DE69629700T2

DE69629700T2 - Extrusionsbeschichtungsverfahren zum herstellen von schützenden und dekorativen folien

Info

Publication number: DE69629700T2
Application number: DE69629700T
Authority: DE
Inventors: H. Howard ENLOW; J. Russell McCREADY; E. John ROYS; L. Keith TRUOG; Frederick Young
Original assignee: Avery Dennison Corp
Current assignee: Avery Dennison Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2016-06-08
Also published as: AU6382696A; WO1996040480A1; EP1340615A3; EP1340615A2; ZA964731B; AR000433A1; US6733870B2; CA2223690C; US20020157772A1; KR100266942B1; EP0842029A1; JP2000513282A; EP0842029B1; CN1190922A; CA2223690A1; US6336988B1; CN1084662C; EP0842029A4; ATE248052T1; DE69629700D1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verwendung von Extrusionsbeschichtungstechniken zur Bildung von mehrschichtigen farbbeschichteten Filmen. Insbesondere werden mehrschichtige Beschichtungen hergestellt durch Extrusionsbeschichten von einer oder mehrerer Schichten auf eine oberflächekontrollierte Plastikträgerfolie, um Filme mit hoher Qualität bei hohen Geschwindigkeiten zu produzieren, während Lösungsmittelemissionsprobleme, die charakteristisch sind für die Verwendung von auf Lösungsmittel basierenden Farben, vermieden werden.
Hintergrund der Erfindung
1. Äußere Automobilanwendungen
Außenteile für Automobilkarosserien wurden in der Vergangenheit durch Spritzlackierung von Metallteilen hergestellt. Mehrschichtige Farbbeschichtungen, wie diejenigen, auf die Bezug genommen wird als Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfarblack wurden verwendet, um gewünschte optische Effekte zu produzieren. Zusätzlich zu hohem Glanz und hoher Bildschärfe (distinctness of image, DOI) sind die Farbbeschichtungen auch hoch strapazierfähig, in dem chemische Widerstandsfähigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Abrasion und Wetterbeständigkeit, die eine Verschlechterung durch ultra-violettes Licht verhindert, bereitgestellt werden.
In den letzten Jahren wurden geformte Automobilkarosserieteile (Body-Panels) aus Plastik mit dekorativen Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfarbfilmen hergestellt, die an dem geformten Plastikteil anhafteten. Die Verwendung solcher Filme verhindert bestimmte Umweltprobleme, die mit der Verdampfung von Farblösungsmitteln einhergehen, während auch der Bedarf für Farbeinrichtungen und Emissionskontrollen an der Automobilproduktionsanlage reduziert oder eliminiert wurde.
Wegen der wachsenden Notwendigkeit, die Menge von atmosphärischen Verschmutzungen zu reduzieren, die durch Lösungsmittel, die während des Lackiervorgangs emittiert werden, zu reduzieren, wurden in den letzten Jahren viele verschiedene Versuche unternommen diese dekorativen Filme zu produzieren. Diese Verfahren werden allgemein kategorisiert als Lösungsgusstechniken oder Extrusionstechniken. Beispielsweise die US-Patente 4,810,450 von Alison et al. und 4,902,557 von Rohrbacher verwenden Lösungsgusstechniken, in denen Flüssigguss, auf Lösungsmittel basierende Klarbeschichtungen und pigmentierte Basisbeschichtungen auf eine flexible Gussfolie aufgebracht werden, mittels eines Beschichtungsverfahrens, wie beispielsweise Umkehrwalzenbeschichtung oder Tiefdruck. Die flüssigen Gussschichten werden getrennt aufgebracht und dann bei hohen Temperaturen getrocknet, um die Lösungsmittel zu verdampfen.
Als Alternative wurden extrudierte Filme verwendet zur Herstellung von äußeren Automobilklarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilmen. Die internationale Anmeldung PCT/LJS 9307097 von Dume beschreibt einen Versuch, bei dem Farbfilme durch Co-Extrudieren einer Basisbeschichtung und einer Klarbeschichtung als getrennte extrudierte Schichten auf eine Trägerfolie hergestellt werden. Der Träger wird in einem darauffolgenden Spritzgussverfahren verwendet als eine Stützfolie für die Klarbeschichtung und die Farbbeschichtung. Die extrudierte Klarbeschichtung und die Farbbeschichtung werden in der Form gestützt durch den Träger und in der Form geformt. Die Klarbeschichtung ist eine co-extrudierte Folie mit verschiedenen Anteilen an Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Acrylharzen in jeder Schicht der Co-Extrusion.
Die US-Patente 4,317,860 und 4,364,886 von Strasse offenbaren auch die Co-Extrusion von Mehrschichtfilmen, wie beispielsweise eine Zwei-Schicht-Co-Extrusion von hauptsächlich PVDF auf der einen Seite und hauptsächlich Acrylharz auf der anderen Seite der extrudierten Folie. Diese einheitlichen Strukturen werden verwendet, um geformte Artikel herzustellen, oder um die Folien an ein geformtes Polymer anzuhaften.
Filmextrusionstechniken wurden in der Vergangenheit auch verwendet zur Herstellung von Freifilmen, bei denen das extrudierte Polymermaterial auf eine glatte Trommel beschichtet wird. Diese Filme werden dann mit verschiedenen Farbbeschichtungen unterlegt. Die Außenfläche des extrudierten Freifilmes, die die Trommel berührt (und von der Trommel als ein Freifilm getrennt wird) weist keinen hohen Glanz oder Bildschärfe auf. Auch Filme, die auf diese Weise hergestellt wurden, haben keine angehaftete Trägerfolie, was sie schwierig in der Handhabung macht und in der nachfolgenden Bearbeitung leicht zu beschädigen macht.
Ein anderer Versuch, der in US-Patent 5,114,789 von Rifler offenbart ist, weist eine pigmentierte Basisbeschichtung auf, die mittels Lösungsmittelguss auf eine flexible, dehnbare Trägerfolie extrusionsbeschichtet wird und bei höheren Temperaturen getrocknet wird, um die Lösungsmittel zu verdampfen, gefolgt von dem Extrusionsbeschichten einer reaktiven Klarbeschichtung auf die Basisbeschichtung. Der Trägerfilm und die extrusionsbeschichteten Farbschichten werden dann mittels eines Schrumpfungsverfahrens (shrink wrap process) wärmeerweicht zu einer einheitlichen Folie und auf ein gussformgeformtes Substrat aufgebracht.
In einem derzeit verwendeten Verfahren zur Herstellung von äußeren Automobilfilmen werden eine Klarbeschichtung und eine Farbbeschichtung, welche Mischungen aus PVDF und Acrylharzen aufweisen, mittels eines Umkehrwalzenbeschichters gegossen, entweder durch Lösungs- oder Dispersionsguss. Die Filmdicke der Farbbeschichtungen, die in dem Verfahren verwendet werden, wird im allgemeinen von den Bedürfnissen der Endverbraucher bestimmt. In manchen Fällen kann die Notwendigkeit, relativ dicke Filme zu produzieren, bestimmte Beschränkungen bei der Produktion hervorrufen. Um das Material ausreichend zu trocknen und um Lufteinschluss zu verhindern, sind die Bahngeschwindigkeiten typischerweise 25 Fuss/min (0,147 m/s). Dieser langsame Durchlauf beschränkt die Beschichtungskapazität des Umkehrwalzenbeschichters und setzt auch eine große Menge an organischen Lösungsmitteln frei. Diese Freisetzung von Lösungsmitteln ist besonders offensichtlich, wenn eine lösungsgegossene PVDF/Acrylklarbeschichtung beschichtet wird aus einer auf Lösungsmittel basierenden Lösung, die einen relativ hohen Gehalt an Lösungsmittel aufweist. Die VOC-Emissionen sind hoch. Das PVDF hat eine begrenzte Löslichkeit und benötigt starke Lösungsmittel, um sich aufzulösen. Ein solches Lösungsmittel, welches bekannt ist als N-Methylpyrolidon (Handelsname M-Pyrol), wird benötigt, um das Harz löslich zu machen beim Lösungsgießen oder kann verwendet werden als Koaleszierhilfe beim Dispersionsgießen. Zusätzlich kann eine Kreuzkontamination auftreten von löslich machendem Restmaterial in vorher verwendeten Trommeln, Schläuchen, Pfannen, Pumpen etc. Auch während des Beschichtens kann das starke Lösungsmittel festgetrocknete Harze in einem Trockenofen auflösen, und sie dazu veranlassen, nach unten zu fallen auf die Bahn, die beschichtet wird. Des Weiteren sollte bedacht werden, dass diese starken Lösungsmittel sehr teuer sind.
Die EP 0 547 506 A1 bezieht sich auf das Gebiet der Automobilfurniere. Gemäß der EP 0 547 506 A1 sind Plastikteile schwer zu beschichten wegen der den Kunststoffen eigenen Natur, die typischerweise Schwierigkeiten haben, an Oberflächen anzuhaften. Um diese Probleme bei der Beschichtung von Kunststoffen zu vermeiden, wendet sich die EP 0 547 506 einem Verfahren zum Spulenbeschichten von Aluminium mit einer freien mehrschichtigen Beschichtung, die auf einem Trägerfilm beschichtet ist, zu. Der Trägerfilm ist mit mehrlagigen Beschichtungen ausgestattet, aufweisend eine Klarbeschichtungslage, eine Basisbeschichtungslage und eine anhaftende Lage, die beim Extrudieren aufgebracht wird, gefolgt von einem Trocken- oder Aushärteschritt. Die Aufbringung wird vorzugsweise durch Walzenbeschichten ausgeführt. Optional kann ein Trocken- oder Aushärteschritt der Aufbringung der Klarbeschichtung, der Basisbeschichtung, und der anhaftenden Lage jeweils folgen.
Die US 4,936,936 bezieht sich auf das Feld der äußeren Automobilanwendungen. Die US 4,936,936 offenbart ein Verfahren zum Bilden eines Verbundwerkstoffs, der nützlich ist als ein äußeres Automobilteil, welches die folgenden Schritte umfasst: Ausbringen einer Klarschicht einer thermoplastischen Polymerbeschichtung auf eine flexible Polymerträgerfolie, welche eine glatte glänzende Oberfläche aufweist; teilweises Trocknen der Klarschicht; Ausbringen einer pigmentierten Schicht einer thermoplastischen Polymerbeschichtungszusammensetzung auf die Klarschicht; teilweises Trocknen der pigmentierten Schicht; Laminieren der flexiblen Polymerträgerfolie mit der Klarschicht und der pigmentierten Schicht auf ein flexibles thermoformbares Polymermaterial; und Entfernen der polymeren Trägerfolie von dem Laminat, wobei während des Entfernens der Trägerfolie die äußere Oberfläche der Klarschicht im wesentlichen die glänzende Oberfläche behält, die von der polymeren Trägerfolie auf sie übertragen wurde. Die Klarschicht und die pigmentierte Schicht werden nur teilweise getrocknet, wobei 5 bis 15 Gew.-% an Lösungsmittel in der Schicht verbleiben.
Es besteht deshalb eine Notwendigkeit, dekorative und schützende Oberflächenfilme zu produzieren, während die gegenläufigen Effekte einer niedrigen Produktionsliniengeschwindigkeit, hoher VOC, Kreuzkontaminationen und die Verwendung von teuren Lösungsmitteln vermieden werden. Extrusionstechniken können eine Alternative sein, die die Verwendung von starken Lösungsmitteln und den damit einhergehenden Lösungsmittelemissionsproblemen, vermeidet. Extrusionstechniken, wie die oben beschriebenen, wurden jedoch nicht erfolgreich angepasst für die Produktion von Filmen mit hoher Qualität bei hohen Liniengeschwindigkeiten und niedrigen Kosten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das die oben beschriebenen Nachteile soweit als möglich vermeidet und insbesondere Anwendung findet bei der Herstellung von geformten Kunststoff-Außenplatten oder Teilen von Automobilkarosserien.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Extrusionsbeschichtungsverfahren bereit, das eine Alternative ist zum Lösungs- oder Dispersionsgießen von Polymerfilmen und herkömmlicher Extrusion ist. Die Erfindung ist insbesondere nützlich bei PVDF/Acrylfilmen, während die Verwendung von starken Lösungsmitteln und den damit einhergehenden Problemen, die oben beschrieben wurden, vermieden werden. Die Verwendung der Extrusionstechniken dieser Erfindung bietet die Vorteile des Vermeidens von teuren Lösungsmitteln, des Produzierens von keinen VOC-Emissionen und des Vermeidens von Kreuzkontaminationen, die mit dem Lösungsmittelgießen verbunden sind. Zusätzlich, was unten noch deutlicher hervorgehoben wird, weist die vorliegende Erfindung den zusätzlichen Vorteil einer enorm erhöhten Liniengeschwindigkeit, des Eliminierens von Schritten in dem Herstellungsverfahren, und einer Verringerung der Kosten für die Produktion der Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilme, auf.
Des Weiteren findet die Erfindung insbesondere Anwendung bei der Herstellung von geformten äußeren Automobilkarosserieplatten und Teilen aus Kunststoff. Die Erfindung stellt Mittel bereit zum Produzieren von hohem Glanz, Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilmen mit Automobilaußenqualität mit hohem DOI.
2. Anwendung für äußere Seitenverkleidungen
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf äußere Automobilanwendungen beschrieben wird, kann die Erfindung auch angewandt werden als eine schützende und dekorative Beschichtung für andere Artikel wie beispielsweise innere Automobilkomponenten, äußere Seitenverkleidungen und verwandte äußere Konstruktionsprodukte, Marineprodukte, Beschilderungen, und andere innere und äußere Filmprodukte mit ähnlichen Konstruktionen.
Die folgende Beschreibung, die sich auf Vinyl-(PVC) Seitenverkleidungen bezieht, ist ein Beispiel für eine Verwendung der Erfindung zum Herstellen von äußeren wetterfesten dekorativen Oberflächen auf extrudierten Kunststofffolien. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Plastiksubstratpaneele anwendbar als Vinyl.
Holz, Metall und Vinyl sind Materialien, die im allgemeinen verwendet werden als Platten oder Schindeln für Seitenteile bei der Konstruktion und dem Umbau von Gewerbeimmobilien- und Wohnhäuser. Lackiertes Holz ist vielleicht das für den Verbraucher in ästhetischer Hinsicht am meisten ansprechende dieser Materialien, allerdings leidet Holz unter Verfall durch Verrotten und den Attacken von Insekten, Nagern und Vögeln. Holzoberflächen bedürfen einer laufenden Erneuerung des Schutzes mittels Farbe, Farbkörpern und wasserabweisenden Mitteln.
Die Vorteil von Metall gegenüber Holz umfassen die Fähigkeit, eine eingebrannte Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, die widerstandsfähiger ist gegenüber den Elementen als Beschichtungen, die auf Holz aufgebracht werden, wodurch nachfolgende Material- und Arbeitskosten für den Verbraucher eliminiert werden.
Seitenteile auf Metallbasis weisen jedoch einen geringeren Wärmeisolationswert auf und sind empfindlicher gegenüber Kratzern und Beulen durch Hagel oder andere Schädigungen der Oberfläche. Darüber hinaus weisen sie nicht das ansprechende Aussehen einer Holzoberfläche auf.
Verkleidungen aus Vinyl weisen einen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber den meisten Verkleidungen aus hochqualitativem Holz und Metall auf. Sie haben bessere Isoliereigenschaften als Metall und sie sind widerstandsfähiger gegen Einbeulung und Kratzer. Allerdings ist Vinyl empfindlich gegenüber Schädigungen durch ultra-violette Strahlen der Sonne. Früher waren Vinylverkleidungen vom ästhetischen Standpunkt aus benachteiligt gegenüber Holz, wegen des allgemein höheren Glanzes oder dem einheitlichen Schimmer von Vinylverkleidungen, die ein eher unnatürliches oder "Plastik-Aussehen" aufweisen. Darüber hinaus ist es schwierig, Vinyloberflächen mit einem natürlich aussehenden Holzmaserungsmuster zu versehen, welches dem Konsumenten konveniert.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile der gegenwärtig erhältlichen Vinylverkleidungen, indem sie ein Verfahren bereitstellt, welches auf wirtschaftliche Weise ein auf Vinyl basierendes Verkleidungspaneel produziert mit einer besseren wetterbeständigen Außenoberfläche, die das Aussehen von entweder einer gestrichenen Holzoberfläche oder einer natürlichen nicht lackierten Holzmaserung aufweist.
Eine Vinylverkleidung, die gegenwärtig auf dem Markt ist, wird durch ein Verfahren hergestellt, in dem eine extrudierte PVC-Folie dekoriert und geprägt wird, um ein Holzmaserungsaussehen zu erzeugen. Ein silikonbeschichtetes Freigabepapier wird in diesem Verfahrens verwendet, um ein gedrucktes Holzmaserungsmuster auf das Vinyl zu übertragen. Typischerweise werden eine Klarbeschichtung aus Acryl und eine Farbbeschichtung mit einem Holzmaserungsmuster auf die Papierträgerfolie beschichtet und anschließend auf die Vinylextrusion transferlaminiert unter Anwendung von Wärme und Druck. Die Holzmaserungsfarbbeschichtung kann das Aussehen von gestrichenem oder ungestrichenem Holz nachbilden. Die Klarbeschichtung und die Holzmaserungsfarbbeschichtung haften an der Extrusion und lösen sich Papierträgerfolie, so dass die Klarbeschichtung eine schützende äußere Beschichtung für die darunterliegende Holzmaserungsfarbbeschichtung bildet. Während des Transferprozesses wird das Freigabepapier in Kontakt mit der Extrusion gepresst durch eine Prägewalze, die tiefe Einprägungen auf die Oberfläche der übertragenen dekorativen Holzmaserung überträgt. Die tiefen Einprägungen oder Eindrücke erzeugen einen "Schatteneffekt" der fertigen Oberfläche der auf natürliche Weise dem Schimmer von Naturholz ähnelt. Ohne diese Einprägungen, hat die eine Holzmaserung nachbildende Oberfläche aus Vinyl ein flaches Aussehen bei verschiedenen Lichtwinkeln – ein unnatürliches Aussehen, welches die unbefriedigende Erscheinung eines nachgebildeten Holzpaneels aus Plastik verleiht.
Es gibt mehrere Nachteile dieses Stand-der-Technik-Verfahrens zur Herstellung von Holzmaserungspaneelen aus Vinyl. Ein grundsätzlicher Nachteil ist, dass die durch dieses Verfahren erzeugten Glanzwerte zu hoch sind. Der Oberflächenglanz kann durch verschiedene Techniken gemessen werden; und gemäß einer Technik (ASTM D 3679-86, 5.11), haben die nach dem Stand-der-Technik-Verfahren produzierten Oberflächenglanzwerte eine 75° Glanzablesung von ungefähr 40 bis ungefähr 50 Glanzeinheiten. Eine niedrigere, matte Oberfläche mit einer Glanzablesung unterhalb von ungefähr 20 Glanzeinheiten und vorzugsweise unterhalb von ungefähr 12 Glanzeinheiten erzeugt wunschgemäß eine natürlicher aussehende nachgebildete Holzmaserungsoberfläche.
Zusätzlich zu ihrem Oberflächenglanzproblem, kann die silikonbeschichtete Papierträgerfolie gemäß dem Stand der Technik ein sorgfältig kontrolliertes Drucken der dekorativen Beschichtungen verhindern. Die Trägerfolie sollte auch unbehindert freigegeben werden von der dekorativen Schicht, die auf die extrudierte Vinylfolie übertragen wurde. Die Übertragung der dekorativen Holzmaserungsschicht auf die Vinylfolie findet bei hohen Temperaturen statt, da die dekorative Beschichtung auf die erhitzte Vinylextrusion übertragen werden kann, gleich nachdem sie die Extruderspritzkopföffnung verlässt. Wenn die Vinylfolie geprägt wird, wenn die Holzmaserungsbeschichtung übertragen wird, sollten die Prägetemperaturen hoch sein, um die Einprägungen physisch zu bilden. Eine beträchtliche Temperaturabsenkung der Vinylextrusion vor dem Prägen kann die Bildung von tiefen Einprägungen verhindern. Wenn die übertragene Holzmaserungsbeschichtung eine hoch aufgeraute Oberfläche aufweist, um einen niedrigeren Glanz zu erzeugen, kann die Oberflächenrauhigkeit hinderlich sein, im Hinblick auf eine einwandfreie Freigabe der Trägerfolie. Bei den hohen Transfer- und Prägetemperaturen können bestimmte Beschichtungen auf der Trägerfolie vorzugsweise an dem Träger anhaften anstatt sich einwandfrei von ihm zu lösen.
Die dekorativen Beschichtungen, die auf eine Vinylfolie übertragen werden, um eine Holzmaserung oder ein anderes Oberflächenfinish bereitzustellen, sollten auch die darunter liegenden Vinylpaneele vor UV-Schädigungen, Delamination und anderen Wetterproblemen schützen.
Es besteht deshalb Bedarf für ein Verfahren zur Herstellung dekorativer Holzmaserungsfolien aus Vinyl mit einer ausreichend niedrig glänzenden Oberfläche, um der Erscheinung einer natürlichen Holzmaserung zu ähneln, lackiert oder unlackiert. In einem Transferprozess, bei dem die Holzmaserungsbeschichtung auf einen Träger gedruckt wird und von dem Träger auf eine Vinylextrusion übertragen wird, während das Vinyl tief eingeprägt wird, besteht die Notwendigkeit, sicherzustellen, dass die dekorative Holzmaserungsbeschichtung sich einwandfrei von dem Träger löst und an dem Vinyl anhaftet. Der tiefe Einprägungsschritt darf nicht gegenteilig beeinflusst werden; die niedrigere, matte Oberfläche der dekorativen Holzmaserung darf nicht das einwandfreie Ablösen von dem Träger gegenteilig beeinflussen; und diese Schritte müssen ausgeführt werden bei den hohen Temperaturen und Drücken, die für ein sauberes Prägen notwendig sind.
Diese technischen Probleme wurden zu einem großen Teil gelöst durch das Verfahren, welches in dem US-Patent 5,203,941 von Spain et al., des Anmelders, offenbart wird. Das Spain et al. Patent offenbart lösungsmittelgegossene Farbfilme, die als dekorative Beschichtung auf die matte Freigabeträgerfolie aufgebracht werden. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Herstellung der Verkleidungspaneele aus Vinyl, indem die Nachteile der Verwendung von lösungsmittelgegossenen Filmen für die äußere schützende Beschichtung vermieden werden.
Ein Aspekt dieser Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Herstellung von dekorativen extrudierten Holzmaserungsvinylfolien, die zur Outdoor-Verwendung geeignet sind, bei denen die Oberfläche der dekorativen Holzmaserung einen ausreichend niedrigen Glanz aufweist, um einer natürlichen Holzmaserung zu ähneln. Als eine Option kann die dekorative Holzmaserungsoberfläche tief eingeprägt werden, um eine natürlich aussehende Holzmaserungsoberfläche zu erzeugen. Die wenig glänzende Holzmaserungsbeschichtung wird auf eine extrudierte Vinylfolie übertragen und haftet einwandfrei an der Vinylextrusion an, während der Träger, auf den sie beschichtet wird, sich einwandfrei ablöst von der übertragenen dekorativen Oberfläche bei gehobenen Temperaturen. Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung von extrudierten Plastikverkleidungspaneelen bereit, mit wetterbeständigen dekorativen Oberflächenbeschichtungen, welche Langzeit-UV-Schädigungen und Delaminationsprobleme verhindern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung löst die o. g. Probleme durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines schützenden und dekorativen Folienmaterials, aufweisend das Extrusionsbeschichten eines festen Polymermaterials von einem Extrusionsspritzkopf auf eine glatte Oberfläche einer Trägerfolie, die sich kontinuierlich an der Extruderspritzkopföffnung vorbeibewegt, um eine erste Schicht zu bilden, welche eine wetterbeständige thermoplastische und thermoformbare optisch klare Beschichtung von einheitlicher Dicke auf der Trägerfolie aufweist; sofortiges Kühlen der Klarbeschichtung auf dem sich bewegenden Träger, um die Klarbeschichtung auszuhärten; Aufbringen einer pigmentierten zweiten Schicht aus einem thermoplastischen und thermoformbaren polymeren Material in Form eines Dünnfilms auf die erste Schicht und Aushärten der zweiten Schicht, um eine Verbundfarbbeschichtung zu bilden, in der die ersten und zweiten Schichten aneinander anhaften, während sie von dem Träger getragen werden; und Trennen der Trägerfolie von der Verbundfarbbeschichtung, um eine äußere Oberfläche der schützenden ersten Schicht freizulegen, als eine durchsichtige schützende äußere Beschichtung für die pigmentierte zweite Schicht, wobei die äußere Oberfläche der schützenden ersten Schicht einen hohen Glanz und eine hohe Bildschärfe von äußerer Automobilqualität übertragen bekommt, durch ihren vorherigen Kontakt mit der Trägerfolie.
Kurz gesagt, weist eine Ausführungsform dieser Erfindung ein Verfahren auf zur Herstellung eines schützenden und dekorativen Oberflächenfilms aufweisend Extrusionsbeschichten eines festen Polymers von einem Extruderspritzkopf direkt auf eine sich bewegende Trägerfolie, um eine extrudierte Beschichtung mit einheitlicher Filmdicke zu bilden, auf einer glatten Oberfläche der Trägerfolie. Die extrusionsbeschichtete Schicht wird vorzugsweise gebildet als eine optisch klare erste Schicht auf dem Träger, die sich mit hoher Geschwindigkeit an der Extruderspritzkopföffnung vorbeibewegt. Die extrusionsbeschichtete erste Schicht wird durch eine Temperaturabsenkung ausgehärtet, beispielsweise durch Kontakt mit Kühlwalzen, gefolgt von der Aufbringung einer pigmentierten zweiten Schicht in Form eines Dünnfilms auf die gekühlte erste Schicht, um eine Verbundfarbbeschichtung zu bilden, bei der die ersten und zweiten Schichten aneinander haften. Eine optionale Größen- oder Haftbeschichtung kann auf die zweite Schicht aufgebracht werden. Die Verbundfarbbeschichtung wird vorzugsweise auf eine Stützfolie übertragen oder auf ein anderes Substratpaneel, nachdem die Trägerfolie von dem resultierenden Laminat getrennt wurde, um eine äußere Oberfläche der ersten Schicht freizugeben als eine hochglänzende Oberfläche mit einer hohen Bildschärfe, welche eine durchsichtige schützende äußere Beschichtung für die pigmentierte zweite Schicht und das darunterliegende Substratpaneel bereitstellt.
Obwohl verschiedene polymerfilmbildende Materialien verwendet werden können zur Bildung der extrusionsbeschichteten äußeren Schicht, ist das bevorzugte extrudierbare Material eine Mischung oder Legierung eines Fluorpolymers und eines Acrylharzes, wobei das Fluorpolymer vorzugsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist.
Die zweite pigmentierte Schicht kann in einer Ausführungsform. lösungsmittelgegossen sein auf die extrusionsbeschichtete erste Schicht oder alternativ können die ersten und zweiten Schichten gebildet sein, als eine Co-Extrusion, die dann auf die sich bewegende Trägerfolie beschichtet wird.
Andere Ausgestaltungen der Erfindung umfassen das Co-Extrudieren verschiedener Schichten des Verbundlaminats einschließlich nicht nur der Klarbeschichtung und der darunter liegenden Farbbeschichtung, sondern auch der Größen-, Binde- und anderer funktionaler Beschichtungen. Der Träger kann auch doppelt extrudiert werden.
Da eine oder mehrere Schichten der Verbundfarbbeschichtung extrusionsbeschichtet werden können, unter Verwendung von festen Polymeren, kann dieser Prozess die Verwendung von teuren Lösungsmitteln vermeiden und vermeidet auch VOC-Emissionen und Kreuzkontaminationen, die mit dem Lösungsmittelgießen verbunden sind. Das Verfahren kann auch Produktionszeit und -kosten verringern. Eine Liniengeschwindigkeit zur Extrusionsbeschichtung kann zumindest 50 Fuss/min (0,254 m/s) betragen und in manchen Fällen über 200 Fuss/min (1,016 m/s) gegenüber 25 Fuss/min (0,127 m/s) bei Lösungsmittelgusstechniken.
Solche Verbesserungen bei der Liniengeschwindigkeit und damit verbundene Verbesserungen hinsichtlich der Qualität des Extrudats werden erzeugt, indem die Kompatibilität von den gemischten polymeren Materialien kontrolliert wird, die das Rückgrat des extrudierten Materials ausmachen. Indem die Schmelzviskositäten der gemischten polymeren Materialien so eingestellt werden, dass sie vernünftig nah beieinander sind, erzeugen die Fließcharakteristika des legierten Materials einen glatten, mehr einheitlichen Fluss, welcher auch Spannungsbildung und visuelle Defekte in dem ausgehärteten Film vermeidet, wenn es auf die Extrusionstemperatur aufgeheizt wird.
In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren bereit zur Herstellung eines extrudierten Films mit hoher optischer Klarheit aufweisend das Zubereiten eines extrudierbaren polymeren Materials aus einer Mischung aus wetterbeständigen Polymeren, um ein Ausgangsmaterial zu bilden, und Extrudieren des Ausgangsmaterials, um an der Extruderspritzkopfausgangsöffnung einen optisch klaren thermoformbaren wetterbeständigen Film zu bilden, mit einer Fehlerrate von weniger als ungefähr 5 Fehlern, basierend auf dem C-Aufzeichnungsstandard (C-Charting Standard) der Messung, wobei das Ausgangsmaterial bei einer Betriebstemperatur unterhalb der Gelbildungstemperatur des polymeren Materials, welches in dem Ausgangsmaterial enthalten ist, extrudiert wird. In einer Ausführungsform umfasst das vorbeibezeichnete Verfahren den Schritt des Aufbringens des extrudierten Klarfilms auf eine Schicht aus äußerer Automobilfarbe, um eine äußere dekorative Automobilfilmfolie zu bilden. In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Aufbringens des extrudierten Klarfilms auf eine Schicht von Fensterglas.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden noch vollständiger verständlich unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm, das allgemein eine Ausführungsform der Erfindung illustriert, in der eine Klarbeschichtung auf eine Trägerfolie extrusionsbeschichtet wird, gefolgt von einer lösungsmittelgegossenen Farbbeschichtung.
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren für das Ausbringen einer Freigabebeschichtung oder Glanzkontrollbeschichtung auf eine Trägerfolie illustriert und anschließendes Extrusionsbeschichten einer Klarbeschichtung auf die freigabebeschichtete Trägerfolie.
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen weiteren Schritt in dem Verfahren illustriert, in dem der Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilm auf eine dünne halb-steife Stützfolie transferlaminiert wird.
4 ist ein schematisches Diagramm, das einen alternativen nachfolgenden Schritt in dem Verfahren illustriert, in dem ein Farbfilm auf eine Stützfolie aufgebracht wird, während die Folie von dem Folienextruder gebildet wird.
5 ist ein schematisches Diagramm, das die letzten Schritte des Verfahrens illustriert, in dem das Laminat, das durch die in den 3 und 4 dargestellten Schritte produziert wird, vakuumgeformt wird, und dann spritzgegossen wird, um ein fertiges Paneel herzustellen.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die mehrere Schichten des fertigen farbbeschichteten Paneels aus 5 darstellt.
7 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, indem eine Klarbeschichtung und eine Farbbeschichtung als Extrusionsbeschichtungen ausgebildet sind, die auf eine Trägerfolie aufgebracht sind.
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, in dem eine Klarbeschichtung und eine Farbbeschichtung hergestellt werden als eine Co-Extrusionsbeschichtung auf einer Trägerfolie.
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, indem Harze und Additive durch Schmelzmischung kompoundiert werden in einem Extruder, um homogene Pellets zu produzieren für die Verwendung in dem Extrusionsbeschichtungsverfahren.
10 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform darstellt, in der eine Klarbeschichtung auf eine Trägerfolie extrusionsbeschichtet wird, gefolgt von einer separaten Co-Extrusionsbeschichtung, einer Farbbeschichtung und einer Klebeschicht, welche auf die gleiche Klarbeschichtungsträgerfolie aufgebracht sind.
11 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Ausführungsform darstellt, in der eine Freigabeglanzkontrollbeschichtung aufgebracht wird auf eine Trägerfolie durch ein Lösungsmittelverfahren gefolgt von einer extrusionsbeschichteten Klarbeschichtung, welche anschließend mit auf Lösungsmittel basierenden Gravurmustern (Tiefdruckmustern) bedruckt wird und dann mit einer Farbbeschichtung und einer Klebeschicht co-extrusionsbeschichtet wird.
12 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform darstellt, in der ein co-extrudiertes Substrat gebildet wird, gefolgt von einer coextrusionsbeschichteten Farbbeschichtung und einer Klarbeschichtung, auf die an der Extrusionsbeschichtungs-/Laminierungsstation eine Trägerfolie aufgebracht wird.
13 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform darstellt, in der eine Folie gebildet wird, welche ein Substrat, eine Klebeschicht, eine Farbbeschichtung und eine Klarbeschichtung, wie in 12 gezeigt, aufweist und mit einer Trägerfolie extrusionsbeschichtet wird, anstatt sie an einer Laminierungsstation aufzubringen.
14 und 15 sind schematische Querschnittsdiagramme, die ein In-Form-Verfahren (In-mold process) darstellen, in dem ein Laminat direkt in eine Spritzform eingebracht wird und zu einem fertigen Paneel geformt wird.
16 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform darstellt, in der ein Substrat in eine Folienform co-extrudiert wird, gefolgt von der Extrusionsbeschichtung einer Klebeschicht, einer Farbbeschichtung und einer Klarbeschichtung, gefolgt von dem Einbringen einer Trägerfolie.
17 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung von Verkleidungspaneelen darstellt, aufweisend die anfänglichen Schritte des Aufbringens einer Serie von Maserungsdrucken oder Mustern, gefolgt von einer oder mehreren Farbbeschichtungen und einer Klebeschicht.
18 ist ein schematisches Diagramm, das einen Inline-Dekorativtransfer- und Prägeschritt in dem Verfahren zur Herstellung extrudierter Plastikverkleidungspaneele mit eingeprägten dekorativen Holzmaserungsoberflächen, darstellt.
19 ist eine schematische Querschnittsansicht, die Komponenten einer Ausführungsform einer dekorativen Holzmaserungsfolie darstellt.
20 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Komponenten eines fertigen Plastikverkleidungspaneels darstellt.
21 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der Erfindung, in dem eine Trägerfolie extrusionsbeschichtet wird mit einer Klarbeschichtung gefolgt von einer Extrusionsbeschichtung auf eine Farbbeschichtung, einer optionalen Extrusionsbeschichtung einer PVC-Farbbeschichtung, und Übertragung eines druckempfindlichen Klebemittels.
Detaillierte Beschreibung
1 stellt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung dar, bei der ein Klarbeschichtungsfilm 10 (auch als eine klare Deckschicht bezeichnet) auf eine flexible Trägerfolie 12 extrusionsbeschichtet wird. Die Trägerfolie ist vorzugsweise eine flexible, hitzebeständige, unelastische, selbsttragende Hochglanzpolyester- (PET) temporäre Gussfolie. In einer Ausführungsform kann die Trägerfolie eine 2 mil (0,051 mm) dicker biaxial ausgerichteter Polyesterfilm sein, wie beispielsweise diejenigen, die unter der Bezeichnung Hostafan 2000 Polyesterfilme von Hoechst Celanese Corp verkauft wird. Die Trägerfolie kann optional freigabebeschichtet sein, wie unten beschrieben.
Die Klarbeschichtung weist vorzugsweise ein festes polymeres Material auf, welches als ein durchsichtiger Film extrudiert werden kann. Das Klarbeschichtungspolymer ist ein festes Polymer in dem Sinne, dass es im wesentlichen keine Lösungsmittel enthält, welche hohe Temperaturen zum Trocknen oder anderweitigem Aushärten des Klarbeschichtungsfilms benötigen. Das polymere Material kann verschiedene thermoplastische, thermoformbare und wetterbeständige Polymere, wie beispielsweise Acryle, Urethane, Vinyle, Fluorpolymere und Mischungen davon aufweisen. Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyvinylfluorid (PVF) sind bevorzugte Fluorpolymere. Ein gegenwärtig bevorzugtes extrudierbares Polymermaterial umfasst eine Mischung oder Legierung aus PVDF und Acrylharzen. Das bevorzugte Acrylharz ist Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Co-Polymere davon, obwohl Polyethylmethacrylat (PEMA) auch verwendet werden kann. In einer gegenwärtig bevorzugten Formulierung umfasst das Klarbeschichtungsmaterial von ungefähr 50% bis ungefähr 70% PVDF und von ungefähr 30% bis ungefähr 50% Acrylharz, bezogen auf das Gewicht der gesamten Feststoffe, die in der PVDF/Acrylformulierung vorhanden sind, d. h. diese Feststoffbereiche basieren auf den relativen Anteilen der PVDF und Acrylkomponenten bezogen nur auf die Klarbeschichtungsformulierung. Andere geringe Anteile von Feststoffen wie beispielsweise UV-Stabilisatoren, Pigmente, und Füllstoffe können ebenfalls in der Klarbeschichtungsformulierung enthalten sein.
Das Klarbeschichtungspolymer wird vorgeformt als extrudierbares Material in Pelletform, welches von einem Trichter 14 zu einem Extruder geleitet wird, welcher einen Extruderspritzkopf 16 aufweist, der an die Oberfläche der Trägerfolie angrenzt. Die Trägerfolie wird bereitgestellt als eine Vorratsrolle 18, abgewickelt, und bewegt sich bei hoher Liniengeschwindigkeit an der Extruderspritzkopföffnung vorbei. In einer Ausführungsform übersteigt die Liniengeschwindigkeit 200 Fuss/min (1,016 m/s). Der Spritzkopf extrudiert das Polymermaterial durch einen engen Spalt, um eine dünne niedrig viskose Beschichtung einer Flüssigkeit mit einheitlicher Dicke zu bilden, die die Trägerfolie einheitlich beschichtet, welche sich kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit an dem Extruderspritzkopf vorbei bewegt. Die Extrusionstemperatur liegt oberhalb von 340°F (171,1°C) und kann sich in manchen Fällen annähern an 450°F (232,2°C). Die gesamte Dicke der Beschichtung zum Vorbeibewegen unterhalb des Extruderspritzkopfes wird über die Breite des Trägers aufgetragen. Die extrudierte Beschichtung wird sofort danach gekühlt, durch Kontakt mit einer Kühlwalze 17, die die extrudierte Klarbeschichtungsschicht aushärtet. Der Kühlschritt, der die Kühlwalze verwendet, wird weiter unten detaillierter beschrieben. Der extrusionsbeschichtete Träger wird als Aufnahmerolle 20 aufgewickelt.
Ein pigmentiertes Farbbeschichtungsmaterial 22 wird lösungsmittelgegossen auf die extrudierte Klarbeschichtungsseite des Trägers 12. Die Farbbeschichtung 22 kann verschiedene Polymere aufweisen, welches als Bindemittel für Farbfilme wie beispielsweise thermoplastische, thermoformbare und wetterbeständige Acryle, Urethane, Vinyle, Fluorpolymere und Mischungen davon verwendet werden. Die Fluorpolymere umfassen vorzugsweise PVDF oder Co-Polymere von PVDF-Harzen. Die bevorzugte Farbbeschichtungsformulierung ist eine Mischung von Co-Polymeren von PVDF und einem Acrylharz. Vorzugsweise kann die Acrylkomponente PMMA aufweisen, obwohl PEMA auch verwendet werden kann. Zusätzlich können reflektierende Partikel einheitlich verteilt sein in der Farbbeschichtung, um Automobilfilme herzustellen, mit einem metallischen Aussehen. Formulierungen zum Lösungsmittelgießen der Farbbeschichtungsformulierung werden beispielsweise in der internationalen Anmeldung WO 88/07416 von Spain et al. beschrieben. Nach dem Lösungsmittelgießen der Farbbeschichtung auf die Klarbeschichtung wird die Farbbeschichtung bei erhöhten Temperaturen getrocknet, um die Lösungsmittel zu verdampfen und der farbbeschichtete Träger wird als eine Aufnahmerolle 38 aufgewickelt. Eine optionale Größen- oder Haftbeschichtung kann auf die Farbbeschichtungsseite der Trägerfolie aufgebracht werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die klare Deckschicht 10 extrusionsbeschichtet werden in Form eines Dünnfilm, der allgemein eine Dicke von 0,1 mil bis 3,0 mil (0,003 mm bis 0,076 mm) aufweist, auf die Oberfläche des Trägers 12. Dickere Deckbeschichtungen können verwendet werden für bestimmte mehrschichtige Filme, die eine Basisbeschichtung mit reflektierenden Partikeln enthalten. Der Träger ist vorzugsweise ein ausgerichteter Polyestergussfilme, wie beispielsweise DuPont Myla A oder Hoechst Hostafan 2000. Die Dicke der Trägerfolie kann reichen von 0,48 mil bis 3,0 mil (0,012 mm bis 0,075 mm), vorzugsweise jedoch funktionieren 1,42 bis 2,0 mil (0,036 bis 0,051 mm) am besten für die nachfolgenden Beschichtungs- und Laminierungsvorgänge, d. h. für Bahnkontrolle und Wärmeübertragungseigenschaften.
In dieser Ausführungsform wird der Trägerfilm abgewickelt, anschließend zu dem Extrusionsbeschichtungsspritzkopf 16 geleitet, wo die klare Deckschicht 10 auf die Trägerfolie extrusionsbeschichtet wird. Die Deckbeschichtungsformulierung ist vorzugsweise ein extrudierbares festes Polymermaterial, welches eine Fluorcarbon/Acrylmischung wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid aufweist, d. h. Kynar 720 (Elf Atochem) und Polymethylmethacrylat, d. h. Plexiglas VS 100 (Atohaas). Der Fluorcarbonpolymergehalt in diesen Mischungen bewegt sich im Bereich von ungefähr 50% bis ungefähr 70% und die Acrylkomponente bewegt sich in einem Bereich von ungefähr 30% bis ungefähr 50%. Andere Fluorcarbone, andere Acryle und Co-Polymere davon können auch als Deckbeschichtung verwendet werden. Die bevorzugte Deckbeschichtungsdicke reicht von ungefähr 0,5 bis 2,0 mil (0,013 bis 0,051 mm), um den benötigten Glanz, DOI und Abrasionsbeständigkeit, Wetterbeständigkeit und Schlagfestigkeit des fertigen Produkts zu erhalten. Der resultierende Klarbeschichtungsfilm ist kein freier Film oder ein selbsttragender Film und erfordert die Verwendung der Trägerfolie 12 zur Unterstützung während des Verfahrens.
2 ist ein schematisches Diagramm, das noch detaillierter die aufeinanderfolgenden Schritte in einem Extrusionsbeschichtungsverfahren darstellt, wie es allgemein in 1 dargestellt wird. Die 3 bis 5 sind schematische Diagramme, die die aufeinanderfolgenden Schritte in dem Extrusionsbeschichtungsverfahren darstellen, wie es für die Herstellung einer äußeren Farbbeschichtung mit Automobilqualität verwendet wird auf einer geformten Karosseriepaneel aus Plastik. Der extrusionsbeschichtete Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfihn wird an eine konturierte Oberfläche einem geformten Karosseriepaneel aus Plastik angehaftet, um eine schützende und dekorative äußere Oberfläche auf dem fertigen Karosseriepaneel zu bilden, die einen hohen Glanz/eine hohe Bildschärfe (high DOI) aufweist. Die 2 bis 5 stellen eine Ausführungsform einer Verwendung der extrusionsbeschichteten Filme gemäß dieser Erfindung dar, wobei auch andere Anwendungen ebenfalls in dem Rahmen der Erfindung liegen, soweit sie sich auf schützende dekorative Oberflächenfilme für Substratpaneele beziehen.
Bezugnehmend auf 2 wird der Träger 12 zuerst mit einer optionalen Freigabebeschichtung beschichtet, welche ein Mittel zum Kontrollieren der Glanz- und DOI-Werte auf der extrudierten Klarbeschichtung bereitstellt. Die Vorratsrolle 18 des Trägerfilms 12 wird gezeigt, wobei die Trägerfolie um eine Reihe von Rollen herumgeleitet wird, bevor ein Freigabebeschichtungsmaterial 23 auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht wird, mittels eines herkömmlichen Gravurzylinders 24. Die Freigabebeschichtung ist vorzugsweise eine auf Silikon basierende flüssige Beschichtung, die mittels eines herkömmlichen Beschichtungsverfahrens auf den Träger aufgebracht wird, wie beispielsweise Gravurdruck oder durch die Direkt-Walzenbeschichtung oder Umkehrwalzenbeschichtung. Der freigabebeschichtete Träger wird dann durch einen Ofen 26 geleitet zum Trocknen der Freigabebeschichtung. Der Trockenofen weist vorzugsweise einen Luftaufprallofen (impinging air oven) auf, der ausreicht zur Trocknung und zur Vernetzung des Freigabebeschichtungsmaterials. Die Aufbringung der Freigabebeschichtung wird vorzugsweise kontrolliert, so dass sie in ihrer Trockenfilmform eine hochglänzende Oberfläche produziert.
Die freigabebeschichtete Trägerfolie 27 verlässt anschließend den Trockenofen 26 und wird zu dem Extrusionsbeschichtungsvorgang geleitet, wo der Extruderspritzkopf 16 den Klarbeschichtungsfilm 10 auf die freigabebeschichtete Oberfläche der Trägerfolie extrusionsbeschichtet. Unmittelbar folgend auf den Extrusionsbeschichtungsschritt wird der Klarbeschichtungsfilm um die Kühlwalze 17 herumgeleitet, wo der Film einer kontrollierten Kühlung unterzogen wird. Eine oder mehrere wassergekühlte Kühlwalzen können verwendet werden zum Kontaktieren der Trägerfolie, um eine kontrollierte Temperaturabsenkung zu erzeugen. Das Verfahren, durch das der Träger gekühlt wird, kontrolliert auch den äußeren Glanz und die Bildschärfe (DOI) des fertigen Produktes. Der extrusionsdeckbeschichtete und freigabebeschichtete Trägerfilm 28 wird dann als Aufnahmerolle 20 aufgewickelt.
Bezugnehmend wiederum auf 1 wird die Klarbeschichtungsseite des Trägers 28 mit einer lösungsmittelgegossenen Farbbeschichtung beschichtet. Das lösungsmittelgegossene Farbbeschichtungsmaterial 22 wird durch eine Umkehrwalzenbeschichtungsstation 30 aufgebracht, obwohl der Farbbeschichtungsfilm auch aufgebracht werden kann, durch Tiefdruck oder andere Lösungsmittelguss- oder Beschichtungstechniken. Der farbbeschichtete Film 32, der die extrudierte Klarbeschichtung und die lösungsmittelgegossene Farbbeschichtung aufweist wird dann zu einem Trockenofen 34 geleitet. Die Farbeschichtung wird vorzugsweise bei Ofentemperaturen von ungefähr 250°F bis 400°F (121,1°C bis 204,4°C) getrocknet. Vorzugsweise wird die Trocknung in mehreren Stufen ausgeführt, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Die Lösungsmittelgase werden durch den Trocknungsprozess ausgetrieben, und hinterlassen einen Film 36, der den Ofen verlässt mit einer Farbbeschichtung in ausgehärteter Form, die an der extrusionsbeschichteten Klarbeschichtung auf der freigabebeschichteten Trägerfolie anhaftet. Der Film 36 wird dann als Aufnahmerolle 38 aufgewickelt.
Die Farbbeschichtungsseite der Farbbeschichtung auf dem Träger kann als nächstes mit einer Klebeschicht beschichtet werden, wie beispielsweise einem thermoplastischen Klebemittel. Ein chloriertes Polyolefin-(CPO) Klebemittel wird verwendet als Bindebeschichtung zum Anhaften an ein Substrat, welches aus thermoplastischem Polyolefin hergestellt wird. Eine CPO-Klebeschichtformulierung enthält vorzugsweise Hypalon 827B (DuPont) gemischt mit einem Lösungsmittel wie beispielsweise Toluol in einem Verhältnis von ungefähr 25/75 Gew.-%.
Bezugnehmend auf 3 wird der farbbeschichtete Träger 36 als nächstes auf eine thermoformbare polymere Stützfolie laminiert durch Trockenfarbtransferlaminierungstechniken. Der Laminierungsschritt umfasst das Trennen der Trägerfolie von der Klarbeschichtungsschicht und das gleichzeitige Anhaften der Klarbeschichtung und der Farbbeschichtung an eine halbsteife Stützfolie 40. Die Stützfolie 40 wird zunächst aufgewickelt als eine Vorratsrolle 41 und wird abgewickelt und zu einer Transferlaminierungsstation 42 geleitet. Die Dicke der Stützfolie liegt vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 40 mil (0,254 bis 1,016 mm), wobei 20 mil (0,508 mm) die bevorzugte Dicke der Stützfolie ist. Die Stützfolie kann hergestellt werden aus verschiedenen polymeren Materialien, wie beispielsweise thermoplastisches Polyolefin, Polyester, ABS, Nylon, PVC, Polycarbonat, Polyacrylat, oder Polyolefin wie beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen. Der farbbeschichtete Träger und die Stützfolie laufen zwischen einer beheizten Laminierungstrommel 44 und einer Andrückwalze 46 hindurch, um die überlappenden Folien in Kontakt zu pressen und sie auf eine Temperatur aufzuheizen, die ausreicht, um die haftende Klebeschicht zu aktivieren, die auf die getrocknete Farbbeschichtung beschichtet werden kann. Alternativ kann die Klebeschicht mit einer Stützfolie co-extrudiert werden, oder auf die Stützfolie laminiert werden, bevor die Klarbeschichtung und die Farbbeschichtung auf die Stützfolie laminiert werden. Das Verfahren gemäß 4 überträgt die Farbbeschichtung (Klarbeschichtung/Farbbeschichtung) auf die Oberfläche der halbsteifen thermoformbaren Stützfolie.
Nach dem Transferlaminierungsschritt wird die Trägerfolie 27 von dem resultierenden Laminat getrennt und als eine Abwickelrolle 48 gewickelt und das resultierende Laminat 49 (welches die thermoformbare Stützfolie aufweist mit der anhaftenden Farbbeschichtung und Klarbeschichtung) wird als eine Aufnahmerolle 50 aufgewickelt. Die freiliegende Klarbeschichtungsseite des resultierenden Laminats 49 wird hinsichtlich Bildschärfe, DOI und Glanz gemessen. Die glatte Oberfläche der Freigabebeschichtungsträgerfolie 27 überträgt die Klarbeschichtungsseite auf die Folie und wird auf der glatten Oberfläche des Laminats repliziert, was ein hochglänzendes und hoch bildscharfes (high DOI) Erscheinungsbild zur Folge hat. Eine hohe Bildschärfe (DOI) größer als 60 und ein hoher 20°-Glanz größer als 75 werden mit dieser Erfindung erreicht.
4 stellt ein alternatives Verfahren zum Übertragen des Klarbeschichtungs/Farbbeschichtungsfilms auf eine thermoformbare Stützfolie dar. In dieser Ausführungsform wird die Stützfolie 52 kontinuierlich von einem Extruderspritzkopf 54 extrudiert, während der Farbfilm 36, unterstützt durch den Träger, von der Rolle 38 abgewickelt wird und kontinuierlich auf die Stützfolie extrusionslaminiert wird, während sie durch den Folienextruder gebildet wird. Die Stützfolie kann hergestellt werden aus jedem extrudierbaren polymeren Material, welches aus der Gruppe von Stützfoliematerialien, die oben beschrieben wurden, ausgewählt wurde. Das resultierende Laminat (aufweisend die trägergestützten Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilme die auf die extrudierte Folie 52 laminiert worden sind) wird zu einem Kalander/Kühlwalzensatz 58 geleitet zum Härten der Stützfolie und Anhaften der Klarbeschichtungs/Farbbeschichtungsfilme an diese. Das fertige Farbfilmlaminat 56 wird als Aufnahmerolle 58 aufgewickelt, nachdem die freigabebeschichtete Trägerfolie 27 entfernt wurde.
Bezugnehmend auf 5 wird die farbbeschichtete Stützfolie 49 (aus dem Verfahren nach 3) oder 56 (aus dem Verfahren gemäß 4) dann zu einem Thermoform-Schritt geleitet, wo die Folie zu einer gewünschten konturierten dreidimensionalen Form thermogeformt wird. Der Thermoformvorgang umfasst im allgemeinen das Platzieren der farbbeschichteten Stützfolie in einer Vakuumform-Maschine 57 und das Aufheizen dieser Maschine auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 270°F bis 540°F (132,2°C bis 282,2°C). Die farbbeschichtete Seite der Stützfolie wird während des Thermoformvorgangs freigelegt. Nachdem das Laminat auf die gewünschte Temperatur erhitzt wurde, wird das Laminat vakuumgeformt zu einer gewünschten dreidimensionalen Form, indem ein Vakuum auf einen vakuumbildenden Bock (bug) gezogen wird, um das geschmolzene Plastik in die Form der Arbeitsoberfläche des Bocks (bug) zu zwingen. Es kann auch Druck verwendet werden, um die Folie um das Werkzeug herum zu legen. Der Bock (bug) bleibt so lange, bis das Plastik zu einem festen Zustand gekühlt ist, wonach das Laminat von seiner Oberfläche entfernt wird, um die resultierende dreidimensionale konturierte Form des farbbeschichteten Laminats 58 zu bilden. In einer Ausführungsform kann sich der Farbfilm während des Thermoformschritts verlängern von ungefähr 40% bis ungefähr 150%, bezogen auf seinen nicht ausgedehnten Zustand, ohne Glanzverlust, Brechen, Weißbruchbildung oder andere Beeinträchtigungen der äußeren Automobilbeständigkeitseigenschaften und der Erscheinungseigenschaften von Glanz und Bildschärfe, welche vor dem Thermoformen in der Verbundfarbbeschichtung vorhanden waren. In einer Ausführungsform betrug die Bildschärfe (DOI), die von der thermogeformten Folie beibehalten wurde, über 60 (gemessen auf dem Hunterlab Doregon D-74R-6-Instrument). Der 20° Glanz ergibt zumindest einen Wert 60 und 60° Glanz ergibt zumindest einen Wert 75 nach einer solchen Verlängerung. In manchen Fällen, in denen mit geringer oder gar keiner Formgebung thermogeformt wird (und daher mit kleiner oder gar keiner Verlängerung), werden die fertigen Produkte mit hohen Werten bezüglich verbleibendem Glanz und Bildschärfe (DOI) hergestellt.
Folgend auf den Thermoformschritt und den Stanzschritt, wird die resultierende farbbeschichtete, thermogeformte Form 58 schließlich in einer Spritzform 59 platziert, welche eine konturierte Formfläche aufweist, die überstimmt mit der konturierten äußeren Oberfläche der Klarbeschichtungsseite der thermogeformten Form 58. Ein polymeres Spritzgussmaterial wird in die Form eingespritzt und gegen die Stützfolienseite der thermogeformten Folie gedrückt, um das Substratmaterial an die Thermoform anzuhaften. Das resultierende Paneel 60 wird dann aus der Form entfernt, um ein steifes Substratpaneel bereitzustellen mit einer konturierten dekorativen äußeren Oberfläche, welche die thermogeformte Stützfolie aufweist und ihre anhaftende Klarbeschichtung, Farbbeschichtung, Klebeschicht und Bindebeschichtung, falls nötig. Die bevorzugten Polymere, die für das Substratplastikformmaterial des fertigen Paneels verwendet werden, sind Polymere, die kompatibel sind mit dem Material, aus dem die Stützfolie hergestellt ist. Diese können enthalten thermoplastische Olefine, ABS, Nylon, Polyester, Polycarbonate und Polyvinylchloride, die kompatibel sind mit den korrespondierenden Materialien, aus denen die Stützfolie hergestellt wird.
Die Transferlaminierungs-, Thermoform- und Spritzform-Schritte können durch verschiedene Verfahrensschritte ausgeführt werden, die den Fachleuten bekannt sind und beispielsweise in der internationalen Anmeldung WO 88/07416 von Spain et al. und US 4,902,557 von Rohrbacher beschrieben werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung stellt 2 schematisch ein Zwei-Schritt-Verfahren dar, das direkt hintereinander ausgeführt werden kann oder als zwei Einzelvorgänge: (1) Tiefdrucken eines Polyesterträgerfilms mit einer Silikonfreigabebeschichtung oder einer Glanzkontrollfreigabebeschichtung, und (2) Extrusionsbeschichten einer klaren Deckbeschichtung auf einen silikonfreigabebeschichteten oder glanzkontrollbeschichteten Träger aus dem ersten Arbeitsgang. Wie bereits erwähnt ist die Freigabebeschichtungsoberfläche auf dem Träger optional. Der Trägerfilm 12 wird von der Vorratsrolle 18 abgewickelt und dieser Film wird in die Tiefdruckstation geleitet, wo die Freigabebeschichtung oder Glanzkontrollfreigabebeschichtung auf den Trägerfilm gravurbeschichtet wird. Der Trägerfilm, der mit der Silikonfreigabebeschichtung oder der Glanzkontrollfreigabebeschichtung beschichtet ist, wird durch einen 20 F (6,1 m) Trockenofen 26 geleitet mit aufprallender Luft von 325 bis 350°F (162,8 bis 176,7°C), die ausreichend ist zum Trocknen und Vernetzen der Silikonfreigabebeschichtung oder der Glanzkontrollfreigabebeschichtung auf dem Trägerfilm. In der ersten Stufe des Trockenofens wird die Silikonfreigabebeschichtung oder die Glanzkontrollfreigabebeschichtung ausreichend vernetzt, um sie dauerhaft an die Trägerfolie zu haften. Das Trockenabscheidegewicht der Silikonfreigabebeschichtung liegt zwischen 0,5 bis 1,0 g/m² und das Trockenabscheidegewicht der Glanzkontrollfreigabebeschichtung zwischen 3 bis 5 g/m² (als Alternative kann das silikonbeschichtete PET direkt vom Hersteller bezogen werden, wie beispielsweise American Hoechst 1545). Der beschichtete Trägerfilm 27, der getrocknet und vernetzt ist, verlässt den Ofen 26 und wird zu dem Extrusionsspritzkopf 16 geleitet, wo die extrudierte klare Deckschicht 10 auf den freigabebeschichteten Träger aufgebracht wird.
1 stellt schematisch die Walzenbeschichtung eines lösungsmittelgegossenen PVDF/Acrylfarbbeschichtungsmaterials 22 auf die klare extrudierte Deckschicht auf dem PET-Träger dar. Der extrudierte klarbeschichtete Film 28 gelangt zu der Walzenbeschichtungsstation 30, wo eine polyvinylidenfluorid-/acrylpigmentierte Farbbeschichtung auf den extrusionsdeckbeschichteten Träger mittels Walzenbeschichtung aufgebracht wird. Ein bevorzugtes Verhältnis von Polyvinylidenfluorid-Co-Polymer zu Acrylpolymer ist 75 : 25 Gew.-% basierend auf den gesamten PVDF-Co-Polymer-/Acrylpolymerfeststoffen, welche in der Farbbeschichtung enthalten sind. Kynar 7201 (Elf Atochem) und Elvacite 2008 (ICI) werden vorzugsweise in dieser Anwendung verwendet. Die Folie 32, die mit der Farbbeschichtung beschichtet ist, gelangt in den Trockenofen der drei Trocknungszonen von 160°F, 240°F und 360°F (71,1°C, 115,6°C und 182,2 °C) aufweist. Die Farbbeschichtung wird getrocknet und geschmolzen, bevor sie den Trockenofen verlässt.
6 stellt eine Querschnittsansicht des fertigen Karosseriepaneels dar, das eine konturierte äußere Oberfläche umfasst, die durch eine Klarbeschichtung 61 geformt wurde, die auf eine darunterliegende Farbbeschichtung 62 extrusionsbeschichtet und mit einer darunter liegenden Farbbeschichtung 62 verbunden wurde, eine Klebeschicht 64, die die Farbbeschichtungsseite des Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsverbunds mit einer thermoformbaren Stützfolie 66 verbindet, und ein darunterliegendes steifes Substratpaneel 68. Die konturierte dekorative äußere Oberfläche des Klarbeschichtungs/Farbbeschichtungs-Farbfilms sorgt für einen hohen Glanz, eine äußere Oberfläche mit hoher Bildschärfe (DOI), in der die Farbbeschichtung durch die durchsichtige äußere Klarbeschichtung hindurch sichtbar ist.
Viele von den oben beschriebenen Konstruktionen mit Stützfolien von weniger als 20 mil (0,508 mm) können direkt in einer Spritzform platziert werden, ohne den zwischengeordneten Thermoformschritt. Das Formmaterial aus Plastik wird dann in die Form eingespritzt und formt das Laminat gemäß der konturierten Oberfläche der Formhöhlung, während das Formmaterial aus Plastik, das Substratpaneel des fertigen dekorierten Teils bildet. Viele Klarbeschichtungs-, Farbbeschichtungs- und Klebeschichtfolien können hergestellt werden mittels dieses In-Form-Verfahren, um das fertige Teil zu bilden, oder diese Konstruktion kann zuerst laminiert werden zu einer 3 bis 15 mil (0,076 bis 0,381 mm) flexiblen Stützfolie, wie beispielsweise Vinyl, Nylon oder Urethan, der Träger entfernt und das Laminat anschließend in der Einspritzgussmaschine gebildet werden, um ein fertiges Teil herzustellen. Diese In-Form-Techniken wurden bereits in der Industrie für innere Automobilfilme verwendet.
7 stellt eine alternative Form der Erfindung dar, bei der die Klarbeschichtung und die Farbbeschichtung in Serie auf eine gemeinsame Trägerfolie extrudiert werden. In dieser Ausführungsform wird das Klarbeschichtungsmaterial 10 zuerst auf eine optionale freigabebeschichtete Trägerfolie 70 extrudiert, auf eine Weise, die ähnlich ist zu dem in den 1 und 2 beschriebenen Verfahren. Das Klarbeschichtungsmaterial wird durch einen ersten Extrusionsspritzkopf 72 extrudiert zur Extrusionsbeschichtung der Klarbeschichtung auf die optionale freigabebeschichtete Oberfläche des Trägers. Die klarbeschichtete Trägerfolie wird sofort um die erste Kühlwalze 74 herumgeleitet, wobei die Klarbeschichtung ausgehärtet wird. Der Träger transportiert anschließend kontinuierlich die gehärtete Klarbeschichtung vorbei an einem zweiten Extrusionsspritzkopf 76, wo das Farbbeschichtungsmaterial 75 direkt auf die Klarbeschichtung extrusionsbeschichtet wird. Die Farbbeschichtung wird sofort anschließend einer kontrollierten Kühlung unterzogen, indem sie um eine zweite Kühlwalze 78 herumgeleitet wird. Die Trägerfolie mit dem Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungsfilm wird dann als eine Aufnahmerolle 80 gewickelt.
8 stellt eine Ausführungsform eines Extrusionsbeschichtungsverfahrens dar, in dem mehrschichtige Filme gebildet werden, als Co-Extrusionen, die auf die optionale freigabebeschichtete Trägerfolie beschichtet werden. In diesem Verfahren werden die optionale Klarbeschichtung und die Farbbeschichtung extrusionsbeschichtet von einer einzigen Extrusionsbeschichtungsstation, die zwei separate Extruder aufweist. Ein erster Extruder 82 enthält das klare Deckbeschichtungsmaterial. Ein zweiter Extruder 84 extrudiert das pigmentierte Farbbeschichtungsmaterial. Der Schmelzstrom von diesen zwei Extrudern wird einem Zuführblock 86 zugeleitet, der die relative Dicke von jeder Komponente in dem fertigen co-extrudierten Film bestimmt. In einer Ausführungsform weist das Klarbeschichtungsmaterial eine Legierung aus PVDF/Acrylharz auf, welche etwa 50 bis 70% PVDF und etwa 30 bis 50% Acrylharz enthält, wie oben beschrieben. Das Farbbeschichtungsmaterial ist eine PVDF-Co-Polymer/Acrylharzmischung, wie oben beschrieben. Eine Klarbeschichtung mit einer Dicke von ein- oder zweimal der Dicke der Farbbeschichtung ist eine bevorzugte Ausführungsform. Die partitionierte Schmelze fließt von dem Zuführblock 86 zu dem Extruderspritzkopf 88. Die Schmelze 89 wird dann auf den Polyesterträger 90 extrudiert, der von der Vorratsrolle 92 abgewickelt wird, und sich an dem Extruderspritzkopfspalt vorbeibewegt. Diese beschichtete Folie wird dann sofort über eine Kühlwalze 94 und dann auf eine Aufnahmerolle 96 geleitet. Diese Folie mit einem adäquaten Größen- oder Bindeschichtsystem kann wie in 3 beschrieben, laminiert werden, um ein Laminat zu produzieren, welches thermogeformt, gestanzt und umspritzt (injection clad) werden kann, um ein fertiges Automobilteil zu erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) werden Klebeschicht-, Farbbeschichtungs- und Klarbeschichtungsmaterialien durch 3 separate Extruder extrudiert. Einem Extruder wird eine Klebeschicht zugeführt, einem zweiten Extruder wird eine Farbbeschichtung zugeleitet und einem dritten Extruder wird eine Klarbeschichtung zugeleitet. Die Schmelze von jedem Extruder wird dann in einen gemeinsamen Zuführblock geleitet und die resultierende partitionierte Schmelze wird dann von einem Extruderspritzkopf auf einen Polyesterträger extrudiert, der sich an dem Extruder vorbeibewegt.
Bezugnehmend auf 9 können die Klarbeschichtungs-, Farbbeschichtungs- und Klebeschichtmaterialien auf die in den Ausführungsformen gemäß den 7 und 8 Bezug genommen wurde, ursprünglich in Form von Pellets hergestellt sein. Eine getrocknete gemischte Formulierung wird einem Extrusionstrichter 98 zugeführt und wird dann durch einen Doppelschneckenkompoundierungsextruder 100 extrudiert, um mehrere extrudierte Stränge 102 zu bilden, welche zu einem Kühlbad 106 geleitet werden. Dies härtet die Extrusion aus, welche dann einem Häcksler (chopper) 108 zugeführt wird, der die fertigen Pellets bei 110 produziert. Die extrudierten Klebeschicht-, Klarbeschichtungs- und Farbbeschichtungsmaterialien, die vorstehend beschrieben wurden, können durch das Verfahren gemäß 9 in pelletisierter Form produziert werden.
10 stellt schematisch ein Verfahren dar, in dem zwei Extrusionsbeschichtungen in Serie vorgenommen werden, um eine mehrschichtige Klarbeschichtung/Basisbeschichtung/Klebeschicht auf einem Polyesterträger zu erzeugen. Bei diesen Verfahren wird ein Klarbeschichtungsmaterial extrudiert durch einen ersten Extrusionsspritzkopf 112 auf einen freigabebeschichteten Träger 114. Nachdem er um eine Kühlwalze 116 herumgeleitet wurde gelangt der deckbeschichtete Träger zu einer zweiten Extrusionsstation 118, welche ein Paar von Extrudern 120 und 122 aufweist. Das Farbbeschichtungsmaterial und das Klebeschichtmaterial liegen in pelletisierter Form vor und werden den einzelnen Extrudern zugeführt und der Output wird dem Zuführblock 124 zugeführt und gelangt anschließend durch den Extruderspritzkopf 126 auf den klarbeschichteten Träger. Der Zuführblock stellt ein Verhältnis von 85 : 15 hinsichtlich der Dicke der Farbbeschichtung im Verhältnis zur Dicke der Klebeschicht her. Die farbbeschichtete Seite der Co-Extrusion wird auf die Klarbeschichtungsseite beschichtet, wobei die Klebeschicht auf der Außenseite ist. Die Klarbeschichtung und die extrudierte Farbbeschichtung/Klebeschicht werden laminiert an dem Walzenspalt einer Kühlwalze 128 und einer Andrückwalze 130. Das Laminat wird anschließend um eine Kühlwalze geleitet und zu einer Aufnahmerolle 132. Die Folie kann laminiert werden auf nicht-grundierte Stützfolienmaterialien (wie beispielsweise die vorstehend beschriebenen Materialien), anstatt von grundierten ABS wie in 4 gezeigt, um ein Laminat zu produzieren, das thermogeformt, gestanzt und umspritzt (injection clad) werden kann, um ein fertiges äußeres Automobilteil zu produzieren, das einen hohen Glanz und eine hohe Bildschärfe (DOI) aufweist.
11 stellt schematisch ein Verfahren dar, in dem eine äußere Folie produziert wird, unter Verwendung von Extrusionsbeschichtung und Tiefdruck. Eine Polyesterträgerfolie 132 wird von einer Vorratsrolle 134 abgewickelt. Die Polyesterbahn bewegt sich über die Leitrollen zu einer Tiefdruckstation 136, wo entweder eine Freigabebeschichtung oder eine Glanzkontrollbeschichtung aufgebracht wird. Die beschichtete Bahn 138 wird anschließend in einem Tiefdruckofen 140 getrocknet. Die getrocknete freigabebeschichtete oder glanzkontrollbeschichtete Bahn bewegt sich über Leitrollen zu einer Extrusionsbeschichtungsstation 142, wo eine klare Deckschicht auf die Bahn extrusionsbeschichtet wird und durch Kontakt mit einer Kühlwalze 143 ausgehärtet wird. Diese Verfahren wurden in 2 beschrieben. Die deckbeschichtete Bahn 144 bewegt sich hintereinander über Leitrollen zu einer Serie von Tiefdruckstationen 146, 148 und 150 und Tiefdrucköfen 152, 154 und 156, wo ein Druckmuster (wie beispielsweise Holzmaserungen, gebürstete (brushing), oder geometrische Muster) aufgebracht wird auf die deckbeschichtete Bahn, wie in 2 beschrieben. Die bedruckte Bahn 158 wird über Leitrollen zu einer Extrusionsbeschichtungsstation 160 geleitet, welche zwei Extruder 162 und 164 aufweist, wo eine Farb- und eine Klebeschicht auf die bedruckte Bahn coextrudiert werden, wie in 10 beschrieben. Die fertige dekorative äußere Folie 166 wird extrusionslaminiert und bewegt sich über eine Kühlwalze 167 und Leitrollen zu einer Aufnahmerolle 168. Diese Folie kann laminiert werden auf eine Stützfolie, thermogeformt, gestanzt und umspritzt (injection clad) werden, um ein fertiges äußeres Automobilteil zu produzieren, wie beispielsweise gebürstete Aluminiumkarosserieseitenteile (brush aluminum body side molding).
12 stellt schematisch ein Verfahren dar, in dem ein äußeres Automobillaminat Inline produziert wird, wobei Dickfolienextrusion und Extrusionsbeschichtungsverfahren Anwendung finden. Eine Dickfolien-Co-Extrusionslinie weist 2 Extruder auf. Einem ersten Extruder 170 wird ein extrudierbares Material aus getrockneten Pellets oder getrockneten fließfähigen Pulvern zugeführt, aufweisend ABS, Polyolefine, Polycarbonate oder andere extrudierbare thermoplastische Materialien, die geeignet sind als flexible Laminatstützfolien. Einem zweiten Extruder 172 wird ein extrudierbares Material aus getrockneten Pellets oder getrockneten fließfähigen Pulvern zugeführt, wie beispielsweise Acryle, CPO, Urethane oder andere Materialien, zur Verwendung als Klebeschicht für äußere Laminatfolien. Ein Schmelzstrom von den 2 Extrudern wird einem Zuführblock 174 zugeführt, der die relative Dicke jeder Komponentenschicht in der fertig co-extrudierten Folie kontrolliert. Die partitionierte Schmelze 175 wird anschließend extrudiert durch einen Spritzkopf 176 auf ein Glättwerk (calendar stack), welches aus drei temperatur-kontrollierten Walzen 178, 180 und 182 besteht. Die co-extrudierte Folie 175 wird horizontal eingeführt in eine eingestellte Öffnung zwischen der oberen Walze 178 und der mittleren Walze 180 des Drei-Walzen-Glättwerks. Die obere Walze wird zum Einstellen verwendet und die mittlere Walze wird auf Liniengeschwindigkeit eingestellt, um das Substrat zu unterstützen, während es beginnt, auszuhärten. Die untere Walze 182 wird verwendet, um die freiliegende Oberfläche der Klebeschicht zu glätten und um die Kühlung des Substrats zu beenden, um eine gute Handhabung zu gewährleisten. Die gekühlte grundierte Folie 184 wird über Leitrollen zu einer Extrusionsbeschichtungsstation geleitet mit 2 Extrudern, wo eine Farbbeschichtung und eine klare Deckbeschichtung auf die grundierte Folie co-extrudiert werden. Das Farbbeschichtungsmaterial wird von einem Trichter 186 zu einem ersten Extruder 187 geleitet und das Klarbeschichtungsmaterial wird von einem Trichter 188 zu einem zweiten Extruder 189 geleitet. Der erste Extruder 187 verwendet eine kompoundierte pigmentierte PVDF-Co-Polymer/Acrylfarbbeschichtung als Ausgangsmaterial. Der zweite Extruder verwendet eine PVDF/Acryl Klardeckbeschichtung. Der Schmelzstrom von zwei Extrudern wird einem Zuführblock 190 zugeführt, der die relative Dicke von jeder Komponente in dem fertigen co-extrudierten Film bestimmt. Die partitionierte Schmelze fließt von dem Zuführblock zu einem Extrusionsspritzkopf 192. Die partitionierte Schmelze wird einem Extrusionsbeschichterwalzenspalt zugeführt, welcher eine harte (high durometer) Stützwalze 194 und eine Kühlwalze 196 aufweist. Die grundierte Stützfolie tritt in den Extrusionsbeschichtungsspalt ein und ein Hochglanzpolyesterträgerfilm 198 wird über die Kühlwalze 196 von der Vorratsrolle 200 zugeführt. Dieser Polyesterfilm wird verwendet, um den Glanz des fertigen Produkts zu verstärken, da die Deckbeschichtung auf dem coextrudierten Film die glatte Hochglanzoberfläche der Polyesterbahn repliziert. Die Verbundstruktur (Stützfolie, Klebeschicht/Farbbeschichtung/ Klarbeschichtung/Trägerfilm) wird durch den Spalt geleitet und wird um die Kühlwalze gewickelt. Das Laminat 202 bewegt sich dann über Leitrollen zu der Aufnahmerolle 204.
13 stellt schematisch eine Ausführungsform ähnlich zu 12 dar, bei der ein äußeres Laminat mit einer thermoformbaren schützenden Folie Inline produziert wird unter Verwendung einer Flachfolienextrusionslinie und zwei Extrusionsbeschichtungsstationen. Eine Flachfolienextrusionslinie wie in 12 beschrieben, co-extrudiert eine grundierte Stützfolie 206. Die grundierte Stützfolie wird über Leitrollen in einen Spalt der Extrusionsbeschichtungsstation 208 geleitet, wo eine Farbbeschichtung und eine Klardeckbeschichtung auf die grundierte Oberfläche der Stützfolie co-extrudiert werden. Die Klarbeschichtung/Farbbeschichtung wird um eine Kühlrolle herumgeleitet, um ein äußeres Laminat 210 zu bilden. Das resultierende Laminat wird über Leitrollen in den Spalt einer zweiten Extrusionsbeschichtungsstation 212 geleitet, wo eine thermoformbare schützende Schicht auf die deckbeschichtete Oberfläche des Laminats extrudiert wird. Ein thermoformbares Material, wie beispielsweise Ethylenacrylsäure oder Polypropylen kann als die schützende Beschichtung extrusionsbeschichtet werden. Das äußere Laminat mit einer thermoformbaren schützenden Beschichtung kann thermogeformt, gestanzt und umspritzt (injection clad) werden, um ein fertiges Teil zu produzieren, mit einer temporären schützenden Beschichtung, welche diese Teile beim Verschiffen, beim Zusammenbau und beim Streichen schützt. Die schützende Beschichtung wird abgezogen nach diesen Arbeitsgängen, um ein fertiges Teil zu erhalten. Die schützende Beschichtung kann auch als eine Farbmaske verwendet werden.
Kurz bezugnehmend auf die 14 und 15 wird ein In-Form-Verfahren schematisch dargestellt, bei dem ein fertiges äußeres Automobilteil hergestellt werden kann unter Verwendung äußerer In-Form-Folien oder In-Form-Laminate, wie sie durch herkömmliche Lösungsmittelguss- oder Extrusionsbeschichtungsverfahren oder einer Kombination davon produziert werden. Für flache Ziehteile (0,125 inch bis 0,25 inch) (0,32 cm bis 0,64 cm) mit leichten Schrägen und abgerundeten Ecken (draw and radius corners), kann eine In-Form-Folie verwendet werden, um ein äußeres dekoriertes Automobilteil zu bilden. Diese In-Form-Folie 214, wie in 14 dargestellt, wird in einer Formhöhlung 216 einer Spritzgussmaschine platziert, wobei ein PET-Trägerfilm 218 der Höhlungsseite der Form zugewandt ist. Die Form ist geschlossen, wobei die Folie zwischen den Seiten der Formhöhlung eingeschlossen ist. Geschmolzenes Plastik 220 wird in die Formhöhlung eingespritzt gegen die Klebeschichtseite 222 der Folie, wodurch die In-Form-Folie gezwungen wird, sich der Form der Höhlung anzupassen. Die Klebeschicht bindet die Folie an das Spritzgussplastik, welches ein Substratpaneel 223 bildet. Das geformte Teil 224 wird in 15 gezeigt. Die Form wird anschließend geöffnet und die Trägerfolie und jegliche Ränder, die aus dem In-Form-Verfahren resultieren, werden entfernt, um ein dekoriertes äußeres Karosserieteil 226 zu erhalten.
Um tiefergezogene In-Form-Teile zu erhalten, wird in dem in den 14 und 15 dargestellten Verfahren ein In-Form-Laminat verwendet um ein dekoratives äußeres Karosserieteil zu produzieren. Solch ein In-Form-Laminat kann produziert werden, indem zuerst eine In-Form-Folie auf eine flexible Stützfolie laminiert wird, wie beispielsweise eine flexible Vinylurethan- oder Nylonfolie, wie vorstehend beschrieben. Dieses In-Form-Laminat wird in der Formhöhlung einer Spritzgussmaschine platziert, so dass die Deckbeschichtung des In-Form-Laminats der Höhlungsseite der Form zugewandt ist. Nachdem die Form geschlossen ist kann ein Vorheizen des Laminats oder ein Blasen oder Vakuumformen des Laminats in die Formhöhlung vor dem Spritzgießen das Erscheinungsbild des fertigen Teils verbessern. Das Laminat passt sich der Oberfläche der Form an und weniger Faltenbildung und Durchbrennen tritt während des Spritzgussverfahrens auf. Das geschmolzene Plastik wird gegen die Stützfolie eingespritzt, wodurch das In-Form-Laminat gezwungen wird, sich der Form der Formhöhlung anzupassen. Die Stützfolie bindet das Laminat an das Spritzgussplastik. Die Form wird geöffnet und der Rand der Laminatfolie wird abgeschnitten, um das fertige äußere Teil (nicht gezeigt) zu erhalten.
Als eine weitere Alternative können die Transferlaminierungs-, Thermoform- und Spritzgussschritte des in der internationalen Anmeldung des Anmelders WO 88/07416 von Spain et al. beschriebenen Einsetz-Form (insert mold) Verfahrens ausgeführt werden, um ein fertiges Automobilkarosseriepaneel oder -teil zu produzieren.
16 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche eine Drei-Schicht-Co-Extrusion aufweist, welche eine Klarbeschichtung, eine Farbbeschichtung und eine Klebeschicht umfasst, die bei 230 extrudiert werden. Die Klarbeschichtung, Farbbeschichtung und Klebeschicht werden in der Reihenfolge vereint in einem Spritzblock 232 mit einer Stützfolie von dem Extruder 234. Die Stützfolie stellt eine Unterstützung für die dreilagigen coextrudierten Filme bereit. Das polymere Material, welches die Stützschicht der Co-Extrusion aufweist, kann jegliches extrudierbares Material sein, wie beispielsweise ABS, thermoplastisches Polyolefin, Polypropylen oder PETG. Die resultierende vierschichtige Co-Extrusion 236 wird dann extrusionsbeschichtet auf die Oberfläche einer PET-Trägerfolie 238, die sich an der Extruderspritzkopföffnung vorbeibewegt. Der Träger 238 kann verschiedene polymere Materialien aufweisen wie beispielsweise PET oder PETG. In einem Verfahren werden eine Klarbeschichtung, Farbbeschichtung und Klebeschicht extrusionsbeschichtet von einer einzigen Extrusionsbeschichtungsstation, welche drei separate Extruder verwendet, wie in 16 dargestellt. Ein Extruder enthält eine PVDF/Acryl-Klardeckschicht, wie vorstehend beschrieben. Dem zweiten Extruder wird eine pigmentierte PVDF-/Co-Polymer/Acrylfarbbeschichtung zugeführt, wie vorstehend beschrieben. Dem dritten Extruder wird ein Acrylklebeschichtmaterial zugeführt, wie beispielsweise Plexiglas VS-100 (Atohaas). Die Schmelzströme von diesen drei Extrudern werden dem Zuführblock 232 zugeführt, welcher die relative Dicke von jeder Komponente in dem fertigen co-extrudierten Film kontrolliert. Ein 45 : 45 : 10-Verhältnis von Klarbeschichtung/Farbbeschichtung/Klebeschicht wird bevorzugt. Die partitionierte Schmelze 236 fließt von dem Block zu dem Extruderspritzkopf. Die partitionierte Schmelze wird dann extrudiert auf die Polyesterträgerfolie. Die Trägerfolie kann gleichzeitig extrudiert werden mit der Beschichtung der extrudierten Filme auf dem Träger, wie in 16 gezeigt, oder der dreilagig extrudierte Film kann beschichtet werden auf eine Trägerfolie, die von einer Vorratsrolle abgewickelt wird. Diese beschichtete Folie wird dann über eine Kühlwalze und Leitrollen zu einer Aufnahmerolle 240 geleitet. Alternativ kann diese Folie laminiert werden auf nicht-grundiertes ABS anstelle von grundiertem ABS, um ein Laminat zu erhalten, welches thermogeformt, gestanzt und umspritzt werden kann, um ein fertiges Automobilteil zu erhalten.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist eine extrudierte Farbbeschichtung, die ohne eine Klarbeschichtung verwendet werden kann. Die extrudierte Farbbeschichtung, die die äußere wetterbeständige Schicht des fertigen Produkts aufweist, kann hergestellt werden aus verschiedenen thermoplastischen und thermoformbaren Polymeren, wie beispielsweise Acryle, Urethane, Vinyle, Fluorpolymere und Mischungen davon. Ein gegenwärtig bevorzugtes extrudierbares polymeres Farbbeschichtungsmaterial weist eine Mischung auf, aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Acrylharzen. Das bevorzugte Acrylharz ist ein Polymethylmethacrylatpolymer (PMMA) obwohl ein Polyethylmethacrylatpolymer (PEMA) auch verwendet werden kann. In einer bevorzugten Formulierung weist das Polyvinylidendifluorid Kynar 720 (Elf Atochem) 55% dieser Formulierung auf. VS-100 Acrylpolymer (Atohaas) weist 23% auf, Tinuvin 234 UV-Absorber (Ciba-Geigy) weist 2% auf und Titandioxid und gemischte Metalloxidpigmente weisen 20% auf.
Ein Konzentrat aus UV-Absorber und Acrylharz kann kompoundiert werden und zu den PVDF/Acrylpellets an dem Extruder hinzugegeben werden, beim Extrusionsbeschichten. Solch ein Konzentrat kann auch Pigmente und andere Additive kombiniert mit den Pellets in dem Extruder enthalten. Beispielsweise werden die gemischten Metallpigmente und Titandioxidpigmente typischerweise in dem Acrylharz (VS-100) in Pellets vordispergiert. Die einzelnen Pigmentpellets können kombiniert werden mit dem Kynar-720-Harz, VS-100-Acrylharz und Tinuvin-234-Trockengemisch, und dann in einem Doppelschneckenextruder kompoundiert werden. Auspressungen der farbigen Pellets können verwendet werden, um die Farbe zu kontrollieren.
Beispiel 1
Die folgende Formulierung eines extrudierbaren Klarbeschichtungspolymermaterials wurde pelletisiert und die Pellets wurden einem Extruder zugeführt zur Extrusionsbeschichtung der resultierenden Klarbeschichtung auf die Oberfläche einer Trägerfolie, welche sich an dem Extruderspritzkopfspalt vorbeibewegt.
Kynar 720 ist das Extrusionsgrad-PVDF, das Kynar 301F entspricht, welches allgemein in einer Lösungsmittelguss-PVDF/Acrylformulierung verwendet wird. Das Kynar 720 hat eine Schmelztemperatur von ungefähr 167°C, einen Tg von ungefähr –38 bis –41°C und eine Schmelzviskosität von 215°C (gemessen in Pa × s) bei 100, 500 und 1000 Us) von jeweils 1153, 470 und 312. Das Elvacite 2042 ist ein Polyethylmethacrylat (PEMA), welches kompatibel ist mit PVDF und das gleiche Acryl, welches in der standardlösungsmittelgegossenen Avloy^®-Klarbeschichtung verwendet wird; diese Formulierung wurde ausgewählt, um die Formulierung der Standard-Avloy^®-Klarbeschichtung zu simulieren (Avloy ist eine Marke der Avery Dennison Corporation, der Anmelderin dieser Erfindung).
Diese Formulierung wurde zweifach kompoundiert durch einen 3,25 Inch (8,26 cm) Davis-Standard Einschneckenextruder, um einheitlich gemischte Pellets zu erhalten; allerdings wird in späteren Beispielen eine Doppelschnecke verwendet, um eine besser verteilte Mischung zu erhalten. Die zwei Harze werden getrocknet in einem Trockner bei 130°F (54,4°C) für 4 Stunden, bevor sie zu Pellets extrudiert werden und während des Extrusionsverfahrens wurde eine Vakuumentlüftung in der Kompressionszone der Schnecke verwendet, um weiter Feuchtigkeit und andere flüchtige Komponenten zu entfernen. Die Zufuhr zu dem Extruder wurde auslaufen gelassen und die Heizelemente oder -zonen des Extruders wurden eingestellt auf (1) 420°F (215,6°C), (2) 430°F (221,1°C), (3) 430°F (221,1°C), (4) 430°F (221,1°C), (5) 430°F (221,1°C), (6) 430°F (221,1 °C) Adapter, (7) 430°F (221,1°C) Spritzkopf, aber die beobachteten Werte waren (1) 416°F (213,3°C), (2) 418°F (214,4°C), (3) 427°F (219,4°C), (4) 423°F (217,2°C), (5) 428°F (220,0°C), (6) 424°F (217,8°C) Adapter, (7) 429°F (220,6°C) Spritzkopf. Die Schnecke wurde gehalten bei 70 Umdrehungen pro Minute (1,167 s^–1), wobei 34A verwendet wurden und eine Siebpackung bestehend aus zwei 20er-Maschen-Sieben in Serie wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu säubern. Dieses Material wurde pelletisiert mit einem 9 bis 10 Fuss (2,74 bis 3,05 m) Wasserbad für ein 9-sekündiges Eintauchen, um das Extrudat vor dem Pelletisieren zu kühlen. Auspressungen wurden verwendet, um die Homogenität der Pellets zu beurteilen.
Dieses Material wurde extrusionsbeschichtet auf einen 2 mil (0,051 cm) hohen Glanzpolyesterfilm von American Hoechst bezeichnet als Grade 2000. (Das extrudierte Material hatte eine Schmelzviskosität (Pa × s) bei 100, 500 und 1000 Us von jeweils ungefähr 752 bis 769, 303 bis 308 und 200.) Der Polyesterträger stellt eine glatte glänzende Oberfläche bereit, auf der das heiße Extrudat einen dünnen Klarfilm bilden kann von etwa 0,1 mil (0,003 mm) bis ungefähr 2 bis 3 mil (0,051 bis 0,076 mm) Dicke. Die Dicke der resultierenden Filme kann angepasst werden mittels der Extrusionsbeschichtungsliniengeschwindigkeit und der Schneckengeschwindigkeit der Extruder. Schnellere Liniengeschwindigkeiten resultieren in einem dünneren Film und schnellere Schneckengeschwindigkeiten resultieren in dickeren Filmen. Der Polyesterträger dient auch als Stützfolie für den dünnen Klarfilm in nachfolgenden Arbeitsgängen, wie beispielsweise dem Beschichten und dem Laminieren. In diesem Beispiel wurde ein 2,5 Inch (6,35 cm) Extruder verwendet, um eine 1 mil (0,025 mm) PVDF/Acrylklardeckbeschichtung auf einen 2 mil (0,051 mm) Glanzpolyesterträger extrusionszubeschichten. Die kompoundierten Pellets wurden in einem Exsikkatortrockner bei 130°F (54,4°C) für 2 Stunden getrocknet, bevor sie dem Extruder zugeführt wurden. Der Extruder hat 5 Heizzonen, welche eingestellt sind auf (1) 390°F (198,9°C), (2) 400°F (204,4°C), (3) 410°F (210,0°C), (4) 420°F (215,6°C), (5) 420°F (215,6°C). Die Schneckengeschwindigkeit wurde gehalten bei 60 Umdrehungen pro Minute (1 × s^–1). Die matte Kühlwalze wurde. gehalten bei 75°F (23,9°C), während des gesamten Durchgangs. Ein Spaltdruck von 20 lbs (9,072 kg) und keine Koronabehandlung wurden verwendet, um die Haftung zwischen dem Film und dem Polyesterträger zu verstärken. Bei diesen Einstellungen wurde ein nominal 1 mil (0,025 mm) dicker Klarfilm produziert mit einem korrespondierenden Gewicht von 38 g/m². Die Extrusionsbeschichtung produzierte eine Rolle, welche besteht aus 2 mil (0,051 mm) Glanz-PET mit einer 1 mil (0,025 mm) klaren Avloy^®-Deckschicht. Die extrudierte Avloy^®-Deckschicht haftete jedoch an dem 2 mil (0,051 mm) Glanz-PET-Träger an und konnte nicht von dem Träger gelöst werden.
Unter Verwendung der gleichen Extrusionsbeschichtungsbedingungen wie oben wurden zwei weitere Rollen produziert, welche Hostafan 1545 silikonbeschichtetes Polyester als Träger verwendeten. Während die Klarbeschichtungsformulierung auf den silikonisierten PET-Träger extrudiert wurde, wurde der extrudierte Klarfilm um die Kühlwalze herumgeleitet aufgrund der schwachen Haftung zwischen dem extrudierten Film und dem silikonisierten Polyester. Dieses Problem wurde dadurch gelöst, dass die glänzende Kühlwalze gegen eine matte Kühlwalze ausgetauscht wurde, welche eine leichtere Freigabe des extrudierten Films gewährleistet. Diese Walze wurde einer weiteren Laboruntersuchung unterzogen. Die Rückseite der klaren Avloy-Klarschicht wurde geprägt durch die matte Oberfläche der matten Kühlwalze. Allerdings wurde, als diese Rolle beschichtet wurde, mit einer standardlösungsmittelbasierten Avloy^® weißen Farbbeschichtung, dieser Film getrocknet und anschließend laminiert (Gummiwalze bei 400°F (204,4°C), 10 Fuss/min (0,051 m/s)) auf eine grundierte 19 mil (0,483 mm) dicke graue ABS-Folie. Als der Träger entfernt wurde zeigte die laminierte Probe keine Textur von der matten Kühlwalze. Als diese Probe thermogeformt wurde (19 s, 330°F (165,6°C) Oberflächentemperatur), wurde die Textur von der matten Rollenoberfläche offensichtlich. Die Freigabe des extrudierten Film von dem silikonisierten PET war schwach mit einer Abziehfestigkeit von 10 g/inch. Ähnliche Resultate wurden erhalten, als diese Klarbeschichtungsformulierung auf ein silikonisiertes Freigabepapier extrusionsbeschichtet wurde, aber der extrudierte Film replizierte die Textur des Papierausgangsmaterials.
Eine Walze, die dieselben Bedingungen wie oben beschrieben mit einem Polypropylenfilm als Träger verwendete, wurde extrusionsbeschichtet unter den gleichen Bedingungen. Der Polypropylenträger verzieht sich, wenn das heiße Extrudat seine Oberfläche berührt, wobei Falten in dem fertigen Film entstehen; allerdings löst sich die Avloy^®-Klarbeschichtung leicht von dem Polypropylenträger. In einem späteren Versuch in dem polypropylenbeschichtetes Papier als Träger verwendet wurde, verzog das polypropylenbeschichtete Papier das heiße Extrudat nicht oder bildete keine Falten mit ihm, wegen der Unterstützung, die durch das Glanz-Papierzeug ermöglicht wurde. Die Avloy^®-Klardeckbeschichtung löste sich leicht von diesem Träger, aber sie zeigte Textur, die von dem Papierausgangsmaterial übertragen wurde.
Beispiel 2
Eine vergleichbare Beurteilung wurde angestellt zwischen der Formulierung, die in Beispiel 1 beschrieben wurde und der folgenden Formulierung:
Das VS-100 ist ein Polymethylmethacrylat (PMMA), bekannt als Plexiglas, welches kompatibel ist mit PVDF und ein Temperatur-Niskositätsprofil aufweist, welches nahe an das von Kynar 720 herankommt; diese Formulierung wurde ausgewählt wegen ihres ausgezeichneten Extrusionsschmelzswiderstands. Das VS-100 hat einen Tg von ungefähr 98 bis 99°C und eine Schmelzviskosität (gemessen in Pa × s) bei 100, 500 und 1000 Us von jeweils 940, 421 und 270. Die Formulierung aus Beispiel 1 wickelte sich während des Extrusionsbeschichtungsverfahrens um die glänzende Kühlwalze. Um diesen Fehler zu vermeiden, wurde eine neue Formulierung entwickelt, welche nicht an dem silikonisierten PET anhaftete und sich leicht von der glänzenden Kühlwalze löste. Die Formulierung wurde reduziert durch das Anheben des Kynar-720-Anteils und durch Steigern des Tg des Acryls; der Tg von Elvacite Acryl 2042 und VS-100-Acryl beträgt 65°C bzw. 100°C. Das Kynar/Acryl-Verhältnis wurde geändert von 65 : 35 auf 70 : 30. Diese Formulierung löste sich leicht von einer silikonisierten Polyesterbahn und einer hochglänzenden Kühlwalze und während eines späteren Versuchs löste sie sich von einer Standardpolyesterbahn.
Diese Formulierung wurde kompoundiert, wobei ein Doppelschneckenextruder verwendet wurde, der hergestellt wurde von Werner Pfleiderer, Modell 53 MM, um einheitlich gemischte Pellets zu erhalten. Die Doppelschnecken rotierten gegenläufig und ihre Konfiguration wurde bezeichnet als Avery Dennison "A". Die zwei Harze wurden in einem Trockner bei 160°F (71,1°C) für vier Stunden getrocknet, bevor sie zu Pellets extrudiert wurden und während des Extrusionsverfahrens wurde eine Vakuumentlüftung in der Kompressionszone der Schnecke verwendet, um weiter Feuchtigkeit und andere flüchtige Komponenten zu entfernen. Die Zufuhr in den Extruder wurde auslaufen gelassen und die Heizelemente oder Zonen des Extruders wurden eingestellt auf: (1) 100°F (37,8 °C), (2) 360°F (182,2°C), (3) 360°F (182,2°C), (4) 360°F (182,2°C), (5) 360 °F (182,2°C), (6) 360°F (182,2°C), (7) 360°F (182,2°C). Aber die beobachteten Werte waren (1) 108°F (42,2°C), (2) 360°F (182,2°C), (3) 374°F (190,0°C), (4) 366°F (185,6°C), (5) 360°F (182,2°C), (6) 355°F (179,4°C), (7) 358°F (181,1°C). Die Schnecke wurde gehalten bei 66 Umdrehungen pro Minute (1,1 s^–1). Die Schmelztemperatur dieser Formulierung wurde gehalten bei 355°F (179,4°C) und eine Siebpackung, bestehend aus drei verschiedenen Drahtmaschengrößen: 20, 40, 60 wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Dieses Material wurde pelletisiert.
Die Pellets wurden extrusionsbeschichtet auf ein 1,42 mil (0,036 mm) hochglanzsilikonbeschichtetes PET bezeichnet als Hostafan 1545. (Das extrudierte Material hatte eine Schmelzviskosität (Pa × s) bei 100, 500 und 1000 Us von ungefähr jeweils 803 bis 829, 373 bis 376 und 248 bis 250. Der Polyesterträger stellt eine glatte glänzende Oberfläche bereit, auf der das heiße Extrudat einen dünnen Klarfilm bilden kann, von ungefähr 0,1 mil (0,003 mm) bis ungefähr 2 bis 3 mil (0,051 bis 0,076 mm) Dicke. Die Dicke der resultierenden Klarfilme kann angepasst werden durch die Extrusionsbeschichtungsliniengeschwindigkeit und die Schneckengeschwindigkeit des Extruders wie vorstehend beschrieben. Der Polyesterträger unterstützt den dünnen Klarfilm in aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen wie beispielsweise dem Beschichten und dem Laminieren. In diesem Beispiel wurde ein 6,0 Inch (0,15 m) Extruder mit einer ein-windigen Schnecke verwendet, um eine 1 mil (0,025 mm) PVDF/Acryllclardeckbeschichtung auf einen 1,42 mil (0,036 mm) hochglanzsilikonbeschichteten Polyesterträger extrusionszubeschichten. Die kompoundierten Pellets wurden getrocknet in einem Exsikkatortrockner bei 130 °F (54,4°C) für zwei Stunden, bevor sie dem Extruder zugeführt wurden. Der Extruder hat 11 Heizzonen die eingestellt waren auf: (1) 380°F (193,3°C), (2) 370°F (187,8°C), (3) 340°F (171,1°C), (4) 340°F (171,1°C), (5) 340°F (171,1 °C), (6) 340°F (171,1°C) (7) Flansch 340°F (171,1°C), (8) Adapter 1 (340°F (171,1°C), (8) Adapter 2 (340°F (171,1°C), (9) Rohr 350°F (176,7°C), (10) Endkappe (100°F (37,8°C) und (11) Spritzkopf (350 bis 365°F (176,7 bis 185,0 °C), der Spritzkopf war ein T-Schlitz und hatte 5 Zonen: (1) 365°, (2) 360°, (3) 350°, (4) 360° und (5) 365°. Das Spritzkopftemperaturprofil wurde verwendet, um einen einheitlichen Schmelzfluss über den Spritzkopf aufrechtzuerhalten. Die Schneckengeschwindigkeit wurde gehalten bei 15 Umdrehungen pro Minute (0,25 s und eine Liniengeschwindigkeit von 170 Fuß/min (0,864 m/s). Die Hochglanzkühlwalze wurde gehalten bei 60°F (15,6°C) während des ganzen Durchlaufs. Eine Quetschwalze mit härterem Durometer und kleinerem Durchmesser erzeugte den höchsten Spaltdruck und den fertigen Film mit dem höchsten Glanz. Eine geschweißte Siebpackung mit 200 Maschen wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Bei diesen Einstellungen wurde ein klarer 1 mil (0,025 mm) dicker Film produziert, mit einem korrespondieren Gewicht von 38 g/m2. Der fertige Film war ein Hochglanzfilm. Es wurde keine Koronabehandlung angewendet.
Zwei Rollen wurden produziert in dem obigen Extrusionsbeschichtungsdurchgang; eine erste Rolle hatte eine Beschichtungsdicke von 1 mil (0,025 mm) und eine zweite Rolle hatte eine Beschichtungsdicke von 0,6 bis 0,7 mil (0,015 bis 0,018 mm). Das Material wurde nachfolgend mit einer auf Lösungsmittel basierenden Farbbeschichtung wie in 3 beschichtet unter Verwendung eines weißen Lacks, welcher 53,6 Teile Klarträger (clear vehicle), 12,5 Teile Cyclohexanon-Lösungsmittel, 33,4 Teile äußere weiße Pigmente und Spuren von Eisengelb-, Carbonschwarz- und Eisenrot-Pigmenten aufweist. Die Ofenzonen wurden eingestellt auf 160°F, 240 °F und 250°F (71,1°C, 115,6°C und 176,7°C). Die Liniengeschwindigkeit wurde gehalten bei 25 Fuss/min (0,127 m/s). Die Applikatorrolle wurde gehalten bei 35 Fuss/min (0,178 m/s) und die Dosierrolle wurde gehalten bei 7 Fuss/min (0,036 m/s). Unter diesen Bedingungen wurden 45 g/m² der getrockneten Farbbeschichtung auf die 1 mil (0,025 mm) PVDF/Acryldeckschicht aufgebracht.
Dieses Laminat hatte den folgenden Aufbau: 1,42 mil (0,036 mm) G1anz-PET, eine Nominale 1 mil (0,025 mm) klare PVDF/Acryldeckschicht und eine 1,0 mil (0,025 mm) Farbbeschichtung. Diese Konstruktion wurde auf eine grundierte 20 mil (0,508 mm) graue ABS-Stützfolie laminiert wie in 4 gezeigt.
Eine größenbeschichtete ABS-Folie kann hergestellt werden, indem eine Klebeschichtformulierung (unten beschrieben) auf einen Polyesterträger beschichtet wird, wie in 2 gezeigt und anschließend das Material auf eine ABS-Folie transferlaminiert wird, wie in 3 gezeigt. Für Testzwecke, wurde Hoechst Celanese 2000, ein 2 mil (0,051 mm) Glanz-PET-Film durch einen Umkehrwalzenbeschichter mit dem Klebeschichtmaterial beschichtet. Unter diesen Bedingungen werden 6 bis 7 g/m² Acrylklebeschicht auf den PET-Träger aufgebracht. Dieses Material wird wie in 3 gezeigt, auf eine extrudierte Folie aus General Electric Syco Lack LS laminiert, eine 19 mil (0,483 mm) dicke graue ABS-Folie. Während des Laminierens wird die Acrylklebeschicht übertragen auf die ABS-Stützfolie. Die Klebeschichtformulierung wird unten gezeigt:
Klebeschichtformulierung
Das Acrylharz war Elvacite 2009 von ICI Acrylics, Inc., Wilmington, Delaware. Das fertige Laminat wurde thermogeformt und spritzgegossen, wie in 6 gezeigt. Es wurde etwas Phasentrennung beobachtet nach dem Thermoformen, was ein Absinken des Glanzes und der Bildschärfe (DOI) der Klarbeschichtung/Farbbeschichtung zur Folge hatte. Die Folie kann verwendet werden als eine In-Form-Folie für flache Ziehteile ohne Vakuumformung.
Beispiel 3
Die folgende Formulierung zeigte nicht das Phasentrennungsproblem. Ein extrudierbares Klarbeschichtungspolymermaterial wurde pelletisiert und die Pellets wurden einem Extruder zugeführt zur Extrusionsbeschichtung der resultierenden Klarbeschichtung auf die Oberfläche einer Trägerfolie, die sich an der Extruderspritzkopföffnung vorbeibewegt.
Diese Formulierung wurde ausgewählt wegen ihres ausgezeichneten Extrusionsschmelzwiderstands und um Phasentrennung des Kynar-720-Harzes zu reduzieren. Die Formulierung wurde kompoundiert unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders (Werner Pfleiderer Modell 53 MM), um einheitlich gemischte Pellets zu erhalten. Die Extrusion war ähnlich der in Beispiel 2 beschriebenen, außer das die zwei Harze in einem Trockner bei –40° Taupunkt und 130°F (54,4°C) für vier Stunden getrocknet wurden, bevor sie zu Pellets extrudiert wurden. Die Schraube wurde gehalten bei 63 Umdrehungen pro Minute (1,05 s^–1) unter Verwendung von 600 bis 660 H. P. (447,4 bis 492,2 kW) und eines korrespondierenden Stroms von 54 bis 58 A. Die Schmelztemperatur dieser Formulierung wurde gehalten bei 356°F (180,0°C) und eine Siebpackung, bestehend aus drei verschiedenen Drahtmaschengrößen: 20, 40, 60 wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Dieses Material wurde pelletisiert.
Dieses Material wurde extrusionsbeschichtet auf einen 2 mil (0,051 mm) Hochglanzpolyesterfilm, American Hoechst 2000, um einen dünnen Klarfilm zu formen, von ungefähr 0,1 mil (0,003 mm) bis ungefähr 2 bis 3 mil (0,051 bis 0,076 mm) Dicke. (Das extrudierte Material hatte eine Schmelzviskosität (Pa × s) bei 100, 500 und 1000 Us von jeweils ungefähr 752, 366 und 242; eine Schmelztemperatur von 162°C und einen Tg von ungefähr 32,6°C. Der Polyesterträger wurde verwendet als Unterstützung für den dünnen Klarfilm in aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen, wie beispielsweise dem Beschichten und den Laminierungen. In diesem Beispiel wurde ein 2,5 Inch Extruder verwendet, um eine 1 mil (0,025 mm) PVDF/Acrylklardeckbeschichtung auf einen 2 mil (0,051 mm) Glanzpolyesterträger extrusionszubeschichten. Die kompoundierten Pellets wurden getrocknet in einem Exsikkatortrockner bei 130°F (54,4°C) für zwei Stunden bevor sie dem Extruder zugeführt wurden. Der Extruder hat 5 Heizzonen, welche eingestellt wurden auf: (1) 390°F (198,9°C), (2) 400°F (204,4°C), (3) 410°F (210,0°C), (4) 420°F (215,6°C), (5) 420°F (215,6°C) und die Schneckengeschwindigkeit wurde gehalten bei 60 Umdrehungen pro Minute (1 s^–1) mit einer korrespondierenden Liniengeschwindigkeit von 3,47 Fuss/min (0,018 m/s). Die Hochglanzkühlwalze wurde gehalten bei 60°F (15,6 °C) während des gesamten Durchlaufs. Bei diesen Einstellungen wurde ein klarer 1 mil (0,025 mm) dicker Film produziert, mit einem korrespondierenden Gewicht von 38 g/m². Es wurde keine Koronabehandlung angewandt. Allerdings wurden, als eine Koronabehandlung auf der Polyesterbahn angewandt wurde, bevor der Extrusionsbeschichtungsspalt erreicht wurde, Halbmondeffekte in dem klaren 1 mil (0,025 mm) Film beobachtet. Die elektrische Ladung, die auf der Polyesterbahn von der Koronabehandlung übrig war, wurde nicht abgeleitet, bevor der Extrusionsbeschichtungsspalt erreicht wurde, so dass sich der Klarfilm verzog und was zu halbmondförmigen Defekten führte.
Zwei Rollen wurden produziert in der obigen Extrusion; eine Rolle hatte keine Koronabehandlung und die andere Rolle wurde einer Koronabehandlung ausgesetzt. Der Film wurde anschließend beschichtet mit einer auf Lösungsmittel basierenden Farbbeschichtung wie in 3. Diese Rolle wurde umkehrwalzenbeschichtet unter Verwendung einer roten Farbbeschichtung (siehe Formulierung unten). Während dieses Durchlaufs betrug die Umgebungstemperatur 76°F (24,4°C) und die relative Luftfeuchte betrug 25%. Die Liniengeschwindigkeit wurde gehalten bei 15 Fuss/min (0,076 m/s). Die ersten Ofenzone wurde eingestellt auf 240°F (115,6°C) und die zweite Ofenzone wurde eingestellt auf 250°F (121,1°C). Das Applikatorrollenverhältnis wurde gehalten bei 115% der Liniengeschwindigkeit und die Dosierrolle wurde gehalten bei 20% der Liniengeschwindigkeit. Unter diesen Bedingungen wurden 25 g/m² der getrockneten Farbbeschichtungen aufgebracht auf die 1 mil (0,025 mm) PVDF/Acryldeckbeschichtung.
Rote Avloy^® Farbbeschichtung
Dieser Aufbau hatte die folgende Struktur: 2 mil (0,051 mm) G1anz-PET, 1 mil (0,025 mm) klare PVDF/Acryldeckschicht und 0,6 mil (0,015 mm) Farbbeschichtung. Dieser Aufbau wurde laminiert auf eine grundierte 20 mil (0,50 mm) graue ABS-Stützfolie (L1826) wie in 4 gezeigt. Das Material wurde thermogeformt und spritzgegossen (siehe 6).
Diese Proben zeigten einen guten Glanz und eine Bildschärfe (DOI) über 60. (DOI wird gemessen auf dem HunterLab Dorigon D47R-6-Instrument.) Die Folie kann auch in der Spritzgussform platziert werden, ohne Thermoformen und In-Form geformt werden für flache Ziehteile, wie vorstehend beschrieben. Für tiefe Tiefzieh-Teile wird die Folie zuerst auf eine flexible thermoplastische Stützfolie laminiert, d. h. Vinyl, Urethan oder Nylon. Diese flexible Stützfolie begünstigt die Dehnbarkeit dieser Folien. Solch eine Laminierung (siehe 3) wird unter den Laminierungsbedingungen durchgeführt, wie sie in Beispiel 2 beschrieben sind. Diese Laminate können auch spritzgegossen werden, ohne Thermoformen, indem das Laminat vorgeheizt wird und ein Druck oder ein Vakuum verwendet wird, um das Material zu veranlassen, die Form der Formfläche anzunehmen, bevor das geschmolzene Plastik eingespritzt wird. Die flexible Stützfolie wird ausgewählt hinsichtlich ihrer Kompatibilität mit dem Harz zu Umspritzen.
Beispiel 4
Die folgende Formulierung eines extrudierbaren Klarbeschichtungspolymermaterials wurde pelletisiert und die Pellets wurden einem Extruder zugeführt, zur Extrusionsbeschichtung der resultierenden Klarbeschichtung auf die Oberfläche einer Trägerfolie, die sich an dem Extruderspritzkopfspalt vorbeibewegt.
Die Formulierung wurde kompoundiert unter Verwendung des Doppelschneckenextruders, wie er in den Beispielen 2 und 3 beschrieben wurde, um einheitlich gemischte Pellets zu erhalten. Die Doppelschnecken rotierten in die gleiche Richtung. Die Extrusion war ähnlich der in Beispiel 2 beschriebenen, außer dass die zwei Harze getrocknet wurden bei 130 bis 150°F (54,4 bis 65, 6 °C) für zwei bis drei Stunden bevor sie zu Pellets extrudiert wurden und die Heizelemente oder -zonen des Extruders wurden beobachtet bei (1) 101°F (38,3 °C), (2) 358°F (181,1°C), (3) 339°F (170,6°C), (4) 359°F (181,7°C), (5) 359 °F (181,7°C), (6) 361°F (182,8°C) und (7) 357°F (180,6°C). Die Schnecke wurde gehalten bei 63 Umdrehung pro Minute (1,05 s^–1) unter Verwendung von 700 H. P. (522,0 kW) und einem korrespondierenden Strom von 68 bis 78 A. Die Schmelztemperatur dieser Formulierung wurde gehalten bei 355°F (179,4°C) und eine Siebpackung, bestehend aus drei verschiedenen Maschensiebgrößen: 20, 40, 60 wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Dieses Material wurde pelletisiert.
Diese Formulierung wurde extrusionsbeschichtet auf einen 2 mil (0,051 mm) Hochglanz American Hoechst 2000 Polyesterfilm. Dieser Polyesterträger stellt eine glatte glänzende Oberfläche bereit, auf der das heiße Extrudat einen dünnen Klarfilm bildete von ungefähr 0,1 mil (0,003 mm) bis ungefähr 2 bis 3 mil (0,051 bis 0,076 mm) Dicke. In diesem Beispiel wurde ein 2,5 Inch (6,35 cm) Extruder verwendet, um eine 1 mil (0,025 mm) PVDF/Acrylklardeckschicht auf einen 2 mil (0,051 mm) Glanzpolyesterträger extrusionszubeschichten. Die kompoundierten Pellets wurden getrocknet in einem Exsikkatortrockner und extrudiert bei Wärme und einer Geschwindigkeit ähnlich den Bedingungen, wie sie in Beispiel 3 beschrieben wurden. Die Hochglanzkühlwalze wurde gehalten bei 60°F (15,6°C) während des gesamten Durchlaufs. Bei diesen Einstellungen wurde ein klarer 1 mil (0,025 mm) dicker Film produziert, mit einem korrespondierenden Gewicht von 38 g/m². Es wurde keine Koronabehandlung angewendet. Als eine höhere Koronabehandlung auf der Polyesterbahn angewendet wurde, bevor der Extrusionsbeschichtungsspalt erreicht wurde, wurden halbmondartige Defekte beobachtet, in dem klaren 1 mil (0,025 mm) Film. Die elektrische Ladung, die auf der Polyesterbahn von der Koronabehandlung übrig war, wurde nicht abgeleitet, bevor der Extrusionsbeschichtungsspalt erreicht wurde, wodurch der Klarfilm verzogen wurde und was halbmondförmige Defekte zur Folge hatte.
Zwei Rollen wurden produziert in der obigen Laborextrusion; eine Rolle hatte keine Koronabehandlung und die andere Rolle wurde einer Koronabehandlung unterzogen. Der Film wurde nachfolgend beschichtet mit einer auf Lösungsmittel basierenden Avloy^®-Farbbeschichtung (unter Verwendung einer Bird bar) und wurde anschließend getrocknet. Die auf Lösungsmittel basierende schwarze Farbbeschichtung wies die folgende Formulierung auf:
Diese Harze wurden in dem Lösungsmittel gelöst bei einer Temperatur von 130 °F (54,4°C). Die folgende Pigmentdispersion wurde hinzugefügt:
Die resultierende Folie wurde auf eine grundierte schwarze 30 mil (0,762 mm) ABS-Acrylfolie laminiert, wobei eine Gummiwalze gehalten wurde bei 400°F (204,4°C) und einer Geschwindigkeit von 14 Fuss/min (0,071 m/s). Das resultierende Laminat wurde in dem Thermoformer für 29 Sekunden drapiert und die Laminatfolie erreichte eine Oberflächentemperatur von 340°F (171,1°C). Diese drapierte Probe wurde verglichen mit einer ähnlich präparierten Probe (aus Beispiel 3), um die relativen Trübungswerte zu bestimmen. Die schwarze Avloy^®, die aus dem Film aus Beispiel 3 hergestellt wurde, zeigte am wenigsten Trübung, und das schwarze Avloy^®-Laminat, welches aus dem Film aus Beispiel 4 hergestellt wurde, zeigte am meisten Trübung. Keine weitere Beurteilung wurde vorgenommen. Beispiel 3 wurde für besser erachtet, weil der höhere Acrylanteil in dieser Formel allem Anschein nach die Phasentrennung verzögert.
Beispiel 5
Eine vergleichende Beurteilung wurde angestellt zwischen der Formulierung aus Beispiel 2 und der folgenden Formulierung.
Kynar 2850 ist das Extrusionsgrad-PVDF-Co-Polymer. Das Kynar 2850 hat eine Schmelztemperatur von ungefähr 155°C, einen Tg von ungefähr –35 bis –40°C und eine Schmelzviskosität (gemessen in Pa × s) bei 100, 500 und 1000 Us von 1170 bis 1273, 494 bis 508 bzw. 326 bis 330. Das PMMA ist kompatibel mit dem PVDF, und sein Temperatur/Viskositätsprofil ist ähnlich dem von Kynar 2850. Diese Formulierung wurde ausgewählt wegen ihres besseren Widerstands gegen Phasentrennung, die in Trübung auf dem fertigen Teil resultieren kann.
Genauer gesagt, ist der Re-Kristallisationsprozess des Kynar-Harzes im Prinzip die treibende Kraft hinter dem Phasentrennungsprozess. Der Schmelzpunkt des Homopolymers Kynar 720, Tm = 165 bis 170°C ist höher der Schmelzpunkt des Co-Polymers Kynar 2850, Tm = 155 bis 160°C. Dieser Schmelzpunktunterschied verdeutlicht die höhere Kristallität des Homopolyrners gegenüber dem Co-Polymer. Solch eine Schmelzpunktdifferenz kann erklärt werden durch die relativen strukturellen Unterschiede dieser Polymere. Das PVDF-Homopolymer ist ein lineares Polymer, in dem die Moleküle sich leicht in paralleler Weise ausrichten können, um ein Kristall zu bilden, wie beispielsweise Polyethylen, wobei das zufällige Co-Polymer von PVDF und Hexafluorpropylen keine ähnlich lineare Struktur bilden kann, weil diese linearen Ketten hängende CF₃ Trifluoromethylgruppen aufweisen, welche teilweise die Ausrichtung dieser Ketten blockieren. Deshalb resultierte die Re-Kristallisation des Kynar-Harzes in dem fertigen PVDF/Acrylfilm in einer stärkeren Trübung in dem fertigen Teil. Kynar 2850 hat weniger die Tendenz zu kristallisieren, als Kynar 720 und produzierte einen klareren PVDF/Acrylfilm bei einer Wärme von 180°F (82,2 °C) für drei Tage.
Diese Formulierung wurde kompoundiert unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders, um einheitlich gemischte Pellets zu erhalten. Die zwei Harze wurden getrocknet bevor sie zu Pellets extrudiert wurden. Während des Extrusionsverfahrens wurde eine Vakuumentlüftung in der Kompressionszone der Schnecke benutzt, um weiter Feuchtigkeit und andere flüchtige Bestandteile zu entfernen. Die Heizelemente oder -zonen des Extruders waren eingestellt auf (1) 100°F (37, °C), (2) 380°F (193,3°C), (3) 380°F (193,3°C), (4) 385°F (196,1 °C), (5) 385°F (196,1°C), (6) 385°F (196,1°C) und (7) 385°F (196,1°C). Die Schnecke wurde gehalten bei 70 Umdrehungen pro Minute (1,167s ^–1). Die Schmelztemperatur dieser Formulierung wurde gehalten bei 380°F (176,7°C) und eine Siebpackung bestehend aus drei verschiedenen Drahtmaschengrößen (20, 40 und 60) wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Dieses Material wurde pelletisiert.
Die obige Formulierung wurde extrusionsbeschichtet auf einen 2 mil (0,051 mm) Hochglanz-Hostafan-2000-Polyesterträgerfilm, welcher eine glatte glänzende Oberfläche bereitstellt, auf der das heiße Extrudat einen Dünnfilm bilden kann von ungefähr 0,1 mil (0,003 mm) bis 2 mil (0,051 mm) Dicke. (Das extrudierte Material hat eine Schmelzviskosität (Pa × s) bei 100, 500 und 1000 Us von ungefähr 888, 405 und 266; eine Schmelztemperatur von ungefähr 147°C und einen Tg von ungefähr 23 bis 33°C). Die Dicke des resultierenden Film kann verändert werden durch die Extrusionsbeschichtungsliniengeschwindigkeit und die Schneckengeschwindigkeit des Extruders, wie in 1 dargestellt. Während schnellere Liniengeschwindigkeiten in einem dünneren Film resultieren, resultieren schnellere Schneckengeschwindigkeiten in dickeren Filmen. Der Polyesterfilm dient auch als Träger zur Unterstützung des dünnen Klarfilms in den nachfolgenden Arbeitsgängen wie dem Beschichten und dem Laminieren. In diesem Beispiel wurde ein 1,75 Inch (4,45 cm) Laborextruder verwendet, um eine 1 mil (0,025 mm) PVDF-Co-Polymer/Acrylklardeckschicht auf einen 2 mil (0,051 mm) Hochglanzpolyesterträger extrusionszubeschichten. Die kompoundierten Pellets wurden getrocknet in einem Exsikkatortrockner bei 150°F (65,6°C) für zwei Stunden, bevor sie dem Extruder zugeführt wurden. Der Extruder hatte 10 Heizzonen, welche eingestellt waren auf (1) 330°F (165,6°C), (2) 380°F (193,3 °C), (3) 380°F (193,3°C), (4) 405°F (207,2°C), (5) 415°F/clamp (212,8 °C/Klemme), (6) 420°F/tube (215,6°C/Rohr), (7) 420°F (215,6°C), (8) 420°F (215,6°C), (9) 420°F (215,6°C) und (10) 406°F/die (207,8°C/Spritzkopf); der Spritzkopf war kleiderbügelförmig und die Schmelzviskosität wurde gehalten bei 434°F (223,3°C). Die Schneckengeschwindigkeit wurde gehalten bei 166 Umdrehungen pro Minute (2,767 s^–1) mit einer korrespondierenden Liniengeschwindigkeit von 150 Fuss/min (0,76 m/s). Die Hochglanzkühleinstellung wurde gehalten bei 70°F (21,1°C) für den gesamten Durchlauf. Eine geschweißte Siebpackung wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Bei diesen Einstellungen wurde eine 1 mil (0,025 mm) Klarbeschichtung produziert mit einem konespondierenden Gewicht von 38 g/m². Der fertige Film war hoch glänzend, hatte aber einige Mikrogele und einige kleine Verunreinigungen wurden beobachtet. Die Fehler waren bei den fertigen Teilen nicht zu beanstanden. Es wirde keine Koronabehandlung verwendet.
Eine Rolle der Formulierung, die in dem obigen Extrusionsbeschichtungsproduktionsdurchlauf produziert wurde, wurde im Labor beschichtet mit einer grünblauen metallischen Avloy^®-Farbbeschichtung. Dieses Material wurde auf grundiertes ABS laminiert. Das resultierende Laminat wurde thermogeformt, gestanzt und umspritzt, um ein fertiges Teil zu erhalten.
Beispiel 6
Dieses Beispiel stellt die Extrusionsbeschichtung einer Nicht-PVDF/Acrylformulierung dar, in diesem Fall eines thermoplastischen aliphatischen Urethans von Monon (PN-3429). Solche Deckbeschichtungen können verwendet werden als äußere Klarbeschichtung in manchen äußeren Automobilanwendungen oder für innere Automobilanwendungen, wie beispielsweise eine innere Klarbeschichtung für TC-Laminate.
Monon-PN3429-Pellets werden für vier Stunden getrocknet bei 130°F (54,4°C). Diese getrockneten Pellets werden extrusionsbeschichtet unter Verwendung eines Pilotlinienextruders mit einer 2,5 inch (6,35 cm) Einzelschnecke. Alle Heizzonen von der Zufuhr bis zum Spritzkopf werden gehalten bei 325°F (162,8°C). Die Kühlwalze wurde eingestellt auf 80°F (26,7°C) und auf einen Spaltdruck von 20 lbs (9,072 kg). Dieses Material wurde extrusionsbeschichtet auf einen 2 mil (0,051 mm) Glanz-Polyesterträger (Hostafan 2000) bei einer Schneckengeschwindigkeit von 50 Umdrehungen pro Minute (0,833 s^–1) und einer Linieneinstellung von 3,0. Unter diesen Bedingungen wurde eine 2,0 mil (0,051 mm) Klarbeschichtung auf den Polyesterträger beschichtet. Die Erhöhung der Linieneinstellungen resultierte in der Aufbringung einer 1 mil (0,025 mm) Klarbeschichtung auf den Polyesterträger.
Beispiel 7
Der Zweck dieses Versuchs ist es, eine Co-Extrusionsfolie herzustellen für einen Basisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsfarbfilm.
Gegenwärtig wird eine einlagige ABS-Folie, 0,020 Inch bis 0,030 Inch (0,05 cm bis 0,08 cm) vorgeleimt, für Anhaften durch Transferlaminierung entweder bei dem Extruder oder bei einem separaten Vorgang mit einer Acrylschicht (Elvacite 2009), die auf einen Polyesterträger lösungsmittelgegossen wurde. Der Polyesterträger wird entfernt und verworfen, indem diese Acrylschicht mit der ABS co-extrudiert wird. Die Notwendigkeit, das Acryl zu einem Polyesterträgerfilm auf einem Umkehrwalzenbeschichter zu gießen und es nachfolgend transferzulaminieren zu ABS wird vermieden, wodurch die Herstellung des fertigen Produkts vereinfacht wird.
Dieses Beispiel stellt ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer grundierten ABS-Folie dar, welche mit einer Basisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsfolie laminiert werden kann, um ein Laminatprodukt herzustellen. Diese grundierte ABS-Folie wurde durch die Co-Extrusion einer Verbund-Acryl/ABS-Folie auf eine Dickfilmlinie hergestellt. Diese Co-Extrusion beseitigt die Notwendigkeit, die Acrylklebeschicht auf einen Polyesterträger lösungsmittelzugießen, unter Verwendung eines Umkehrwalzenbeschichters und nachfolgend diese Folie zu ABS zu laminieren. So eine Co-Extrusion beseitigt zwei Arbeitsgänge in dem Herstellungsprozess von laminierten Folien; einen Beschichtungs- und einen Laminierungsvorgang. Die Beseitigung dieser Vorgänge kann sowohl die Laminierungs- als auch die Beschichtungskapazität einer Anlage erhöhen und die Kosten und die Zeit senken, die benötigt werden, um das Laminat zu produzieren.
Auf einer Dickfilmlinie werden zwei Extruder verwendet, um eine Verbund-Acryl-/ABS-Folie zu co-extrudieren. Dem Extruder A wird ein Acrylharz zugeführt und er wurde nicht entlüftet; wohingegen dem Extruder B ABS-Harze zugeführt wurden, und er entlüftet wurde, um weiter Wasser und andere flüchtige Gase zu entfernen. Sowohl das Acrylharz als auch das ABS-Harz benötigen die Trocknung von überschüssiger Feuchtigkeit vor dem Extrudieren. Dies wird erreicht durch die Trocknung des Harzes in einem Exsikkatortrockner für zumindest zwei Stunden bei 150°F (56,6°C) für das Acryl und 170°F (76,7°C) für das ABS. Das Harz muss einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger 0,08% aufweisen, um Probleme bei der Extrusion zu vermeiden. Typischerweise wird es während der Extrusion mit einem Feuchtigkeitsgehalt zwischen 0,02% und 0,04 % gefahren.
Getrocknete Harz-Pellets jeden Materials werden den Trichtern auf jedem Extruder zugeführt über Vakuumröhren. Von den Trichtern werden die Pellets aufgrund der Schwerkraft in die Zuführabschnitte der Extrudertrommel gefördert. Sie werden mittels der Schnecke durch die Trommel befördert und zu einem geschmolzenem Zustand aufgeheizt. Die zwei Harze in jedem Extruder werden durch ihre jeweiligen Trommelabschnitte zu einem Einzelzuführblock gefördert und anschließend in den Spritzkopf des Extruders. Die geschmolzene Folie verlässt den Spritzkopf und verläuft durch ein Drei-Rollen-Glättwerk (Polierend), welches beide Seiten der Folie poliert. Während die Folie die Linien entlang läuft wird sie gekühlt, indem sie über gekühlte Stahlwalzen verläuft und wird schließlich auf eine Rolle aufgewickelt. Die fertige Folie umfasst ungefähr 1,5 mil (0,038 mm) Acrylschicht und 28,5 mil (0,724 mm) ABS-Schicht, was eine Gesamtdicke von 30 mil (0,762 mm) ergibt.
Die folgenden Betriebsbedingungen und Daten wurden in Form einer Tabelle dargestellt.
Der Grund für die Veränderung bei den Schmelztemperaturen war -es, die Bewegung des geschmolzenen Harzes durch den Extruder zu verbessern, durch Steigern der Schmelztemperatur, um die Schmelzviskosität zu reduzieren. Weitere Betriebsbedingungen waren wie folgt:
Der Grund für die Änderungen in der Mitte und am Boden vom Start bis zum Ende lag darin, die Folie im Glättwerk einzustellen. Der Extruder "A" wurde nicht entlüftet – "B" wurde entlüftet zur Entfernung von Feuchtigkeit und Gasen.
Zwei Basisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsfilme (mittelglänzendes Schwarz und Smaragdgrün) wurden dem Glättwerk zugeführt und auf die Acrylseite der Co-Extrusion laminiert. Der Träger wurde anschließend entfernt. Dadurch wird die Co-Extrusion der vorgeleimten Stützfolie mit der Laminierung der Basisbeschichtungs-/Klarbeschichtungsfolie kombiniert, so dass das resultierende Laminat fertig zum Thermoformen ist vor dem nachfolgenden Formen der äußeren Automobilteile.
Beispiel 8
Die folgende Formulierung eines extrudierbaren Farbbeschichtungsmaterials wurde pelletisiert und die Pellets wurden einem Extruder in einer Extrusionsbeschichtungsstation zugeführt. Die extrudierte Farbbeschichtung wurde auf die extrusionsbeschichtete Bahn aufgebracht, die unterhalb des Extruderspritzkopfspalts verläuft.
Diese Formulierung wurde kompoundiert unter Verwendung des Werner Pfleiderer Modell 53 MM Doppelschneckenextruders, um eine einheitliche Mischung zu erhalten. Die zwei Harze wurden getrocknet in einem Exsikkatortrichter mit einem 0°F (–17,8°C) Taupunkt bei 150°F (65,6°C) für acht Stunden bevor sie zu Pellets extrudiert wurden. Während des Extrusionsverfahrens wurde die Vakuumentlüftung in der Kompressionszone der Schnecke verwendet, um weiter Feuchtigkeit und flüchtige Komponenten zu entfernen. Das getrocknete Harz der Farbbeschichtung wurde einem Extruder zugeführt. Die 7 Heizzonen des Extruders waren eingestellt auf (1) 100°F (37,8 °C), (2) 370°F (187,8°C), (3) 370°F (187,8°C), (4) 370°F (187,8°C), (5) 370 °F (187,8°C), (6) 370°F (187,8°C), (7) 370°F (187,8°C). Die Schnecke wurde gehalten bei 64 Umdrehungen pro Minute (1,067 s^–1) unter Verwendung von 600 bis 670 H. P. (447,4 bis 499,6 kW) und einem entsprechenden Strom von 50 bis 59 A. Die Schmelztemperatur des Spritzkopfes wurde gehalten bei 367°F (186,1°C) und eine Siebpackung bestehend aus drei verschiedenen Drahtmaschengrößen; 20, 40, 60 wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Das Material wurde pelletisiert. Auspressungen wurden verwendet, um die Einheitlichkeit der Mischung zu überprüfen.
Die obige Formulierung wurde extrusionsbeschichtet auf eine extrusionsbeschichtete Bahn mit klarer Deckschicht, um eine 1 mil (0,025 mm) Farbbeschichtung auf der klaren Deckbeschichtung zu bilden mit einem entsprechenden Gewicht von 44 g/m². Die Pellets wurden getrocknet in einem Exsikkatortrockner bei 0°F (–17,8°C) Taupunkt, 150°F (65,6°C) für acht Stunden vor der Extrusionsbeschichtung der Farbbeschichtung. Der 2,5 inch (6,35 cm) Extruder wurde gehalten bei 60 Umdrehungen pro Minute (1 s^–1) und die 5 Heizzonen waren eingestellt auf (1) 390°F (198,9°C), (2) 400°F (204,4°C), (3) 410°F (210,0°C), (4) 420°F (215,6°C), (5) 420°F (215,6°C). Diese Rolle wurde laminiert auf eine 30 mil (0,762 mm) grundierte schwarze ABS auf dem Acromark (400°F (204,4°C) 2X, 8 Fuss/min (0,041 m/s)); es wurde auch laminiert auf grundierte graue ABS, um die Opazität (Deckfähigkeit) zu überprüfen. Beide Laminate wurden thermogeformt.
Die vorgenannte Beschreibung bezog sich auf die Verwendung der Erfindung für die Herstellung äußerer und innerer Automobilkarosseriepaneele. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Anwendungen der Erfindung für die Herstellung von Outdoor-Verkleidungspaneelen.
2 stellt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung dar, bei der der Klarbeschichtungsfilm extrusionsbeschichtet wird auf eine flexible Trägerfolie, welche einen 0,60 mil (0,015 mm) dicken Hochglanzpolyesterfilm aufweist, so wie der unter der Bezeichnung Skyrol SM30 verkaufte Polyesterfilm von SKC America Inc. Die Trägerfolie ist freigabebeschichtet mit einer matten Freigabebeschichtung wie unten beschrieben.
Die Klarbeschichtung weist vorzugsweise ein festes Polymermaterial auf, welches als durchsichtiger Film extrudiert werden kann. Das polymere Material kann verschiedene Acryle, Urethane, Vinyle, Fluorpolymere und Mischungen davon aufweisen. Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyvinylfluorid (PVF) sind bevorzugte Fluorpolymere. Ein gegenwärtig bevorzugtes extrudierbares Polymermaterial weist eine Mischung von PVDF und Acrylharzen auf. Das bevorzugte Acrylharz ist ein Polymethylmethacrylatpolymer (PMMA), obwohl ein Polyethylmethacrylatpolymer (PEMA) auch verwendet werden kann. In einer gegenwärtig bevorzugten Formulierung weist das Klarbeschichtungsmaterial ungefähr 50 bis 75% PVDF und ungefähr 25 bis 50% Acrylharz, bezogen auf das Gewicht der gesamten in der PVDF/Acrylformulierung vorhandenen Feststoffe, auf. Diese Feststoffbereiche basieren auf den relativen Anteilen der PVDF- und Acrylkomponenten lediglich in der Klarbeschichtungsformulierung.
Andere kleinere Feststoffanteile wie beispielsweise UV-Stabilisatoren, Pigmente und Füllstoffe können auch in der Klarbeschichtungsformulierung enthalten sein.
In einer Ausführungsform beträgt die Dicke des trocknen Films der Deckschicht ungefähr 0,1 bis 1,5 mil (0,003 bis 0,038 mm). Die bevorzugte Deckschichtformulierung erzeugt einen trocknen Film mit äußerer wetterbeständiger Beschichtung, der die gewünschten Eigenschaften von Härte und Abriebfestigkeit zusammen mit Wetterbeständigkeitseigenschaften wie beispielsweise UV-Beständigkeit und Wasser- und Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist. Die Deckschichtformulierung verbessert sich, wenn sie von einer matten Freigabebeschichtung, wie unten beschrieben, auf eine niedrig glänzende Oberfläche übertragen wird. In einer Ausführungsform wird die Deckschicht gebildet aus einer thermoplastischen synthetischen harzartigen Beschichtung, welche, in Trockenfilmform, weich wird und sich unter erhöhten Temperaturen verformt, so dass die dreidimensionalen Eindrücke in ihrer äußeren Oberfläche gebildet werden können, während des Prägeschritts, während die Mikrorauhigkeit von der matten Freigabeschicht repliziert wird, um die niedrig glänzende Oberfläche herzustellen.
Die Klarbeschichtungspolymermischung wird als ein extrudierbares Material in Pelletform hergestellt, und von einem Trichter einem Extruder zugeführt, der einen Extruderspritzkopf oberhalb der Oberfläche der Trägerfolie aufweist. Die Trägerfolie ist als eine Vorratsrolle ausgestaltet und wird abgewickelt und bewegt sich bei hoher Liniengeschwindigkeit an dem Spritzkopf vorbei. In einer Ausführungsform übersteigt die Liniengeschwindigkeit 200 Fuss/min (1,016 m/s). Der Spritzkopf extrudiert eine Beschichtung des geschmolzenen Polymermaterials durch einen engen Spalt, der die Trägerfolie einheitlich beschichtet, welche sich kontinuierlich bei hohen Geschwindigkeiten an dem Extruderspritzkopfspalt vorbeibewegt. Die gesamte Dicke der Beschichtung wird sofort und danach gekühlt, wie unten beschrieben. Der Extrusionsträger wird als eine Aufnahmerolle aufgewickelt.
Bezugnehmend auf 2, wird die Vorratsrolle des Trägerfilms gezeigt, wobei die Trägerfolie um eine Reihe von Rollen herumgeleitet wird bevor eine Freigabebeschichtung auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht wird, durch einen herkömmlichen Tiefdruckzylinder. Die Freigabebeschichtung ist vorzugsweise ein heiß härtendes harzartiges Material, welches, wenn es zur Trocknung beheizt wird, auch vernetzt und dauerhaft als ein Oberflächenfilm an der Trägerfolie haftet. Die in der matten Freigabebeschichtung enthaltenen Feststoffe umfassen vorzugsweise, als eine grundlegende Komponente eine oder mehrere vernetzende Agenzien, um eine gute Haftung der getrockneten vernetzten Schicht an dem Polyesterträgerfilm zu gewährleisten. In einer Ausführungsform umfasst die matte Freigabebeschichtungsformulierung ein primäres Vernetzungsharz, wie beispielsweise ein Vinylharz, welches an dem Polyesterfilm anhaftet. Ein geeignetes Vinylharz ist ein Vinylchloridvinylacetatharz mit mittlerem Molekulargewicht, bekannt als VAGH, welches detaillierter unten im Beispiel 8 beschrieben wird. Dieses Vinylharz kann in der matten Freigabebeschichtung vorhanden sein, in einer Größenordnung von bis zu 20% der gesamten Feststoffe. Zusätzlich kann die matte Freigabebeschichtung ein zweites vernetzendes Harz enthalten, um die Freigabe der Klarbeschichtung von der matten Freigabebeschichtung zu verbessern. In einer Ausführungsform kann das zweite vernetzende Harz ein acrylmodifiziertes Alcytharz sein, wie beispielsweise das als das Lankyd 13-1245 bekannte, welches detaillierter in Beispiel 8 beschrieben wird. Das zweite vernetzende Harz umfasst ungefähr 5% bis ungefähr 20% der gesamten Feststoffe der matten Freigabebeschichtung. Die matte Freigabebeschichtung umfasst weiterhin einen geeigneten Katalysator zum Beschleunigen der Vernetzungsvorgänge, typischerweise in einer Größenordnung von 1% bis 4% der gesamten Feststoffe in der matten Freigabebeschichtung.
Die harzartigen Komponenten der matten Freigabebeschichtungszusammensetzung werden mit geeigneten Lösungsmitteln gemischt. In einer Ausführungsform werden die Harze gemischt mit einem primären Harzlösungsmittel wie beispielsweise Methylisobutylketon (MIBK), welches ungefähr 65% bis ungefähr 85% des gesamten Lösungsmittels in der Formulierung aufweist. Ein zweites Harzlösungsmittel, wie beispielsweise Isopropylalkohol (IPOH) ist nützlich zur Verzögerung der Vernetzung der in Lösung befindlichen Harze. Das zweite Harzlösungsmittel weist ungefähr 5% bis ungefähr 20% des gesamten Lösungsmittels auf.
Die matte Freigabebeschichtungsformulierung wird hergestellt, indem das erste Vernetzungsharz in dem ersten und zweiten Harzlösungsmittel gelöst wird, durch Mischen und anschließendes Hinzufügen des zweiten Vernetzungsharzes, zusammen mit einem ersten mattierenden Agens, vorzugsweise in Form eines Füllstoffes, welcher ein feines partikuläres inertes anorganisches Material aufweist. In einer Ausführungsform umfasst der Füllstoff Aluminiumsilikat mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ungefähr 4,8 μm. Der Füller, der in der Formulierung enthalten war, umfasste bis zu ungefähr 25% der totalen Feststoffe in der matten Freigabebeschichtung. Der feine partikuläre Füllstoff wird vollständig in dem Harz und der Harzlösungsmittelmischung dispergiert, vorzugsweise unter erhöhten Temperaturen von ungefähr 100°F bis 120°F (37,8 °C bis 48,9°C).
Im Betrieb, wenn die matte Freigabeschicht trocknet und vernetzt, formt sie eine chemisch matte Beschichtung auf der Oberfläche der Trägerfolie. Die matte Oberfläche wird kontrolliert durch den Betrag und die Partikelgröße des Füllstoffes. Die feinen Partikel stehen hervor durch die getrocknete äußere Oberfläche der matten Freigabebeschichtung, um, in einem mikroskopischen Maßstab, eine Oberfläche mit Mikrorauhigkeit zu bilden, welche eine replizierte Mikrorauhigkeit, welche Lichtbrechung erzeugt, auf die Oberfläche der getrockneten Deckbeschichtung überträgt, was einen niedrigen Oberflächenglanz auf der Deckschicht zur Folge hat.
Die matte Freigabebeschichtungsformulierung umfasst auch ein Freigabeagens, um ein freies Ablösen des Trägers und seiner matten Freigabebeschichtung von der Deckschicht während des Transfervorgangs zu verstärken. Das Freigabeagens umfasst vorzugsweise eine Wachskomponente, wie beispielsweise ein Polyethylenwachs, welches bei erhöhten Temperaturen schmilzt, um eine leichte heiße Freigabe der Freigabebeschichtung zu ermöglichen. Die Wachskomponente ist normalerweise in der matten Freigabebeschichtung suspendiert bei Temperaturen unterhalb der Temperatur, bei der das Polyethylenwachs zu quellen beginnt, oder sich in der Lösungsmittelmischung auflöst. Ein beträchtlicher Viskositätsanstieg kann beobachtet werden oberhalb von 90°F (32,2°C), wodurch ein Quellen oder teilweises Lösen des Polyethylenwachses angezeigt wird. Die Wachskomponente, in ihrer suspendierten oder partikulären Form, dient als ein mattes Agens, um den Transfer der niedrig glänzenden Oberfläche auf die Klarbeschichtung zu verbessern.
Die Temperatur der Extrusion an dem Transfer-Prägepunkt des Verfahrens heizt das Laminat (einschließlich der Freigabebeschichtung), um das Wachs ausreichend zu schmelzen, damit es die Freigabeeigenschaften der matten Freigabebeschichtung verbessert. Vorzugsweise liegt der Schmelzpunkt des Wachses unterhalb der Temperatur, bei der der freigabebeschichtete Träger von dem Laminat abgezogen wird. Bei einem bevorzugten Polyethylenwachs, welches als Shamrock 5-381-N1 bekannt ist (beschrieben in Beispiel 8 unten), liegt der Schmelzpunkt des Wachses ungefähr bei 206°F (96,7°C). Das Abziehen des freigabebeschichteten Trägers kann bei niedrigeren Temperaturen ausgeführt werden, aber bei ungefähr 80°F bis 140°F (26,7°C bis 60,0°C) oberhalb des Schmelzpunktes des Wachses, weil das Wachs das Ablösen weiter verbessert.
Das Wachs, welches bei relativ höheren Temperaturen schmilzt als es trocknet, kann eine kristalline oder semikristalline Struktur aufweisen, und bei relativ niedrigen Temperaturen wird es kristallisieren und solche Partikel bilden, welche die Mattigkeit, die auf das Laminat übertragen wurde, beeinträchtigen. In einer bevorzugten Form der Freigabebeschichtungsformulierung, weist das Polyethylenwachs 12% bis ungefähr 25% der Feststoffe auf, die in der matten Freigabebeschichtung enthalten sind.
Das Freigabeagens, welches in der matten Freigabebeschichtungsformulierung enthalten ist, umfasst weiterhin eine Silikonharzkomponente, welche zusammen mit dem Polyethylenwachs ein freies Ablösen der Klarbeschichtung von der matten Freigabebeschichtung bei erhöhten Temperaturen verbessert. In einer Ausführungsform umfasst das Silikonharz ungefähr 2,5% bis 25% der Feststoffe, die in der matten Freigabebeschichtungsformulierung enthalten sind. Die Freigabe wird verbessert und der niedrigere Glanz wird übertragen, wenn das Wachs und das Silikonharz in Kombination in der matten Freigabebeschichtung verwendet werden.
17 ist ein schematisches Diagramm, das die aufeinanderfolgenden Schritte darstellt, welche in einer Ausführungsform verwendet werden, um mehrere Beschichtungen auf den durchsichtigen extrudierten PVDF/Acrylfilm aufzubringen, um eine dekorative Folie zu produzieren, welche das Aussehen einer Holzmaserung aufweist. In dem dargestellten Verfahren gibt es zwei Holzmaserungsdruckstufen 250 und 252, gefolgt von zwei kontinuierlichen Farbbeschichtungsstufen 254 und 256 und einer kontinuierlichen Klebeschichtstufe 258. Die Holzmaserungsdruckbeschichtungen können formuliert werden aus einer thermoplastischen, synthetischen Harzbeschichtungsverbindung, welche ein Acrylharz enthält, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polyethylmethacrylat oder Mischungen davon, einschließlich Methacrylatcopolymerharzen und kleineren Anteilen von anderen Co-Monomeren; oder die Druckbeschichtungen können hergestellt werden aus einem Fluorpolymerharz, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyvinylfluorid (PVF) oder die Druckbeschichtungen können formuliert werden aus Mischungen von Fluorpolymer und Acrylharzen. Der Grad an Pigmentierung in der Beschichtung kann reichen von bis zu ungefähr 40 Vol.-% auf Feststoffbasis, abhängig von der Farbtiefe, die für das spezielle Holzmaserungsmuster, welches gedruckt wird, benötigt wird. Allerdings werden weniger als 10 Vol.-% Pigmente bevorzugt. Das Trockenbeschichtungsgewicht der Holzmaserungsdruckbeschichtungen reicht von ungefähr 0,1 bis 2,0 g/m². Beispiel 8 unten beschreibt detaillierter die Pigmente, welche in den Holzmaserungsdruckfarben verwendet werden können.
Bezugnehmend wiederum auf 17 gelangt die Folie, die die getrockneten Holzmaserungsdruckbeschichtungen enthält von dem zweiten Trockenofen 252 zu einer Tiefdruckstation, an der eine erste Farbbeschichtung auf die fertige, getrocknete zweite Holzmaserungsdruckbeschichtung beschichtet wird. Nachdem die erste Druckbeschichtung getrocknet ist, wird eine zweite Farbbeschichtung in der vierten Tiefdruckstation 256 aufgebracht. Die Farbbeschichtung wird dann durch einen Luftaufprallofen hindurchgeleitet, der bei einer Temperatur von ungefähr 225°F (107,2°C) betrieben wird, um die zweite Farbbeschichtung zu trocknen. Die Folie, die die Farbbeschichtungen enthält gelangt als nächstes von dem vierten Trockenofen 256 zu der Tiefdruckstation, wo eine Klebeschicht auf die getrocknete Farbbeschichtung aufgebracht wird. Die Klebeschicht wird dann durch einen Luftaufprallofen 258 hindurchgeleitet, der bei einer Temperatur von ungefähr 225°F (107,2°C) betrieben wird, um die Klebeschicht zu trocknen. Die Klebeschicht wird aufgebracht unter Verwendung eines Tiefdruckzylinders und kann Pigmente von ungefähr 25 Vol.-% Pigment enthalten, obwohl weniger als 10 Vol.-% bevorzugt werden. Das Gewicht der getrockneten Beschichtung der Klebeschicht reicht von ungefähr 1 bis 3 g/m².
Die Klebeschicht weist einige verschiedene geeignete Beschichtungsverbindungen auf, um eine Haftung der dekorativen Folie auf der extrudierten Folie zu gewährleisten, während des Transferschrittes, welcher später während des Verfahrens ausgeführt wird. Die Klebeschicht weist vorzugsweise ein geeignetes thermoplastisches harzartiges Material wie beispielsweise ein Acrylharz auf. In einer Ausführungsform weist die Klebeschicht ein Polymethylmethacrylat oder Polyethylmethacrylat enthaltendes Harz auf. So eine Klebeschichtsformulierung ist ausreichend, um eine gute Bindung mit einer Extrusion aus einem PVC-Harz zu gewährleisten.
In bestimmten Fällen, in denen eine Stützfolie aus einem thermoplastischen Olefin, wie beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen hergestellt werden kann, kann eine andere Klebeschicht verwendet werden. In diesem Fall wird die Klebeschicht vorzugsweise aus einer Beschichtungsverbindung einer Lösung aus thermoplastischem chloriertem Polyolefin (CPO) hergestellt. Eine bevorzugte CPO-Klebeschicht ist vorzugsweise ein chloriertes Polypropylen oder ein chloriertes Polyethylen, in dem die Beschichtungszusammensetzung ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-% CPO enthält und korrespondierend ungefähr 50 Gew.-% bis ungefähr 90 Gew.-% Lösungsmittel.
Nach dem Trocknen der Klebeschicht verlässt die Folie den Trockenofen 258 und wird durch ein Spannungskontrollsystem hindurchgeleitet, bevor sie auf eine Vorratsrolle 260 gewickelt wird. Die fertiggestellte Folie wird dann aus dem zweiten Beschichtungssystem entfernt und in der Abwickelstation des in 18 gezeigten Extruderlaminators installiert. Die fertiggestellt Folie ist in 19 im Querschnitt dargestellt.
Bezugnehmend auf 18 wird die holzmaserungsbedruckte Transferfolie 262 während dem Transferprägeschritt, dem Spalt einer Prägewalze 264 zugeführt, so dass der Trägerfilm in Druckkontakt mit der metallischen Prägewalze ist und die Klebeschicht auf der Folie in Druckkontakt mit dem extrudierten Plastikfilm 266 ist. Die Prägewalze 264 druckt ein dreidimensionales Muster von Eindrücken in die äußere Oberfläche der Deckbeschichtung. Das Prägen ist optional, da ein Paneel auch ohne Prägung hergestellt werden, um einen anderweitig gewünschten Oberflächen-Finish zu produzieren. Das Prägen wird durch die Tiefe des Trägerfilms hindurch ausgeführt. Da das Prägen ausgeführt wird, wenn die extrudierte Folie eine Temperatur unterhalb, aber nahe genug an ihrer Extrusionsspritzkopfausgangstemperatw aufweist, ist die Folie ausreichend geschmeidig, um das Einprägen von tiefen dreidimensionalen Eindrücken (bis zu einer durchschnittlichen Tiefe von ungefähr 120 um) durch den Trägerfilm und in die Tiefe der Deckbeschichtung auf der Oberfläche der extrudierten Folie zu erleichtern. Der Trägerfilm ist ausreichend dünn (ungefähr 0,48 bis ungefähr 0,75 mil (0,012 bis ungefähr 0,019 mm), um zu erreichen, dass das Metallprägewalzenmuster physisch übertragen wird durch den Trägerfilm hindurch bis zu der Deckschicht, während weiterhin eine Trägerfilmfestigkeit beibehalten wird, die ausreicht, um von der geprägten Deckschicht im heißen Zustand abgezogen zu werden an der Abziehstation 267, die stromabwärts von der Prägestation angeordnet ist.
Wenn die dekorative Folie in Kontakt mit der extrudierten Folie gepresst wird, ist die Extrusionstemperatur auch ausreichend hoch, um die Folie an die extrudierte Folie zu binden. Die Polyesterträgerfolie weist eine Wärmebeständigkeit auf, die gut oberhalb der Extrusionsspritzkopftemperatur liegt, so dass der Träger Dehnungen oder Verformungen während des Transfer- und Prägeschritts aushält.
Nach dem Präge- und Transferschritt durchläuft der flexible, laminierte geprägte extrudierte Film 268 eine kontrollierte Kühlung von dem Spalt der Prägewalze bis zu dem Punkt, wo der Träger von dem Laminat abgezogen wird. Eine Reihe von wassergekühlten Kühlwalzen 270 erzeugt eine kontrollierte Temperaturverringerung in dem Laminat. Das Laminat wird auf eine Temperatur in dem Bereich von ungefähr 295°F (126,1°C) bis ungefähr 340°F (171,1°C) gekühlt, die an dem Punkt auftritt, wo der Trägerfilm von dem Laminat abgezogen wird. Die bevorzugte Abziehtemperatur ist ungefähr 310°F (154,4 °C). Das Kühlen auf die niedrigere Temperatur fixiert auch die Eindrücke, die in das Laminat geprägt wurden. Wenn die Temperatur zu hoch bleibt, kann die Fließfähigkeit des Laminats bewirken, dass die Einprägungen geglättet werden. Der Temperaturabfall verbessert auch das freie Entfernen des Trägers von dem Laminat.
Die matte Freigabebeschichtung, welche vernetzt und dauerhaft an die Trägerfolie gehaftet wurde, bleibt auf dem Trägerfilm haften, während des Abziehvorgangs. Die matte Freigabebeschichtung weist eine chemisch matte äußere Oberfläche mit einer Mikrorauhigkeit auf, die einen niedrigeren Glanz auf die Deckschicht überträgt. Die Mikrorauhigkeit der matten Beschichtung wird repliziert, um einen ausreichend niedrigeren Glanz zu übertragen, um das Aussehen einer natürlichen Holzmaserung zu verleihen. Allerdings können auch andere Glanzgrade produziert werden. Die Formulierung der matten Freigabebeschichtung gewährleistet eine Kombination der gewünschten niedrig glänzenden Oberfläche, zusammen mit einer glatten oder freien Freigabe der Trägerfolie von der replizierten niedrig glänzenden Oberfläche bei erhöhten Abziehtemperaturen.
Nachdem Abziehen der Trägerfolie, wird die dekorierte geprägte Folie von den Kühlwalzen zu einer Formstation geleitet, welche Formwerkzeuge verwendet, um die Kanten der Folie zu formen und in gewünschten Intervallen Befestigungslöcher zu stanzen. Eine weitere Kühlung tritt auf zwischen dem Abziehen des Trägers und der Formstation. Die geformte Folie wird anschließend zur Schneidestation geleitet, um die Folie in separate Paneele zu schneiden. Ein fertiges Paneel wird schematisch in 20 dargestellt.
Eine Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung von festen Farbverkleidungspaneelen. 12 stellt schematisch die anfänglichen Schritte dieser Ausführungsform der Erfindung dar, in denen eine Klarbeschichtungs-/Farbbeschichtungs-Co-Extrusion von dem Extrusionsspritzkopf 192 auf das thermoplastische Substrat 184 extrusionsbeschichtet wird. Das Substrat in dieser Ausführungsform ist vorzugsweise ein thermoplastisches Material mit einer Dicke von 4 bis 40 mil (0,102 bis 1,016 mm). Das Substrat kann ein extrudierter steifer pigmentierter PVC-Verbund sein mit einer dünnen co-extrudierten Acrylbindeschichtextrusion als einer Co-Extrusion von dem Extruderspritzkopf 176. Der Substratpolyrrierverbund wird vorgeformt als ein extrudierbares Material in Pelletform oder in Form eines trockenen fließfähigen Pulvers von dem Trichter in dem Extruder zu dem Zuführblock und dem Spritzkopf. Der Co-Extrusionsspritzkopf grenzt an das Glättwerk von drei temperaturkontrollierten Walzen 178, 180 und 182 an. Die Bindebeschichtung wird ausgeführt als ein extrudierbares Material in Pelletform, welches von dem Trichter in einen zweiten Extruder zu demselben Zuführblock oder Spritzkopf gelangt, wie das Substratpolymer. Die Co-Extrusion wird typischerweise horizontal in eine eingestellte Öffnung zwischen der oberen und mittleren Walze des Drei-Walzen-Glättwerks eingeführt. Die obere Walze 178 wird verwendet zum Dosieren und die mittlere Walze 180 wird auf die Liniengeschwindigkeit eingestellt, um das Substrat zu unterstützen, während es beginnt auszuhärten. Die untere Walze 182 wird verwendet, um die obere Oberfläche der Bindebeschichtung zu glätten und die Kühlung des Substrats zu beenden im Hinblick auf eine gute Handhabung.
Der wetterbeständige feste Farb-PVC-Grundwerkstoff, der wie oben beschrieben hergestellt wurde, ist vorzugsweise ungefähr 6 mil (0,152 mm) dick und ist pigmentiert, um eine geeignete Hintergrundfarbe für die wetterfesten Extrusionsbeschichtungen bereitzustellen, die von dem Spritzkopf 192 extrudiert werden.
Die Klarbeschichtung umfasst vorzugsweise ein festes Polymermaterial, das als durchsichtiger Film extrudiert werden kann und Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyvinylfluorid (PVF) sind die bevorzugten Fluorpolymere. Ein gegenwärtig bevorzugtes extrudierbares Polymermaterial für diese Anwendung umfasst eine Mischung von PVDF und Acrylharzen. Das bevorzugte Acrylharz ist ein Polymethylmethacrylatpolymer (PMMA), obwohl ein Polyethylmethacrylatpolymer (PEMA) auch verwendet werden kann. In einer gegenwärtig bevorzugten Formulierung weist das Klarbeschichtungsmaterial ungefähr 50 bis 75 Gew.-% PVDF auf und ungefähr 25 bis 50 Gew.-% Acrylharz, bezogen auf die gesamten Harzfeststoffe, die in der PVDF-Acrylformulierung vorhanden sind. Diese Feststoffbereiche basieren auf den relativen Anteilen der PVDF und Acrylkomponenten lediglich in der Klarbeschichtungsformulierung. Andere kleinere Anteile von Feststoffen, wie beispielsweise UV-Stabilisatoren, Pigmente und Füllstoffe können auch in der Klarbeschichtungsformulierung enthalten sein.
Die Farbbeschichtung kann dasselbe harzartige Material aufweisen, wie die Klarbeschichtung und zu der Pigmente hinzugefügt wurden. Der Grad an Pigmentierung in der Farbbeschichtung ist typischerweise 10 bis 20% des gesamten Verbundgewichts, aber in manchen Fällen kann er höher sein. Andere kleinere Beträge von Feststoffen wie beispielsweise UV-Stabilisatoren und Füllstoffen können enthalten sein. Gemischte Metalloxidpigmente sind die bevorzugten Pigmente wegen ihrer exzellenten Wärme- und Lichtstabilität und der Erhältlichkeit eines infrarot-reflektierenden schwarzen Pigments, welches die Wärmebildung in den holzmaserungsdekorierten Vinylverkleidungspaneelen minimiert.
Die Farbbeschichtung und die Klarbeschichtung werden als ein extrudierbares Material in Pelletform ausgeführt, welches jeweils von dem Trichter 186 zu dem Extruder 187 und von dem Trichter 188 zu dem Extruder 189 geleitet wird. Die extrudierte Klarbeschichtung und die extrudierte Farbbeschichtung werden dem Zuführblock 190 einzeln zugeführt, und anschließend wird die partitionierte Schmelze von dem Spritzkopf 192 auf die Oberfläche des extrudierten Substrats extrudiert, wo sie einzelne Schichten bilden. Die Klarbeschichtung ist in Kontrakt mit der Bindeschicht auf dem Substrat und die Klarschicht stellt eine äußere schützende Beschichtung für die Farbbeschichtung bereit. In einer Ausführungsform übersteigt die Liniengeschwindigkeit 200 Fuss/min. (1,016 m/s). Der Spritzkopf 192 extrudiert das Polymermaterial, um eine dünne Beschichtung auf den zwei flüssigen Schichten zu bilden, welche die Bindebeschichtungsoberfläche des Substrats einheitlich beschichtet. Die Klarbeschichtungsdicke kann reichen von 0,1 mil bis 2,0 mil (0,003 mm bis 0,051 mm) und die Farbbeschichtungsdicke kann reichen von 0,3 bis 2,0 mil (0,008 bis 0,051 mm). Die bevorzugte Dicke ist 0,6 mil (0,015 mm) für die Farbbeschichtung und 0,4 mil (0,010 mm) für die Klarbeschichtung. Die Extrusionstemperatur liegt oberhalb von 350°F (176,7°C) und in manchen Fällen kann sie sich 475°F (246,1°C) annähern. Die Gesamtdicke des beschichteten Substrats wird sofort gekühlt, während es in Kontakt mit der Kühlwalze 196 ist. Das extrudierte Substrat wird als Aufnahmerolle 204 aufgewickelt (In diesem Fall wird der Hochglanzträger 200, auf den früher in dem in 12 beschriebenen Verfahren Bezug genommen wurde, nicht zur Einstellung des Glanzes verwendet.).
Das steife PVC-Substrat mit dem wetterbeständigen festen Farb-Finish wird als nächstes bei der Abwickelstation 262 des in 18 gezeigten Extruderlaminators installiert. Bezugnehmend wiederum auf 18 wird während des Laminierungs-Prägungsschritts das wetterbeständige feste Farbsubstrat in den Spalt der Prägewalze 264 eingeführt, so dass das wetterbeständige Finish in Druckkontakt mit der Metallprägewalze ist und das Substrat die geschmolzene PVC-Extrusion berührt. Die Prägewalze druckt ein dreidimensionales Muster von Eindrücken in die äußere Oberfläche der Deckbeschichtung. Das Prägen wird ausgeführt in Kontakt mit der wetterbeständigen Deckschicht und verwendet die Wärme des geschmolzenen PVCs, um die Wärme für das Prägen der Eindrücke bereitzustellen. Falls nötig kann das wetterbeständige fertige Substrat mit Infrarot-Heizern oder einer geheizten Walze vorgeheizt werden, um dem fertigen wetterbeständigen festen Substrat zu ermöglichen, den Abdruck von der Prägewalze entgegenzunehmen. Beim Verlassen des Prägespalts ist das Substrat der wetterfesten Deckschicht dauerhaft mit dem extrudierten PVC-Material verbunden. In dieser Ausführungsform wird keine Trägerfolie verwendet und die Oberflächeneigenschaften des fertigen Paneels werden durch das Prägeverfahren gesteuert. Nach dem Prägen wird das wetterbeständige feste Farbverkleidungsmaterial weitergeleitet zu Formspritzköpfen, wo die Verkleidung geformt wird durch Formgebung der Kanten, die Verkleidung in einem Wasserbad gekühlt wird, Befestigungslöcher eingestanzt werden und das Verkleidungspaneel zu der gewünschten Größe geschnitten wird. Als Alternative und wie vorstehend erwähnt, können die extrusionsbeschichteten Vinylverkleidungspaneele ohne das Hinzufügen von Prägungen hergestellt werden.
Beispiel 9
Eine matte Freigabebeschichtung wurde wie folgt formuliert:
Die Komponenten dieser Formulierung wurden detaillierter im US-Patent 5,203,941 beschrieben, welches hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird. Die Zusammensetzung 1 wurde produziert, indem das VAGH-Harz in einer MIBK- und IPOH-Mischung gelöst wurde, wobei mit einem Cowles-Mischer gemischt wurde und anschließend das Lankyd 13-1245 und ASP400P während des Mischens hinzugegeben wurden. Diese Mischung wird anschließend bei einer Temperatur von ungefähr 110°F (43,3°C) sandgemahlen, um das ASP400P zu dispergieren. Die Freigabebeschichtung wurde hergestellt durch Mischen der Zusammensetzungen 1 und 2 und anschließendem Hinzugeben der verbleibenden Komponenten der Reihe nach, während mit einem Cowles-Mischer mit 1000 Umdrehungen pro Minute (16,67 s¹) gemischt wurde. Es muss darauf geachtet werden, dass vermieden wird, die Freigabetemperaturen höher als auf 90°F (32,2 °C) zu heizen, um ein Quellen und/oder partielles Auflösen des Shamrock 381-N1-Wachses zu vermeiden. Es wird empfohlen, dass die katalysierte Freigabebeschichtung innerhalb von 24 Stunden bei normalen Betriebsbedingungen verwendet wird.
Ein Extrusions-PVDF-Acryl wurde kompoundiert aus den folgenden Komponenten:
Diese Extrusionsbeschichtungsformulierung wurde kompoundiert unter Verwendung des Doppelschnecken Werner Pfleiderer Modell 53 MM Extruders, um einheitlich gemischte Pellets zu erhalten. Die Doppelschnecken rotierten in die gleiche Richtung und seine Konfiguration wurde bezeichnet als Avery Dennison "A". Die zwei Harze wurden getrocknet in einem Trockner bei 160°F (71,1°C) für vier Stunden bevor sie zu Pellets extrudiert wurden. Während des Extrusionsverfahrens wurde die Vakuumentlüftung in der Kompressionszone der Schnecke verwendet, um weiter Feuchtigkeit und andere flüchtige Komponenten zu entfernen. Die Zufuhr zu dem Extruder wurde auslaufen gelassen und die Heizelemente oder -tonen des Extruders wurden eingestellt auf (1) 100 °F (37,8 °C), (2) 360°F (182,2°C), (3) 360°F (182,2°C), (4) 360°F (182,2°C), (5) 360 °F (182,2°C), (6) 360°F (182,2°C), (7) 360°F (182,2°C); aber die beobachteten Werte waren (1) 108°F (42,2°C), (2) 360°F (182,2°C), (3) 374°F (190,0°C), (4) 366 (185,6°C), (5) 360°F (182,2°C), (6) 355°F (179,4°C), (7) 358°F (181,1 °C). Die Schnecke wurde gehalten bei 66 Umdrehungen pro Minute (1,1 s ^–1) unter Verwendung von 680 H. P. (507,1 kW) und einem entsprechenden Strom von 52 bis 54A. Die Schmelztemperatur dieser Formulierung wurde gehalten bei 355°F (179,4°C) und eine Siebpackung bestehend aus drei verschiedenen Maschengrößen: 20, 40 und 60 wurde verwendet, um den Schmelzstrom zu reinigen. Dieses Material wurde pelletisiert.
Eine klare Druckfarbe und ein Farbbeschichtungsträger wurden aus der folgenden Formulierung hergestellt:
Der Druckfarbenträger wurde hergestellt durch Auflösen des Kynar 7201, Elvacite 2010 und Tinuvin 234 in MEK und MPK und durch Heizen auf 130°F (54,4°C), um das Elvacite 2010 vollständig zu lösen. Die Maserungsdruckfarben und Farbbeschichtungen wurden hergestellt durch Mischen der Komponenten in den oben genannten Verhältnissen, angepasst an die Farbstandards. Die Klebeschicht wurde hergestellt durch Lösen von Elvacite 2010 in Toluol und IPOH bei 130°F (54,4°C) während Degussa TS-100 zugemischt wurde.
Herstellen der holzmaserungsbedruckten Transferfolie
Die matte Freigabebeschichtung wurde tiefdruckbeschichtet mit einem 100 HK Tiefdruckzylindermuster bei einem Beschichtungsgewicht (getrocknet) von 5,0 g/m² auf einer mit 60 Einheiten (gauge) ausgerichteten Glanzpolyesterträgerfolie, unter Verwendung der in 2 dargestellten Verfahrensschritte. Der Träger umfasste Skyrol SM30, welches von SKC America, Inc. verkauft wird und sich mit einer Geschwindigkeit von 200 Fuss/min. (1,016 m/s) bewegt. Die Freigabebeschichtung wurde getrocknet und vernetzt in einem 20 Fuss (6,1 m) Luftaufprallofen (Ofen 1) bei einer Lufttemperatur von 340°F (171,1°C). Der freigabebeschichtete Träger wurde dann gekühlt und als Rolle aufgewickelt. In einer bevorzugten Konfiguration (2) werden die Freigabebeschichtung und die Extrusionsklarbeschichtung hintereinander aufgebracht.
Die freigabebeschichtete Trägerfolie wurde bereitgestellt als eine Vonatsrolle und wurde bei einer hohen Geschwindigkeit abgewickelt durch eine Extrusionsbeschichtungsstation. Wenn sich die Trägerfolie mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt, gelangen kompoundierte Pellets aus PVDF-Acryl über einen Trichter in einen Extruder. In dem Extruder wurde der Verbund durch externe Heizgeräte und mechanische Energie von der rotierenden Schraube auf Temperaturen oberhalb seiner Schmelztemperatur geheizt und als ein Fluss des Polymermaterials bei 420°F (215,6°C) durch den Extruderspalt gedrückt. Das Extrudat fließt stromabwärts und berührt die freigabebeschichtete Trägerfolie und eine Teflon^® beschichtete Kühltrommel an dem Berührungspunkt zwischen der Gummistützrolle und der Teflon^® beschichteten Kühltrommel. Wenn sich das Extrudat dem Berührungspunkt annähert, beschleunigt die hohe Liniengeschwindigkeit den Fluss des Extrudats und zieht es zu einem 0,4 mil (0,010 mm) dicken Film, während der Film die Oberfläche der matten Freigabebeschichtung repliziert mit einem hohen Walzenspaltdruck von ungefähr 200 Pfundlinearem Inch und den Eigenschaft des Polymers im geschmolzenen Zustand. Kühlwasser von 70°F (21,1°C) kühlt die Klarbeschichtung und entfernt die überschüssige Wärme aus dem Verfahren. Das freigabebeschichtete PET mit der extrudierten Klarbeschichtung wird dann entfernt von der Oberfläche der Teflon^® beschichteten Trommel und wird auf eine Aufwickelrolle aufgewickelt.
Die Aufwickelrolle wird aus dem zweiten Beschichter entfernt und auf der Abwickelstation des dritten Beschichters aufgestellt (17). Die klarbeschichtete Seite des beschichteten Films wurde anschließend tiefgedruckt bei einer Geschwindigkeit von 200 Fuss/min. (1,016 m/s) mit einer Serie von zwei Holzmaserungsdrucken, 2 Farbbeschichtungen und einer Klebeschicht. Die Trockenofentemperaturen betrugen 250°F (121,1°C). Die Maserungsdruckfarben und die Farbbeschichtungen (Formulierungen wurden oben beschrieben) wurden hergestellt, indem der oben genannte Kynar 7201/Elvacite 2010 Klarträger pigmentiert wurde mit Pigmentkonzentraten, welche mit gemischten Metalloxidpigmenten (MMO) hergestellt wurden. Diese gemischten Metalloxidpigmentkonzentrate wurden bereitgestellt von Gibraltar Chemical Works, South Holland, Illinois.
Die Verwendung von gemischten Metalloxidpigmenten in den Holzmaserungsdruckfarben und Farbbeschichtungen ist wünschenswert, wegen der exzellenten Beständigkeit der gemischten Metalloxide und der Verfügbarkeit eines schwarzen infrarot-reflektierenden gemischten Metallpigments, welches den Wärmeaufbau in dem holzmaserungsdekorierten Vinylverkleidungspaneel minimiert. Jedoch können die gemischten Metalloxidpigmente zu einer erhöhten Abnutzung des Tiefdruckzylinders führen, wenn die Maserungsdruckfarbenmuster mit chrombeschichteten Tiefdruckzylindern beschichtet werden. Um dieses Problem zu vermeiden wurden die geätzten Zylinder mit einem Metallnitrid beschichtet, wie beispielsweise einer Titannitridkeramikbeschichtung. Die Zylinder wurden mittels eines herkömmlichen Vakuummetallisationsverfahrens beschichtet.
Die Farbbeschichtungen dienen nicht nur als Hintergrundfarbe für die Holzmaserungsmuster, sondern werden verwendet, um natürliches UV-Licht daran zu hindern, dass Vinyl in den Verkleidungspaneelen anzugreifen. Die Kombination einer Klarbeschichtung über einem beständigen gemischten Metallpigmentsystem mit UV-Abblockung in der PVDF-Acrylfolie dient dazu, ein Weißwerden zu verhindern, das Verblassen zu minimieren und das PVC vor den schädlichen Effekten der Verwitterung zu schützen.
Herstellen einer experimentellen gestrichenen holzähnlichen Vinylverkleidung
Eine co-extrudierte PVC-Verkleidungskonstruktion wurde extrudiert bei einer Temperatur von ungefähr 400°F bei einer Geschwindigkeit von 60 Fuss/min. (0,305 m/s) und einer Gesamtdicke von ungefähr 44 mil (1,18 mm). Die obere Co-Extrusionsschicht, auch bekannt als die wetterbeständige Deckschicht, wurde über einem preisgünstigerem Substrat platziert, welches wiedergemahlene Masse enthielt. Die Deckbeschichtung enthielt eine höhere Pigmentierung und einen höheren Stabilisatorgehalt, um die Leistung des Verteilungsmaterials zu verbessern. Die niedrigere Pigmentierung, der niedrigere Stabilisatorgehalt, der höhere Füllstoffgehalt und die wiedergemahlene Masse in der Bodenschicht führten zusammen zu niedrigeren Kosten des Verkleidungsmaterials. Die Bahnbreite betrug ungefähr 15 inches (0,38 m). Die Vinylfolie enthielt Pigmente, um die Hintergrundfarbe des Vinylverkleidungspaneels bereitzustellen. Die vorher produzierte holzmaserungsgedruckte Transferfolie wurde zusammen mit dem extrudierten Film durch den Walzenspalt einer Prägestation geleitet. Das Prägen wurde ausgeführt von einer Metallprägewalze mit einem Durchmesser von 12,5 inches (31,75 cm). Die Prägestation war ungefähr 5 inches (12,7 cm) von der Extruderspritzkopfausgangsöffnung entfernt positioniert. Die Polyesterträgerfolienoberfläche war in Kontakt mit der Metallprägewalze, und die Klebeschicht war in Kontakt mit dem extrudierten Film.
Die Prägerolle druckte ein dreidimensionales Muster in den transferdekorierten Film, was eine Holzmaserung simulierte, in Form von gestrichenem Holz mit zufälligen Linien von unterschiedlicher Länge, die im allgemeinen in einer Richtung verliefen, wobei die Breiten und Tiefen ungefähr 1 bis 2 mm voneinander beabstandet waren mit einer durchschnittlichen Berg-zu-Tal-Höhe von ungefähr 20 bis 120 μm. Es gab einige tiefer eingeprägte Linien. Bei schiefem Licht betrachtet erzeugte das Prägen Schatten, die ähnlich denen waren, die bei natürlich gestrichenem Holz, welches unter dem gleichen Winkel betrachtet wurde, gefunden wurden.
Die extrudierte Folie wurde gekühlt auf eine Temperatur von ungefähr 308 °F (153,3°C) bevor der Trägerfilm von der dekorierten Vinylfolie abgezogen wurde bei einer Abziehstation stromabwärts von der Transfer- und Prägestation. Der Trägerfilm hatte eine ausreichende Dicke (60 Einheiten oder 0,60 mil (0,015 mm)) damit die Metallprägewalze das Muster übertragen konnte, während die Filmfestigkeit beibehalten wurde, damit der Trägerfilm heiß abgezogen werden kann von der Klarbeschichtung bei einer Temperatur von 308°F (153,3°C). Die freigabebeschichtete Trägerfolie wurde zur Entfernung aufgewickelt und das klarbeschichtete, holzmaserungsdekorierte geprägte, extrudierte Vinylmaterial gelangte zu Formwerkzeugen, wo die Verkleidung durch Formgebung der Kanten, Einstanzen von Befestigungslöchern und anschließendem Zurechtschneiden geformt wurde.
Die Vinylverkleidungen, die mittels dieses Verfahrens in dieser Freigabebeschichtung hergestellt wurden, hatten 75grädige Glanzwerte von 18 bis 20 Glanzeinheiten, welche das Aussehen von natürlich gestrichenem oder gebeiztem Holz aufwiesen. Der Oberflächenglanz wurde mit 5,11 gemessen durch den ASTM-Test D3679-86.
Beispiel 10
2 stellt schematisch den ersten Schritt in einem Verfahren dar, bei dem die Farbbeschichtung co-extrudiert wird, zusammen mit einer Acrylklebeschicht auf die Freigabebeschichtung, welche in Beispiel 8 beschrieben wird. Die Farbbeschichtung wird auf die Klebeschichtoberfläche eines 0,6 mil (0,015 mm) Polyesterfilms extrudiert, wobei die Klebeschicht die Teflon^® beschichtete Kühlwalze berührt. Die Farbbeschichtungsdicke kann zwischen 0,5 bis 2,0 mil (0,017 bis 0,051 mm) liegen, aber in einer bevorzugten Ausführungsform ist die Farbbeschichtung ein 1,0 mil (0,025 mm) dicker Film mit einem Gewicht von 45 g/m². Die Farbbeschichtung ist so ausgestaltet, dass sie 100% der UV-Strahlung abblockt. Nach dem Kühlen wird die Folie auf eine Aufnahmerolle gewickelt.
Die Farbbeschichtung mit Klebeschichtformulierung, wie beschrieben, wird als nächstes auf dem Abwickelgestell des Extruderlaminators aus 18 platziert. Während des Transferprägeschrittes wird die Festfarbentransferfolie dem Walzenspalt der Prägerolle zugeführt, wo die Klebeschicht auf der Folie in Druckkontakt mit dem geschmolzenen extrudierten Plastikfilm ist. Die Prägewalze druckt ein dreidimensionales Muster von Eindrücken in die äußere Oberfläche der Farbbeschichtung. Das Prägen wird durch die Dicke des Trägerfilms hindurch ausgeführt. Da das Prägen ausgeführt wird, wenn die extrudierte Folie eine Temperatur unterhalb von, aber vernünftigerweise nahe ihrer Extrusionsspritzkopftemperatur aufweist, ist die Extrusion ausreichend geschmeidig, um das Einprägen von tiefen dreidimensionalen Eindrücken (bis zu einer durchschnittlichen Tiefe von ungefähr 120 um) durch den Trägerfilm hindurch und in die Dicke der Deckschicht auf der Oberfläche der extrudierten Folie zu erleichtern. Der Trägerfilm dient als eine thermische Barriere und ist ausreichend dünn (ungefähr 0,48 bis 0,75 mil (0,012 bis 0,019 mm)), um zu ermöglichen, dass das Metallprägewalzenmuster physisch durch den Trägerfilm auf die Deckschicht übertragen wird. Der Träger behält immer noch eine Trägerfilmfestigkeit, die ausreichend ist, um heiß abgezogen zu werden von der geprägten Deckschicht an der Abziehstation stromabwärts von der Prägestation.
Das vorzugsweise in dem Extrusionslaminator laminierte Plastik ist ein typisches co-extrudiertes PVC-Substratmaterial, welches zur Herstellung von Vinylverkleidungspaneelen verwendet wird. Ein kostengünstiges Substratmaterial weist die folgende Formulierung auf:
Co-extrudierte Substratformulierung
Dieses Material weist alleine keine ausreichend Pigmentierung auf, um Verkleidungspaneele herzustellen, aber die fertige Kombination ist ausreichend, da der mit fester Farbe laminierte Film (oben beschrieben) eine ausreichende Pigmentierung aufweist, um alle UV-Strahlung abzublocken und die notwendige Opazität bereitzustellen. Dieser Verbund kann trockengemischt werden und dem Extrudertrichter als trockenes Pulver zugeführt werden.
Das in 16 dargestellte Verfahren beschreibt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche eine vierlagige Co-Extrusion auf einer Klarbeschichtung, einer Farbbeschichtung, einer Klebeschicht und einer Stützfolie umfasst und das nachfolgende Laminieren eines Hochglanzpolyesterfilms auf den Klarbeschichtungsbereich des Laminats. Eine Flachfolienextrusionslinie wird mit vier Extrudern ausgestattet. Einem Extruder wird Stützfolienmaterial wie beispielsweise ABS, Polycarbonat, TPO oder PETG zugeführt. Einem zweiten Extruder werden Klebeschichtmaterialien wie beispielsweise PMMA, PEMA oder CPO zugeführt. Das Klebeschichtmaterial wird ausgewählt, um die PVDF/Acrylfarbbeschichtung an die Stützfolie zu kleben. Einem dritten Extruder wird eine PVDF/Acrylfarbbeschichtung zugeführt und dem vierten Extruder wird eine PVDF/Acrylklarbeschichtung zugeführt. Die Schmelze von diesen Extrudern wird einem Zuführblock zugeführtt, der die relative Dicke jeder Komponente in der fertig co-extrudierten Laminatstruktur bestimmt. Ein bevorzugtes Verhältnis ist 19 : 1 : 1 : 1. Die partitionierte Schmelze fließt zu dem Spritzkopf, wo sie extrudiert wird. Die co-extrudierte Laminatstruktur wird dann horizontal in eine eingestellt Öffnung zwischen der oberen und mittleren Walze eines Drei-Walzen-Glättwerks eingeführt, wo ein Hochglanzpolyesterträger auf den Klarbeschichtungsbereich des Laminats laminiert wird. Dieses Laminat wird anschließend zusammen mit dem PET-Träger zur Kühlung S-förmig um die unteren Walzen des Drei-Walzen-Glättwerks gewickelt und anschließend über Leitrollen zu einer Aufnahmerolle geleitet.
Beispiel 11
Die Formulierung aus Beispiel 4 wurde co-extrudiert mit anderen Polymermaterialien, wie in 21 dargestellt. Eine Co-Extrusionsschmelze 280, welche eine Klarbeschichtung und eine Grundierungsbeschichtung (Primer) aufweist, wird auf eine 2 mil (0,051 mm) Hochglanzpolyesterfolie extrusionsbeschichtet, wie beispielsweise Hostafan 2000 von American Hoechst. Dieses Verfahren verwendete eine Extrusionsbeschichtungsstation, welche mit zwei Extrudern ausgestattet war. Einem Extruder wurde ein Klarbeschichtungsmaterial wie in Beispiel 3 beschrieben zugeführt. Dem zweiten Extruder wurde eine Grundierungsbeschichtung zugeführt; diese Grundierungsbeschichtung dient als Verbindung zwischen der PVDF/Acrylklarbeschichtung und der Farbbeschichtung. Der Schmelzstrom von beiden Extrudern wird einem Zuführblock zugeführt; die partitionierte Schmelze fließt dann zu einem Spritzkopf 282. Diese Schmelze wird auf die Polyesterfolie extrusionsbeschichtet, so dass die Klarbeschichtung in Kontakt mit PET ist. Die in der Grundierungsbeschichtung enthaltenen Grundierungsmaterialien bestehen hauptsächlich aus Acryl- und/oder Vinylharzen. Das bevorzugte Acrylharz ist Polyethylmethacrylat (PEMA). Andere kleinere Feststoffanteile, wie beispielsweise UV-Stabilisatoren, Pigmente und Füllstoffe können auch in der Grundierungsbeschichtungsformulierung vorhanden sein. Die Grundierungsbeschichtung wird auf die Klarbeschichtungsseite der Bahn 286 aufgebracht und wird verwendet, um die chemische Bindung mit der Farbbeschichtung zu verbessern.
Nachdem die Grundierungsbeschichtung aufgebracht wurde gelangt die beschichtete Trägerfolie 288 zu einem anderen Extrusionsbeschichtungsvorgang 290, wo eine extrusionsbeschichtete Farbbeschichtung von einem Extruderspritzkopf 292 auf die Grundierungsbeschichtungsseite der Bahn aufgebracht wird. Diese Farbbeschichtung kann verschiedene Harze enthalten, einschließlich PVDF, Acryl, PVC und Urethan plus andere Additive und Füllstoffe einschließlich Pigmente, Wärmestabilisatoren und Lichtstabilisatoren.
Die Bahn gelangt dann zu einer Laminierungsstation 294, wo ein druckempfindliches Transferband 296 auf die Farbbeschichtungsseite der Bahn aufgebracht wird. Die Laminierungsstation umfasst die vorher beschriebene geheizte Trommel und eine Andrückwalze. Das Transferband wurde vorher beschichtet unter Verwendung von herkömmlichen Umkehrwalzenbeschichtungstechniken und wird geschützt durch eine freigabebeschichtete Trägerfolie 298. Der extrusionsbeschichtete und haftmittelbeschichtete Trägerfilm 300 wird anschließend als Aufnahmerolle 302 aufgewickelt.
Diese Konstruktion wurde verwendet in einer äußeren Automobilanwendung, bei der typischerweise druckempfindliche Filme verwendet werden und behielt hohen Glanz und Bildschärfe bei.
Deshalb wurde die Erfindung in Relation zu ihrer Verwendung bei der Herstellung von äußeren Automobilkarosseriepaneelen und extrudierten Plastikverkleidungspaneelen beschrieben, obwohl andere Verwendungen auch in Betracht kommen, wie beispielsweise Fenster- und Türformen, Regenrinnen und andere Outdoor-Strukturen.
Beispiel 12
Zwei Versuche wurden durchgeführt, in denen Substrate mit einer Größenschicht co-extrudiert wurden zur Laminierung auf äußere Trockenfarbfilme.
In einem Versuch wurde eine 1 mil (0,025 mm) urethan-modifizierte Polyethylenhaftmittelschicht (MOE 2 Elf Atochem) co-extrudiert mit einer 1 mil (0,025 mm) modifizierten Polyethylenbindeschicht (Admere SF-700, Mitsui), wobei beide mit einer 18 mil (0,457 mm) TPO-Stützfolie (eine Polypropylen Dexflex, DNS Plastics International) co-extrudiert wurden. In einem anderen Versuch wurde eine 1 mil (0,025 mm) urethan-modifizierte Polyethylenhaftmittelschicht (MOE 2) co-extrudiert mit einer 1 mil (0,025 mm) modifizierten Polyethylenbindeschicht (Admere SF-700), wobei beide mit einer 18 mil (0,457 mm) Polypropylen- (Homopolymer-) Stützfolie co-extrudiert wurden. Die Drei-Schicht-Co-Extrusionen waren erfolgreich beim Laminieren auf Trockenfarbfilme mit guter Adhäsion. Die Co-Extrusionen wurden jeweils laminiert zu: (1) einer 1 mil (0,025 mm) Hochglanz-PVDF/Acrylklarbeschichtung / 0,5 mil (0,013 mm) schwarzen PVDF/Acrylfarbbeschichtungsfarbfihn mit einer 0,1 mil (0,003 mm) PMMA-Klebeschicht; (2) eine Hochglanz-PVDF/Acrylklarbeschichtung (1 mil (0,025 mm)) / Farbbeschichtung (0,5 mil red (0,013 mm rot)) Farbfilm mit einer 0,1 mil (0,003 mm) PMMA-Klebeschicht; und (3) einen 1 mil (0,025 mm) mittelglänzenden schwarzen PVDF/Acrylmonobeschichtungs-Farbfilm ohne Klebeschicht. Die urethanmodifizierte Polyethylenhaftmittelschicht sorgte für eine gute Anhaftung an die PVDF/Acryltrockenfarbtransferfilme und die modifizierte Polyethylenbindebeschichtung sorgte für eine gute Haftung an die Olefinstützfolien. Die Co-Extrusionen waren erfolgreich in der Hinsicht, dass ihre Schmelztemperaturen ausreichend nahe beieinander lagen, innerhalb eines Bereiches von ungefähr 50°F (27,8°C).
Kompoundieren von Harzen
Das Kompoundieren des Harzes kann ein kritischer Aspekt des Extrusionsverfahrens sein. Eine bevorzugte Formulierung für das Ausgangsmaterial, welches in den unten beschriebenen Versuchen mit extrudierten Filmen verwendet wurde, umfasst eine 60 : 40 Mischung von PVDF und PMMA zusammen mit einem UV-Stabilisator, welcher ungefähr 2% der gesamten Mischung ausmacht. Es können auch andere Formationen verwendet werden, wie unten beschrieben. Zusätzlich sind die hier beschriebenen Extrusionstechniken generell anwendbar auf Klarbeschichtungsfihne, die mit einer Filmdicke von ungefähr 0,5 bis ungefähr 2 mil (ungefähr 0,013 bis 0,051 mm) extrudiert werden und für die unten beschriebenen Versuche betrug die Beschichtungsdicke ungefähr 1 mil (ungefähr 0,025 mm).
Ein insbesondere für äußere Automobilanwendungen geeigneter extrudierter zilm benötigt minimale optische Fehler, um eine ausreichend hohe optische Klarheit in dem fertigen Klarbeschichtungsaußenfilm zu gewährleisten. Optische Fehler in dem extrudierten Film können verursacht werden durch Schmutzpartikel und andere von dem Extruder mitgerissene Verschmutzung und/oder durch die Gelbildung in dem extrudierten Material. Beispielsweise sind extrudierte Beschichtungen, welche PVDF-Polymere enthalten einer Gelbildung bei hohen Extrusionstemperaturen ausgesetzt. Die Vernetzung von Vinylidenfluoridpolymeren nimmt bei hohen Schmelztemperaturen zu, was zu einer größeren Anzahl von Fehlern führt, die durch Gelbildung verursacht werden. Eines der Ziele dieser Erfindung ist es, eine hohe Liniengeschwindigkeit beizubehalten, während extrudierte Filme mit minimalen Fehlern produziert werden. Allerdings gibt es einen Zusammenhang zwischen der Liniengeschwindigkeit und der Anzahl von Fehlern für einen gegebenen Extruder. Wenn die Extruderschneckenumdrehungen erhöht werden müssen, um höhere Liniengeschwindigkeiten zu erzeugen, können mehr Scherung und Wärmeerzeugung in dem extrudierten Material Gelbildung und resultierende optische Fehler verursachen.
Variationen bei der Verarbeitung können die Bildung von Fehlern durch Gelbildung in dem extrudierten Klarfilm reduzieren. Wie gesagt trägt die Gelbildung von der PVDF-Komponente wesentlich zu Fehlern bei und eine Möglichkeit ist es, einen "Wärmeverlauf' (hegt history) aus der Schmelze zu entfernen durch ein Zwei-Schritt-Schmelzextrusionsverfahren, in dem das PVDF einer geringeren Wärme ausgesetzt ist. Das Zwei-Schritt-Verfahren beinhaltet: Wärmeverlauf (heat history) 1 – Herstellen von Pellets aus dem Acrylmaterial und dem UV-Stabilisator in Abwesenheit von PVDF, gefolgt von Wärmeverlauf (heat history) 2 – Herstellen des extrudierten Films, indem das PVDF trockengemischt wird mit den im ersten Verfahrensschritt hergestellten Pellets. Dies vermeidet den einen "Wärmeverlauf" (heat history), bei dem das PVDF Wärme ausgesetzt ist beim Produzieren von Pellets aus dem PVDF zusammen mit dem Acrylstabilisator. Tests haben gezeigt, dass Filme mit einem zu hohen Fehleranteil hergestellt wurden, durch gemeinsames Schmelzmischen des PVDF, Acryl- und UV-Stabilisators zur Pelletherstellung aufgrund der hohen Scherung, die notwendig ist, um die Komponenten richtig zu vermischen.
In einem experimentellen Test zur Herstellung des extrudierten Films wurde ein Doppelschneckenextruder verwendet. Doppelschneckenextruder können gegenüber Einschneckenextrudern einen Vorteil haben, weil sie die Materialien bei niedrigerer Scherung mischen können, wodurch der Temperaturanstieg während des Kompoundierens minimiert wird. Dieser Extrusionsversuch umfasste Pellets, die hergestellt wurden durch Entfernen des einen "Wärmeverlaufs" (heat history) des PVDF aus dem kompoundierten Material. Der UV-Stabilisator Tinuvin 234 (Ciba Geigy) in Pulverform wurde in einer Acrylkomponente verteilt, die VS-100 (Rohur & Haas) PMMA in Pelletform aufweist. Diese Materialien wurden in einem ersten Durchlauf durch den Extruder extrudiert, um Pellets zu bilden, während vermieden wurde, dass das PVDF einem Extrusionsdurchlauf ausgesetzt wird. Eine hohe Extrusionstemperatur oberhalb der Geltemperatur des PVDF (um das Acryl und den UV-Stabilisator richtig zu vermischen) kann in dem ersten Durchlauf verwendet werden, wegen der Abwesenheit des PVDF. In einem Versuch betrug diese Temperatur 460°F (237,8 °C). Ein Extrusionsgrad PVDF (Kynar 720) wurde in Pelletform zu dem zweiten Extrusionsdurchlauf hinzugefügt, indem ein extrudierter Klarfilm mit niedrigen Gelen und Defekten hergestellt wurde, wenn er bei 400 =°F (204,4°C) extrudiert wurde. In einem Versuch, in dem ein 1 mil (0,025 mm) dicker Klarbeschichtungsfilm auf einen PET-Träger extrudiert wurde, wurde beobachtet, dass die Fehler um den Faktor 4 abnahmen (von einem Gelwert von 50 bis 60 zu einem Gelwert von 10 bis 15) im Vergleich zu einem Versuch, bei dem das PVDF anfänglich in Pelletform hergestellt wird und alle drei Komponenten zusammen extrudiert werden, gefolgt vom Extrudieren des resultierenden Materials zu einem Film.
Als Alternative zu einem Doppelschneckenextruder wurde ein Einschneckenextruder konzipiert, der die Extrusion des Films bei niedriger Scherung und niedriger Schmelztemperatur gestattete. Die Extruderwindungen wurden so konzipiert, dass der Output erhöht wurde und die Schmelztemperaturen reduziert wurden. Ein wenig korrodierendes Chromlegierungsmaterial wurde für den Schneckenextruder verwendet. Der Extruder umfasste einen 2 1/2 inches (6,35 cm) Black Clawson Einschnecken-Extruder mit 30 : 1 L : D. Die Extruderwindungen wurden verringert und die Toleranz zwischen dem Extruder und der Innenseite der Extrudertrommel wurde leicht erhöht, wodurch beides Mal die Abrasion reduziert wurde, die für die Scherung und den Temperaturaufbau während der Extrusion verantwortlich ist. Klarfilme mit einer Dicke von 1 mil (0,025 mm) wurden auf einem PET-Träger produziert mit deutlich verminderten Gelen und Defekten. In einem Versuch, der bis dato als der erfolgreichste für diesen Extruder angesehen wird, betrug die Extruderschneckengeschwindigkeit 68 Umdrehungen pro Minute (1,13 s^–1), die Extrusionsschmelztemperatur betrug ungefähr 400 bis 410°F (204,4 bis 210,0°C) an der Extruderspritzkopföffnung, die Trommeltemperatur des Extruders betrug ungefähr 370 bis 380°F (187,8 bis 193,3°C), der Schmelzdruck betrug ungefähr 2800 psi (19,3 MPa) und die Kühlwalze wurde betrieben bei 75°F (23,9°C). Die Liniengeschwindigkeit betrug 135 Fuss/min. (0,686 m/s) bei einer Bahnbreite von 51 inches (1,30 m). Eine Fehlerzahl im Bereich von 3 bis 15 wurde produziert, basierend auf einem C-Charting-Testverfahren, welches unten beschrieben wird. Es wurde allgemein beobachtet, dass der extrudierte Film bei verringerten Extruderumdrehungen aufklan. Das Absenken der Kühlwalzentemperatur auf 85°F (29,4°C) schien in einem Versuch ebenfalls die Filmklarheit zu verbessern.
Eine andere Möglichkeit zum Reduzieren von Fehlern in dem extrudierten Film liegt in einem Pulver-Zu-Film-Brikettierungsverfahren. In dem ursprünglichen Verfahren zur Herstellung von PVDF ist das Produkt in Pulverform, welches direkt aus dem Reaktor kommt, wenn das PVDF polymerisiert ist. Um das Ziel zu erreichen, Granalien oder Briketts mit minimaler Wärme zu produzieren, können die Granalien in einem Ein-Schritt-Verfahren aus dem ursprünglichen Pulver aus PVDF, PMMA und dem UV-Stabilisator hergestellt werden. Ein Trockenextruder mit großen Verdichtungsrollen übt Druck auf die pulverförmigen Materialien aus, um eine Verdichtung zu Granalien ohne Schmelzen zu erzeugen.
In einem Test wurden 86,4% pulverförmiges PVDF, 10% PMMA und 3,6% Tinuvin 234 zu Granalien verdichtet. Die Granalien wurden anschließend mit PMMA extrudiert, um das endgültige Mischungsverhältnis anzupassen auf das bevorzugte 60 : 40 Verhältnis, und die resultierende Extrusion bildete einen Klarfilm mit niedrigen Fehlerwerten. Die pulverförmigen Materialien werden lediglich einem Druck mit minimaler Wärme ausgesetzt, um sie zu Briketts zu verdichten. In einem Versuch wurde das Material verdichtet bei 2400 psi (16,55 MPa) mit einem Temperaturanstieg von ungefähr 130°F (54,4°C). Dieses Verfahren vermeidet es, das PVDF einer Scherung und hohen Temperaturen auszusetzen, was üblicherweise bei der Herstellung von Pellets der Fall ist.
In einem anderen Versuch zur Herstellung von extrudierten Klarfilmen mit minimalen Fehlern wurde ein PVDF/Acryl extrudierter Film von einem großen Einschneckenextruder hergestellt. Dieser Extruder war konzipiert, um eine kurze minimale Distanz zwischen dem Extruderauslass und der Spritzkopfeinlassöffnung bereitzustellen, um den Weg der Schmelze zu minimieren. Eine Siebpackung mit 20/40/60/80/100 Maschengrößensieben wurde zwischen dem Extruderauslass und der Spritzkopfeinlassöffnung angeordnet. In einer Ausführungsform betrug die Distanz zwischen dem Extruderauslass durch die Siebpackung zu der Spritzkopfeinlassöffnung weniger als ungefähr 2 Fuss (0,61 m). Dieser große Einschneckenextruder mit 6 Inches (5,08 cm) Durchmesser wurde mit einer niedrigen Drehzahl betrieben, die in einem Beispiel 24 Umdrehungen pro Minute (0,40 s^–1) betrug. Wegen ihrer niedrigen Geschwindigkeit und der reduzierten Wandberührung des extrudierten Materials über die kurze Wegstrecke, erfuhr die Polymerschmelze eine niedrige Scherung. Die Temperatur des extrudierten Materials war auch niedrig, ungefähr 400 °F (204,4°C), ausreichend unterhalb der 450°F (232,2°C) Geltemperatur der PVDF-Komponente. Bei dem bevorzugten Betrieb des Extruders wird eine maximale innere Extrudattemperatur beibehalten bis unterhalb von ungefähr 20 bis 30°F (11,9°C bis 16,7°C) unter der 450°F (232,2°C) Geltemperatur des PVDF. Der Extruder produzierte einen Klarfilm, der mit einer Dicke von 1 mit (0,025 mm), 51 Inch (1,30 m) Breite auf einen sich bewegenden PE7-Träger extrudiert wurde. Der resultierende extrudierte Klarbeschichtungsfilm war im wesentlichen fehlerfrei. Die Liniengeschwindigkeit lag ungefähr bei 160 bis 170 Fuss/min. (0,813 bis 0,864 m/s). Der niedrige Fehlerwert wurde dem großvolumigen Betrieb des Extruders mit niedriger Scherung zugeschrieben. Ein ähnlicher Versuchsdurchlauf der mit dem 2 1/2 inch (6,35 cm) Einschneckenextruder (vorstehend beschrieben) durchgeführt wurde und mit derselben Liniengeschwindigkeit betrieben wurde, produzierte einen Film mit mehr Fehlern, wegen höherer Temperatur und Scherung. Allgemein gesagt, würde wegen des reduzierten Volumens des 2 1/2 inch (6,35 cm) Einschneckenextruders die Liniengeschwindigkeit verringert, wenn Schäre und Temperatur verringert werden, um weniger Fehler zu produzieren.
Die Anzahl von sichtbaren Fehlern in einem fertig extrudierten Film wird gemessen, um die optische Qualität des Films zu bestimmen. Das Testverfahren, welches als C-Charting bezeichnet wird, umfasst eine Standarddefinition, was einen Fehler ausmacht, durch Bestimmung der maximalen Größe von Gelen, Fischaugen oder anderen optischen Defekten, die toleriert werden können ohne eine akzeptable Filmklarheit zu beeinträchtigen. Ein zweiter C-Charting-Standard bestimmt die maximale Anzahl von Fehlern, die für einen gegebenen Oberflächenbereich des fertig extrudierten Films akzeptabel ist. Die Fehlerzählung kann aufgenommen werden durch grafische Darstellung der Anzahl von Fehlern in einem gegebenen Bereich in bestimmten Zeitintervallen, wenn das extrudierte Material produziert wird. Das Charting kann ungewünschte Veränderungen, Trends, Zyklen oder Muster in dem Extrusionsverfahren offenbaren.
In einem Teststandard wird der Film auf einer flachen Oberfläche mit einer vorbestimmten Lichtquelle betrachtet, und der Film wird visuell auf Fehler untersucht. Jede Uneinheitlichkeit (oder Non-Konformität), deren Durchmesser größer als 0,8 mm ist, wird als Fehler betrachtet und die Anzahl der Fehler pro 8 Fuss² (0,743 m²) extrudiertem Film wird gezählt, obwohl dieser Standardbereich variieren kann. Es kann bestimmt werden, dass ein akzeptabler Film einen durchschnittlichen Fehlerwert pro Bereichszählung unterhalb eines vorgegebenen Werts aufweist, was in einem Teststandard 5 Fehler oder weniger pro 8 F^Z (0,743 m²) Oberflächenfläche sind. Diese Probefläche wird bestimmt als Resultat herkömmlicher Filmextrusionen mit einer Breite von 48 Inch (121,92 cm), wobei Testproben in 2 F (0,61 m) Intervallen genommen werden. In den Extrusionsversuchen, die vorstehend beschrieben wurden und bei denen die Filmbreite 51 Inch (1,30 m) betrug, wurden die Fehler gezählt für 8 1/2 FZ (0,79 m2) Flächen.
Beispiel 13
Das Material, das für diesen Versuch verwendet wurde, enthielt Kynar 720 PVDFNS-100 PMMA/Tinuvin 234 UV-Stabilisator in einer 60 : 40 : [2 Prozent] Mischung. Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung von PVDF-/Acryl-Pellets mit minimaler Wärmeaussetzung wurde verwendet, um das Ausgangsmaterial herzustellen. Der Extruder umfasste einen Egan 6 inch (15,24 cm) Einfachschnecken-Ein-Gewindegang-Extruder. Die Distanz zwischen dem Extruderauslass und der Extruderauslassöffnung betrug weniger als ungefähr 2 F (0,61 m) und eine Siebpackung mit 20/40/60/80/100 Maschengrößensieben wurde zwischen dem Extruderauslass und der Spritzkopfeinlassöffnung angeordnet. Es wurde eine extrudierte Klarfilmbeschichtung von ungefähr 1 mil (0,025 mm) Dicke bei einer Bahnbreite von 51 inch (1,30 m) auf einen sich bewegenden PET-Trägerfilm extrudiert. Die anfängliche In-Betriebnahme wurde begonnen mit der Verwendung der Kynar/Acrylmischung. Das Extrusionsprofil betrug 450°F (232,2°C), um die Schraubenbeschichtung bei niedrigen Amperezahlen zu erleichtern. War der Polymerfluss einmal in Gang gekommen, wurden die Trommeltemperaturen verringert und das Beschichtungsverfahren wurde begonnen auf einem vielfach beschichteten Papiersubstrat, um die Kalibrierung zu unterstützen. Nach ausreichender Kalibrierung wurde mit PE7-Substrat begonnen.
Der Extruder wurde bei einer niedrigen Drehzahl betrieben, um insgesamt 13.000 F (3962,4 m) Film herzustellen. Es wurden verschiedene Versuche durchgeführt. In einem Satz von Versuchen betrug die Drehzahl des Extruders 24 Umdrehungen pro Minute (0,4 s), um die größte Liniengeschwindigkeit von 157 Fuss/min. (0,798 m/s) zu erzeugen. Andere Versuche wurden ausgeführt bei 19 Umdrehungen pro Minute (0,317 s^–1), um eine Liniengeschwindigkeit von 126 Fuss/min. (0,640 m/s) zu erzeugen und bei 15 Umdrehungen pro Minute (0,25 s^– ¹), um eine Liniengeschwindigkeit von 100 Fuss/min. (0,05 m/s) zu erzeugen. Der Schmelzdruck des extrudierten Materials variierte von 830 psi (5,723 MPa) bei dem Betrieb mit 24 Umdrehungen pro Minute (0,40 s^–1) bis 730 psi (5,033 MPa) für den Betrieb mit 15 Umdrehungen pro Minute (0,25 s^–1). Die Kühlwalzentemperatur wurde gehalten bei 75°F (23,9°C) in allen Versuchen.
Die Extruderspritzkopfzonentemperatur variierte von ungefähr 400°F bis 430°F (204,4°C bis 221,1°C) während der Versuche, und die Trommelzonentemperatur variierte von ungefähr 350°F bis 375°F (176,7°C bis 190,6°C). In allen durchgeführten Versuchen wurden im wesentlichen 0 Fehler in den extrudierten Filmen produziert, was einen Film mit exzellenter optischer Klarheit ergab, und mit den erforderlichen Qualitätsmerkmalen für die äußere Automobilanwendung.
Das PVDF/Acryl-Formulierungsverhältnis kann die Filmklarheit beeinflussen. Im allgemeinen liegt das bevorzugte PVDF zu Acryl-Verhältnis zwischen ungefähr 55 und ungefähr 65 Gew.-% PVDF und zwischen ungefähr 35 bis 45 Gew.-% Acryl, bezogen auf die gesamten festen PVDF/Acryl-Polymere, die in der Formulierung enthalten sind. In einer bevorzugteren Ausführungsform werden Filme mit guter Klarheit, mit einem PVDF zu Acryl Verhältnis von 57 bis 61% PVDF und 39 bis 43% Acryl produziert.
Daher können optische Defekte, die durch Gelbildung verursacht werden, auf einen im wesentlichen 0-Fehler-Zustand reduziert werden, indem die Höhe der Temperatur und der Scherung reduziert wird, denen das extrudierte Material sowohl während der Herstellung des Ausgangsmaterials, welches in den Extruder gelangt, als auch während der Extrusion zur Herstellung des fertigen Films, ausgesetzt ist. Solch eine Gelbildung wird innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten, indem die Herstellung des Ausgangsmaterials und die Filmextrusion kontrolliert werden, so dass Wärme und Scherung nicht bewirken, dass das Material Temperaturen von oder oberhalb der Gelbildungstemperatur von jedem der Polymere, die in dem verarbeiteten Material enthalten sind, ausgesetzt sind. Indem alle diese Schritte in dem Verfahren so ausgeführt werden, dass die Temperaturen innerhalb des verarbeiteten Materials nicht höher liegen als ungefähr 20°F bis 30°F (11,1°C bis 16,7°C) unterhalb der Gelbildungstemperatur, kann ein extrudierter Klarfilm mit im wesentlichen 0 Fehlern hergestellt werden. Der resultierende Film ist thermoplastisch und thermoformbar zu hochglänzenden und bildscharfen (DOI) Filmen, welche geeignet sind für äußere Automobilverwendung.
Zusätzlich zur Herstellung extrudierter Filme mit einer solch hohen optischen Klarheit, besteht das Bedürfnis, die Filme bei geeignet hohen Liniengeschwindigkeiten zu produzieren. Wie bereits erwähnt, kann durch Erhöhung der Extruderdrehzahl die Liniengeschwindigkeit erhöht werden, allerdings kann eine erhöhte Extruderdrehzahl mehr Scherung und Wärme erzeugen, was zu mehr Gelbildung führt. Um das Ziel zu erreichen, Filme bei Liniengeschwindigkeiten oberhalb von 100 Fuss/min. (0,508 m/s) zu produzieren, kann ein großvolumiger Extruder, der bei Extruderdrehzahlen unterhalb von 50 Umdrehungen pro Minute (0,833 s^–1) betrieben wird, und einen extrudierten Film mit einer Spritzkopfausgangsöffnungstemperatur von ungefähr 20°F bis 30°F (11,1°C bis 16,7°C) unterhalb der Gelbildungstemperatur produziert, im wesentlichen fehlerfrei extrudierte Klarfilme erzeugen. Der Schmelzdruck ist auch ein wichtiger Gesichtspunkt und ein Extruderschmelzdruck unterhalb von 2000 psi (13,79 MPa) wird bevorzugt, bevorzugter unterhalb von 1000 psi (6,90 MPa), und am meisten bevorzugt unterhalb von 700 bis 800 psi (4,82 bis 5,52 MPa). Damit die PVDF/Acryl-extrudierten Filme äußere wetterbeständige Automobilfarbfilme von akzeptabler optischer Qualität erzeugen, muss der Extruder Liniengeschwindigkeiten oberhalb von 160 Fuss/min. (0,813 m/s) erzeugen, indem ein ausreichend großvolumiger Extruder unterhalb von ungefähr 50 Umdrehungen pro Minute (0,833 s^–1) betrieben wird; und bevorzugter unterhalb von 30 Umdrehungen pro Minute (0,50 s^–1), während die Extrusionstemperatur des Films, der von der Spritzkopfausgangsöffnung extrudiert wird, ungefähr 30°F bis ungefähr 50°F (16,7°C bis 27,8°C) unterhalb der Gelbildungstemperatur von 450°F (232,2°C) gehalten wird.
Beispiel 14
Der extrudierte PVDF/Acrylklarfilm mit hoher optischer Klarheit gemäß dieser Erfindung kann auch als eine wetterbeständige schützende äußere Beschichtung für Fenster verwendet werden. In einem Verfahren wird der Klarfilm auf den PET-Träger extrudiert, wie oben beschrieben. Der PET-Träger und der Klarfilm werden anschließend transferlaminiert auf ein Laminat, welches aus einer äußeren Klebemittelbeschichtung und einer metallisierten Schicht auf einem Polyesterfilm besteht. Die extrudierte Klarbeschichtungsschicht wird transferlaminiert auf die Haftmittelschicht und der PET-Träger wird entfernt, um einen Verbund zu bilden, bestehend aus dem klaren Außenfilm/HaftmitteUmetallisierter SchichtlPET-Film. Dieser Verbund wird dann laminiert auf eine Schicht aus Glas mit einer dazwischen liegenden durchsichtigen Haftmittelschicht. Der Klarfilm stellt eine gute optische Klarheit und Wetterbeständigkeit für den Fenster-Glanz-Verbund bereit.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung eines schützenden und dekorativen Folienmaterials, aufweisend das Extrusionsbeschichten eines festen polymeren Materials durch ein Extrusionswerkzeug auf eine glatte Oberfläche einer Trägerfolie, die sich kontinuierlich an der Öffnung des Extrusionswerkzeugs vorbei bewegt, um eine erste Schicht zu bilden, welche eine wetterbeständige, thermoplastische und thermoformbare optisch klare Beschichtung von einheitlicher Dicke auf der Trägerfolie aufweist; sofortiges Kühlen der Klarbeschichtung auf dem sich bewegenden Träger, um die Klarbeschichtung auszuhärten; Ausbringen einer pigmentierten zweiten Schicht eines thermoplastischen und thermoformbaren polymeren Materials in Form eines Dünnfilms auf die erste Schicht und Aushärten der zweiten Schicht, um eine zusammengesetzte Farbbeschichtung zu bilden, wobei die ersten und zweiten Schichten miteinander verbunden sind, während sie durch die Trägerfolie unterstützt werden; und Trennen der Trägerfolie von der zusammengesetzten Farbbeschichtung, um eine äußere Oberfläche der schützenden ersten Schicht als eine transparente schützende Außenbeschichtung für die pigmentierte zweite Schicht freizulegen, wobei die äußere Oberfläche der schützenden ersten Schicht einen hohen Glanz und eine hohe Bildklarheit (distinctness-of-image) mit äußerer Automobilqualität aufweist, die bei ihrem vorangegangenen Kontakt mit der Trägerfolie auf sie übertragen wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht entweder auf die erste Schicht lösungsmittelgegossen wird, oder die ersten und zweiten Schichten werden coextrudiert, oder die zweite Schicht wird extrusionsbe schichtet als ein festes Polymer, gefolgt von Kühlung, um die zweite Schicht auszuhärten.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das feste Polymermaterial, welches die extrusionsbeschichtete erste Schicht aufweist, eine Mischung aus Fluorpolymeren und Acrylharzen ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht auf die Trägerfolie bei einer Liniengeschwindigkeit größer als ungefähr 50 Fuß pro Minute (0,254 m/s) extrusionsbeschichtet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Oberfläche der extrudierten Klarbeschichtung eine Bildklarheit (distinctness-of-image) von über 60 aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die klare erste Schicht und die pigmentierte zweite Schicht eine Mischung eines PVDF-Copolymers und eines Acrylharzes aufweisen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend das Coextrudieren einer thermoformbaren unterstützenden Stützfolie und einer Grundierungsbeschichtung als einer Coextrusion und anschließend Verbinden der pigmentierten Beschichtungsseite des Folienmaterials auf die Grundierungsbeschichtung der Coextrusion.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend das Extrudieren der Klarbeschichtung bei einer Temperatur oberhalb von 350°F (176,7°C) gefolgt durch das in Kontakt bringen der Klarbeschichtung mit einer Kühlwalze die eine Temperatur von weniger als ungefähr 80°F (26,7°C) aufweist, um die Klarbeschichtung innerhalb einer verstrichenen Zeit von weniger als ungefähr 3 bis 4 Sekunden auszuhärten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Klarbeschichtung eine Mischung aus Polyvinylidendifluorid und einem Acrylmaterial mit einer Tg von zumindest 65°C aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Polyvinylidendifluorid/Acrylgewichtsverhältnis zwischen ungefähr 50/50 bis 70/30 liegt, basierend auf den gesamten Feststoffen dieser Materialien, die in der Klarbeschichtung vorhanden sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht von einem Extruder extrusionsbeschichtet wird, wobei Hitze, die in dem extrudierten Material erzeugt wird, auf eine Temperatur unterhalb der Gelbildungstemperatur der Polymere, die in dem extrudierten Material enthalten sind, geregelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das extrudierte Material einer Extruderrotationsrate von weniger als ungefähr 50 U/min (0,833 s^–1) ausgesetzt wird, wobei eine Liniengeschwindigkeit größer als ungefähr 100 Fuß pro Minute (0,508 m/s) erzeugt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei das extrudierte Material einem Extrusionsdruck unterhalb von ungefähr 1000 psi (6895 kPa) ausgesetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausgangsmaterial für den Extrusionsschritt in Pelletform vorliegt, und wobei die Pellets durch Extrusion der Ausgangsmaterialkomponenten hergestellt werden, was bei Temperaturen unterhalb der Gelbildungstemperatur von jeder der Komponenten, die zu Pellets geformt werden, ausgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Extrusionstemperatur unterhalb von ungefähr 450°F (232,2°C) liegt und das extrudierte Material einer Ex truderrotationsrate von weniger als ungefähr 50 U/min (0,833 s^–1) ausgesetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das extrudierte Material einen thermoformbaren Film aufweist, der weniger als ungefähr 5 Fehler aufweist, basierend auf dem C-Darstellungsstandard (C-charting standard) der Messung.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausgangsmaterial in Brikettform vorliegt, welche durch Kompression der Ausgangsmaterialpolymere in trockene Pulverform erzeugt wird, um die erzeugte Hitze unterhalb der Hitze abzusenken, die durch Extrusion derselben Ausgangsmaterialien erzeugt wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, umfassend das Aufbringen einer thermoformbaren unterstützenden Folie auf die pigmentierte Beschichtungsseite des Folienmaterials, um ein thermoformbares Laminat zu bilden, welches in der Lage ist, beim Thermoformen der Folie in eine dreidimensionale konturierte Form den hohen Glanz und die Bildklarheit (distinctness-of-image) zu bewahren.