WO2006097006A1 - Formeinlagefolie , formverfahren sowie kunststoffgebilde - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates generally to the manufacture of monochromatic or polychromatic labels, images and / or patterns, i. "decorated” arti- none made of plastic and especially in-mold films (in-mold films or inmould labeis), as they are known per se in the injection molding technology and are placed in a mold where they during injection molding with the are joined in the mold injected liquid polymer material and form the decoration after its solidification and removal from the mold on the resulting mold.
  • in-mold films in-mold films or inmould labeis
  • mold inserts have hitherto been limited to practically the relatively expensive injection molding technique.
  • mold inserts having more cost-effective thermoforming techniques such as e.g. Thermoforming process to use.
  • thermoforming techniques such as e.g. Thermoforming process to use.
  • thermoforming process where not the molten mass solidified in the mold as in the injection molding, but in which one layer thermoplastic deformable polymer composition - called molding layer here - brought in a thermoplastic but contiguous state in a mold and adapted in this by tensile or suction or compressive forces of the mold, ie is formed.
  • molding layer here - brought in a thermoplastic but contiguous state in a mold and adapted in this by tensile or suction or compressive forces of the mold, ie is formed.
  • compression molding vacuum forming, rubber sacking and blow molding.
  • a first object of the invention is therefore to provide a mold insert film for a thermoforming method of the type just mentioned, ie, such a continuous or coherent molding layer of thermoplastically deformable polymer material in the plastic state in a mold or pressed and thereby connected to a mold liner, without it comes under normal working conditions, ie in a normal atmosphere, to air pockets, resulting in an unusable appearance of the obtained lead decorated plastic structure.
  • Another object of the invention are mold inserts with which the formation of shrink grooves can be reliably prevented, both in thermoforming process and in injection molding.
  • the invention provides a method for producing a shaped body having the features of claim 6 and the preferred embodiments of claims 7-11 and molded plastic structures having the features of claim 12.
  • the surface of the mold insert film is structured or "embossed", for example, by embossing, pressing, rolling and the like molding process, this designation not being dependent on the type of process used. but that the surface structure obtained in each case gives the appearance, as it is usually regarded as embossing and is generally characterized in that the surface on at least one side has a plurality of evenly distributed on the surface depressions.
  • the structuring produced by embossing can be more or less pronounced on the outside of the finished plastic structure, ie either lead to a more or less pronounced reduction in the thickness of the embossed film or have the same film thickness in the embossing, as the non-embossed film , This will be explained in more detail below.
  • novel molding process and mold inlay films according to the invention are suitable for the production of practically even or uniform, ie. flat curved structures, e.g. by rolling, as well as for the production of highly profiled objects, such as cups, dishes, packaging and the like suitable, in particular and according to a preferred embodiment by deep drawing, from the polymer materials commonly used in plastics processing technology.
  • polymer materials are here generally synthetic macromolecular substances, individually or in mixtures and with or without additives, such as plasticizers, fillers, pigments, stabilizers, modifiers, flame retardants, UV filters and the like understood, as they are known and customary for thermoforming processes.
  • additives such as plasticizers, fillers, pigments, stabilizers, modifiers, flame retardants, UV filters and the like understood, as they are known and customary for thermoforming processes.
  • the polymer content of such compositions may consist of homopolymers, copolymers or polymer blends and be processed together with allfalligen additives to films or plates that can bring at least temporarily in a thermally softened state, as usually by heating a preformed plastic sheet or film or by Further processing of a still present in a thermally plastic state polymer layer immediately after their preparation, eg by rolling or casting, is achieved.
  • Bulks are polyalkanes such as polyethylene and polypropylene, polyvinyl polymers such as modified polystyrenes, polycarbonates, polyesters, polyethers, thermoplastic polyurethanes, and the like.
  • Typical thicknesses of the molding layer are in the range of about 50 microns to about 50 mm, but neither the lower nor the upper limit is critical and depends on various parameters, such as shape depth, shape size and the intended use of the molded parts produced therefrom. In this case, both uniform molding layers as well as those of a plurality of components can be used, as obtainable by coextrusion or other methods for producing multilayer or coated layers of polymer material.
  • molded liner sheets for the invention consist essentially of thermoplastic polymer composition, this is not absolutely critical in that other films, including those made of metal such as aluminum, or metal-plastic composite sheets may be useful in the process of the present invention if they conform to the formation embossed surfaces or can be provided by appropriate methods with an embossed surface and at least on the side which is to form the interface with the molding layer, with the polymer composition of the molding layer is compatible and, if necessary, coated with a polymer acting as a primer.
  • Typical thicknesses of such films range between about 10 ⁇ m and about 1000 ⁇ m, e.g. 10-100 .mu.m, which are printed in a customary manner for Formeinlage- films in order to give the articles produced therewith the desired appearance.
  • Foils suitable for the invention as mold-in films are known and commercially available. Before being used, they are provided with the desired decoration or lettering by different methods, for example gravure, flexographic, screen, offset and letterpress printing, but also in other ways, for example by sublimation printing or photo-optical methods, namely on the side. which is located in the finished structure on an outer side, since most printing inks prevent the formation of a solid compound. However, by way of exception, for example with screened prints or with correspondingly bondable printing ink compositions, it is also possible to apply the decorative layer on the side which is to be connected to the molding layer.
  • the mold insert film can also have coatings which, for example coatings with adhesion promoters, modify the surface behavior in a desired manner, for example in order to increase the wettability for the polymer material of the molding and / or to impart certain surface properties to the outside of the molding.
  • coatings which, for example coatings with adhesion promoters, modify the surface behavior in a desired manner, for example in order to increase the wettability for the polymer material of the molding and / or to impart certain surface properties to the outside of the molding.
  • the known mold inserts with self-adhesive layers are not preferred for cost reasons, not least for the invention.
  • the boundary layer between the molding layer and the mold insert film is structured by embossing in order to avoid the formation of air inclusions between these layers.
  • embossing in order to avoid the formation of air inclusions between these layers.
  • Forming films according to the invention for use in injection molding processes must always have an embossing structure which, according to the invention, serves to avoid shrinking grooves and air inclusions.
  • the effective local film thickness will vary depending on whether the smooth side removal is measured from a bump (or the common plane of the highest bumps) or from a bump (or common plane of the deepest bumps).
  • the effective local film thickness can be fundamentally different.
  • double-sided embossing is preferred in which the protuberances on one side of the film substantially coincide with the depressions on the other side of the film and the effective local film thickness of the embossed film is practically the thickness of the unembossed film.
  • a film is always one side of a film according to the invention and preferably the on the outside of the finished product side with a decorative layer normally obtained by printing (font and / or bilograms and / or pattern) provided.
  • the embossment depth is in the range of about 5% to about 200%, preferably about 10% to about 100%, of the thickness of the liner.
  • an embossing depth of the respective surface of at least about 1 ⁇ m, and preferably more than 5 ⁇ m, especially at least about 10 ⁇ m is suitable.
  • the term “embossing depth” or “structure depth” is used to denote the difference, expressed in units of length, between the uppermost common level of all "mountains” and the lowest common depth of all “valleys” on one and only one side of the film. In other words, in double-sided embossed film, the embossing depth on only one of the two sides is considered to be the relevant one.
  • both the molding layer and the mold insert film are structured or embossed, correspondingly smaller absolute values than those just indicated are also suitable.
  • the structure depth can also be higher than just stated, if the polymer material of the molding layer is correspondingly flowable. Also, the optimum structure depth of the molding layer can be determined for given polymer materials with a few simple experiments.
  • the patterning should preferably be virtually free of closed areas, i. in other words, form an "open pattern". This is to characterize a surface structure in which the highest mountains lying in a common plane do not form any ring-shaped or polygonal "ponds” or “lakes" with each other. However, this is not necessary to avoid shrinking grooves.
  • the structuring or embossing of the surface of the molding layer or / and of the mold insert film intended for the mutual contact in the molding tool during thermoforming and other thermoforming processes can be carried out with very different mechanical properties. methods and tools are achieved.
  • the shaping layer can be guided, for example, in a thermally plastified state, preferably in the course of manufacture or the execution of the thermoforming process, through a pair of rollers, one of which forms the negative of the desired surface structure and the other has a smooth surface.
  • the surface of the molding layer intended for contact with the mold sheet can be provided with the desired structure even in the non-plastic state, e.g. by embossing in a cold state or by contact with a heated tool.
  • the mold insert sheet may be provided with the desired surface texture or embossment before or after printing, e.g. by embossing or pressing between a pair of rollers, one of which is provided with a pattern or a support of a patterned material of sufficient strength and the other roller ("counter roll”) has a smooth surface.
  • Two-sided imprints are available in an analogous manner, if the counter-roller has a rubber-elastic coating and the film is pattern-like pressed into the coating.
  • the surface structuring may be retained in the practice of the method of the invention, e.g. if the structuring or is only on the molding position or if the thermoplastic material of the molding layer fills the structuring of the mold insert sheet. However, this is generally irrelevant to the result of the connection. If desired, a sufficiently strong or double-sided embossed pattern on the outside of a finished plastic structure can emerge and give it an additional haptic design.
  • the polymer material of the molding layer is compatible with the polymer material of the mold insert film, ie can be fused or bonded in order to achieve a connection which is practically only soluble in destruction.
  • the importance and extent of the compatibility of the polymeric materials of the molding layer and the liner are However, in the inventive method usually less critical than in the known so-called in-mold injection molding with mold inserts.
  • thermoforming equipment known for this processing technique and commercially available, e.g. Deep drawing or compression molding tools are used, which are known to those skilled in the art and therefore require no special explanation.
  • the devices known from in-mold injection molding and commercially available devices e.g. Inserting robots are used and also this can refer to the knowledge of the experts and to dispense with a more detailed explanation. But you can also work from roll and the corresponding structure provided labels, for. by punching or other cutting processes in the mold or before form.
  • articles can be made for completely different purposes, e.g. for decorated and / or labeled consumer goods, such as cups, bottles, cans for food or other packaging purposes, for blister packs, lids, liners and trays, housings, lids, sports equipment, hinged packaging, refrigerators, model articles, sanitary ware, trays, skin packaging, plates, promotional items and learning aids, for the interior fittings of land or air vehicles and for many other commodities.
  • consumer goods such as cups, bottles, cans for food or other packaging purposes
  • blister packs, lids, liners and trays, housings, lids, sports equipment, hinged packaging, refrigerators, model articles, sanitary ware, trays, skin packaging, plates, promotional items and learning aids for the interior fittings of land or air vehicles and for many other commodities.
  • Figure 1 is a schematic representation of a thermoforming
  • Figure 2 is a schematic view of a device for structuring a
  • Figure 3 is a schematic view of a device for structuring a
  • FIG. 4 shows a semi-schematic, greatly enlarged perspective illustration of a structured surface of a molding layer or / and a mold insert film according to the invention
  • FIGS. 5A and 5B show the schematic sectional view of films with non-embossed, two-sided and single-sided embossed surfaces
  • FIGS. 5C-5F show various example structured surfaces
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a shrink groove.
  • Fig. 1 schematically illustrates a molding or animal pulling method.
  • the molding layer 11 is brought as a result of a previous manufacturing step or by heating to a temperature in the softening range of the polymer material, so that the molding layer is still coherent and manageable. It is drawn into the mold 10 and optionally by a die (not shown), by applying a negative pressure through the conduit 101 or by means of a (not shown) rubber bag in the mold cavity 101 or pressed or blown.
  • the mold insert sheet 12 is inserted on the walls of the mold 10 and / or at the bottom thereof. If a suction molding process is used and the mold 10 has suction openings 102, it is not necessary to structure the mold insert film in the area of the mammalian openings, provided that the suction effect is sufficient to avoid air pockets between the mold insert sheet 12 and the shaping layer 11.
  • the shaping layer 11 applies to the mold walls and merges or glued to the mold insert sheet 12.
  • the surface of the mold insert sheet 12 is provided on the coming into contact with the molding layer 11 side with a schematically indicated structure 18, whereby the Air in the space 18 can displace during molding, without air pockets between the molding layer 11 and the mold insert sheet 12 to form.
  • the decorative print layer (not shown) is on the outside of the mold sheet 12, i. on the side which bears against the mold 10. The usual during the molding of the type shown schematically in Fig. 1 stamp or retainer for the thermally plastic made molding layer 11 are not drawn for simplicity.
  • thermoforming methods can be used and the customary devices or tools can be used, where in the case of the mold insert films, not only can be applied to planar curved surfaces, but also to curved surfaces in the shape of a kale, since they are generally deformable at least to a limited extent.
  • the mold insert film 12 or 22 can be structured by being guided in the working direction indicated by the arrow 28 through a pair of rollers 20, 25, one roller of which is e.g. smooth and whose other roll has a pattern of protrusions which corresponds to the negative of the structure to be formed on the mold insert sheet 22.
  • the molding layer 11 and 31 can be performed according to the schematic representation of Figure 3 to form the desired structure on a profiling roller 30, if desired under the pressure of a smooth or profiled counter roller also 35th
  • Fig. 4 shows in semi-schematic perspective and greatly enlarged representation of a structure 4, as it is formed according to the invention on the contact side of the mold insert sheet and / or the contact side of the mold layer to the inclusion of air in the molding and - when using an embossed mold liner - also to avoid the formation of a shrinking groove.
  • the depth of the structure illustrated in FIG. 4 is defined by the distance between the plane in which the tips 41 of the pyramidal bulges 40 lie and the common plane of the valleys 42 extending between the pyramids. If a structure of the shape shown in Fig. 4 is to be formed on a mold insert sheet, this is preferably done by two-sided embossing (see Fig. 5A).
  • the pattern or embossing depth is usually at least about 5 microns, but may also be a multiple of this value and, for example, about 10 to about 50 microns molding process, with typical thicknesses of the mold liner in the range of about 20 - 200 microns.
  • FIG. 5 A shows a schematic sectional view of a mold insert film 51 a, which is shown along the vertical dotted line L in an unembossed state with the thickness D a and right of the line L with two-sided embossing and is provided on top with recesses 53 a and projections 54 a which correspond to the depressions 52a and the elevations 55a at the bottom.
  • the thickness d a of the insert liner 51 a in the embossed region to the right of the line L is practically equal to the thickness D a of the unembossed film left of the line L.
  • the "apparent" thickness of the double-sided embossed film 51a is greater by the amount of H than the effective thickness D a or d a .
  • the embossing depth T a of a shape-inserting film 51a according to the invention is usually expediently dimensioned such that the embossing is substantially smoothed under the effect of the pressure occurring during the molding process, unless a certain surface roughness is desired for reasons of haptics.
  • FIG. 5B shows in a similar representation as in Fig. 5 A is a one-sided embossed mold insert film 51b, the line L is shown on the left in unembossed state and there has the thickness D b.
  • the film thickness in the regions between the substantially smooth surface 54b and the recesses is reduced by the depth of embossing T b 52b.
  • FIGS. 5A and 5B are merely schematic representations and show no real dimensions or dimensional relationships.
  • the decorative layer not shown in both representations is usually on that side of the mold insert film, which is adjacent to the mold wall in the molding process and the outside of the finished mold, as is common in conventional mold inserts.
  • FIGS. 5C, 5D, 5E and 5F show some non-exhaustive examples of structures which according to the invention can be used to prevent the formation of air pockets between the mold insert sheet and the mold layer and in each case at least on one of the mold layers directly involved in the composite, ie the mold insert film and / or the molding layer are provided.
  • a structuring obtained by embossing on both sides according to FIG. 5A is preferred in all these forms.
  • embossments can be obtained by using a braid of metal wire, e.g. stainless steel, or plastic monofilaments, e.g. made of Teflon, is applied, which is pressed or embossed when passing through the pair of rollers 20,25 in the mold insert sheet, wherein on the counter-roller preferably an elastic support is arranged, so that the illustrated in Fig. 5A two-sided embossing is formed.
  • a braid of metal wire e.g. stainless steel
  • plastic monofilaments e.g. made of Teflon
  • FIG. 6 shows the schematic sectional view through a cylindrical or conical shaped body (not according to the invention) of a shaping layer 61 and a mold insert film 62 connected thereto.
  • the mold insert film 62 forms in FIG In the region of the side edges 621 of the mold insert film, a groove 611 is formed. It is found that, in particular, the thickness of the mold insert film is shown exaggerated for better representability.
  • the cross-section of the groove may be more or less bead-shaped, which is why the terms “shrinking groove” and “shrinkage bead” are synonymous and in each case designate the phenomenon, which is also called “indentation” or “retraction” in the art.
  • the thickness of the bulge of the molding layer is exaggerated.
  • the "pull" can be very different pronounced, but can be clearly perceive in each case by scanning the finger and prevents a rich fit of a otherwise matching to the molding lid, which would otherwise seal the molding without shrink groove.
  • Example 1 A white oriented polypropylene (OPP) film, commercially available from Treofan Germany GmbH, Raunheim, Germany, under the name EUH, having a thickness of 75 ⁇ m for use as a printable molded liner for PP or PE injection, was produced in a printing unit Shaped by the smooth Roll a sieve of intersecting Teflon ⁇ threads were placed with a thickness of about 0.2 mm and the film was embossed at a compression setting of 0.2 between the coated with the wire roller and the backing roll with rubber coating, so that the one side of the film as embossing a open patterning according to the screen pattern with a depth of about 30 microns showed and the other side was only slightly deformed.
  • OPP organic polypropylene
  • the resulting structured film was manually formed in a thermoforming machine of Adolf Illig, Heilbronn, Germany with a molding layer of unoriented polypropylene with a thickness of 1000 microns in the usual manner according to the operating instructions of the manufacturer by deep drawing to a cup.
  • the mold insert film was uniformly and without air inclusions connected to the molding cup in the resulting cup.
  • the cups obtained showed no retraction, d. H. no shrink groove.
  • the cup thus obtained by deep drawing showed large-scale air pockets and was useless for commercial purposes.
  • an inside bead was visible in the area of the side edges of the mold insert film.
  • Example 1 It was worked as in Example 1 with the following modifications: the molding layer of non-oriented polypropylene having a thickness of 1000 microns before the introduction into the thermoforming system but already passed in a thermally plasticized state on a roll, the surface of a pattern of small, together bordering negative pyramids was provided in a density of about 60 depressions per cm 2 , so that the bottom of the molding layer approximately corresponded to the representation in Figure 4. Furthermore, the film described in Example 1 was used, but in the original and bilaterally smooth state.
  • thermoforming processes of the type noted above.
  • such processes are typically performed with multiple molds that are 20, 40, 80, or more Molded bodies can be produced in one cycle and work with cycle times of 10 -40 per minute.
  • correspondingly powerful machines are required for the introduction of the mold insert films, as is known per se from the injection molding technique.
  • melt-processable synthetic polymer compositions too those of biodegradable materials, such as thermoplastic polylactic acids.

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Abstract

Bekannte Formeinlagefolien können auch für Thermoformverfahren verwendet werden, ohne das es zur Bildung grossflächiger Lufteinschlüsse an der Grenzfläche (15) zwischen der Formeinlagefolie (12) und der Formungslage (11) kommt, wenn die Formeinlagefolie (12) mit einer Struktur bzw. Prägung versehen wird. Ausserdem kann bei Thermoformverfahren, aber auch bei Spritzgussverfahren, die Bildung von Schrumpf rillen (611) vermieden werden. Eine Formeinlagefolie (12) , ein Formverfahren sowie ein Kunststoffgebilde werden beansprucht .

Description

FORMEINLAGEFOLIE, FORMVERFAHREN SOWIE KUNSTSTOFFGEBILDE
Die Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von mit mono- oder polychromatischen Beschriftungen, Bildern und/oder Mustern versehenen, d.h. "dekorierten" Arti- kein aus Kunststoff und speziell Formeinlagefolien (engl.: in-mould films oder in- mould labeis), wie sie an sich in der Spritzgusstechnik bekannt sind und dabei in eine Form eingelegt werden, wo sie während des Spritzgiessens mit dem in die Form eingespritzten flüssigen Polymermaterial verbunden werden und nach dessen Erstarrung und Entnahme aus der Form auf dem erhaltenen Formgebilde die Dekoration bilden.
Die Verwendung solcher Formeinlagefolien ist jedoch bisher praktisch auf die verhältnismässig kostspielige Spritzgusstechnik beschränkt. Aus Gründen der Kosten- minimierung wäre es aber auch wünschbar, Formeinlagefolien mit kostengünstigeren Thermoformungsverfahren, wie z.B. Tiefziehverfahren, verwenden zu können. Dies würde jedoch nach dem bisherigen Stand der Technik nur unter Vakuumbedingungen, wie z.B. in US-A-5 061 333 beschrieben, zu einer akzeptablen Verbindung der Formeinlagefolie mit der Formungsfolie ohne unerwünschte Lufteinschlüsse zwischen der Dekorfolie und der Formfolie führen, was aus wirtschaftlichen Gründen für die Massenfertigung der Verpackungsindustrie nicht allgemein praktikabel ist.
Die zur vorliegenden Erfindung führenden Versuche haben gezeigt, dass es bei einer praxisgerechten Durchführung solcher Thermoformungsverfahren in Gegenwart von Gas bzw. Luft an der Grenzfläche zwischen der plastischen Formungslage und der Formeinlagefolie zu blasenförmigen Lufteinschlüssen kommt, die ein normalerweise nicht akzeptables Aussehen der erhaltenen dekorierten Kunststoffartikel zur Folge haben. Ausserdem kommt es nach bisherigem Stand der Technik bei solchen Versuchen zu einem "Einziehen", d.h. der Bildung einer rillen — oder wulstförmigen Schrumpfver- formung .
Versuche, die Formeinlagefolien zur Verwendung für Tiefziehverfahren mit feinen Perforationen in gleichmässiger Verteilung zu versehen ("diskontinuierliche" Folien) lieferten bisher Ergebnisse, die für eine kommerzielle Fertigung häufig nicht akzeptabel sind, weil es oft zu unansehnlichen blasenförmigen Lufteinschlüssen an der Grenz- fläche kommt. Auch Versuche zur Verwendung von Formeinlagefolien auf der Basis von "geschlossenen" ("massiven" oder "kontinuierlichen") Folien, d.h. solchen ohne makroskopische Perforationen, die wegen ihrer molekularen Struktur ausreichend permeabel für Gas bzw. Luft sind, führten nicht zu einer praktikablen Lösung, zumal die im Ergebnis normalerweise praktisch nicht gasdurchlässige Druckschicht diesem Ansatz entgegen wirkt. Analoges gilt auch für die aus US-A 4 474725 bekannten und relativ grossen Durchbrechungen in der Einlagefolie.
Schliesslich führten auch Versuche, die Schmelzeigenschaften der Formeinlage- folien oder ihrer Oberflächen zu modifizieren, nicht zu einem sicheren Ausschluss der Bildung von Lufteinschlüssen zwischen der Formeinlagefolie und der für Tiefziehverfahren typischen Formungslage aus bahnförmig zusammenhängender, plastischer Polymermasse. Aus US-A 3 203 611 ist es zur Herstellung von Trinkbehältera mit thermisch isolierenden Ausschenschichten bekannt, in einer Form einen vorgeformten Aussenkör- per aus Schaumstoff innnenseitig durch Blasformen mit einer Kunststofflage zu verbinden. Hierbei kann der Aussenkörper mit Rillen, Perforationen oder mit einer aussenseti- gen Profϊlierung versehen werden. Hierbei sind weder Schrumpfverformungen noch Lufteinschlüsse zwischen dem isolierenden Aussenkörper und der angeformten Innenlage weder von kritischer Bedeutung bedeutsam noch mit Sicherheit zu vermeiden.
Dies alles gilt aber nicht nur für Tiefziehverfahren sondern für alle im Vergleich zu Spritzgussverfahren weniger kostspieligen Kunststoff-Formungsverfahren, die allgemein als Thermoformungsverfahren bezeichnet werden und bei denen sich nicht wie beim Spritzgussverfahren die geschmolzene Masse erst in der Form verfestigt, sondern bei denen eine Lage aus thermoplastisch verformbarer Polymermasse - hier Formungslage genannt - in thermoplastischem aber zusammenhängenden Zustand in eine Form gebracht und in dieser durch Zug- beziehungsweise Sog- oder Druckkräfte der Form angepasst, d.h. ausgeformt wird. Beispiele solcher Verfahren sind ausser dem häufig bevorzugten Tiefziehverfahren das Formpressen, die Vakuumformung, das Gummi- sackverfahren und die Blasformung.
Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Formeinlagefolie für ein Thermoformungsverfahren der eben angegebenen Art zu bieten, d.h. ein solches, bei dem eine zusammenhängende oder kohärente Formungslage aus thermoplastisch verformbarem Polymermaterial in plastischem Zustand in eine Form gezogen oder gepresst und dabei mit einer Formeinlagefolie verbunden wird, ohne dass es unter gewöhnlichen Arbeitsbedingungen, d.h. in normaler Atmosphäre, zu Lufteinschlüssen kommt, die zu einem unbrauchbaren Aussehen des erhaltenen dekorierten Kunststoffgebildes führen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung sind Formeinlagefolien, mit welchen die Bildung von Schrumpfrillen sicher verhindert werden kann, und zwar sowohl bei Ther- moformungsverfahren als auch bei Spritzgussverfahren.
Diese Aufgaben werden gemäss einer ersten allgemeinen Ausführungsform der Erfindung durch eine Formeinlagefolie mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsfoπnen der erfϊndungsgemässen Formeinlagefolie haben die Merkmale der Ansprüche 2 - 5.
Gemäss weiteren Ausführungsformen bietet die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit den Merkmalen von Anspruch 6 und den bevorzugten Ausführungsformen der Ansprüche 7 - 11 sowie geformte Kunststoffgebilden mit den Merkmalen von Anspruch 12.
Überraschenderweise wurde in den zur Erfindung führenden Untersuchungen gefunden, dass sich die Bildung von Lufteinschlüssen bei Verwendung von Formeinlagefolien bei Tiefzieh- und ähnlichen Formverfahren, die nicht wie das Spritzgussverfahren mit praktisch flüssiger Polymermasse sondern mit bahn- oder blattförmigen, aber ther- misch plastifizierten Polymerlagen arbeiten, blasenförmige Lufteinschlüsse durch eine vorgängige Strukturierung der Grenzfläche zwischen der Formeinlagefolie und der Formungslage verhindert werden, und dass auf diese Weise auch die Bildung von Schrumpfrillen nicht nur bei Thermoformverfahren sondern auch beim Spritzgussverfahren sicher vermieden werden kann.
In der Praxis wird hierzu gemäss der Erfindung die Oberfläche der Formeinlagefolie z.B. durch Prägen, Pressen, Walzen und dergleichen Formverfahren strukturiert bzw. „geprägt", wobei diese Bezeichnung nicht von der Art des angewendeten Verfah- rens abhängt, sondern davon, dass die jeweils erzielte Oberflächenstruktur das Aussehen ergibt, wie es üblicherweise als Prägung angesehen wird und allgemein dadurch charakterisiert ist, dass die Oberfläche auf mindestens einer Seite eine Vielzahl von auf der Oberfläche gleichmässig verteilten Einsenkungen aufweist. Die durch Prägen erzeugte Strukturierung kann sich an der Aussenseite des fertigen Kunststoffgebildes mehr oder weniger stark abzeichnen, d.h. entweder zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Verminderung der Dicke der geprägten Folie fuhren oder aber im Bereich der Prägungen die gleiche Foliendicke aufzuweisen, wie die nicht geprägte Folie. Dies wird weiter unten noch ausführlicher erläutert.
Das erfindungsgemässe Formverfahren und die erfindungsgemässen Formeinlagefolien sind sowohl zur Herstellung von praktisch ebenen oder gleichmässig, d.h. flächig gekrümmten Gebilden, z.B. durch Walzen, als auch zur Herstellung von stark profilierten Gegenständen, wie Bechern, Geschirr, Verpackungen und dergleichen geeignet, insbesondere und gemäss einer bevorzugten Ausfuhrungsform durch Tiefziehen, aus den in der Kunststoff- Verarbeitungstechnik üblichen Polymermaterialien.
Als Polymermaterialien werden hier allgemein synthetische makromolekulare Substanzen, einzeln oder in Mischungen und mit oder ohne Zusätze, wie Weichmacher, Füllstoffe, Pigmente, Stabilisatoren, Modifikatoren, Flammhemmittel, UV-Filter und dergleichen verstanden, wie sie für Thermoformungsverfahren bekannt und üblich sind. Der Polymeranteil solcher Massen kann aus Homopolymeren, Copolymeren oder Polymermischungen bestehen und zusammen mit allfalligen Zusätzen zu Folien oder Platten verarbeitet werden, die sich mindestens vorübergehend in einen thermisch erweichten Zustand bringen lassen, wie dies meist durch Erwärmen einer vorgeformten Kunststofflage oder -folie oder aber durch Weiterverarbeiten einer noch in thermisch plastischem Zustand vorliegenden Polymerlage unmittelbar anschliessend an ihre Herstellung, z.B. durch Walzen oder Giessen, erzielt wird.
Typische nicht abschliessende Beispiele für die Polymerkomponente solcher
Massen sind Polyalkane, wie Polyethylen und Polypropylen, Polyvinylpolymere, wie modifizierte Polystyrole, Polycarbonate, Polyester, Polyether, thermoplastische Polyurethane und dergleichen. Typische Dicken der Formungslage liegen im Bereich von etwa 50 μm bis etwa 50 mm, wobei jedoch weder die untere noch die obere Grenze kritisch ist und von verschiedenen Parametern, wie Formtiefe, Formgrösse und dem Verwendungszweck der daraus hergestellten Formteile abhängt. Dabei können sowohl einheitliche Formungslagen als auch solche aus mehreren Komponenten verwendet werden, wie sie durch Co- Extrusion oder andere Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen oder beschichteten Lagen aus Polymermaterial erhältlich sind.
Als Formeinlagefolien (engl.: in-mold films) sind hier zunächst prinzipiell alle
Folien der Art geeignet, wie sie für Spritzgussverfahren bereits verwendet werden. Dabei können sowohl einlagige als auch mehrlagige Folien verwendet werden, wie sie durch Co-Extrusion, Extrusionsbeschichtung oder anderen bekannten Verfahren erhalten werden können und auch geschäumte Lagen aufweisen können. Obwohl bevorzugte Formeinlagefolien für die Erfindung im wesentlichen aus thermoplastischer Polymermasse bestehen, ist dies insofern nicht absolut kritisch, als auch unter Umständen andere Folien einschliesslich solcher aus Metall, wie Aluminium, oder Metall- Kunststoffverbundfolien für das erfindungsgemässe Verfahren brauchbar sind, wenn sie die Bildung entsprechend geprägter Flächen ermöglichen bzw. sich durch entsprechen- de Verfahren mit einer geprägten Oberfläche versehen lassen und mindestens auf der Seite, welche mit der Formungslage die Grenzfläche bilden soll, mit der Polymermasse der Formungslage kompatibel ist und nötigenfalls mit einem als Haftvermittler wirkenden Polymer beschichtet ist. Typische Dicken solcher Folien liegen im Bereich zwischen etwa 10 μm und etwa 1000 μm, z.B. 10 - 100 μm, die in einer für Formeinlage- folien üblichen Weise bedruckt sind, um den damit hergestellten Artikeln das gewünschte Aussehen zu geben.
Für die Erfindung als Formeinlagefolien geeignete Folien sind bekannt und im Handel erhältlich. Sie werden vor der Verwendung nach unterschiedlichen Verfahren, z.B. Tief-, Flexo-, Sieb-, Offset- und Buchdruck aber auch auf andere Weise, z.B. durch Sublimationsdruck oder photooptische Verfahren mit der gewünschten Dekoration bzw. Beschriftung versehen, und zwar auf der Seite, die im fertigen Gebilde an einer Aussen- seite liegt, da die meisten Druckfarben die Bildung einer festen Verbindung verhindern. Ausnahmsweise, z.B. bei gerasterten Drucken oder mit entsprechend bindungsfähigen Druckfarbenmassen ist es allerdings auch möglich, die Dekorschicht an der Seite aufzubringen, die mit der Formungslage verbunden werden soll. Die Formeinlagefolie kann auch Beschichtungen aufweisen, die, wie z.B. Beschichtungen mit Haftvermittler, das Oberflächenverhalten in einer gewünschten Weise modifizieren, beispielsweise um die Benetzbarkeit für das Polymermaterial des Formkörpers zu erhöhen und/oder der Au- ssenseite des Formkörpers bestimmte Oberflächeneigenschaften zu verleihen. Die bekannten Formeinlagefolien mit Selbstklebeschichten hingegen werden nicht zuletzt aus Kostengründen für die Erfindung nicht bevorzugt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren ist die Grenzschicht zwischen Formungslage und Formeinlagefolie durch Prägen strukturiert, um die Bildung von Lufteinschlüssen zwischen diesen Schichten zu vermeiden. Dies bedeutet, dass zum Zeitpunkt des Zusammenführens der Formungslage mit der Formeinlagefolie die Formungslage selbst und/oder die Formeinlagefolie im Bereich des Kontaktes miteinander, d.h. jeweils an den einander zugewandten Seiten ihrer Oberflächen, eine solche Struktur aufweisen. Bei ausreichender Strukturierung der Formungslage sollte es möglich sein, die Bildung von Luftblasen an der Grenzfläche auch mit einer nicht strukturierten bzw. geprägten, d.h. nicht erfindungsgemässen Formeinlagefolie zu erreichen, doch kann es dann zur BiI- düng von Schrumpfrillen kommen, weshalb die Verwendung von ungeprägten Formeinlagefolien für das erfϊndungsgemässe Verfahren nicht bevorzugt wird.
Erfϊndungsgemässe Formeinlagefolien zur Verwendung in Spritzgussverfahren müssen stets eine Strukturierung nach Art einer Prägung aufweisen, die erfindungsge- mäss zur Vermeidung vom Schrumpfrillen und von Lufteinschlüssen dient.
Spezielle Angaben und Beispiele finden sich weiter unten in der Beschreibung. Wegen der grossen Zahl von Parametern, die das Ergebnis beeinflussen können, wie unterschiedliche Polymertypen und Polymer-Strukturvariablen für die Formeinlagefoli- en einerseits und die Formungslage bzw. die Spritzgussmasse andererseits sowie die
Verfahrensbedingungen beim Ausformen ist eine abschliessende Angabe nicht möglich, kann jedoch im gegebenen Fall anhand von einigen wenigen und einfachen Versuchen auf Grund der hier gegebenen Lehren ermittelt werden. Es wurde gefunden, dass blasenformige Lufteinschlüsse und Schrumpfrillen mit ganz unterschiedlichen regelmässigen oder unregelmässigen geprägten Oberflächenstrukturen der Formeinlagefolie vermieden werden können. Allgemein wird als „Prä- gung" bzw. als "geprägte" oder "strukturierte" Oberfläche hier eine nicht völlig planare sondern eine solche Oberfläche verstanden, die verteilte Erhebungen ("Berge") und Einsenkungen ("Täler") besitzt, vorzugsweise in gleichmässiger Verteilung.
Zur Vereinfachung wird für die nachfolgende Erläuterung ein homogenes Prä- gungsmuster angenommen, d.h. die höchsten Erhebungen liegen in einer gemeinsamen Ebene während die tiefsten Einsenkungen ebenfalls auf einer gemeinsamen Ebene liegen, die von der Ebene der höchsten Erhebungen um die Differenz zwischen der unge- prägten Foliendicke und der maximalen Prägungstiefe entfernt ist.
Dabei ist zu unterscheiden zwischen einer einseitigen Prägung, bei der alle Erhebungen und Einsenkungen auf derselben Seite der Folie liegen während die andere Seite der Folie praktisch eben oder "glatt" ist, und einer zweitseitigen Prägung, bei der beide Seiten der Folie mit Erhebungen und Einsenkungen versehen sind. Bei einseitig geprägten Folien ist die effektive örtliche Foliendicke unterschiedlich, je nachdem ob man die Entfernung der glatten Seite von einer Erhebung (bzw. der gemeinsamen Ebene der höchsten Erhebungen) oder von einer Einsenkung (bzw. der gemeinsamen Ebene der tiefsten Einsenkungen) misst.
Auch bei beidseitig geprägten Folien kann die effektive örtliche Foliendicke grundsätzlich unterschiedlich sein. Für viele Zwecke der Erfindung wird jedoch eine beidseitige Prägung bevorzugt, bei welcher die Erhebungen auf der einen Seite der Folie mit den Einsenkungen auf der anderen Folienseite im wesentlichen übereinstimmen und die effektive örtliche Foliendicke der geprägten Folie praktisch der Dicke der ungepräg- ten Folie ist.
Unabhängig davon, ob eine Folie mit einseitiger oder zweiseitiger Prägung verwendet wird, ist stets eine Seite einer erfmdungsgemässen Folie und vorzugsweise die beim fertigen Produkt aussen liegende Seite mit einer normalerweise durch Bedrucken erhaltenen Dekorschicht (Schrift- und/oder Bilzeichen und/oder Muster) versehen.
Es wird angenommen, dass die Wirkungsmechanismen, welche zur Vermeidung von Lufteinschlüssen führt sowohl mit einseitig als auch mit doppelseitig geprägten Folien erzielt werden kann. Zur Vermeidung von Schrumpfrillen ist jedoch in der Regel eine doppelseitige Prägung wirksamer, weshalb solche doppelseitig geprägten Folien mit einer aussenseitigen Dekorschicht eine besonders bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung darstellen. Die Bezeichnungen "aussenseitig" bzw. "innenseitig" im Zusam- menhang mit den Folien beziehen sich dabei jeweils auf die Seite der Folie, die beim fertigen Formkörper aussen liegt.
Schrumpfrillen würden gemäss diesen Modellvorstellungen dadurch vermieden, dass die vorzugsweise doppelseitige Prägung der Folie eine ausreichende Streckfahig- keit verleiht und Lufteinschlüsse dadurch vermeidet, dass sich an der Grenzfläche keine das Aussehen störenden zusammenhängenden grossen blasenformigen Lufteinschlüsse bilden können.
Im typischen Fall liegt die Prägungstiefe im Bereich von etwa 5% bis etwa 200%, vorzugsweise etwa 10% bis etwa 100% der Dicke der Formeinlagefolie. In absoluten Zahlen ist für viele Zwecke der Erfindung eine Prägungstiefe der jeweiligen Oberfläche von mindestens etwa 1 μm und vorzugsweise mehr als 5 μm, insbesondere mindestens etwa 10 μm geeignet. Als "Prägungstiefe" bzw. "Strukturtiefe" wird dabei die in Längeneinheiten angegebene Differenz zwischen der obersten gemeinsamen Ebe- ne aller "Berge" und der untersten gemeinsamen Tiefe aller "Täler" auf einer und nur einer Seite der Folie bezeichnet. Mit anderen Worten wird bei doppelseitig geprägten Folie die Prägungstiefe auf nur einer der beiden Seiten als die hier relevante Grosse angesehen.
Der terminologische Unterschied zwischen "Prägung" und "Struktur" ist dadurch bedingt, dass "Prägung" ein im wesentlichen festes Material voraussetzt. Bei der thermisch plastifizierten Formungslage, deren für die Grenzschicht bestimmte Seite gemäss einer Ausfuhrungsform des erfϊndungsgemässen Verfahrens ebenfalls mit einer Vielzahl von kleinen Einsenkungen und Erhebungen versehen werden kann, wird daher die Bezeichnung "strukturieren" bzw. "strukturiert" in Bezug auf eine gegebene Oberfläche der Sachlage besser gerecht, als die Bezeichnung "prägen" bzw. "geprägt".
Wenn sowohl die Formungslage als auch die Formeinlagefolie strukturiert bzw. geprägt ist, sind auch entsprechend kleinere absolute Werte als die eben angegebenen geeignet. Die Strukturtiefe kann jedoch auch höher als eben angegeben liegen, wenn das Polymermaterial der Formungslage entsprechend fliessfähig ist. Auch das Optimum der Strukturtiefe der Formungslage kann für gegebene Polymermaterialien mit wenigen einfachen Versuchen festgestellt werden.
Um störende Lufteinschlüsse zwischen der Formfolie und der Formeinlage sicher zu vermeiden, sollte die Strukturierung bzw. Prägung vorzugsweise praktisch frei von geschlossenen Bereichen sein, d.h. mit anderen Worten ein "offenes Muster" bilden. Damit soll eine Oberflächenstruktur charakterisiert werden, bei der die höchsten, in einer gemeinsamen Ebene liegenden Berge miteinander keine ringförmigen oder polygonalen "Teiche" oder "Seen" bilden. Zur Vermeidung von Schrumpfrillen ist dies jedoch nicht erforderlich.
Schematische Beispiele von Strukturen zur Vermeidung von Lufteinschlüssen werden anhand der Zeichnungen noch eingehender erläutert. Modellhaft als Beispiel einer erfindungsgemäss geeigneten Struktur ist ein Feld aus gleichförmigen Erhebungen in Form von Kegeln, Pyramiden oder Kalotten, deren oberen Enden gemeinsam eine höchste gemeinsame Ebene definieren und wobei die Räume zwischen den Erhebungen miteinander in Verbindung stehen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Struktur geometrisch gleichförmig oder homogen sein muss. Vielmehr können auch unregelmässige Strukturen verwendet werden, sofern sie ein durchwegs "offenes Muster" bilden. Strukturen dieser Art können auf Folien durch einseitige oder doppelseitige Prägung gebildet werden
Die Strukturierung bzw. Prägung der beim Tiefziehen und anderen Thermoform- verfahren für den gegenseitigen Kontakt im Formungswerkzeug bestimmten Oberfläche der Formungslage oder/und der Formeinlagefolie kann mit ganz unterschiedlichen Me- thoden und Werkzeugen erzielt werden. Die Formungslage kann z.B. in thermisch pla- stifiziertem Zustand, vorzugsweise im Zuge der Fertigung oder der Durchführung des Thermoformverfahrens durch ein Walzenpaar geführt werden, von denen die eine das Negativ der gewünschten Oberflächenstruktur bildet und die andere eine glatte Oberflä- che hat.
Andererseits kann die für den Kontakt mit der Formeinlagefolie bestimmte Oberfläche der Formungslage auch in nicht-plastischem Zustand mit der gewünschten Struktur versehen werden, z.B. durch Prägen in kaltem Zustand oder durch Kontakt mit ei- nem beheizten Werkzeug.
Die Formeinlagefolie kann vor oder nach dem Bedrucken mit der gewünschten Oberflächenstruktur bzw. Prägung versehen werden, z.B. durch Prägen oder Pressen zwischen einem Walzenpaar, von dem die eine Walze mit einem Muster versehen ist oder eine Auflage aus einem gemusterten Material ausreichender Festigkeit trägt und die andere Walze ("Gegenwalze") eine glatte Oberfläche besitzt. Zweiseitige Prägungen sind in analoger Weise erhältlich, wenn die Gegenwalze einen gummielastischen Belag besitzt und die Folie musterartig in den Belag hineingedrückt wird.
Die Oberflächenstrukturierung kann bei der Durchführung des erfmdungsgemä- ssen Verfahrens erhalten bleiben, z.B. wenn die Strukturierung bzw. sich nur auf der Formungslage befindet oder wenn das thermoplastische Material der Formungslage die Strukturierung der Formeinlagefolie ausfüllt. Für das Ergebnis der Verbindung ist dies jedoch im allgemeinen nicht von Belang. Gewünschtenfalls kann sich ein genügend starkes bzw. doppelseitig geprägtes Muster auf der Aussenseite eines fertigen Kunststoffgebildes abzeichnen und diesem eine zusätzliche haptische Gestaltung verleihen.
Hingegen ist es wie bereits kurz erwähnt zweckmässig und wird allgemein bevorzugt, dass das Polymermaterial der Formungslage mit dem Polymermaterial der Form- einlagefolie kompatibel, d.h. verschmelzbar bzw. verklebbar ist, um eine praktisch nur unter Zerstörung lösbare Verbindung zu erreichen. Die Bedeutung und das Ausmass der Kompatibilität der Polymermaterialien von Formungslage und Formeinlagefolie sind jedoch beim erfindungsgemässen Verfahren meist weniger kritisch als bei den bekannten sogenannten Inmould-Spritzgussverfahren mit Formeinlagefolien.
Für die Durchführung der erfindungsgemässen Formverfahren können die für diese Verarbeitungstechnik bekannten und im Handel erhältlichen Warmformungsanla- gen, z.B. Tiefzieh- oder Formpresswerkzeuge verwendet werden, die den Fachleuten bekannt sind und daher keiner besonderen Erläuterung bedürfen. Für das Einführen der Formeinlagefolien können die aus der Inmould-Spritzgusstechnik bekannten und im Handel erhältlichen Vorrichtungen, z.B. Einlegeroboter verwendet werden und auch hierzu kann auf das Wissen der Fachleute verwiesen und auf eine ausführlichere Erläuterung verzichtet werden. Man kann aber auch ab Rolle arbeiten und die entsprechend mit Struktur versehenen Labels z.B. durch Stanzen oder andere Schneidverfahren im Formwerkzeug oder vor diesem bilden.
Gemäss der Erfindung können Artikel für völlig unterschiedliche Zwecke hergestellt werden, z.B. für dekorierte und/oder beschriftete Konsumartikel, wie Becher, Flaschen, Dosen für Lebensmittel oder andere Verpackungszwecke, für Blisterpackungen, Deckel, Einlagen und Trays, Gehäuse, Kaschierteile, Sportgeräte, Klappverpackungen, Kühlschränke, Modellbauartikel, Sanitärartikel, Schalen, Skinverpackungen, Teller, Werbe- und Lernmittel, für die Innenausstattung von Land- oder Luftfahrzeugen und für viele andere Gebrauchsgegenstände.
In den beigeschlossenen Zeichnungen zeigen:
Figur 1 die schematische Darstellung einer Thermoformung;
Figur 2 die schematische Ansicht einer Einrichtung zur Strukturierung einer
Formeinlagefolie;
Figur 3 die schematische Ansicht einer Einrichtung zur Strukturierung einer
Formungslage; Figur 4 eine halb-schematische, stark vergrösserte perspektivische Darstellung einer strukturierten Oberfläche einer erfindungsgemässen Formungslage oder/und Formeinlagefolie, Figuren 5 A und 5B die schematische Schnittansicht von Folien mit unge- prägten, zweiseitig und einseitig geprägten Oberflächen Figuren 5 C - 5 F verschiede Beispielstrukturierter Oberflächen, und Figur 6 die schematische Darstellung einer Schrumpfrille.
Fig. 1 erläutert schematisch ein Form- bzw. Tierziehverfahren. Die Formungslage 11 ist als Folge eines vorgängigen Herstellungsschrittes oder durch Erwärmung auf eine Temperatur im Erweichungsbereich des Polymermaterials gebracht, so dass die Formungslage noch kohärent und handhabungsfahig ist. Sie wird in das Werkzeug 10 und wahlweise durch einen (nicht dargestellten) Stempel, durch Anlegen eines Unterdrucks durch die Leitung 101 oder mittels eines (nicht dargestellten) Gummisacks in den Formhohlraum 101 gezogen bzw. gepresst oder geblasen.
Im Formraum ist die Formeinlagefolie 12 an den Wandungen der Form 10 und/ oder an deren Boden eingelegt. Sofern mit einem Saugformverfahren gearbeitet wird und die Form 10 Saugöffnungen 102 besitzt, ist es nicht erforderlich, die Formeinlagefolie im Bereich der Säugöffnungen zu strukturieren, sofern die Saugwirkung ausreicht, um Lufteinschlüsse zwischen der Formeinlagefolie 12 und der Formungslage 11 zu vermeiden.
Beim (nicht dargestellten) Ausformen legt sich die Formungslage 11 an die Formwandungen und verschmilzt oder verklebt mit der Formeinlagefolie 12. Die Oberfläche der Formeinlagefolie 12 ist an der mit der Formungslage 11 in Berührung kommenden Seite mit einer schematisch angedeuteten Struktur 18 versehen, wodurch sich die Luft im Zwischenraum 18 beim Ausformen verdrängen lässt, ohne Lufteinschlüsse zwischen der Formungslage 11 und der Formeinlagefolie 12 zu bilden. Die (nicht dargestellte) Dekor-Druckschicht liegt auf der Aussenseite der Formeinlagefolie 12, d.h. an der Seite, die an der Form 10 anliegt. Die beim Formen der schematisch in Fig. 1 dargestellten Art üblichen Stempel bzw. Rückhalter für die thermisch plastisch gemachte For- mungslage 11 sind der Einfachheit nicht gezeichnet.
Allgemein können die für Thermoformverfahren üblichen Massnahmen angewendet und die dazu üblichen Vorrichtungen bzw. Werkzeuge verwendet werden, wo- bei die Formeinlagefolien nicht nur an planar gekrümmte Flächen sondern auch an ka- lottenförmig gewölbte Flächen angelegt werden können, da sie in der Regel mindestens in begrenztem Masse verformbar sind.
Wie in Figur 2 schematisch dargestellt, kann die Formeinlagefolie 12 bzw. 22 dadurch strukturiert werden, dass sie in der durch den Pfeil 28 angedeuteten Arbeitsrichtung durch ein Walzenpaar 20,25 geführt wird, dessen eine Walze z.B. glatt und dessen andere Walze ein Muster aus Vorsprüngen besitzt, die dem Negativ der zu erzeugenden Struktur auf der Formeinlagefolie 22 entspricht.
In ähnlicher Weise kann auch die Formungslage 11 bzw. 31 entsprechend der schematischen Darstellung von Figur 3 zur Bildung der gewünschten Struktur über eine Profilierungs walze 30 geführt werden, falls gewünscht unter dem Druck einer glatten oder ebenfalls profilierten Gegenwalze 35.
Fig. 4 zeigt in halbschematischer perspektivischer und stark vergrösserter Darstellung eine Struktur 4, wie sie erfindungsgemäss auf der Kontaktseite der Formeinlagefolie oder/und der Kontaktseite der Formlage gebildet wird, um den Einschluss von Luft bei der Ausformung und - bei Verwendung einer geprägten Formeinlagefolie - auch die Bildung einer Schrumpfrille zu vermeiden. Die Tiefe der in Fig. 4 dargestellten Struktur ist durch den Abstand zwischen der Ebene, in der die Spitzen 41 der pyramidenförmigen Auswölbungen 40 liegen, und der gemeinsamen Ebene der zwischen den Pyramiden verlaufenden Täler 42 definiert. Wenn eine Struktur der in Fig. 4 dargestellten Form auf einer Formeinlagefolie gebildet werden soll, geschieht dies vorzugsweise durch zweiseitiges Prägen (siehe Fig. 5A). Die Struktur- bzw. Prägetiefe beträgt in der Regel mindestens etwa 5 μm, kann aber auch ein Mehrfaches dieses Wertesund z.B. etwa Formverfahren 10 bis etwa— 50 μm betragen, wobei typische Dicken der Formeinlagefolie im Bereich von etwa 20 — 200 μm liegen. Wenn die Struktur 4 diejenige der Oberfläche einer Formeinlagefolie ist, sind die Formen der Auswölbungen in der Regel we- niger kantigausgebildet und vorzugsweise durch zweiseitiges (= doppelseitiges) Prägen gebildet. Fig. 5 A zeigt in schematischer Schnittansicht eine Formeinlagefolie 51a, die längs der senkrechten strichpunktierten Linie L in ungeprägtem Zustand mit der Dicke Da und rechts der Linie L mit zweiseitiger Prägung dargestellt ist und an der Oberseite mit Einsenkungen 53 a und Erhebungen 54a versehen ist, denen an der Unterseite die Einsenkungen 52a und die Erhebungen 55a entsprechen.
Die Dicke da der Formeinlagefolie 51a im geprägten Bereich rechts der Linie L ist praktisch gleich der Dicke Da der ungeprägten Folie links der Linie L. Als Prägetiefe wird bei zweiseitig geprägten Folien nur die Dimension T3 berücksichtigt, die praktisch gleich der Höhe H ist. Die "scheinbare" Dicke der doppelseitig geprägten Folie 51a ist um den Betrag von H grösser als die effektive Dicke Da bzw. da.
Die Prägungstiefe Ta einer erfϊndungsgemässen Formeinlagefolie 51a wird meist zweckmässig so bemessen, dass die Prägung unter der Wirkung des beim Formungs- Vorgang auftretenden Drucks im wesentlichen geglättet wird, sofern nicht aus Gründen der Haptik eine gewisse Oberflächenrauhigkeit gewünscht ist.
Fig. 5 B zeigt in analoger Darstellung wie in Fig. 5 A eine einseitig geprägte Formeinlagefolie 51b, die links der Linie L in ungeprägtem Zustand dargestellt ist und dort die Dicke Db hat. Im geprägten Bereich rechts der Linie L hingegen ist die Foliendicke in Bereichen zwischen der praktisch glatten Oberfläche 54b und den Einsenkungen 52b um die Prägetiefe Tb vermindert.
Es ist zu betonen, dass die Figuren 5A und 5B lediglich schematische Darstellun- gen sind und keine realen Dimensionen oder Dimensionsverhältnisse zeigen. Die in beiden Darstellungen nicht gezeigte Dekorschicht liegt im Regelfall jeweils auf derjenigen Seite der Formeinlagefolie, die beim Formungsvorgang der Formwand benachbart ist und am fertigen Formgebilde aussen liegt, wie dies bei konventionellen Formeinlagefolien üblich ist.
Zwischen den beiden Prägeformen, die in den Fig. 5A und 5B dargestellt sind, gibt es eine nahezu beliebe Vielfalt von Übergängen, etwa indem auch bei zweiseitiger Prägung Bereiche mit verminderter Dicke da entstehen können, weil an der Ober- und Unterseite unterschiedliche Oberflächenstrukturen ausgebildet werden. Da die Verformbarkeit von Kunststofffolien von einer Vielzahl von Faktoren abhängig ist, wie Orientierung, Kettenlänge, Verknäuelung, Verzweigungsgrad, Weichmachungsgrad und weiteren Parametern von synthetischen Polymeren, ist es nicht möglich, hier ab- schliessende und stets gültige Angaben zu machen. Fachleuten ist es jedoch ohne weiteres möglich, im gegebenen konkreten Fall die für eine Optimierung erforderlichen Parameter an Hand von bekannten einfachen Testverfahren zu ermitteln.
In den Figuren 5C, 5D, 5E und 5 F sind einige nicht abschliessende Beispiele für Strukturen dargestellt, wie sie erfϊndungsgemäss zur Verhinderung der Bildung von Lufteinschlüssen zwischen der Formeinlagefolie und der Formlage verwendet werden können und jeweils mindestens auf einer der am Verbund direkt beteiligten Formschichten, d.h. der Formeinlagefolie oder/und der Formungslage vorgesehen werden. Eine durch beidseitiges Prägen gemäss Fig. 5 A erhaltene Strukturierung wird bei all diesen Formen bevorzugt.
Allgemein können solche Prägungen dadurch erhalten werden, dass auf der zur Strukturbildung verwendeten Walze 20 (Fig. 2) ein Geflecht aus Metalldraht, z.B. aus rostfreiem Stahl, oder Kunststoff-Monofilamenten, z.B. aus Teflon, aufgelegt wird , das beim Durchlaufen des Walzenpaares 20,25 in die Formeinlagefolie eingedrückt bzw. eingeprägt wird, wobei auf der Gegenwalze vorzugsweise eine elastische Auflage angeordnet ist, so dass die in Fig. 5A dargestellte zweiseitigen Prägung entsteht.
Insgesamt sollen die Figuren 5 C - 5F verdeutlichen, dass ganz unterschiedliche • Struktur- bzw. Prägemuster verwendet werden können und die Optimierung jeweils entsprechend den verwendeten Materialien, Materialdicken, Formgrössen und den Ver- fahrensbedingungen an Hand von einfachen Versuchen ermittelt werden kann.
Fig. 6 zeigt die schematische Schnittdarstellung durch einen (nicht erfindungsge- mässen) zylindrischen oder konischen Formkörper aus einer Formungslage 61 und einer damit verbundenen Formeinlagefolie 62. Als Folge der Schrumpfung der Formeinlagefolie 62 beim Abkühlen und Verfestigen der Formungslage 61 bildet sich in der letzteren im Bereich der Seitenkanten 621 der Formeinlagefolie eine Rille 611. Dabei ver- steht sich, dass insbesondere die Dicke der Formeinlagefolie zur besseren Darstellbarkeit übertrieben gross dargestellt ist. Der Querschnitt der Rille kann mehr oder weniger wulstförmig ausgebildet sein, weshalb die Bezeichnungen "Schrumpfrille" und "Schrumpfwulst" gleichbedeutend sind und in jedem Fall die Erscheinung bezeichnen, die in der Fachwelt auch "Einzug" oder "Einziehen" genannt wird.
Auch die Dicke der Auswölbung der Formungslage ist übertreiben dargestellt. In der Praxis kann das "Einziehen" ganz unterschiedlich stark ausgeprägt sein, lässt sich aber in jedem Fall durch Abtasten mit dem Finger deutlich wahrnehmen und verhindert einen satten Sitz eines sonst auf den Formkörper passenden Deckels, der den Formkörper ohne Schrumpfrille sonst dicht verschliessen würde.
Die Bildung einer solchen rillen- oder wulstförmigen Schrumpfstelle ist jedenfalls ein in der Fachwelt bekanntes Problem bei der Verwendung von Formeinlagefolien, und zwar nicht nur bei bisherigen Versuchen mit Thermoformanlagen sondern sogar auch bei bekannten Spritzgussverfahren. Dies ist in jedem Fall höchst unerwünscht, da es insbesondere für die Passung im Bereich eines Verschlussdeckels nachteilig ist.
Durch Verwendung von erfϊndungsgemässen Formeinlagefolien kann bei beiden Typen von Formverfahren die Bildung einer derartigen Schrumpfrille vermieden werden. Der Wirkungsmechanismus ist noch nicht völlig geklärt. Es wird angenommen, dass durch die Strukturierung bzw. Prägung der Formeinlagefolie deren Dehnungseigenschaften und jedenfalls deren Anpassungsfähigkeit mindestens soweit verbessert wird, dass die Bildung von Schrumpfrillen dadurch vermieden werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von nicht beschränkenden Beispielen erläutert.
Beispiel 1 Eine kommerziell von der Firma Treofan Germany GmbH, Raunheim, Deutschland, unter der Bezeichnung EUH erhältliche weisse Folie aus orientiertem Polypropylen (OPP) mit einer Dicke von 75 μm zur Verwendung als bedruckbare Formeinlagefolie für PP- oder PE-Spritzguss wurde in einem Druckwerk geprägt, indem auf die glatte Walze ein Sieb aus einander überkreuzenden Teflon©fäden mit einer Dicke von etwa 0.2 mm gelegt und die Folie bei einer Druckspannungseinstellung von 0.2 zwischen der mit dem Sieb belegten Walze und der Gegenwalze mit Gummibelag geprägt wurde, so dass die eine Seite der Folie als Prägung eine offene Strukturierung entsprechend dem Siebmuster mit einer Tiefe von etwa 30 μm zeigte und die andere Seite nur leicht verformt war.
Die so erhaltene strukturierte Folie wurde manuell in einer Tiefziehmaschine der Firma Adolf Illig, Heilbronn, Deutschland mit einer Formungslage aus nicht orientiertem Polypropylen mit einer Dicke von 1000 μm in üblicher Weise nach den Betriebs- Vorschriften der Herstellerfirma durch Tiefziehen zu einem Becher geformt.
Die Formeinlagefolie war bei dem entstandenen Becher gleichmässig und ohne Lufteinschlüsse mit der Formungslage verbunden. Die erhaltenen Becher zeigten kein Einziehen, d. h. keine Schrumpfrille.
Beispiel 2 ("Vergleich)
Es wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch ohne Prägung der Formeinlagefolie.
Der so durch Tiefziehen erhaltene Becher zeigte grossflächige Lufteinschlüsse und war für kommerzielle Zwecke unbrauchbar. Ausserdem war im Bereich der Seiten- kanten der Formeinlagefolie ein innenseitiger Wulst zu erkennen.
Beispiel 3
Es wurde wie in Beispiel 1 mit folgenden Abänderungen gearbeitet: die Formungslage aus nicht orientiertem Polypropylen mit einer Dicke von 1000 μm wurde vor der Einführung in die Tiefziehanlage aber bereits in thermisch plastifiziertem Zustand über eine Rolle geführt, deren Oberfläche aus einem Muster von kleinen, aneinander grenzenden negativen Pyramiden in einer Dichte von etwa 60 Einsenkungen pro cm2 versehen war, so dass die Unterseite der Formungslage annähernd der Darstellung in Figur 4 entsprach. Ferner wurde die in Beispiel 1 beschriebene Folie, jedoch im ur- sprünglichen und beidseitig glatten Zustand verwendet.
Der erhaltene Becher zeigte zwischen der Formeinlagefolie und der Formungslage keine Lufteinschlüsse. Beispiel 4
Ähnliche Ergebnisse wie in den vorangehenden Beispielen wurden erhalten, wenn die im fertigen Becher aussen liegende Fläche der Formeinlagefolie durch Siebdruck mit einer mehrfarbigen Dekoration versehen worden war.
Beispiel 5
Ähnliche Ergebnisse wie in den vorangehenden Beispielen werden erhalten, wenn anstelle einer Formungsfolie aus Polypropylen eine solche aus HD-Polyethylen verwendet wird.
Beispiel 6
Gleichwertige Ergebnisse wie in den vorangehenden Beispielen werden auch erhalten, wenn anstelle einer OPP-Folie eine solche aus einem zur Verwendung für Tiefziehverfahren modifizierten Polymer auf Basis von Polystyrol und als Formungslage eine aus einem damit kompatiblen Polystyrolpolymer verwendet wird.
Beispiel 7
Bei einem bekannten Spritzgussverfahren zur Herstellung von Joghurtbechern wurde bei Verwendung einer bekannten und kommerziell erhältlichen Formeinlagefolie viel Ausschussware durch Einziehen an den Bechern erhalten. Nachdem die Folie in der in Beispiel 1 angegebenen Weise mit einer Profilierung bzw. Prägung versehen worden war, konnte problemlos und ohne Ausschussware durch Einziehen produziert werden.
Die obigen Beispiele dienen lediglich der Erläuterung. Für Fachleute ergeben sich ohne weiteres zahlreiche Abänderungen der oben erläuterten erfinderischen Lehre zur Verwendung von Formeinlagefolien (Inmould films) in Thermoformverfahren der oben angegebenen Art. Wie Fachleuten bekannt, werden solche Verfahren in der Regel mit Mehrfachformen durchgeführt, die 20, 40, 80 oder mehr Formkörper in einem Takt her- stellen können und mit Taktzeiten von 10 -40 pro Minute arbeiten. In diesem Fall sind für das Einbringen der Formeinlagefolien entsprechend leistungsfähige Automaten erforderlich, wie dies aus der Spritzgusstechnik an sich bekannt ist. Ferner können ausser den oben genannten thermoplastisch verarbeitbaren synthetischen Polymermassen auch solche aus biologisch abbaubaren Werkstoffen, wie thermoplastischen Polymilchsäuren verwendet werden.
Soweit in der vorliegenden Beschreibung Zahlenangaben mit Ausdrücken wie "etwa", "circa" oder "ungefähr" qualifiziert sind bedeutet dies eine zulässige Abweichung von ± 50% vom angegebenen Wert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Formeinlagefolie (12) mit einer Polymerfolie und einer Dekorschicht auf dieser, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfolie eine geprägte Oberfläche besitzt, deren Prägungstiefe ausreicht, um an einem damit hergestellten Formkörper, der aus mindestens einer Formungslage (11) und mindestens einer mit dieser verbundenen Formeinla- gefolie (12) besteht, die Bildung von Schrumpfrillen und/oder die Bildung von signifikanten Lufteinschlüssen praktisch zu vermeiden.
2. Formeinlagefolie (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägungen praktisch gleichmässig auf der Formeinlagefolie verteilt sind und eine Prägungstiefe (Ta;Tb) besitzen, die etwa 10 bis etwa 100% der Dicke (D,da) der Formeinlagefolie beträgt, wobei die Dekorschicht auf derjenigen Seite der Formeinlagefolie liegt, die in dem damit hergestellten Formkörper an der Aussenseite liegt.
3. Formeinlagefolie (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie beidseitig geprägt ist und eine mittlere Tiefe von mehr als 1 μm und vorzugsweise von mehr als 5 μm aufweist.
4. Formeinlagefolie (12 ) nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung der Oberfläche der Formeinlagefolie (12) praktisch frei von geschlossenen Bereichen ist .
5. Formeinlagefolie (12) nach einem der Ansprüche 1 - 5 zur Verwendung für die Herstellung von Formkörpern, insbesondere durch Thermoformverfahren, wie Tiefziehen.
6. Formverfahren, bei dem eine Formungslage (11) aus thermoplastisch verformbarem Polymermaterial in zusammenhängendem aber plastischem Zustand geformt und dabei mit einer Formeinlagefolie (12) verbunden wird, wobei die Grenzschicht (15) zwischen der Formungslage (11) und der Formeinlagefolie (12) eine Strukturierung (18) aufweist, um die Bildung von Lufteinschlüssen zwischen der Formeinlagefolie (12) und der Formungslage (11) sowie die Bildung einer Schrumpfrille an erhaltenen Formkörper zu vermeiden.
7. Formverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturie- rung (18) eine Prägung auf derjenigen Seite der Formeinlagefolie (12) besitzt, die der
Formungslage (11) zugewendet ist und die Dekorschicht auf derjenigen Seite der Formeinlagefolie (12) liegt, die der Formungslage (11) abgewendet ist.
8. Formverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturie- rung (18) durch beidseitige Prägung der Formeinlagefolie gebildet ist.
9. Formverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (18) der Formeinlagefolie (12) und/oder der Formungslage (11) vorgängig zum Formverfahren, z. B. durch Prägen oder Pressen, gebildet wird und die Formeinlage vor dem Pressen oder Prägen mit einer Dekorschicht auf derjenigen Seite versehen worden ist, die der Formeinlage abgewendet ist.
10 . Formverfahren zur Herstellung von Kunststoffgebilden, bei welchem Verfahren das Kunststoffgebilde in einer Form hergestellt wird, in welche eine Formeinlagefolie eingelegt ist, die bei der Ausformung des Kunststoffgebildes dessen Aussenfläche bildet, gekennzeichnet durch Verwendung einer Formeinlagefolie (12) gemäss einem der Ansprüche 1 - 4.
11. Verfahren nach Anspruch 10 zur Herstellung von Kunststoffgebilden durch ein Thermoformungsverfahren, insbesondere Tiefziehverfahren, bei dem eine Formungslage (11) aus thermoplastisch verformbarem Polymermaterial in plastischem Zustand in einer Form (10) zur Ausformung des Kunststoffgebildes gezogen und/oder gepresst und/oder geblasen und dabei in der Form mit der Formeinlagefolie (12) verbunden wird.
12. Kunststoffgebilde, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 10 oder 11.
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