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Dokumentenidentifikation DE19803620A1 05.08.1999
Titel Verfahren zur Beschichtung von Kunststoffen
Anmelder Gefinex Polymerschäume GmbH, 33803 Steinhagen, DE
Erfinder Bruning, Jürgen, 33824 Werther, DE
Vertreter Kaewert, K., Rechtsanw., 40593 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 31.01.1998
DE-Aktenzeichen 19803620
Offenlegungstag 05.08.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.08.1999
IPC-Hauptklasse B05D 7/02
IPC-Nebenklasse B05D 1/12   B05D 3/02   C08J 7/06   C08L 23/12   
Zusammenfassung Nach der Erfindung werden Werkstücke, Kunststoffe, insbesondere aus PP, mit Partikeln beschichtet, die nach Erwärmung im ungeschmolzenen Zustand auf die Werkstücke aufgebracht und dort durch weitere Erwärmung an der Schichtoberfläche zum Verlaufen gebracht werden.

Beschreibung[de]

Die Beschichtung von Kunststoffen ist bekannt. Durch Beschichtung soll ein Verbundmaterial erreicht werden. Verbundmaterialien besitzen in den verschiedenen Schichten unterschiedliche Eigenschaften, die mit einem einzigen Material in einem einzigen Herstellungsvorgang nicht darstellbar sind.

Das bekannteste Verfahren ist das Kaschieren von Kunststoff. Regelmäßig handelt es sich dabei um dünnschichtige Gegenstände wie Folien, die auf ein Werkstück wie bspw. eine Platte oder eine andere Folie aufgebracht werden.

Beim Kaschieren werden die Kaschierflächen auf Kaschiertemperatur aufgewärmt und gegeneinander gedrückt. Regelmäßig ist nicht erforderlich die Flächen auf Schmelzflüssigkeit zu bringen. Die Erwärmung kann z. B. mit einem Heißluftgebläse erfolgen.

Die Kaschierungsvorgänge bedingen eine Kaschierfähigkeit. Sofern die aufzukaschierenden Materialien miteinander verwandt sind, ist das Aufkaschieren besonders leicht. Eine Verwandtschaft ist in diesem Sinne gegeben, wenn sich in dem Kaschierungsmaterial ein nennenswerter Bestandteil des Materials befindet, aus dem das zu beschichtende Werkstück besteht. Bei gleichem Material ergeben sich optimale Voraussetzungen.

Bei mangelnder Verwandtschaft kann zum Teil gleichwohl durch Erwärmung und Druck eine gewünschte Haftung erzeugt werden.

Zum Teil wird die Haftung mit Hilfe von Haftvermittlern erreicht.

Bislang wird zum Kaschieren eine ebene Fläche gefordert.

Diese Voraussetzung kennzeichnet eine erhebliche Einschränkung des Verfahrens. Es gibt eine Vielzahl von Flächen, die für eine Folienbeschichtung ungeeignet sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Dünnbeschichtung auch unebener Kunststoff-Flächen zu ermöglichen. Nach der Erfindung wird das durch Aufbringen (Anspritzen/Anblasen/Aufschleudern oder Aufstreuen) erwärmter, aber nicht schmelzflüssiger Kunststoffpartikel und anschließende Wärmebehandlung erreicht, so daß die Partikel auf der zu beschichtenden Fläche miteinander verlaufen.

Es ist zwar ein Flammspritzverfahren mit Kunststoffpulver bekannt. Das bekannte Verfahren ist jedoch nicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vergleichbar.

Das bekannte Flammspritzverfahren dient zum Korrosionsschutz von Metallteilen. Dabei wird ein pulverförmiger Spritzwerkstoff mittels einer Sauerstoff/Acetylen-betriebenen Spritzpistole aufgeschmolzen und dann auf das zu beschichtende Bauteil geblasen. Das Kunststoffpulver besteht aus thermoplastischen Polymerisaten mit einer Kornfraktion von 0,08 bis 0,2 mm. Es wird mit einem Sauerstoffstrom angesaugt und in eine Flamme getragen. In der Flamme findet die Aufschmelzung statt. Aus den festen Partikeln entstehen in der Flamme Flüssigpartikel. Die Flüssigpartikel werden mit der Flamme gegen die zu behandelnde Fläche geschleudert.

Derartige Verfahren lassen sich nicht bei den Kunststoffen anwenden, die gegenüber den schmelzflüssigen Partikeln wärmeempfindlich sind. Zu solchen Materialien gehört auch gleicher Kunststoff in einer geschäumten Form. Aufgrund der Hitze der auftreffenden schmelzflüssigen Partikel kann der Formkörper in den Oberschichten kollabieren. Dadurch verliert der Schaum seine bestimmten äußeren Abmessungen.

Das Flammspritzverfahren kann daher keine Vorlage für die Erfindung sein.

Vorzugsweise wird die nicht schmelzflüssige Erwärmung der Kunststoffpartikel dadurch sichergestellt, daß deren Erwärmung mindestens 10 Grad Celsius unterhalb des Schmelzpunktes endet. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf wärmeempfindliche Kunststoffoberflächen und höher liegendem Schmelzpunkt der Kunststoffpartikel wird die Erwärmung vorzugsweise so weit reduziert, daß die Aufwärmung der Kunststoffoberfläche mindestens 10 Grad Celsius unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffoberfläche endet.

Zur Erwärmung der Kunststoffpartikel eignet sich ein beheizter Kessel z. B. in Form eines Wirbelbettes, aus dem die Partikel abgezogen und auf das Werkstück aufgeblasen, aufgesprüht oder aufgeschleudert oder nur aufgestreut werden. Ein anderes Werkzeug kann ein beheiztes Rohr sein, durch das die Partikel mit einen: Luft- bzw. Gasstrom durchgetragen und dabei erwärmt werden.

Denkbar ist aber auch eine geänderte Spritzpistole aus dem oben erläuterten bekannten Verfahren.

Damit die Kunststoffpartikel nach ihrer Erwärmung auf dem Wege zu der Oberfläche nicht zu viel Temperatur verlieren, kann die umgebende Atmosphäre aufgewärmt werden. Dazu eignen sich Wärmestrahler. Es ist aber auch möglich, das Verfahren in einem abgeschlossenen Raum zur Anwendung zu bringen, dessen Temperatur durch Zuführung erwärmter Luft, ggfs. auch durch Zuführung erwärmter inerter Gase kontrolliert wird.

Die erfindungsgemäßen Kunststoffpartikelhaben bevorzugt Durchmesser von 0,03 bis 0,8 mm; die mit dem Aufbringen erzeugten Schichten eine Dicke von 0,05 bis 5 mm. Die dickeren Schichten werden durch wiederholtes Aufbringen(mehrere Arbeitsgänge) oder längeres Aufbringen in einem Arbeitsgang erzeugt. Dabei kann eine geringfügig hin- und hergehende Werkzeugbewegung und/oder Bewegung dem Aufbringwerkzeuges von Vorteil sein, um vor allem bei größeren Dicken zu einem vorteilhaften Schichtenaufbau zu kommen. Die hin- und hergehende Bewegung kann auch mit einer Bewegung in einer quer dazu verlaufenden Richtung verbunden werden, so daß z. B. eine kreisförmige Bewegung entsteht.

Die erfindungsgemäße Bewegung kann davon abhängen, ob eine möglichst geschlossene Schicht oder eine möglichst grobporige Schicht erzeugt werden soll. Auch die Geschwindigkeit und die Länge des Weges sind von Einfluß auf die Schichtenausbildung.

Sofern das Werkstück und/oder das Werkzeug bei der erfindungsgemäßen Beschichtung eine Vorschubbewegung ausführt, überlagert die vorstehend erläuterte Bewegung die Vorschubbewegung.

Die anschließende Wärmebehandlung der aufgetragenen Schicht zum Verlaufen ist mit einer kurzfristigen Erwärmung der Oberfläche bis zum Schmelzpunkt oder darüber verbunden. Eine Erhöhung um 10 Grad Celsius über den Schmelzpunkt kann genügend sein. Ggfs. geht der zum Verlaufen erforderlichen Erwärmung noch eine Abkühlung der aufgetragenen Schicht voraus. Dem liegt die Überlegung, zugrunde, daß die Erwärmung sich mit einem Temperaturabfall bis in tiefere Schichten fortsetzt. Die Kühlung dient dann dazu, ein Temperaturniveau einzustellen, bei dem die aus der anschließenden Erwärmung der Oberfläche resultierende Erwärmung empfindlicher tiefere Schichten unschädlich ist.

Für das Verlaufen ist der Druck, mit dem die Partikel auf das Werkstück aufgetragen werden, von untergeordneter Bedeutung, wenn das Verlaufen nur auf horizontalen oder schwach geneigten Flächen und unmittelbar im Anschluß an das Aufbringen der Partikel stattfindet, so daß ein Herunterrollen der Partikel nicht zu befürchten ist. Anders wird es bei anderen Flächen und einem anderen Verfahren. Ggfs. ist auch eine möglichst feste Verbindung der Partikel und der aus dem Partikeln durch Verlaufen entstehenden Haut mit dem darunter liegenden Körper/Werkstück gewünscht. Dann ist ein Aufschleudern mit möglichst hoher Geschwindigkeit vorgesehen. Die Geschwindigkeit ist begrenzt durch die Belastbarkeit der Oberfläche des Körpers/Werkstücks und ggfs. bei höher Geschwindigkeit auftretende Rückpralleffekte sowie durch ggfs. bei höherer oder Geschwindigkeit auftretende Oberflächenrauhigkeit, die sich nicht oder nur mit größerem Aufwand durch Verlaufen ausgleichen läßt.

Andererseits bewirkt auch eine niedrige Auftreffgeschwindigkeit der Partikel beim Aufsteuern eine Oberflächenrauhigkeit der aufgebrachten Partikelschicht.

Von Vorteil ist deshalb ein Auftragwerkzeug mit einstellbarer Schleudergeschwindigkeit/Spritzgeschwindigkeit, so daß die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der gewünschten Oberflächenrauhigkeit eingestellt werden kann. Desgleichen ist die Geschwindigkeitseinstellung zur Bestimmung der Festigkeit zwischen der aufgetragenen Schicht und dem darunter liegenden Körper/Werkzeug von Vorteil.

Das Verlaufen kann kleinflächig oder groß bzw. ganzflächig in einem geeigneten Ofen erfolgen. Ein geeigneter Ofen ist ein Durchlaufofen.

Für das Verlaufen an geneigten und senkrechten Fläche ist es günstig, wenn die Kunststoffpartikel aus einem Material höherer Zähigkeit im schmelzflüssigen Zustand bestehen. Zähigkeitswerte von 3 bis 500 MFI (Melt Flow Index) können dabei ausreichend sein.

Mit kleinflächigem Verlaufen ist ein Verlaufen bezeichnet, bei dem z. B. mit einem Wärmestrahler ein Teil der Oberfläche angeschmolzen wird, während der übrige Teil der Oberfläche seine Temperatur beibehalten oder sogar abkühlen kann.

Das kleinflächige Verlaufen eröffnet verschiedene Vorteile, zu denen unter anderem die Möglichkeit gehört, ggfs. unter Drehung des Werkstücken immer nur horizontale Flächen zum Verlaufen zu bringen. Dann können die Partikel im schmelzflüssigen Zustand auch eine ganz geringe Zähigkeit besitzen, weil es gleichwohl nur zu einer Vergleichmäßigung und nicht zu einem ungleichmäßigen Verlauf kommt. Nach Verlassen einer Erwärmungszone kühlt die verlaufene Oberfläche wieder relativ schnell aus. Wahlweise wird das noch durch Beaufschlagung mit Kühlluft oder Kühlwasser verstärkt, bevor die verlaufenen Flächen in eine Schräglage oder Vertikallage kommen.

Für die kleinflächige Erwärmung kann es vorteilhaft sein, das Werkstück und/oder die Wärmequelle in gleicher oder ähnlicher Weise zu bewegen, wie das oben für das Aufbringen beschrieben ist.

Wahlweise wird zusätzlich oder alternativ eine besondere Wärmequelle mit einer Vorwärmung am Rand und einer abschließenden Erwärmung im Kern der beaufschlagten Fläche verwendet. Für eine derartige Erwärmung eignet sich z. B. ein elektrisch betriebener Wärmestrahler mit gestufter Leistung, d. h. mit geringer Wärmeleistung am Rand als im Kern. Das läßt sich unter anderem mit einer spiralförmig gelegten Heizschlange erreichen, bei der der Abstand der Windungen zur Mitte hin abnimmt.

Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Anwendung auf Polyolefine als Kunststoff, vor allem im Zusammenhang mit Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) und vor allem in der Aufbringung einer ungeschäumten Haut auf ein geschäumtes Produkt, insbesondere auf Produkte, welche aus Beads bestehen.

Beads sind kleine Kunststoffschaumpartikel, die je nach Bedarf mit einem Durchmesser zwischen 5 und 15 mm hergestellt und in einem Silo bevorratet werden. Die Beads werden wahlweise im Autoklaven aus einer Lösung und unter Imprägnierung mit einem Treibmittel oder durch Extrudieren feiner, treibmittelhaltiger Kunstsoffschaumstränge und deren Granulieren hergestellt.

Zur Erzeugung eines Produktes/Werkstückes werden die Beads aus dem Silo abgezogen und in einem Form gebracht, dort an der Oberfläche erwärmt und durch Druck miteinander verbunden. Die Erwärmung und der Druck entstehen z. B. durch die Beaufschlagung mit Heißdampf in der Form. Der Heißdampf bewirkt die Erwärmung der Beads und des eingeschlossenen Treibmittels, so daß die Beads sich ausdehnen und an der Oberfläche mit angeschmolzenen Flächen gegeneinander gedrückt werden. Das führt zu einer Verbindung der Beads. Es entsteht ein Formkörper, der eine Abbildung das Formhohlraumes beinhaltet. Zwischen den Beads besteht eine mehr oder weniger große Durchlässigkeit. Infolgedessen kann Feuchtigkeit/Wasser eindringen, so daß einer Anwendung solchermaßen hergestellter Formkörper als Dämmplatten im Bau Bedenken entgegenstehen können.

Durch die Umhautung wird eine geschlossene Oberfläche erzeugt, welche die Feuchtigkeits/Wasseraufnahme reduziert. Derartig verschlossene Formkörper können auch als Wasserspielzeuge/Sportgeräte z. B. als Surfbretter verwendet werden.

Außerdem verleiht die Umhautung dem Formkörper eine vorteilhafte Festigkeit. Es können auf dem Wege auch geringwertige Formkörper mit schwacher Verbindung zwischen den Beads in ein hochwertiges Produkt überführt werden.

Die Erfindung läßt sich auch auf andere Materialien als Kunststoffe anwenden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Beschichten von Werkstücken mit Partikel, wobei die Werkstücke auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes erwärmt werden und in dem Zustand auf das Werkstück aufgebracht und dort durch weitere Erwärmung zum Verlaufen auf der Werkstückoberfläche gebracht werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung auf Werkstücke aus Kunststoff.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anwendung auf Werkstücke aus Kunststoffschaum.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Erwärmung des Werkstückes und/oder Umgebung.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Erwärmung der Partikel und/oder des Werkstückes und/oder der Umgebung auf eine Temperatur bis 10 Grad unterhalb der Schmelztemperatur des Materials.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aufgespritzt oder aufgeblasen oder aufgeschleudert oder aufgestreut werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Auftragwerkzeug mit einstellbarer Geschwindigkeit für die Partikel und/oder mit einstellbarer Temperatur.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einstellung von Geschwindigkeit und/oder Temperatur nach der Oberflächenrauhigkeit der Auftragsschicht und/oder der Festigkeit der Verbindung zwischen Schicht und Werkstück.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Partikeldurchmesser von 0,03 bis 0,8 mm und/oder eine Schichtdicke von 0,05 bis 5 mm.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine hin- und hergehende Werkstück- und/oder Werkzeugbewegung, beim Partikelauftrag.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Querbewegung.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, gekennzeichnet durch eine Kühlung des Werkstückes nach Aufbringen der Partikel vor dem Verlaufen.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Erwärmung der auf dem Werkstück entstandenen Schicht an der Oberfläche zum Verlaufen mindestens auf Schmelztemperatur.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Erwärmung auf eine Temperatur bis 10 Grad oberhalb der Schmelztemperatur.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine teilflächige oder ganzflächige Erwärmung der Oberfläche zum Verlauf.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Verwendung eines Durchlaufofens für die ganzflächige Erwärmung oder eine Teilflächenerwärmung mit Wärmestrahlern.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine jeweils horizontale Anordnung der zum Verlaufen erwärmten Teilfläche.
  18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch eine hin- und hergehende Bewegung des Heizwerkzeuges.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Querbewegung des Heizwerkzeuges.
  20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, gekennzeichnet durch eine Erwärmung mit unterschiedlichen Temperaturzonen.
  21. 21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine höhere Kerntemperatur als Randtemperatur.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch Verwendung einer spiralförmig gelegten Heizschlange mit einem zur Mitte hin abnehmenden Abstand zwischen den Windungen der Heizschlange.
  23. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, gekennzeichnet durch eine Zähigkeit des Partikelmaterials im schmelzflüssigen Zustand von 3 bis 500 MFI.
  24. 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, gekennzeichnet durch eine Kühlung der verlaufenen Teilflächen vor einer Werkstückdrehung.
  25. 25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch eine Umhautung der Werkstücke.
  26. 26. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine Anwendung auf Werkstücke aus Kunststoffschaum.
  27. 27. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Anwendung auf Werkstücke aus Beads.
  28. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, gekennzeichnet durch die Anwendung auf Werkstücke und/oder Partikel aus PP.






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