Kostenreduzierung und Verbesserung der Oberflächenqualität.
J.Düring und U.Kosok.
Eine vor allem kostengünstige Alternative zu den üblichen Verfahren Kaschieren, Lackieren, Tampon- oder Siebdruck, Heißprägen usw. von Spritzgießartikeln bietet das Hinterspritzen von Dekormaterialien. Neu ist hierbei das Thermoformen einer Folienhaube, die im Spritzgießwerkzeug hinterspritzt wird.
Ein bereits bekanntes Hinterspritzverfahren ist das IMD-Verfahren [1]. Dabei wird eine dünne Heißprägefolie von einer Rolle zwischen die Werkzeugteile der Spritzgießmaschine geleitet. Während dem Hinterspritzen wird das Dekor auf den Spritzling übertragen, wobei sich die Trägerfolie auf einer anderen Rolle zum Entsorgung aufrollt. Mit diesem Verfahren werden Dekore auf Spritzlinge zur Veredlung von aufwendigen Kunststoff-artikeln übertragen. Daneben werden Hauptsächlich im Automobilbereich relativ dicke Dekormaterialien wie z.B. Textil oder Schaum, im Werkzeug hinterspritzt [2,3]. Unter dem hohen Druck von Herstellungskosten und den hohen Qualitätsansprüchen sind für viele Spritzgießartikel die beiden erwähnten Hinterspritzverfahren nicht unbedingt geeignet. Entweder sind die verfügbaren Maschinen und Werkzeuge nicht einsetzbar oder die hohen Kosten der Dekormaterialien sprechen gegen die Verfahren.
Als neue wirtschaftliche Lösung stellt Robert Bürkle ein Zweistufenverfahren vor [5].
- Im ersten Schritt Stellt die Thermoformmaschine Multifoiler eine dreidimensionale Haube mit Umbug bis 180º her.
- Im zweiten Schritt hinterspritzt eine (Standard-)Spritzgießmaschine die Haube zum gewünschten Artikel.
Ist die Folie mit dem Substrat kompatibel (z.B. eine PP-Folie hinterspritzen mit PP) entstehen keine Probleme mit der Wiederverwertung von Produktionsresten und dem Rezyklieren von Altprodukten. Der Anwender erhält eine sehr gute Haftung zwischen Folie und Substrat. Die Anlagenentwicklung zum Thermoformen von Polyolefin-Folien (PO-Folien) kam aus dem Bereich “Formen von PVC-Folien”. Prinzipiell kann nun jedes thermoplastische Folienmaterial verformt werden. Mit der Multifoiler ist es auch möglich, aus relativ dünnen PO-Folien komplizierte Hauben zu erzeugen. Diese Kunststoffhauben können dann im folgenden Standard-Spritzgießverfahren hinterspritzt werden. Abhängig vom Spritzgießartikel kann das Hinterspritzen mit preiswerteren Recycling-materialien geschehen, ohne daß das teuerere und pigmentierte Compound auf Basis von erstklassigem Material eingesetzt werden muß. Der Kostenvorteil bei Spritzgießartikeln mit relativ großen Oberflächen und/oder mit viel Masse (z.B. dickwandig oder geschäumt) ist bei diesem neuen Verfahren erheblich. Bei der Anwendung von geeigneten Folienqualitäten können auch die Oberflächeneigenschaften wesentlich verbessert werden. So kann z.B. die Folie einen Lackauftrag besitzten, die dem Spritzgießartikel eine erhöhte Kratzunempfindlichkeit gibt.
Anlagenkonzept
Wesentlich bei dem neuen Konzept der Thermoformmaschine ist die Funktion einer speziellen Heizplatte. Die Folie wird mit Kontaktwärme, in einem der Folienqualität entsprechenden engen Temperaturfeld, exact und sehr schnell aufgeheitzt. Dieses Herstellungsverfahren eignet sich nicht nur hervorragend für das Thermoformen von PO-Folien, wie z.B. PP, sondern auch für andere thermoplastische Folien wie z. B. ABS. Auch lackierte PP-Folien (zum Schutz des aufgebrachten Dekors und/oder zur Erhöhung der Kratzunempfindlichkeit) mit unterschiedlichen Stärken, können mit dieser verarbeitet werden. Die Anlage ist in mehreren Standard-Abmessungen verfügbar. Sonderabmessungen erlauben für jede Situation eine optimale Nutzung des Pressfeldes. In diesem Pressfeld kann man während eines Arbeitsgangs eine große oder mehrere kleine Folienhauben herstellen. Die Folie kann von der Rolle oder als Zuschnitte zugeführt werden. Um Folienhauben zu erzeugen, sind Formen nötig, die so dimensioniert sind, daß der Schrumpf der Folie und des Spritzgußartikels sowie die mechanische Belastung beim Hinterspritzen berücksichtigt werden. Für einführende Experimente oder kleine Serien können Holzformen aus MDF benutzt werden, wobei die Kosten für diese Holzformen zu vernachlässigen sind. Diese Holz-formen sind für Prüfungen und Aussagen zur erreichbaren Endqualität des Produktes ausreichend und lassen nötige Anpassungen und mögliche Verbesserungen zu. Für die serienmäßige Produktion der Folienhauben sind Formen aus Metall erforderlich. Um eine optimierte Temperierung zu ermöglichen, sind diese, wenn zwingend notwendig, mit Kühlkanäle ausgestattet. Die Investition für diese Form beträgt nur einen Bruchteil der Investition für das Spritzgießwerkzeug. Wenn das Spritzgießwerkzeug in Bezug auf Entlüftung, und die vorgesehene Formgebung der Folienhaube alle Grundvoraussetzungen erfüllt, kann mit dem vorhandenen Werkzeug und der Standard-Spritzgießmaschine schon produziert werden. Das Spritzgießwerkzeug braucht nicht unbedingt als Tauchkanten-Werkzeug ausgeführt sein und auch ein spezielles Spritzgießverfahren wie Niederdruckspritzgießen, oder Spritzprägen, ist nicht erforderlich [2,3,4]. Die Folienhaube wird elektrostatisch oder durch Vakuum-Ventile, die an der richtigen Position eingesetzt sind, im Werkzeug festgehalten. Die Abmessungen der Folienhauben bereiten grundsätzlich für die elektrostatische Arretierung keine Probleme. Die Haftung zwischen Folie und Substrat kommt während des Hinterspritzens zustande und ist im Fall von z.B. PP-Folie mit PP hervorragend. Bei Kontakt mit der Schmelze wird ein Teil der Folienschicht aufgeschmolzen und vermischt sich mit dieser.
Alles in Allem
Die Thermoformmaschine ermöglicht das Herstellen komplizierter Kunststoff-Folienhauben. Abhängig von der Geometrie des Produkts ist ein Umformen bis 180º Umbug möglich. Das Abdecken von Spritzgußartikeln mit z.B. einer Uni-Folie eröffnet die Möglichkeit, eine kostengünstiges Recyclingmaterial zu verwenden. Die Anwendung von einer Dekorfolie in ihrer Vielfalt (aufgebracht mittels Flexo-, Tief- oder Siebdruck), gibt dem Produkt eine luxuriösere Ausstrahlung im Vergleich zum undekorierten Artikel. Weiter können durch die Wahl der richtigen Folie, wie lackierte Folie, die Oberflächen-eigenschaften des Spritzgußartikels positiv beeinflüßt werden. Die Lackschicht schützt nicht nur das Dekor, sondern gibt dem Artikel u.a. auch eine erhöhte Kratzunempfindlichkeit. Ein weiterer, sehr wichtiger Aspekt ist, daß die Folienhaube die Oberfläche des Artikels abdeckt und Spritzgießfehler, wie Flecken usw. nicht mehr sichtbar sind. Dies führt zum verringertem Ausschuß. Das Hinterspritzen von vorgefertigten Folienhauben eröffnet neue Möglichkeiten in Bezug auf Kostenrationalisierung und Verbesserung der Oberflächenqualität für viele Spritzguß-artikel, wie z.B. Spielzeug, unterschiedlichste Gebrauchsgegenstände etc.
Literatur
[1] Böcklein, M: Das Battenfeld-Kurz-IMD-Verfahren-Dekorierung durch Hinterspritzen von Folien, Firmenschrift der Leonhard Kurz GmbH & Co, Fürth.
[2] Anders, S; Littek, W; Schneider, W: Hinterspritzen von Dekormaterialien durch Niederdruck-Spritzgießen. Kunststoffe 80 (1990) 9, S. 997-1002.
[3] Mischke, J; Bagusche, G: Hinterspritzen von Textilien, Teppichen und Folien. Kunststoffe 81 (1991) 3, S. 199-203
[4] Jaeger, A; Fischbach, G: Maschinentechnik und Prozeßführung zum Dekorhinter-spritzen. Kunststoffe 81 (1991) 10, S. 869-875.
[5] Düring, J; Kosok, U.: Fertigung und Hinterspritzen von Kunststoff-Folienhauben, Firmenschrifft der Robert Bürkle GmbH & Co., Niederlassung “Westfalen”, Rheda-Wiedenbrück.