DE102007009384B4

DE102007009384B4 - Verfahren zum Hinterspritzen einer Folie

Info

Publication number: DE102007009384B4
Application number: DE102007009384.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gehring; Godefroy Beau; Eric Talleux; Martin Schmidt; Ante Vasilj; Stefan Wendland
Original assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Current assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2027-02-21
Also published as: WO2008101739A3; WO2008101739A2; DE102007009384A1

Abstract

Verfahren zum Hinterspritzen mit Narbungsprägen einer Folie, insbesondere einer Schaumfolie, enthaltend die Schritte: a) Aufheizen der Folie auf Umform- und Narbtemperatur; b) Platzieren der Folie zwischen einer ersten und einer zweiten Werkzeughälfte eines geöffneten Werkzeuges, wobei die zweite Werkzeughälfte zumindest in einem Teilbereich ihrer Oberfläche eine Narbung aufweist; c) Gezieltes Abkühlen der Folie in ihrem der Narbung abgewandten, rückseitigen Bereich, so dass in der Folie ein von der Rückseite zur Vorderseite verlaufender Temperaturgradient erzeugt wird, wobei die Folie an ihrer Vorderseite auf Narbtemperatur bleibt; d) Vorformen der Folie durch zumindest teilweises Schließen des Werkzeugs, wobei zum Vorformen der Folie ein konturangepasster Kern in die erste Werkzeughälfte eingesetzt wird, der nach dem Vorformen entnommen wird; e) Ansaugen der Folie an die Oberfläche der zweiten Werkzeughälfte durch Anlegen von Unterdruck im Bereich zwischen Oberfläche der zweiten Werkzeughälfte und Folie; f) Einspritzen einer Spritzgießmasse im Bereich zwischen Oberfläche der ersten Werkzeughälfte und Folie.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hinterspritzen einer Folie, insbesondere einer Kompaktfolie oder Schaumfolie.
Innenverkleidungsteile von Kraftfahrzeugen werden in der Regel mehrschichtig hergestellt, um insbesondere Materialien mit guten mechanischen Eigenschaften mit Materialien mit guten optischen und haptischen Eigenschaften zu kombinieren. Um die verschiedenen Schichten miteinander zu verbinden, ist es bekannt, Kaschierverfahren zu verwenden. Des Weiteren ist bekannt, Schichten mit einem weiteren Material zu hinterspritzen.
Insbesondere ist es bekannt, Schaumstofffolien mit einem thermoplastischen Kunststoff zu hinterspritzen. Des Weiteren ist es bekannt, während des Hinterspritzens die Folie mit einer Narbung zu versehen.
Die Druckschrift EP 1 284 182 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen von Teilen mit eingeformter Oberflächenstruktur.
Die Druckschrift DE 10 2004 025 571 A1 offenbart ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffverbundformteils durch Hinterspritzen einer Schaumfolie. Zunächst wird eine Schaumfolie auf Prägetemperatur vorgeheizt. Die erwärmte Folie wird zwischen die Werkzeughälften eines offenen Spritzgusswerkzeugs angeordnet und durch Schließen des Werkzeugs sowie Druckluftbeaufschlagung vorgeformt und gegen die Oberfläche einer der Werkzeughälften gepresst. Das Formen der Folie lässt sich durch Anlegen von Unterdruck auf der Seite, an die die Folie angepresst werden soll, unterstützen. Danach wird die Schaumfolie mit einem thermoplastischen Kunststoff hinterspritzt. Die Oberfläche der Werkzeughälfte, gegen die die Folie gepresst wird, weist eine Narbung auf, die sich durch das Anpressen der Schaumfolie auf die Schaumfolie überträgt.
Problematisch ist allerdings, dass die Schaumfolie beim Hinterspritzen mit der Spritzgießmasse aufgrund des Drucks und insbesondere der hohen Temperatur der Spritzgießmasse mehr oder weniger stark kollabieren kann. Hierdurch werden die optischen und haptischen Eigenschaften der Schaumfolie und damit des Verbunteils beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, ein Verfahren zum Hinterspritzen einer Folie zu schaffen, bei welchem insbesondere ein derartiges Kollabieren einer Schaumfolie zumindest reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Hinterspritzen einer Folie mit Narbungsprägen enthält die Schritte: a) Aufheizen der Folie auf Umform- und Narbtemperatur; b) Platzieren der Folie zwischen einer ersten und einer zweiten Werkzeughälfte eines geöffneten Werkzeuges, wobei die zweite Werkzeughälfte zumindest in einem Teilbereich ihrer Oberfläche eine Narbung aufweist; c) Gezieltes Abkühlen der Folie in ihrem der Narbung abgewandten, rückseitigen Bereich, so dass in der Folie ein von der Rückseite zur Vorderseite verlaufender Temperaturgradient erzeugt wird, wobei die Folie an ihrer Vorderseite auf Narbtemperatur bleibt; d) Vorformen der Folie durch zumindest teilweises Schließen des Werkzeugs; e) Ansaugen der Folie an die Oberfläche der zweiten Werkzeughälfte durch Anlegen von Unterdruck im Bereich zwischen Oberfläche der zweiten Werkzeughälfte und Folie; f) Einspritzen einer Spritzgießmasse im Bereich zwischen Oberfläche der ersten Werkzeughälfte und Folie.
Der erfindungsgemäße Ablauf ist prinzipiell für mehrere Folienarten anwendbar. So sind einphasige Folien („Kompaktfolien“) anwendbar und insbesondere „Schaumfolien“, also insbesondere Folien, welche mit einer zusätzlichen Schaumschicht versehen sind. Die folgenden Ausführungen (bis zum Schluss dieses Dokuments werden am Beispiel von Schaumfolien gemacht, sie gelten aber entsprechend auch für andere Folien, z.B. Kompaktfolien.
Dadurch, dass die Folie rückseitig gekühlt und ein von der Rückseite zur Vorderseite verlaufender Temperaturgradient erzeugt wird, können die Einwirkungen des Drucks und der Temperatur der Spritzgießmasse auf die Schaumfolie während des Einspritzens von der Schaumfolie besser verkraftet werden, wodurch ein Kollabieren der Schaumfolie zumindest reduziert wird. Dadurch, dass die Vorderseite der Schaumfolie auf Narbtemperatur bleibt, wird gewährleistet, dass sich trotz der Kühlung eine Narbung in die Schaumfolie abbildet.
Die Folie soll bei der Aufheizung bei teilkristallinen Werkstoffen über die Kristallitschmelztemperatur erhitzt werden und darf sich vor Werkzeugwendkontakt nicht unter die Rekristallisierungstemperatur abkühlen. Diese ist von Werkstoff zu Werkstoff leicht unterschiedlich und kann über eine DSC ermittelt werden. Eine Aufheizung der Kompaktschicht auf eine höhere Temperatur (ca. 200-220°C) empfiehlt sich, da mit steigender Temperatur eine Viskosität der Folie sinkt und damit die Narbfähigkeit steigt (Die Folie fließt besser in die Narbe des Werkzeugs).
Bei amorphen Werkstoffen soll über die Schmelzetemperatur aufgeheizt und abgekühlt werden.
Der Schritt vom Abkühlen des rückseitigen Bereichs der Schaumfolie bis zum Anpressen der Vorderseite an die zumindest bereichsweise genarbte Oberfläche der zweiten Werkzeughälfte wird vorzugsweise sehr zügig durchgeführt, um eine hohe Temperaturdifferenz zwischen der Vorderseite- und Rückseite der Schaumfolie aufbauen zu können und bis zur Narbung der Folie zu erhalten.
Als Schaumfolie eignet sich insbesondere eine TPO (thermoplastisches Polyolefin), PVC (Polyvinylchlorid) oder TPU (thermoplastisches Polyurethan)-Schaumfolie. Die Narbtemperaturen liegen bei diesen Folien vorzugsweise im Bereich von 175-220°C.
Die Schaumfolien haben bevorzugt eine Dicke von 0,25 bis 5 mm.
Als Spritzgießmasse eignen sich thermoplastische Polymere, beispielsweise PP (Polypropylen) oder ein Blend wie PC/ABS (Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), welche zu dem Zusatzstoffe, beispielsweise Fasern und Mineralien, enthalten können.
Im Falle von ABS bzw. ABS+PC kann das Dekor das Dekor gegen den höheren Einspritzdruck und der höheren Schmelzetemperatur im Vergleich zum PP durch eine geeignete Barriere geschützt werden. Diese muss eine Verkrallung bzw. eine Schmelzeverbindung mit der ABS bzw. ABS+PC Schmelze erlauben. Verwendet werden kann hierbei z.B. ein Nadelvlies oder ein Gewirke aus PES oder aber eine dünne ABS bzw. ABS+PC Folie. Die Barriere wird vor dem Prozess auf die Schaumfolie auflaminiert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zum Abkühlen des rückseitigen Bereichs der Schaumfolie die Schaumfolie mit der Oberfläche der ersten Werkzeughälfte, die geeignet temperiert ist, in Kontakt gebracht wird.
Dadurch, dass die Folie durch Kontakt mit der temperierten ersten Werkzeughälfte rückseitig flächig abgekühlt wird, der apparative Aufwand bleibt beschränkt. Grundsätzlich ist es aber ebenso möglich, ein extra Kühlelement zum Abkühlen der Rückseite der Schaumfolie zu verwenden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das rückseitige Abkühlen der Schaumfolie im Zuge des Vorformens erfolgt.
Hierdurch ist es möglich, den Zeitraum zwischen ausreichender Kühlung der Rückseite der Schaumfolie und Einbringen der Narbung sehr klein zu halten, wodurch sich eine relativ hohe Temperaturdifferenz zwischen der Vorder- und Rückseite der Schaumfolie erzeugen und erhalten lässt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Werkzeughälfte so temperiert ist, dass die Schaumfolie bei Kontakt mit der Werkzeughälfte weiter abgekühlt wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kühlung der Schaumfolie über die Temperierung der zweiten Werkzeughälfte während des Einspritzens der Kunststoffschmelze aufrechterhalten wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Werkzeughälfte zum Zeitpunkt, in dem sie mit der Rückseite der Schaumfolie in Kontakt gebracht wird, an ihrer Oberfläche auf eine Temperatur von höchstens 80°C, vorzugsweise höchstens -5°C temperiert ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Werkzeughälfte zum Zeitpunkt, in dem sie mit der Schaumfolie in Kontakt gebracht wird, an ihrer Oberfläche auf eine Temperatur von höchstens 60°C, vorzugsweise höchstens 20°C temperiert ist, und die Temperierung während des Einspritzens die Kunststoffschmelze eine Temperatur von 100°C, vorzugsweise von 240°C (für Plypropylen-Schmelzen), nicht übersteigt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Vorformen der Schaumfolie durch auf die Rückseite der Schaumfolie aufgebrachte Druckluft und/oder einer Schieberbewegung der ersten Werkzeughälfte unterstützt wird.
Unter einer Prägebewegung ist in diesem Zusammenhang das Vor- und Zurückfahren der ersten Werkzeughälfte zu verstehen.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zum Vorformen der Schaumfolie ein konturangepasster Kern in die erste Werkzeughälfte eingesetzt wird, der nach dem Vorformen entnommen wird.
Ein derartiger Kern ermöglicht es, die Schaumfolie nahezu vollständig in ihre endgültige Form allein durch die Schließbewegung des Werkzeugs vorzuformen. Der Kern wird nach dem Vorformen entnommen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kunststoffschmelze in das offene, in das sich öffnende, in das schließende oder in das geschlossene Werkzeug erfolgt.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Verbundteil durch Hinterspritzen einer Schaumfolie hergestellt.
Zunächst wird die Schaumfolie, hier eine TPO-Schaumfolie mit einer Dicke von 4 mm, auf eine Temperatur von 210°C mittels Infrarotbestrahlung aufgeheizt.
Die erwärmte Folie wird zwischen einer ersten und einer zweiten Werkzeughälfte eines geöffneten Werkzeugs angeordnet. Mittels eines Spannrahmens wird die Schaumfolie umlaufend entlang ihres Randes an die zweite Werkzeughälfte gepresst und auf diese Weise fest gehalten. Alternativ ist allerdings auch ein Halten möglich, dass ein Nachrutschen der Schaumfolie beim folgenden Vorformen ermöglicht.
Durch Schließen des Werkzeuges wird die Schaumfolie mit der ersten Werkzeughälfte in Kontakt gebracht und durch die Schließbewegung vorgeformt. Die erste Werkzeughälfte ist dabei zum Zeitpunkt, an dem diese mit der Schaumfolie in Kontakt gebracht wird, auf eine Kerntemperatur von etwa 30°C temperiert. Die Schaumfolie wird somit im Zuge des Vorformens in ihrem rückseitigen Bereich gezielt abgekühlt, wodurch in der Schaumfolie ein von der Rückseite zur Vorderseite verlaufender Temperaturgradient erzeugt wird.
Die zweite Werkzeughälfte enthält einen Schaleneinsatz, der in einem Bereich eine Narbung aufweist. Der Schaleneinsatz ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Galvanoform aus Nickel, die Narbung wurde im Rahmen des Galvanoprozesses erzeugt.
Der Schaleneinsatz ist flächendeckend perforiert. Über die Perforation wird ein Unterdruck angelegt, mit dem das Vorformen der Schaumfolie unterstützt und schließlich die Schaumfolie gegen die Oberfläche des Schaleneinsatzes gepresst wird.
Zusätzlich ist es möglich, das Vorformen durch Überdruck, welcher auf die Rückseite der Schaumfolie aufgebracht wird, zu unterstützen. Beispielsweise können in der ersten Werkzeughälfte geeignete Ventile vorgesehen sein, über die Druckluft in dem Bereich zwischen der Oberfläche der ersten Werkzeughälfte und der Rückseite der Schaumfolie geleitet werden kann.
Des Weiteren ist es möglich, dass die erste Werkzeughälfte derart gestaltet ist, dass diese eine Schieberbewegung ausführen kann, um die Vorformung der Schaumfolie durch deren Bewegung zu verstärken.
In diesem Ausführungsbeispiel liegt der Zeitraum zwischen dem Kontakt der ersten Werkzeughälfte mit der Schaumfolie bis zum vollständigen Anliegen der Schaumfolie an der zweiten Werkzeughälfte unterhalb von 5 s.
Der Schaleneinsatz der zweiten Werkzeughälfte ist ebenfalls temperiert. Zu dem Zeitpunkt, in dem sich die Schaumfolie an dessen Oberfläche anlegt, weist er eine Temperatur von etwa -5°C auf. Die Schaumfolie wird somit über ihrer Vorderseite weiter abgekühlt. Dadurch, dass die Schaumfolie direkt vor dem Kontakt mit der Oberfläche des Schaleneinsatzes Narbungstemperatur aufweist, bildet sich der genarbte Bereich des Schaleneinsatzes in die Vorderseite der Schaumfolie ab.
Bei geschlossenen Werkzeug und anliegender Schaumfolie verbleibt ein Hohlraum zwischen der Rückseite der Schaumfolie und der Oberfläche der ersten Werkzeughälfte, der der gewünschten Form der im Folgenden zu bildenden Trägerschicht für die Schaumfolie entspricht. In diesen Hohlraum wird über konventionelle Heißkanaltechnik in der ersten Werkzeughälfte eine Spritzgießmasse, hier ein PP mit einem Anteil an Verstärkungsfasern, eingespritzt.
Alternativ ist es möglich, die Spritzgießmasse in ein sich öffnendes, in ein sich schließendes oder in ein offenes Werkzeug einzuspritzen.
Während des Einspritzens wird der Schaleneinsatz kontinuierlich temperiert, so dass die Schaumfolie unterhalb der Temperatur gehalten wird, bei der sich sowohl die Kompaktschicht durch den Einspritzdruck und die Schmelzetemperatur am Anspritzpunkt nachteilig verändert (Aufglänzen, Einfallstellen) und der Schaum dadurch lokal kollabieren könnte. Die Schaum- oder Kompaktfolie kann lokal am Einspritzpunkt gegen Kollabierung über auf der Rückseite aufgebrachte Plättchen geschützt werden. Dieses funktioniert auch beim konventionellen Hinterspritzen/ Hinterspritzprägen von Schaumfolien, nicht nur beim In-Mould-Graining.
Abdichtung beim Verfahren mit Druckluft sollte über eine Dichtung am Spannrahmen erfolgen.
Nach Beenden des Einspritzvorganges und genügendem Abkühlen der Spritzgießmasse wird das Verbundteil nach Öffnen des Werkzeuges entfernt.
Erfindungsgemäß wird ein der gewünschten Verformung der Schaumfolie konturangepasster Kern in die erste Werkzeughälfte eingesetzt, der nach dem Vorformen entnommen wird.
Alternativ zu Schaumfolien können in ähnlicher Art und Weise auch Kompaktfolien hinterspritzt und genarbt werden.
Selbstverständlich können auch Schaleneinsätze aus anderen Materialien, beispielsweise Stahl oder Aluminium verwendet werden, oder es kann auch auf einen Schaleneinsatz verzichtet werden, d.h., die zweite Werkzeughälfte ist unmittelbar geformt und genarbt. Das Einbringen einer Narbung kann alternativ beispielsweise durch Ätzen, Erodierung oder mechanischer Bearbeitung erfolgen.
Einsetzbar sind derart hergestellte Verbundteile beispielsweise als Innenverkleidungsteile von Kraftfahrzeugen.

Claims

Verfahren zum Hinterspritzen mit Narbungsprägen einer Folie, insbesondere einer Schaumfolie, enthaltend die Schritte: a) Aufheizen der Folie auf Umform- und Narbtemperatur; b) Platzieren der Folie zwischen einer ersten und einer zweiten Werkzeughälfte eines geöffneten Werkzeuges, wobei die zweite Werkzeughälfte zumindest in einem Teilbereich ihrer Oberfläche eine Narbung aufweist; c) Gezieltes Abkühlen der Folie in ihrem der Narbung abgewandten, rückseitigen Bereich, so dass in der Folie ein von der Rückseite zur Vorderseite verlaufender Temperaturgradient erzeugt wird, wobei die Folie an ihrer Vorderseite auf Narbtemperatur bleibt; d) Vorformen der Folie durch zumindest teilweises Schließen des Werkzeugs, wobei zum Vorformen der Folie ein konturangepasster Kern in die erste Werkzeughälfte eingesetzt wird, der nach dem Vorformen entnommen wird; e) Ansaugen der Folie an die Oberfläche der zweiten Werkzeughälfte durch Anlegen von Unterdruck im Bereich zwischen Oberfläche der zweiten Werkzeughälfte und Folie; f) Einspritzen einer Spritzgießmasse im Bereich zwischen Oberfläche der ersten Werkzeughälfte und Folie.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abkühlen des rückseitigen Bereichs der Folie die Folie mit der Oberfläche der ersten Werkzeughälfte, die geeignet temperiert ist, in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rückseitige Abkühlen der Folie im Zuge des Vorformens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkzeughälfte temperiert ist, so dass die Folie bei Kontakt mit der Werkzeughälfte weiter abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung während des Einspritzens der Spritzgießmasse aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Werkzeughälfte zum Zeitpunkt, in dem sie mit der Rückseite der Folie in Kontakt gebracht wird, an ihrer Oberfläche auf eine Temperatur von höchstens 60°C, vorzugsweise höchstens 20°C temperiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkzeughälfte zum Zeitpunkt, in dem sie mit der Folie in Kontakt gebracht wird, an ihrer Oberfläche auf eine Temperatur von höchstens 80°C, vorzugsweise höchstens - 5 °C temperiert ist, und dass während des Einspritzens die Spritzgießmasse eine Temperatur von 240°C, vorzugsweise von 190°C nicht übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformen der Folie durch auf die Rückseite der Folie aufgebrachte Druckluft und/oder einer Schieberbewegung der ersten Werkzeughälfte unterstützt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgießmasse in das offene, in das sich öffnende, in das schließende oder in das geschlossene Werkzeug erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Dicke von 0,25 bis 5 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Kompaktfolie oder eine Schaumfolie ist, wobei die Schaumfolie insbesondere eine TPO-, PVC- oder TPU-Schaumfolie ist.