KUNSTSTOFFBAUTEILE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung korrosionsstabiler und optional farblich metallisch beschichteter, dekorativer Kunststoffbauteile, bei dem die zu beschichteten Bauteile zunächst im Kunststoffspritzgussverfahren aus einem galvanisierbaren Kunststoff hergestellt werden und anschließend einer chemischen Vorbehandlung unterzogen werden, bei der eine erste leitende Metallschicht abgeschieden wird und anschließend galvanisch ein Aluminium abgeschieden wird.

In der Automobilindustrie werden verschiedene und unterschiedlich dekorierte Kunststoffbauteile zur optischen Aufwertung eingesetzt. Herkömmliche Oberflächentechnologien solcher oberflächendekorierter Bauteile sind das Fertigen undekorierter Kunststoffoberflächen durch Spritzguss, das Lackieren der Kunststoffoberflächen, das Narben und Ätzen der abzubildenden Werkzeugoberflächen und Abformen dieser durch Kunststoff- spritzguss, das Galvanisieren der Kunststoffoberfläche, das Dekorieren im Spritzgießwerkzeug durch IMD (In Mold Dekoration), wobei eine auf eine Trägerfolie aufgedruckte Bedruckung im Spritzgießprozess von einer

Trägerfolie abgeformt wird, das Hinterspritzen von bedruckten und teilweise verformten und konturfolgend gestanzten Folieninserts durch die FIM Technologie, das Film-Insert-Molding, sowie das Metallfolienhinter- spritzen.

Neben all diesen klassischen Oberflächentechnologien ist die Darstellung metallischer Oberflächen besonders hoch nachgefragt im Trend, da diese Oberfläche wie keine andere eine hochwertige und robuste Anmutung suggeriert. Neben den mit Echtmetall dekorierten Bauteilen, also verblendeten, gefügten oder hinterspritzten Bauteilen mit dünnen Edelstahl oder Aluminiumblechen, werden auch besonders bevorzugt metallisch beschichtete Kunststoffbauteile als Dekorelemente eingesetzt.

Eine Besch ichtungsart mit der es möglich ist optisch metallische Oberflächen zu erzielen ist z.B. die Gasphasenabscheidung, zu der das PVD- Verfahren (Physical-Vapor-Deposition) sowie deren modifizierte Technologien wie z.B. CVD (Chemical-Vapor-Deposition) und PeCVD (Plasma- Enhanced-Chemical-Vapor-Desposition) und weitere gehören. Hierbei werden dünne Metallschichten in einer evakuierten Vakuumkammer auf ein Kunststoffbauteil abgeschieden. Das abzuscheidende Material liegt in fester Form vor. Das verdampfte Material bewegt sich durch die Beschich- tungskammer und trifft auf das zu beschichtende Bauteil, wo es durch Niederschlag zur Schichtausbiidung kommt. Zwar ist das PVD-Verfahren generell geeignet metallische Schichten darzustellen, als problematisch hat sich jedoch erwiesen, dass die sehr dünne Metallbeschichtung nicht ohne eine zusätzliche Schutzschicht eine hinreichende Festigkeit gegen Abrieb und Korrosion aufweisen kann. Aus diesem Grund ist es erforder- lieh, eine Schutzschicht, beispielsweise ein Klarlacksystem, zu applizieren. Um eine ausreichende Grundhaftung auf das abzuscheidende Kunststoffbauteil zu erzielen, ist in der Regel auch eine Lackierung eines Haftvermittlers notwendig. Eine weitere und industriell sehr wichtige Beschichtung ist die galvanische Abscheidung von Metallen auf Kunststoffbauteilen. Dabei werden die Teile zunächst im Spritzgießverfahren, beispielsweise aus butadienhaitigen Copolymerisaten wie ABS oder ABS/PC, hergestellt. Nach dem Spritz- gieß-Vorgang werden die Bauteile chemisch vorbehandelt, um auf ihnen anschließend autokaltaiytisch eine erste dünne Metallschicht, in der Regel eine dünne Nickel- oder Kupferschicht, abzuscheiden. Im weiteren Galva- nikprozess werden dann elektrolytisch weitere Metallschichten abgeschieden, bis der Galvanisierprozess abschließend meist mit einer abgeschiedenen Chromschicht beendet ist. Bei allen eingesetzten Oberflächen muss neben dem hohen ästhetischen Anspruch auch eine hohe Widerstandskraft gegen mechanische Beschädigungen sowie auch eine hohe Medienbeständigkeit vorliegen, um den späteren Anforderungen im automobilen Exterieur sowie im Interieur ge- recht zu werden.

Neben all diesen zu erfüllenden Anforderungen, besteht jedoch stets auch der Wunsch nach mehr Individualität, nach designtechnischer Freiheit sowie farblicher und struktureller Ausgestaltung der Oberflächen. Besonders bei den metallischen Oberflächen wie der galvanischen Beschichtung wünscht sich die Automobilindustrie vielfach farblichen Spielraum, ist aber bisher bei dieser Darstellung stark eingeschränkt.

Die konventioneilen galvanisch abgeschiedenen Oberflächengüten und Farben reichen in der Regel von Hochglanz Ober verschiedene Mattigkeiten bis, durch modifizierte Elektrolyte und Prozesse, zu leicht anthrazit und bräunlichen Tönen.

Optisch und haptisch metallische und farbliche Oberflächen sind meist nur durch autendige zusätzliche Lackierungen oder ggf. zusätzliche Beschichtung auf der Metallabscheidung möglich _» wobei die Haftung der Lackschichten oder der Beschichtung auf der Chromschicht stets kritisch betrachtet werden muss und die optische sowie haptische Anmutung der Grundoberfläche massiv eingeschränkt wird. Dies hat seine Ursache darin, dass die abgeschiedene Chromschicht sehr inert und inaktiv ist und deshalb die (Lack-)Schichten nicht halten.

Um farbliche, metallisch wirkende Oberflächen darzustellen, kann zum Beispiel unter hohem Aufwand auch eine Kombination von Lack, Gaspha- senabscheidung, beispielsweise eine PVD-Beschichtung, und einem getönten, also schwach pigmentierten Lack, angewandt werden. Eine solche Technologie wird in der DE 102 33 120 A1 beschrieben. Auch ist es möglich die abzuscheidenden Metallschichten direkt über spezielle Metalflegierungen farblich auf das Substrat abzuscheiden. In der EP 2 369 032 A1 wird ein solcher Ansatz beschreiben. Hierbei ist jedoch ebenso eine Grundierung zur Haftvermittlung sowie eine nachgeschaltete, nämlich eine Klariackierung, notwendig. Das Farbspektrum ist hierbei allerdings eingeschränkt und die haptische Empfindung durch die Lackschicht reduziert. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung korrosionsstabiler und optional farblich metallisch beschichteter, dekorativer Kunststoffbauteile zu schaffen, bei dem mit einer chemischen und galvanischen Vorbehandlung und wenigstens einer galvanischen Metallabscheidung eine hochwertige, kor- rosionsstabile sowie optional einzufärbende dekorative Metallschicht ausgebildet werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Danach wird die abgeschiedene Aluminiumoberfläche in einem anschließenden Eloxal-Verfahren oxidiert.

Mit der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung korrosionsstabiler und optional farblich metallisch beschichteter, dekorativer Kunststoffbauteile geschaffen, bei dem mit einer chemischen und galvanischen Vorbehand- lung und wenigstens einer galvanischen Metallabscheidung eine hochwertige, korrosionsstabile sowie optional einzufärbende dekorative Metallschicht ausgebildet werden kann.

Bevorzugt wird die chemische Vorbehandlung mittels ausgewählter Tech- nologien mit mechanischem und chemischem Aufrauen, Quellen und Beizen und anderen Technologien zum Bereitstellen eines Haftungsmechanismus für eine erste leitende Metallschicht durchgeführt. Hierdurch besteht die Möglichkeit, auf den klassischen Vorbehandlungsprozess zu verzichten und andere Vorbehandlungsmethoden einzusetzen. Es hat sich erwiesen, dass man eine Haftung auch durch Strahlen, Behandeln mit quellenden und beizenden Säuren über der Chromschwefelsäure (klassisch) hinaus, Aufbringen einer ersten leitenden Schicht durch PVD oder sogar Einmischen von leitenden Pigmenten erhält, um an diesen den Aufbau und die Abscheidung einer ersten leitenden Schicht abzubilden. ln Weiterbildung der Erfindung wird die eloxierte Schicht verdichtet. Beim Verdichten werden die durch das Eloxieren geöffneten Poren wieder verschlossen. Dadurch wird die Einlagerung von korrosionsfördernden Stoffen verhindert.

Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 das Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens

Hierzu werden die zu beschichteten Bauteile zunächst im Kunststoffspritzgussverfahren (a) aus einem galvanisierbaren Kunststoff, bevorzugt aus einem butadienhaltigen Copolymensat wie ABS oder ABS/PC, hergestellt. Nach dem Spritzgieß-Vorgang werden die Bauteile in einem konventionellen Kunststoffgalvanikprozess (b) chemisch vorbehandelt, um auf dieser bearbeiteten Oberfläche anschließend autokaitalytisch eine erste dünne Metallschicht abzuscheiden (c), bei der es sich in der Regel um eine dünne Nickel- oder Kupferschicht handelt. Als Autokatalyse (griechisch für„die Selbstauflösung") wird eine besondere Form der katalyti- schen chemischen Reaktion bezeichnet, bei der ein Endprodukt als Katalysator für die Reaktion wirkt. Durch die fortlaufende Bildung dieses Katalysators wird die Reaktion ständig beschleunigt.

Im weiteren Galvanikprozess wird dann elektrolytisch wenigstens eine Metallschicht aufgebracht (d) oder es wird direkt in einem weiteren galvanischen Verfahrensschritt Aluminium abgeschieden (e), welches in einem nachgeschalteten Eloxal-Verfahren zu einem Aluminiumoxid oxidiert (f) und optional eingefärbt werden kann (g).

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit gemäß den beschriebenen Verfahrensschritten in der Lage korrosionstabile und optional farbliche metallisch beschichtete dekorative Kunststoffbauteile bereitzustellen (h). ln dem der chemischen Vorbehandlung folgenden galvanischen Verfahrensschritt wird ein Aluminium abgeschieden, welches in dem nachgeschalteten Eloxal-Verfahren zu einem Aluminiumoxid oxidiert und optional eingefärbt werden kann.

Das Aluminium wird ebenso aus Elektrolyten oder aus Aluminiumsalzen in organischen Lösungen sowie optional durch ionische Flüssigkeiten galvanisch abgeschieden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit verfahrensgemäß eine korrosionsstabile, optional farbliche und dekorative metallische Oberfiächen- beschichtung auf Kunststoffbauteilen ausbilden.

Das beschriebene Eloxal-Verfahren bedient sich wie der zuvor beschrie- bene galvanische Prozess der Kunststoffgalvanisierung der Elektrolyse, wobei in der Regel an der Anode die Oxidation des Aluminiums zu Alumi- nium(lll)-oxid unter Gleichstrom durchgeführt wird. Die umgewandelte Aluminiumoxidschicht ist im Anschluss hoch korrosionsbeständig und hat eine hohe optische Anmutung.

Vor dem Eloxal-Verfahren werden die aluminiumbeschichteten Bauteile in der Regel entfettet und gebeizt, um Verunreinigungen, Ablagerungen und ggf. gebildete Oxidschichten zu entfernen. Beim Beizen werden vorhandene kleine Oberflächenfehler wie z.B. Riefen, Kratzer, Lunker, Ein- Schlüsse usw. durch Materialabtrag beseitigt.

Nach dem Eloxieren kann das aluminiumbeschichtete Bauteil in heiße Farbstofflösung getaucht und anschließend gespült werden. Beim Färben mit diesem Verfahren lagern sich die Farbstoffmoieküie vorwiegend in den oberen Bereichen der Poren der Eloxal-Schicht an und gehen Bindungen mit der Oxidschicht ein.

Unter Verwendung anorganischer Farbstoffe kann ebenso eine Färbung der oxidierten Aluminiumschichten vorgenommen werden. Hierzu wird das Bauteil nach dem Eloxieren neutralisiert, gespült und in Farbbädern mit Metallsalzlösungen eingefärbt. Die Ionen der Lösung sammeln sich in den Poren der Eloxal-Schicht an und werden zu einem Feststoff.

Eine weitere Möglichkeit des Färbens ist das elektrolytische Colinalverfah- ren, welches mit Wechselspannung durchgeführt wird. Der Elektrolyt enthält ein färbendes Metallsalz. Die Metallionen dringen tief in die Poren der Schicht ein. Die so zum Teil mit Metall gefüllten Poren verursachen dann durch Aufnahme- und Streueffekte eine lichtechte Färbung. Viele unterschiedliche Farbtöne sind erzielbar. Die Dauer der Elektrolyse hängt von der erwünschten Farbtiefe ab.

Besonders ansprechende optische Ergebnisse erzielt man beim sogenannten Interferenzfärben, bei dem im Gegensatz zu den vorherigen Färbetechnologien die Farbe des Aluminiums nicht durch eingelagerte Fremdionen, sondern durch eine Interferenz innerhalb der Aluminiumoxidschicht erzeugt wird. Hierbei erscheint Licht, welches an dünnen Schichten optisch transparenter Materialien wie z. B. einem Ölfilm auf Wasser oder wie bei Seifenblasen reflektiert wird, häufig farbig. Bei diesem farblichen Effekt spricht man auch von„irisierenden Farben" in Folge von Bre- chung und Interferenz des Lichts an dünnen Oberflächenschichten eines Gegenstandes. Dadurch scheint dieser Gegenstand in den Farben des Regenbogens. Die Farben hängen vom Betrachtungswinkel ab. Je nach Schichtdicke der Oxidschicht und der damit verbundenen Lichtauslöschung, können unterschiedliche Farben (z. B. blau, grün, grau oder rot) reproduzierbar dargestellt werden.

Um die Einlagerung von korrosionsfördernden Stoffen zu verhindern, und um die Farbe dauerhaft zu versiegeln, müssen die Poren verdichtet werden. Das eloxierte und eventuell gefärbte Aluminium wird in einem letzten Bearbeitungsschritt in demineralisiertem Wasser durch einfaches Kochen verdichtet. Hier kann das Kochen in heißem bis zu kochendem Wasser zur Anwendung kommen. Dies kann einerseits durch Tauchfärben (ad- sorptives Färben) bei Temperaturen zwischen 55 und 85°C erfolgen, wobei der Vorgang zwischen 15 bis 30 Minuten bis 20 bis 35 Minuten an- dauern kann. Das Nachverdichten kann auch in Nachverdichterlösung bei einer Temperatur zwischen 90 und 100°C erfolgen. Pro 1 μm Schichtdicke werden ca. 3 Minuten bei dieser Behandlung benötigt. Alternativ kann die Behandlung in Heißwasser erfolgen, wobei es sich um entionisiertes Wasser handeln muss. Die Temperatur beträgt ebenfalls zwischen 90 und 100°C, wobei für 1 μm Schichtdicke ebenfalls eine Dauer von 3 Minuten erforderlich ist.