aus der Galvanoform, parallel dazu Spritzguss eines Trägers, Einlegen der Slushhaut in das Schäumwerkzeug, Einlegen des Spritzgussträgers in die andere Hälfte des Schäumwerkzeugs, Verschäumen der Kompakthaut und des Trägers durch PUR (Polyurethan)-Schaum. Die PUR-Schicht dient der Erzeugung des "Softtouch-Effekts". Die Spritzgussträgerschicht verleiht dem Bauteil seine Formstabilität. Durch die Verwendung von einem EPP-Schaum können die Funktionen "Softtouch-Effekt" über die als Doppel- oder Tripelslushschicht Dekorschicht und TPO-Schaumschicht und die Formstabilität über die EPP-Trägerschicht in einem 2-stufigen Verarbeitungsprozess kombiniert werden.
Der Schäumprozeß und die Ausbildung der Trägerschicht(-en) auf der Doppelslushhaut können auf zwei grundsätzlich verschiedene Arten erfolgen, und zwar nach dem Spaltverfahren oder dem Kompressionsverfahren.
Im Spaltverfahren schließt das Werkzeug bis auf eine definierte Spaltposition, dann werden die EPP-Partikel im Luftstrom eingeblasen. Die EPP-Partikel haben die Form von Perlen mit einer bevorzugten durchschnittlichen Größe von 1 bis 3 mm. Indem das Werkzeug schließt, werden die Perlen verdichtet. Dann wird Heißdampf in die Kavität eingebracht, der meist einen Druck von 2 bis 5 bar hat. Für die Dauer von 5-30 s werden die Perlen bedampft, wodurch sie anschmelzen und untereinander und mit der Schaumschicht der Doppelslushhaut haften. Währenddessen wird die Haubenseite (Matrize) 6 zumindest zeitweise derart gekühlt, dass die Narbe der TPO- Kompakthaut nicht durch die Druck/Temperaturbelastung während des Schäumvorgangs zerstört wird.
Bei ausreichender Dicke der PP-Schaumschicht und/oder einer genügend kurzen Bedampfungszeit kann die Temperaturbelastung der Sichtseite der Kompakthaut so gering gehalten werden, dass die dekorative Oberfläche keinen Schaden erleidet. Dann ist es auch möglich, eine Kühlung ausschließlich vor oder nach dem Eintrag der EPP Partikel, welche das zu versinternde und zu verschäumende Material darstellen, vorzusehen.
Alternativ können Regelungsmittel vorgesehen sein, die den Durchfluss und/oder die Temperatur des Kühlmittels so steuern, dass das Temperaturprofil von Kompakthaut und Slushhaut zu keiner Zeit in einen Bereich kommt, der die Sichtseite der Kompakthaut in Mitleidenschaft zieht.
Im Kompressionsverfahren schließt das Werkzeug komplett, wobei es zu einer Verdichtung der Perlen kommt indem diese mit einem höheren Fülldruck in die mit Staudruck beaufschlagte Kavität gefüllt werden. Dann wird Heißdampf in die Kavität eingebracht, der meist einen Druck von 2 bis 5 bar hat. Für die Dauer von 5-30 s werden die Perlen bedampft, wodurch sie anschmelzen und untereinander und mit der Schaumschicht 15 der Doppelslushhaut haften. Währenddessen wird zumindest zeitweise die Haubenseite (Matrize) derart gekühlt, dass die Narbe der TPO- Dekorschicht 1 nicht durch die Druck/Temperaturbelastung während des Schäumvorgangs zerstört wird.
Als Alternative könnte die Kompaktschicht der Doppelslushhaut schon vorab bei so hoher Temperatur verarbeitet werden, dass die Narbung stabil bleibt; auch wenn im EPP-Schäumprozess die Temperaturbelastung vorhanden ist.
Die TPO-Schaumschicht 15 der Slushhaut wirkt zusätzlich als Isolierschicht, die den Wärmeübergang von EPP-Schaumschicht zu der genarbten Oberfläche der Kompaktschicht ausreichend behindert, um eine Schädigung der Doppelslushhaut auszuschließen.
Eine weitere Alternative besteht darin, eine von der Rezeptur her stabilere Doppelslushhaut vorzusehen, da die Temperaturbeständigkeit durch die chemische Zusammensetzung der Schichten beeinflusst werden kann.
Eine weitere Alternative besteht darin, die Dicke der Schaumschicht zu variieren. Die Dicke der Schaumschicht wird so dimensioniert, dass die Dämmwirkung ausreichend ist um der Temperaturbelastung stand zu halten und um den Anforderung an die Haptik, also dem früher angesprochenen "Softtouch Effekt" des Innenraumverkleidungsteils zu genügen.
In Fig. 5 ist eine Sprühkühlung für ein EPP-Schäumwerkzeug dargestellt. Für die Sprühkühlung wird als Kühlmittel vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet, beispielsweise Öl oder Wasser. Wenn ein Gas eingeblasen wird, muss ausreichende Konvektion sichergestellt sein. Durch nicht dargestellte Kühlrippen an der Außenkontur des EPP-Schäumwerkzeuges kann der Wärmeübergang verbessert werden.
In Fig. 6 werden statt isolierten Rohrleitungen Halbrohre auf die Außenseite der Werkzeugoberfläche geschweißt. Als Alternative zu einzelnen Rohren kann der Mantel des Werkzeugs von Flüssigkeit umspült werden. Auch an eine Kombination einer Umspülung oder Flutung mit einer Sprühkühlung kann je nach Geometrie der Werkzeughaube von Vorteil sein, um zu vermeiden, dass zu irgendeiner Zeit die Verweilzeit der Kühlflüssigkeit so groß wird, dass der Kühleffekt nicht mehr gewährleistet ist. Bezugszeichenliste 1 Dekorschicht
2 Haftvermittlerschicht, zum Beispiel Schaumschicht
3 EPP Schaumschicht (Trägerschicht)
4 Slushwerkzeug
5 Pulverkasten
6 Werkzeughaube (EPP-Schaumwerkzeug)
7 Werkzeugkern (EPP-Schaumwerkzeug)
8 Evakuierbohrungen
9 PP Einspritzbohrung
10 Kühl- oder Heizkanäle im EPP Schaumwerkzeug
11 EPP Eintrag
12 Druckkanäle zur Entfernung der Doppelslushhaut aus der Werkzeughaube des Galvanos
13 Heizvorrichtung im EPP - Schäumwerkzeug
14 Lackschicht
15 TPO-Schaumschicht
16 Beheizung des Slushwerkzeugs
Stand der Technik
101 Kompakthaut
102 Schaumschicht
103 PUR-Schaumschicht
104 Trägerschicht

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils für Innenverkleidungsteile für Fahrzeuge, beinhaltend die Schritte der Herstellung einer Dekorschicht 1, welche aus einem pulverförmigen Polymermaterial besteht, weiches in eine Form eingebracht wird, wobei die Form aus mindestens zwei Formhälften besteht und eine dieser Formhälften als bewegbarer Behälter 5 für das pulverförmige Polymermaterial dient, welcher mit dem pulverförmigen Polymermaterial gefüllt wird, und mit der anderen, gegenüberliegenden Formhälfte 4 druckdicht verbunden wird, dann das Pulver durch Translations- und/oder Rotationsbewegungen der geschlossenen Form auf die gegenüberliegende, beheizbare Formhälfte 4 verteilt wird, wobei die Formhälfte soweit erhitzt wird, dass eine der Dekorschicht 1 entsprechende Pulverschicht durch einen Versinterungsvorgang eine homogene Schicht ausbildet, die Formhälfte 4 dann zumindest teilweise abgekühlt wird, dann die als bewegbarer Behälter ausgebildete Formhälfte 5, welche das restliche pulverförmige Polymermaterial enthält, von der beheizbaren Formhälfte getrennt wird, dann eine weitere, als bewegbarer Behälter ausgebildete Formhälfte, welche ein zweites Polymerpulver enthält, mit der Formhälfte 4 druckdicht verbunden wird, dann das Pulver durch Translations- und/oder Rotationsbewegungen der geschlossenen Form auf die gegenüberliegende, beheizbare Formhälfte 4 verteilt wird, wobei die Formhälfte soweit erhitzt wird, dass sich die einer Zwischenschicht 2 und/oder einer Schaumschicht 3 entsprechenden Pulverschicht(en) durch den entsprechenden Versinterungsvorgang als homogene Schicht(en) ausbilden, die besagten Schichten dann in der Form abgekühlt werden, dann die als bewegbarer Behälter ausgebildete Formhälfte 5 abgekoppelt wird und danach in einem weiteren Verfahrensschritt die Schichten (1, 2, 3) entnommen werden und in eine Schäumform 6 eingelegt werden, in diese Schäumform Partikel aus expandiertem Polypropylen (EPP) eingebracht werden, welche erhitzt werden, sodass sie zumindest in ihren Randbereichen anschmelzen und versintem und eine Expansion der Partikel durch das in den Partikeln vorhandene Treibmittel erfolgt und somit die Slushschichten durch das expandierte Polypropylen hinterschäumt werden, gekennzeichnet dadurch, dass der Druck in der Schäumform kleiner oder gleich 4,5 bar ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Schäumform während des Schäumprozesses gekühlt wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Schäumform vor der Beheizung gekühlt wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Kühlung über eine Sprüheinrichtung erfolgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Kühlung über fluide Kühlmittel erfolgt.

6. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Kühlmittel Wasser enthalten.

7. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Kühlmittel Öl enthalten.

8. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass während Schäumprozesses die Schaummasse aus expandiertem Polypropylen erhitzt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffformteils nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Beheizung mittels Dampf erfolgt.

10. Kunststoffformteil, bestehend aus einer Dekorschicht 1, einer Schaumschicht 15 aus einem thermoplastischen Polyolefin (TPO) und einer Trägerschicht aus expandiertem Polypropylen (EPP) 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Schichtdicke der Dekorschicht bis zu 0,6 mm beträgt, die Schichtdicke der Schaumschicht aus TPO bis zu 4 mm beträgt.

11. Kunststoffformteil nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei dem TPO der Schaumschicht 15 um Polypropylen handelt.

12. Kunststoffformteil nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Trägerschicht 3 aus expandiertem Polypropylen (EPP) eine Schichtdicke von ungefähr 10 mm aufweist.

13. Kunststoffformteil nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Dekorschicht 1 aus TPO besteht.

14. Kunststoffformteil nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass sich auf der Dekorschicht 1 eine Lackschicht 14 von bis zu ungefähr 30 µm befindet.

15. Kunststoffformteil nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Dekorschicht 1 aus thermoplastischen Polyurethan (TPU) besteht.

16. Kunststoffformteil nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Dekorschicht 1 aus Polyvinylchlorid (PVC) besteht.

17. Kunststoffformteil nach Ansprüchen 15 oder 16, gekennzeichnet dadurch, dass zwischen der Dekorschicht 1 und der Schaumschicht 15 aus TPO oder PVC eine Haftvermittlerschicht 2 angeordnet ist.

18. Kunststoffformteil nach Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, dass die Haftvermittlerschicht 2 eine Schichtdicke von bis zu 0,4 mm aufweist.

19. Kunststoffformteil nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Dichte der Trägerschicht 3 im Bereich von 10 bis 50 g/l liegt.