Neues Verfahren integriert RIM-Technologie in Spritzgießprozess

Im Automobilinnenraum kommen immer häufiger Kunststoff-Spritzgussteile zum Einsatz, die mit dekorativen Häuten, hochwertigen Lackschichten oder funktionalen Beschichtungen aus Polyurethan (PUR) veredelt sind. Allerdings ist die Herstellung dieser Formteile in der Regel aufwändig und kostenintensiv. Das könnte sich mit einem neuen Verfahren ändern, das die Reaction Injection Molding (RIM)-Technologie in den Spritzgießprozess integriert.

Anbieter zum Thema

GGB Heilbronn GmbH

GWJ Technology GmbH

Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Covestro Deutschland AG

Bayer MaterialScience und Krauss-Maffei Kunststofftechnik haben zusammen mit dem Systemlieferanten fischer automotive systems im Rahmen eines Entwicklungsprojektes die Praxistauglichkeit eines neuen Verfahrens zum Beschichten von Spritzgussteilen geprüft.

Das Beschichten des Bauteils mit Polyurethan erfolgt dabei kostengünstig direkt im geschlossenen Spritzgießwerkzeug. Gefertigt wurde eine mit etwa 1,5 Millimeter Polyurethan beschichtete Cupholder-Dekorblende, die fischer automotive systems sonst mit einem konventionellen Lackier-Verfahren für ein Oberklassefahrzeug in Serie herstellt. „Das Bauteil hat uns bestätigt, dass dieses Verfahren eine vielversprechende Technologie zur Herstellung von Oberflächen mit hoher Wertanmutung ist“, erläutert Rainer Protte von der Bayer-Business Unit Polycarbonates, der das Entwicklungsprojekt betreut.

Herstellung der Kunststoff-Bauteile

Die neue Technologie wurde von Bayer MaterialScience zunächst als eine Sonderform des In-Mold Coatings entwickelt, bei der ein Zwei-Komponenten Lacksystem in ein geschlossenes Spritzgießwerkzeug injiziert wird, um ein Bauteil direkt zu lackieren. Anschließend wurde das Verfahren auf die Beschichtung von Bauteilen mit Polyurethanen erweitert.

Parallel hierzu hat Krauss-Maffei als Hersteller von Spritzgießmaschinen und Polyurethan-Anlagen das SkinForm Verfahren entwickelt und erstmals einer breiten Öffentlichkeit auf der K 2004 präsentiert. Beide Ansätze stellen ein direktes Beschichtungsverfahren dar, also ein „DirectSkinning“ im Falle von PUR-Beschichtungen bzw. ein „DirectCoating“ bei Verwendung von PUR-Lacken. Die bisherigen Erfahrungen beider Unternehmen mit der neuen Technologie flossen in das gemeinschaftliche Entwicklungsprojekt mit fischer automotive systems ein.

Die oben beschriebenen Verfahren basieren im Wesentlichen auf dem 2K-Spritzguss, allerdings kommt als zweite Komponente statt eines Thermoplasten ein reaktives PUR-System zum Einsatz, das über einen PUR-Mischkopf direkt in die Werkzeugkavität eingebracht wird. Zunächst erfolgt das Spritzgießen des Thermoplasten in der ersten Kavität des Werkzeugs. Der Spritzling wird anschließend bei geöffnetem Werkzeug zum Beispiel mit einem Schiebetisch-, Drehteller- oder Wendeplattenwerkzeug in eine zweite Kavität bewegt.

Das Werkzeug schließt sich wieder, und im RIM-Verfahren wird ein reaktives 2K-PUR-System injiziert, das auf der thermoplastischen Oberfläche aushärtet. Simultan zum Aushärten des PUR-Systems kann, im Falle eines Drehteller- oder Wendeplattenwerkzeugs, in der ersten Kavität des Werkzeugs bereits der nächste Spritzling hergestellt werden, was kurze Zykluszeiten und damit eine hohe Produktivität ermöglicht.

Beschichtung mit hoher Wertanmutung

Das Trägermaterial für die Cupholder-Dekorblende ist ein Polycarbonat-ABS-Blend (PC+ABS) Bayblend®, die Polyurethan-Beschichtung basiert auf einem aliphatischen Zwei-Komponenten-PUR-System (Bayflex® LS), das sich noch in der Entwicklung befindet. „Die fein genarbte PUR-Oberfläche zeigt keine Fehler wie etwa Schlieren, Blasen oder Farbseparationen.

Sie ist angenehm weich, grifffreundlich und von hoher Wertanmutung“, so Protte. Außerdem haftet sie gut auf dem thermoplastischen Träger. Eine besondere Herausforderung war die Auslegung des Werkzeugs, das von fischer automotive systems gebaut wurde. Weil das PUR-System, bevor es ausreagiert, im Vergleich zu Thermoplastschmelzen sehr niedrigviskos ist, muss das Werkzeug sehr genau gearbeitet sind. Gleichzeitig muss für eine gute Entlüftung des Werkzeugs gesorgt sein. Ein hierauf abgestimmtes Werkzeugkonzept ermöglicht die Herstellung hochwertiger Bauteile.

Das neue Verfahren ist in puncto Schichtdicke, Haptik und optischer Oberflächengestaltung sehr variabel. Mit ihm können sowohl dünne PUR-Lackschichten (≤ 1 mm) als auch dekorative PUR-Häute mit Dicken von etwa ein bis mehreren Millimetern kompakt oder geschäumt aufgebracht werden.

„Einsatzchancen sehen wir für die neue Technologie vor allem bei beschichteten Bauteilen für den Autoinnenraum – wie etwa Armlehnen, Zierblenden, Türgriffen, Säulenverkleidungen, Handschuhfachdeckeln, Mittelkonsolen oder rutschfesten Ablagen für die Mittelkonsole“, erklärt Protte. Auch die Fertigung großer Bauteile wie etwa Türverkleidungen und Instrumententafeln, ist denkbar, wenn die Technologie weiter verfeinert wird. Mögliche Anwendungen im Außenbereich der Karosserie sind beispielsweise farbige Zierleisten oder Säulen-Verkleidungen, die mit Klarlack lackiert sind (Tiefenglanz).

Kunststoffe und Verfahren aus einer Hand

Bayer Material Science optimiert zur Zeit verschiedene Rohstoffsysteme für das neue DirectCoating- und DirectSkinning/SkinForm-Verfahren. „Der Kunde hat bei der Zusammenarbeit mit uns den großen Vorteil, dass wir ihm neben dem verfahrenstechnischen Know-how alle benötigten Werkstoffe aus einer Hand anbieten können“, so Protte. So können Kunden zwischen verschiedenen Trägermaterialien wie Bayblend (PC+ABS), Makroblend® (PC+PET bzw. PC+PBT), Makrolon (PC) oder Baydur (PUR) wählen.

Für die Beschichtung mit Polyurethan stehen für Oberflächenhäute die PUR-Rohstoffe Bayflex/Desmodur und für die 2K-PUR-Lackierung die PUR-Rohstoffe Desmophen/Desmodur zur Wahl. Durch den Einsatz aliphatischer Polyisocyanate als Rohstoffkomponente sind lichtechte PUR-Beschichtungen zugänglich, die nicht vergilben. „Damit werden wir dem Trend zu hellen und bunten Farben im Autoinnenraum gerecht“, erläutert Protte.

(ID:224781)