Oktober 2010

Das gängige Verfahren zur Herstellung bedruckter und dekorierter 3D-Folienbauteile ist das Film Insert Molding (FIM). Dabei wird eine Folie zunächst mit Dekoren und Symbolen hinterdruckt, dann verformt, getrimmt und mit einem Thermoplasten durch Hinterspritzen verstärkt. Die so gefertigten Teile wurden bisher, wenn notwendig, hauptsächlich durch eine nachträgliche Lackierung kratzfest beschichtet. Allerdings steigert dieser Verfahrensschritt die Bauteilkosten erheblich – oft um mehr als das Doppelte. Denn der Folienverarbeiter benötigt meist eine separate Lackierstraße, was enorme Investitionen, Unterhaltskosten und Ausgaben für Arbeits-, Umweltschutz- und Logistikmaßnahmen zur Folge hat. Außerdem ist der Ausschuss relativ hoch, weil unter anderem die Teile meist zwischengelagert und dann zur Lackierstraße transportiert werden, was schnell zu Verschmutzungen und Beschädigungen führen kann. Auch Lackverluste durch Overspray wirken sich spürbar auf die Kosten aus.

Verformen ohne zu brechen

Wesentlich einfacher als eine nachträgliche Kratzfestlackierung ist es, im FIM-Verfahren direkt kratzfest beschichtete Kunststofffolien einzusetzen. Nur gab es bisher kaum Beschichtungen dieser Art, die sich verformen ließen, ohne zu brechen. Kürzlich ist es Bayer MaterialScience mit Kratzfestbeschichtungen auf Basis von so genannten DualCure-Lacken gelungen, eine Lösung für dieses Problem zu entwickeln. DualCure-Systeme sind Polyurethan(PUR)-Dispersionslacke auf Basis aliphatischer und damit lichtstabiler, farbechter Rohstoffe, die in zwei Stufen aushärten. Beim Beschichten der Trägerfolie bilden die Lackrohstoffe in einer PUR-Polyadditionsreaktion eine leicht vernetzte Lackschicht. Deren Blockfestigkeit ist so eingestellt, dass der Lack nicht mehr klebt. Die Folie lässt sich daher problemlos aufrollen, zum Verarbeiter transportieren und dort entrollen. Vor allem ist die Lackschicht noch elastisch und die Folie kann vom Verarbeiter noch 3D verformt werden. Erst danach wird der Kratzfestlack mittels UV-Licht von kommerziellen Quecksilber-Dampflampen in wenigen Sekunden endgültig zu einem engmaschigen dreidimensionalen Netzwerk ausgehärtet.

Makrofol TP278 ist die erste Polycarbonat-Folie aus der Produktfamilie Makrofol HF, die mit einem solchen DualCure-Lack kratzfest beschichtet ist. Sie wird in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf einer Beschichtungsanlage hergestellt und mit einer Kaschierfolie geschützt. Die neue Folie lässt sich sowohl „kalt“ durch High Pressure Forming (HPF) als auch „warm“ durch Thermoformen in sehr engen Radien und mit hohen Ziehtiefen verformen, was erste Abmusterungen bei Kunden bestätigten.
Die sehr gute Abrieb- und Kratzfestigkeit zeigt sich beispielsweise im Bleistift-Härtetest (Pencil Hardness Test, ISO 15184, 500 g). So wird am Bauteil eine Einstufung von „1H“ erreicht. Im ausgehärteten Zustand ist die neue Folie dank der dreidimensionalen Vernetzung in ihrer Chemikalienresistenz anderen Folien, die mit einer kratzfesten Coextrusionsschicht versehen sind, überlegen. So ist sie etwa sehr beständig gegen Alltags-chemikalien wie Fette, Öle und Reinigungsmittel sowie gegen viele Lösemittel. Ein weiteres herausragendes Merkmal ist ihr hoher Tiefenglanz. Er ermöglicht die Produktion von Bauteilen mit Klavierlack-ähnlichen Oberflächen.

Große Einsatzchancen in gedruckter Polymerelektronik

Großes Anwendungspotenzial haben diese neuen Folien auch in der gedruckten Polymerelektronik. Dahinter verbergen sich hochwertige, funktionsintegrierte Elektronikbauteile wie etwa kapazitive Schalter, deren Herstellung ausgehend von Kunststoff-Folien im FIM-Verfahren erfolgt. Auf die Folien werden vor dem Verformen und Hinterspritzen mit Hilfe elektrisch leitfähiger Tinten und Pasten verschiedene elektronische Funktionen wie etwa Schaltbilder und Leiterbahnen auf sehr engem Raum aufgedruckt. Die Aufgaben dieser nun integrierten Funktionen mussten bisher in herkömmlichen Elektronikbauteilen von mehreren Einzelkomponenten übernommen werden. Die Resultate gedruckter Polymerelektronik sind daher „All in One“-Bauteillösungen, die sich aus nur sehr wenigen Komponenten zusammensetzen und viel kompakter sind. Dies führt zu Kosteneinsparungen unter anderem bei der Montage und dem logistischen Aufwand, die eine sehr wirtschaftliche Fertigung von Elektronikkomponenten ermöglichen.

Die beschichtete Polycarbonatfolie entspricht dem Trend in der gedruckten Polymerelektronik zu Hochglanz-Klavierlackoptiken, die mit „Verschwindeffekt“-Techniken kombiniert sind. Diese Techniken lassen die angezeigten Symbole im ausgeschalteten Zustand scheinbar verschwinden, was im Autoinnenraum zur Herstellung hochwertiger Anzeigeelemente zum Beispiel in Instrumententafeln, Mittelkonsolen und Türverkleidungen genutzt wird (zum Beispiel Black Panel-Technologie).
Außerhalb der gedruckten Polymerelektronik bietet sich die neue Folie auch zur Fertigung von verschiedensten Gehäusen für Consumer Electronics, von hochglänzenden Handy-Gehäusen und -Tastaturen, Bedienelementen für „Weiße Ware“ sowie von dekorativen 3D-Blenden für den Autoinnenraum wie etwa Staufachdeckel an.
Auch die „Funktion“ Licht ist in die neue Folie integrierbar. Dazu kann sie mit einem Elektrolumineszenz-Schichtsystem bedruckt und im FIM-Verfahren zu 3D-Kunststoffteilen verarbeitet werden, die unter elektrischer Spannung über ihre gesamte Fläche farbiges Licht abstrahlen.
In Leverkusen wurde darüber hinaus gemeinsam mit der Niebling-Junior Kunststoffverarbeitung und Werkzeugbau, Penzberg, die Technologie zur präzisen Hochdruckverformung von bedruckten Folien für großflächige Bauteile weiterentwickelt. So steht jetzt eine erste Anlage mit einer Formfläche von 500×1000 mm zur Verfügung.

Es ist geplant, das Portfolio an kratzfest beschichteten, aber noch verformbaren Folien weiter auszubauen. Ein Entwicklungsziel sind Kratzfestfolien für den Autoinnenraum, die matte Oberflächen ergeben. Ein weiterer Fokus liegt auf UV-stabilen Hardcoat-Folien für großflächige Anbauteile im Bereich der Karosserie.

Erhöhte Marktchancen
Stürmisches Wachstum erwartet

Gedruckter Polymerelektronik steht ein eindrucksvolles Wachstum bevor. 2005 hatte sie ein globales Marktvolumen von 650 Millionen US-Dollar. Das britische Marktforschungsunternehmen IDTechEx schätzt, dass der Markt im Jahr 2020 bereits eine Größe von fast 100 Mrd. US-Dollar erreichen wird. Nur fünf Jahre später soll er bereits einen Umfang von rund 250 Mrd. US-Dollar haben. Davon werden auch elektronisch bedruckbare und verformbare Kunststoff-Folien profitieren, die das Ausgangsmaterial bei der Herstellung entsprechender Elektronikbauteile sind.

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