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.