WO2003080310A1 - Verfahren zur lackierung von bauteilen aus faserverstärkten kunststoffen sowie ein solcherart hergestelltes bauteil - Google Patents

Verfahren zur lackierung von bauteilen aus faserverstärkten kunststoffen sowie ein solcherart hergestelltes bauteil Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for finishing surfaces of components made of fiber-reinforced plastics according to the preamble of the first claim and to a component produced in this way.
  • Components made of fiber-reinforced plastics in which the component, for example, using the resin transfer molding (RTM) process, the long fiber reinforced thermoplastic (LFT) process, the
  • Glass mat reinforced thermoplastic (GMT) process or the sheet molding compound (SMC) process is produced, in particular when they are used as body parts in automotive engineering. are lacquered for finishing and color design of the surfaces.
  • Painting is very complex because the surfaces of the plastic components have to be prepared for painting. The reason lies in the manufacturing processes that lead to an irregular surface quality.
  • the causes of surface defects on unfinished components are, for example, blowholes, stoves or protruding fiber ends.
  • Mechanical surface processing is usually required, for example by grinding or filling, so that the required surface quality can only be achieved with a high level of manual effort.
  • An additional application of surface layers for example resin-rich non-woven layers or IMG (inmould coating), also tries to make the surface more uniform.
  • the object of the invention is to reduce the effort for finishing the surfaces of components made of fiber-reinforced plastics.
  • the object is achieved by inserting a plastic film that already has the desired properties with regard to the nature and possibly the color of the surface of the component and that is preformed in accordance with the topography of the surface of the component, into a shape that corresponds to the component dimensions, that a fiber-reinforced one Plastic, preferably with a thermoset or thermoplastic matrix, is applied to the side of the preformed film using a process which is matched to the composition of the semi-finished product, and which is not the surface and that after the fiber-reinforced plastic has hardened or cooled, the finished component of the mold is removed.
  • the surface of the component can be finished with the film back pressing or the film resin transfer molding (film RTM).
  • film back pressing the preformed film is placed on one of the shaping tools of a press, in the female mold or on the male mold, the fiber-reinforced plastic in the form of a mat or plastic is placed on the counterpart of the tool of the press and one with the composition this semi-finished product, the pre-formed film is connected to the mat or plastic.
  • the film resin transfer molding takes place in a closed mold, which is comparable to the closed press tools, die and patrix, a press is.
  • the preformed film and a fiber mat i.e. only the fiber reinforcement, are inserted into the mold.
  • the evacuated form is filled in a known manner with a mixture of resin and hardener, the mat being soaked and the cavity under the film being filled.
  • the mold remains closed until the injected resin has hardened. This technique is also conceivable with an open method.
  • the method according to the invention makes it possible to produce large-format components with large areas, for example trunk covers or door elements, inexpensively in a surface quality that is comparable to the known film back injection molding, both by film back pressing and by film resin transfer molding.
  • Fiber-reinforced plastics and processing methods can now be used, according to which the surfaces produced could previously only be refined with the high outlay described above.
  • the foils can contain colored layers or specially prepared lacquer layers.
  • Coextruded two- or three-layer films, such as are also used for film injection molding, are particularly suitable as films. Coextrusion of thin, colored plastic layers within a two- or three-layer composite enables layers to be built up that are comparable to lacquer layers.
  • the method according to the invention enables fiber-reinforced plastics to be refined, preferably with a thermoset or thermoplastic matrix, without preparing the surface and without painting in a substantially smaller number of work steps than according to the conventional method. For effect colors, a subsequent painting process with reduced painting effort is possible.
  • a film 1 suitable for the film backpressing process is pulled off a roll 2 and cut to the required size.
  • This film 1 is placed in the process step of Figure 2 on a Formwer.kzeug 3, which the Has topography of the surface of the component to be produced and deformed by suitable devices, indicated by reference number 4, preferably under the action of heat, during film preforming such that a film 5 with the topography of the surface of the component to be produced is formed.
  • the preformed film 5 is placed in the die step 6 of a press 7 shown schematically in the method step according to FIG.
  • the contour of the male part 8 takes into account the wall thickness of the component to be produced.
  • a semifinished product 9 made of fiber-reinforced plastic is placed under the cavity of the film 5 in the press 7, so that the preformed film 5 becomes the outer surface, the face side, that is to say the visible and exposed side of the workpiece.
  • the fiber-reinforced plastics which can be deformed by extrusion and thermal processes, in particular SMC, GMT and LFT.
  • the temperature required for the forming must be below a temperature which could damage the film 5.
  • the press 7 is opened, as shown in FIG. 6, and the finished component 10 can be removed after it has been lifted off the male part 8, for example by ejectors 11.
  • the component can be used after cleaning the edges of burrs of the glass fiber reinforced plastic, if necessary.
  • the component 10 has a ready-to-use surface due to the film 5, which no longer requires any finishing or painting. For effect colors, a subsequent painting process with reduced painting effort is possible.

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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
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Abstract

Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen werden insbesondere dann, wenn sie als Karosserieteile im Automobilbau eingesetzt werden, zur Veredelung und farbliche Gestaltung der Oberflächen lackiert. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass eine bereits die endgültigen gewünschten Eigenschaften hinsichtlich der Beschaffenheit und gegebenenfalls der Farbgebung der Oberfläche des Bauteils aufweisende Kunststofffolie, die entsprechend der Topographie der Oberfläche des Bauteils vorgeformt ist, in eine entsprechende Form eingelegt wird, dass ein faserverstärkter Kunststoff, vorzugsweise mit einer Duroplast- oder Thermoplast-Matrix, mit einem auf die Zusammensetzung des Halbzeugs abgestimmten Verfahren auf die Seite der vorgeformten Folie aufgebracht wird, die nicht die Oberfläche ist und dass nach dem Pressen und Aushärten oder Abkühlen des faserverstärkten Kunststoffs das fertige Bauteil der Form entnommen wird.

Description

VERFAHREN ZUR -LACKIERUNG VON BAUTEILEN AUS FASERVERSTÄRKTEN KUNSTSTOFFEN SOWIE EIN SOLCHERART HERGESTELLTES BAUTEIL
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veredelung von Oberflächen von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruchs sowie ein solcherart hergestelltes Bauteil.
Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen, bei denen das Bauteil beispielsweise mit Hilfe des Resin-Transfer-Moulding- (RTM-) Verfahrens, des Langfaserverstärkten-Thermoplast- (LFT-) Verfahrens, des
Glasmattenverstärkten-Thermoplast- (GMT-) Verfahrens oder des Sheet- Moulding-Compound- (SMC-) Verfahrens hergestellt wird, werden insbesondere dann, wenn sie als Karosserieteile im Automobilbau eingesetzt . werden, zur Veredelung und farblichen Gestaltung der Oberflächen lackiert. Das Lackieren ist aber sehr aufwändig, weil die Oberflächen der Kunststoffbauteile für das Lackieren vorbereitet werden müssen. Der Grund liegt in den Herstellungsverfahren, die zu einer unregelmäßigen Oberflächenbeschaffenheit führen. Die Ursachen für Oberflächenfehler an unveredelten Bauteilen sind beispielsweise Lunker, Kocher oder herausstehende Faserenden. In der Regel ist eine mechanische Oberflächenbearbeitung erforderlich, beispielsweise durch Schleifen oder Spachteln, so dass die erforderliche Oberflächengüte nur mit einem hohem manuellen Aufwand zu erreichen ist. Durch zusätzliches Aufbringen von Oberflächenschichten, beispielsweise harzreicher Vliesschichten oder dem IMG (Inmould-Coating), wird ebenfalls versucht, eine Vergleichmäßigung der Oberfläche zu erreichen.
Aus dem Fachaufsatz von Achim Grefenstein: Folienhinterspritzen statt Lackieren, in Metalloberfläche - Beschichten von Kunststoff und Metall, Heft 10/99, Carl Hanser Verlag, München, ist es bekannt, in der Spritzgusstechnik Folien zur Oberflächenveredelung zu verwenden. Die Folien werden vorgeformt in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt. Anschließend wird die Kavität der Folie in bekannter Weise mit Kunststoff hinterspritzt, um in einem Arbeitsgang die veredelte Oberfläche herzustellen. Mit der Folienhinterspritztechnik sind aber lediglich kleinere Kunststoffbauteile bis zu bestimmten Abmessungen herstellbar. Mit Hilfe der Pressverfahren oder beispielsweise des RTM-Verfahrens können Bauteile in größeren Abmessungen, beispielsweise Pkw-Front- oder Heckklappen oder Nutzfahrzeug-Windabweiser, hergestellt werden, die durch ihre Faserverstärkung auch die erforderlichen mechanischen Eigenschaften erfüllen. Allerdings können auch mit diesen Verfahren die für ein Lackieren erforderliche Oberflächengüte noch nicht erreicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufwand zur Veredelung der Oberflächen von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen zu reduzieren.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, dass eine bereits die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich der Beschaffenheit und gegebenenfalls der Farbgebung der Oberfläche des Bauteils aufweisende Kunststofffolie, die entsprechend der Topographie der Oberfläche des Bauteils vorgeformt ist, in eine den Bauteilabmessungen entsprechende Form eingelegt wird, dass ein faserverstärkter Kunststoff, vorzugsweise mit einer Duroplast- oder Thermoplast- Matrix, mit einem auf die Zusammensetzung des Halbzeugs abgestimmten Verfahren auf die Seite der vorgeformten Folie aufgebracht wird, die nicht die Oberfläche ist und dass nach dem Aushärten oder Abkühlen des faserverstärkten Kunststoffs das fertige Bauteil der Form entnommen wird.
Die Veredelung der Oberfläche des Bauteils kann mit dem Folien-Hinterpressen oder dem Folien-Resin-Transfer-Moulding (Folien-RTM) erfolgen. Beim Folien- Hinterpressen wird die vorgeformte Folie auf eines der formgebenden Werkzeuge einer Presse, in die Matrize oder auf die Patrize, gelegt, der faserverstärkte Kunststoff in Form einer Matte oder eines Plastifikates auf das Gegenstück des Werkzeugs der Presse gelegt und mit einem auf die Zusammensetzung dieses Halbzeugs abgestimmten Pressverfahren die vorgeformten Folie mit der Matte oder dem Plastifikat verbunden.
Das Folien-Resin-Transfer-Moulding erfolgt in einer geschlossenen Form, die den geschlossenen Presswerkzeugen, Matrize und Patrize, einer Presse vergleichbar ist. In die Form wird die vorgeformte Folie und unter deren Kavität eine Fasermatte, also nur die Faserverstärkung, eingelegt. Die evakuierte Form wird in bekannter Weise mit einem Gemisch aus Harz und Härter gefüllt, wobei die Matte getränkt und die Kavität unter der Folie ausgefüllt wird. Die Form bleibt so lange geschlossen, bis dass das injizierte Harz ausgehärtet ist. Bei offenem Verfahren ist diese Technik ebenfalls denkbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es sowohl durch Folien- Hinterpressen als auch durch Folien-Resin-Transfer-Moulding großformatige Bauteile mit großen Flächen, beispielsweise Kofferraumabdeckungen oder Türelemente, kostengünstig in einer Oberflächenqualität herzustellen, die dem bekannten Folienhinterspritzen vergleichbar ist. Es können jetzt faserverstärkte Kunststoffe und Verarbeitungsverfahren angewendet werden, nach dem sich die erzeugten Oberflächen bisher nur mit dem oben beschriebenen hohen Aufwand veredeln ließen. Die Folien können eingefärbte Schichten oder besonders präparierte Lackschichten enthalten. Als Folien eignen sich insbesondere coextrudierte Zwei- oder Dreischicht-Folien, wie sie auch beim Folienhinterspritzen verwendet werden. Durch die Coextrusion dünner, eingefärbter Kunststoffschichten innerhalb eines Zwei- oder Dreischichtverbundes können Schichten aufgebaut werden, die Lackschichten vergleichbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das Veredeln faserverstärkter Kunststoffe, vorzugsweise mit einer Duroplast- oder Thermoplast-Matrix, ohne Vorbereitung der Oberfläche und ohne Lackierung in einer wesentlich geringeren Anzahl von Arbeitsschritten als nach dem herkömmlichen Verfahren. Für Effektfarben ist ein nachgeschalteter Lackierprozess mit reduziertem Lackieraufwand möglich.
Der Verfahrensablauf beim Folienhinterpressen wird in einem Ablaufschaubild anhand der in den Figuren 1 bis 6 schematisch dargestellten Verfahrensschritte näher erläutert. Im Verfahrensschritt nach Figur 1 wird eine für das Folienhinterpressverfahren geeignete Folie 1 von einer Rolle 2 abgezogen und auf die erforderlichen Größe zugeschnitten. Diese Folie 1 wird im Verfahrensschritt nach Figur 2 auf ein Formwer.kzeug 3 gelegt, das die Topographie der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils aufweist und durch geeignete Einrichtungen, angedeutet durch die Bezugsziffer 4, vorzugsweise unter thermischer Einwirkung, beim Folienpreforming so verformt, dass eine Folie 5 mit der Topographie der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils entsteht. Nach dem hier nicht dargestellten Entfernen überstehender Grate und Werkstoffreste wird die vorgeformte Folie 5 im Verfahrensschritt nach Figur 3 in die Matrize 6 einer schematisch dargestellten Presse 7 gelegt. Die Kontur der Patrize 8 berücksichtigt die Wandstärke des zu erzeugenden Bauteils. Im Verfahrensschritt nach Figur 4 wird ein Halbzeug 9 aus faserverstärktem Kunststoff unter die Kavität der Folie 5 in die Presse 7 eingelegt, so dass die vorgeformte Folie 5 die Außenfläche, die Schauseite, also die sichtbare und der Umwelt ausgesetzte Seite des Werkstücks wird. Im Verfahrensschritt nach Figur 5 erfolgt ein auf das Halbzeug 9 abgestimmtes Umformverfahren, in dem der faserverstärkte Kunststoff den Hohlraum zwischen der Patrize und der vorgeformten Folie 5 ausfüllt und sich deren Kontur anpasst. Als Halbzeug eignen sich insbesondere die faserverstärkten Kunststoffe, die sich durch Fließpressen und thermische Verfahren verformen lassen, insbesondere SMC, GMT und LFT. Die zum Umformen erforderliche Temperatur muss unter einer Temperatur liegen, durch die die Folie 5 geschädigt werden könnte. Nach dem Aushärten des faserverstärkten Kunststoffs beziehungsweise dem Abkühlen wird, wie in Figur 6 gezeigt, die Presse 7 geöffnet und das fertige Bauteil 10 kann entnommen werden, nachdem es beispielsweise durch Auswerfer 11 von der Patrize 8 abgehoben wurde. Nach eventuell erforderlichem Säubern der Kanten von Graten des glasfaserverstärkten Kunststoffs kann das Bauteil verwendet werden. Das Bauteil 10 hat durch die Folie 5 eine gebrauchsfertige Oberfläche, die keiner Nachbearbeitung oder Lackierung mehr bedarf. Für Effektfarben ist ein nachgeschalteter Lackierprozess mit reduziertem Lackieraufwand möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Veredelung von Oberflächen von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen, die sich durch Fließpressen oder thermisches Umformen verformen lassen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst auf einem Formwerkzeug, das die Topographie der Oberfläche des Bauteils aufweist, eine Kunststofffolie aufgelegt wird, dass die Folie bereits die endgültigen gewünschten Eigenschaften hinsichtlich der Beschaffenheit und gegebenenfalls der Farbgebung der Oberfläche aufweisen kann, dass die Folie entsprechend der Topographie der Oberfläche des Bauteils verformt wird, dass die vorgeformte Folie in eine entsprechende Form eingelegt wird, dass ein faserverstärkter Kunststoff, vorzugsweise mit einer Duroplast- oder Thermoplast-Matrix, mit einem auf die Zusammensetzung des Halbzeugs abgestimmten Verfahren auf die Seite der vorgeformten Folie aufgebracht wird, die nicht die Oberfläche ist und dass und nach dem Aushärten oder Abkühlen des faserverstärkten Kunststoffs das fertige Bauteil der Form entnommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeformte Folie auf eines der formgebenden Werkzeuge einer Presse, in die Matrize oder auf die Patrize, gelegt wird, dass der faserverstärkte Kunststoff in Form einer Matte oder eines Plastifikates auf das Gegenstück des Werkzeugs der
Presse gelegt wird und dass mit einem auf die Zusammensetzung dieses Halbzeugs abgestimmten Pressverfahren die vorgeformten Folie mit der Matte oder dem Plastifikat verbunden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoffe und Halbzeuge faserverstärkte Kunststoffe verwendet werden, die nach dem
Langfaserverstärkten-Thermoplast- (LFT-) Verfahren, dem
Glasmattenverstärkten-Thermoplast- (GMT-) Verfahren oder dem Sheet- Moulding-Compound- (SMC-) Verfahren hergestellt worden sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeformte Folie in eine Form eingelegt wird, dass unter die Kavität der Folie eine Fasermatte gelegt wird, dass die Form geschlossen und mit einem Gemisch aus Harz und Härter gefüllt wird und dass die Form so lange geschlossen bleibt, bis dass das injizierte Harz ausgehärtet ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststofffolie mit einer Lackschicht zur Veredelung der Oberfläche des Bauteils verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweischichtige oder dreischichtige coextrudierte Folie mit einer durchgefärbten Schicht zur Veredelung der Oberfläche des Bauteils verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die folienveredelte Oberfläche des Bauteils mit Effektfarben lackiert wird.
8. Bauteil aus faserverstärkten Kunststoffen, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine entsprechend der Topographie der Oberfläche des Bauteils vorgeformte Kunststofffolie, die bereits die endgültigen gewünschten Eigenschaften hinsichtlich der Beschaffenheit und gegebenenfalls der Farbgebung der Oberfläche aufweisen kann, auf einem faserverstärkten Kunststoff, vorzugsweise mit einer Duroplast- oder Thermoplast-Matrix.
9. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie eine Lackschicht zur Veredelung der Oberfläche des Bauteils aufweist.
10. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Folie eine zweischichtige oder dreischichtige coextrudierte Folie mit einer durchgefärbten Schicht zur Veredelung der Oberfläche des Bauteils ist.
1. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die folienveredelte Oberfläche des Bauteils mit Effektfarben lackiert ist.
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