Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen, thermoplastischen, coextrudierten Verbundkörper, zur Herstellung selbsttragender dreidimensionaler Bauteile, vorzugsweise für Karosserieteile für Kraftfahrzeuge, Verkleidungsteile für landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge oder Bootsabdeckungen, umfassend Schichten, welche Polymethylmethacrylat (PMMA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol Terpolymere (ABS) enthalten. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundkörper und die Verwendung der Verbundkörper.

Die Verwendung von thermoformbaren, mehrschichtigen, coextrudierten Verbundkörpern im Außeneinsatz stellt hohe Anforderungen an die Eigenschaften dieses Verbundkörpers. Zu den wichtigsten Eigenschaften zählt eine hohe Wärmeformbeständigkeit, eine hohe UV- und Witterungsstabilität, eine hohe Kratzfestigkeit, gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Beständigkeit gegen Chemikalien. Zusätzlich sollen die mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörper gemäß Kundenwunsch eingefärbt sein.

Mehrschichtige coextrudierte Verbundkörper der eingangs genannten Art für den Außeneinsatz sind in der Literatur bekannt. H. Kappacher beschreibt in Kunststoffe 86 (1996), S. 388 bis 392 coextrudierte PMMA/ ABS Verbundplatten. In diesem Artikel werden auch Aufbauten mit einem Träger aus ABS/PC Blend (Acrylnitril/Butadien/Styrolcopolymer- Polycarbonat Blend) erwähnt.

Die EP 0 361 823 Bl beschreibt mehrschichtige, coextrudierte Verbundkörper, welche auf fluorhältigen Polymeren basieren und auch Acrylnitril/Butadien/Styrolcopolymeren (ABS) enthalten.

Verbundkörper der obigen Art werden mittels Thermoformen in die gewünschte Bauteilgeometrie überführt, besäumt und in unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt: Karosserieteile für Elektrofahrzeuge und Klein-PKW s, Verkleidungsteile für landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge (z. B. Traktordächer oder Motorhaubenabdeckungen), Bootsabdeckungen, Dachboxen, Reserveradabdeckungen usw.

Zur Herstellung von Dachmodulen für Klein-PKW s oder von Verkleidung steilen für landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge werden Verbundkörper dieser Art nach dem Thermoformen rückseitig verstärkt und optional mit Innenraumdekorstoffen versehen. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen dieser Art sind unter anderem beschrieben in der EP 1 561 575 AI und der WO 2005/102697 A. Das beschriebene Verfahren ist durchaus geeignet Dachmodule darstellen, allerdings ist es auf Grund der vielen aneinandergereihten Verfahrens schritte und der Menge an Materialien sehr teuer.

Ein alternatives Herstellverfahren von Dachmodulen bietet das Twin-Sheet Verfahren auch das „2-Platten-Formen" genannt: Es handelt sich dabei um eine Weiterentwicklung des Thermoformens und stellt ein wirtschaftliches und ressourcenschonendes Verfahren zur Herstellung von präzisen, steifen Hohlkörpern fast beliebiger Geometrie dar. Während beim Thermoformen ein Verbundkörper erhitzt und anschließend umgeformt wird, geschieht das im Twin-Sheet Verfahren mit zwei Platten (Formhälften) entweder nacheinander (amerikanische Twin-Sheet Version) oder gleichzeitig (europäische Twin-Sheet Version oder simultanes Twin-Sheet Formen). Dabei entstehen zumeist Hohlkörper, die entweder Tankähnlich (mittels zweier Negativ-Werkzeuge) oder auch als Panel/Gehäuse-ähnliche Produkte ausgebildet sind, bei denen eine Formhälfte negativ, die zweite Formhälfte positiv, also in Richtung der ersten Formhälfte geformt wird. Durch Verwenden eines UV-stabilen Halbzeuges für die Außenschale und eines optisch und haptisch ansprechenden Halbzeuges für den Innenbereich, erhält man Verbundkörper mit dem gewünschten Eigenschaftsprofil. Das Verfahren erscheint zwar auf Grund der geringen Anzahl an Teilschritten kostengünstig zu sein, hat aber den Nachteil, dass sowohl für die Außenschale als auch für den Innenbereich unterschiedliche Halbzeuge mit dem zu Folge unterschiedlichen Eigenschaften beigestellt werden müssen, welche wiederum ein kostenintensives Resultat liefern.

Bei beiden Herstellverfahren ist die Rückseite des verwendeten thermoplastischen Halbzeuges, welches die Oberfläche bildet, nicht sichtbar, da es entweder durch die Verstärkung oder durch das zweite Halbzeug abgedeckt ist. Beide Herstellverfahren haben daher den Nachteil, dass sie auf Grund der mehrstufigen Prozessführung oder der hohen Menge an Materialeinsatz zu höheren Kosten für das Produkt führen.

Die Ausgangsposition, die der Erfindung zu Grunde liegt, beruht darauf, die Anforderungen für sowohl die sichtbare Außenseite als auch für die sichtbare Innenseite eines Karosserieteils wie z. B. eines Dachmoduls, in einem thermoplastischen Halbzeug zu vereinen, und dieses in einer möglichst geringen Anzahl an Verfahrens schritten zum Karosserieteil zu verarbeiten. Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung war es daher, einen mehrschichtigen, coextrudierten Verbundkörper bereit zu stellen, ohne den Aufwand mit dem Twin-Sheet- Verfahren oder zusätzlichen Verstärkungs schritten betreiben zu müssen. Gleichzeitig sind aber bestimmte Eigenschaften an den Gesamtverbund, sowie der Vorderseite und an der Rückseite des mehrschichtigen, coextrudierten Verbundkörpers zu gewährleisten.

An der Vorderseite müssen folgende Eigenschaften gewährleistet sein:

1. Colorierung in uni und/oder Effekteinfärbung, um eine Lackierung zu vermeiden,

2. gute Chemikalienbeständigkeit und Kratzfestigkeit der Oberfläche,

3. hohe Oberflächengüte,

4. ausgezeichnete UV-Beständigkeit.

An der Rückseite sind folgende Eigenschaften gefordert:

1. Mattigkeit

2. Kratzfestigkeit

3. gegebenenfalls Narbung

4. Angenehme Griffhaptik.

Der mehrschichtige, coextrudierte Verbundkörper muss in der Gesamtheit zusätzlich noch gute mechanische Eigenschaften, Tiefziehfähigkeit (thermische Duktilität), ausreichende Wärmeformbeständigkeit und ein gutes Thermoformverhalten aufweisen.

Der Stand der Technik stellt keine Mehrschichtverbunde bereit, bei denen alle dieser Eigenschaften in ausreichendem Maße erfüllt werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen mehrschichtigen, thermoplastischen, coextrudierten Verbundkörper, zur Herstellung eines selbsttragenden dreidimensionalen Bauteils, vorzugsweise eines Karosserieteils für Kraftfahrzeuge, Verkleidungsteils für landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge oder einer Bootsabdeckung, umfassend in der Reihenfolge (i) optional eine Deckschicht (1), umfassend Polymethylmethacrylat (PMMA), schlagzähmodifiziertes Polymethylmethacrylat (HI-PMMA) oder eine Mischung daraus, sowie optional UV- Additive, (ii) eine unterhalb der optionalen Deckschicht (1) angeordnete erste Zwischenschicht (2), umfassend Polymethylmethacrylat (PMMA), schlagzähmodifiziertes Polymethylmethacrylat (HI-PMMA) oder eine Mischung daraus, sowie Farbmittel und optional UV- Additive.

(iii) eine zweite Zwischenschicht (3), umfassend Acrylnitril-Butadien-Styrol Terpolymere (ABS) sowie zusätzlich enthaltend Farbmittel und optional UV- Additive,

(iv) eine Substratschicht (4), umfassend Acrylnitril-Butadien-Styrol Terpolymere (ABS) und Farbmittel und

(v) eine rückseitige Deckschicht (5), umfassend Acrylnitril-Butadien-Styrol Terpolymere (ABS), Werkstoffe auf Basis thermoplastischer Polyurethane, Polymethylmethacrylat (PMMA), schlagzähmodifiziertes Polymethylmethacrylat (HI- PMMA) oder eine Mischung aus PMMA und HI-PMMA, sowie Farbmittel und optional Additive zur Verbesserung der Kratzfestigkeit, zur Reduktion des Glanzes oder Kombinationen daraus.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass ein solcher mehrschichtiger, coextrudierter Verbundkörper ohne zusätzliche Verstärkung auskommt und als selbsttragender dreidimensionaler Bauteil optimale Eigenschaften aufweist. Die Deckschicht (1) und die Zwischenschicht (2) erfüllen dabei die Anforderungen, welche auch an die Lackschichten von Kraftfahrzeugkarosserien gestellt werden, die rückseitige Deckschicht (5) erfüllt die Anforderung von Interieurverkleidungen. Die Erfinder haben entdeckt, dass derartige mehrschichtige, coextrudierte Verbundkörper die Bedürfnisse der Kunden erfüllen. Damit können solche mehrschichtigen, coextrudierten Verbundkörper in einem einfachen Schritt geformt werden, wobei sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite in Folge die gewünschten optischen, mechanischen und haptischen Eigenschaften aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Oberseite und/oder auch die Unterseite des mehrschichtigen, coextrudierten Verbundkörpers mit einer Narbung versehen ist bzw. mit Narbungen versehen sind.

Bevorzugte Ausgestaltungen werden nachfolgend beschrieben.

Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau erfindungsgemäßer mehrschichtiger, coextrudierter Verbundkörper. Fig. 1 zeigt einen Schichtaufbau mit einer Deckschicht (1), einer ersten Zwischenschicht (2), einer zweiten Zwischenschicht (3), einer Substratschicht (4) und einer rückseitigen Deckschicht (5). Fig. 2 zeigt einen Schichtaufbau mit einer ersten Zwischenschicht (2), einer zweiten Zwischenschicht (3), einer Substratschicht (4) und einer rückseitigen Deckschicht (5). Auf die Darstellung einer Narbung wurde verzichtet. Eine Narbung kann auf der Deckschicht (1), auf der rückseitigen Deckschicht (5) auf beiden Schichten (1, 5) oder gar nicht vorhanden sein. Für eine vorteilhafte Haptik kann diese auf der rückseitigen Deckschicht (5) vorhanden sein.

Deckschicht (1)

Die optionale Deckschicht (1) umfasst PMMA (Polymethylmethacrylat) oder HI- PMMA (schlagzähmodifiziertes Polymethylmethacrylat) oder einen Blend daraus. Optional kann die Deckschicht (1) UV- Additive aufweisen, um eine höhere UV-Beständigkeit der Oberfläche und des Verbunds zu erzielen. Die wichtigsten Eigenschaften von PMMA sind in Hans Domininghaus, „Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften", Ausgabe 1998, S 455 - 481 zusammengefasst. Aufgrund der beschriebenen Eigenschaften eignet sich PMMA als Deckschichtmaterial in besonderem Maße für Außenanwendungen, da es von sich aus bereits sehr UV-stabil und kratzfest ist, eine sehr gute Chemikalienbeständigkeit zeigt und transparent ist. Durch Verwendung von UV- Additiven (UV- Absorber und UV-Stabilisatoren) im Ausmaß von 0,01 bis 5 Gew. % können die in der Zwischenschicht (2) und der zweiten Zwischenschicht (3) eingesetzten Werkstoffe und Farbmittel vor UV-Einstrahlung zusätzlich geschützt werden, wodurch sich sowohl das mechanische Verhalten als auch die Farbstabilität über die Verwendungsdauer bei Bestrahlung mit UV-Licht deutlich verbessert.

Erste Zwischenschicht (2)

Die Zwischenschicht (2) umfasst PMMA (Polymethylmethacrylat) oder HI- PMMA (schlagzähmodifiziertes Polymethylmethacrylat) oder einen Blend daraus und Farbmittel. Der Zwischenschicht (2) können optional zusätzlich UV- Additive zugesetzt sein.

Zweite Zwischenschicht (3)

Die zweite Zwischenschicht (3) umfasst Acrylnitril-Butadien-Styrol Terpolymere (ABS) sowie zusätzlich Farbmittel und optional UV-Additive. ABS gehört zu den amorphen Thermoplasten und ist gekennzeichnet durch eine gute Schlagfestigkeit, eine hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit, eine hohe Schlagzähigkeit in der Kälte, eine hohe Formbeständigkeit in der Wärme und ein hohe Temperaturwechselfestigkeit. Auf Grund der geringen Witterungsbeständigkeit wird ABS mit einer oder mehreren Schichten PMMA coextrudiert (Deckschicht (1) und erste Zwischenschicht (2)). Die Mengenverhältnisse der Monomeranteile können dabei variieren von 15-35 % Acrylnitril, 5-30 % Butadien und 40- 60 % Styrol. Detaillierte Angaben zu den Eigenschaften von Acrylnitril-Butadien-Styrol Terpolymere (ABS) finden sich in Hans Domininghaus, „Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften", Ausgabe 1998, S 393 - 404. Weitere Werkstoffe, welche erfindungs gemäß auch zur Herstellung der zweiten Zwischenschicht (3) verwendet werden können, sind Blends aus Polycarbonat (PC) und ABS oder aus Polyamid (PA) und ABS bzw. generell Blends aus ABS mit thermoplastischen Werkstoffen, welche eine gegenüber ABS erhöhte Wärmeformbeständigkeit aufweisen und welche in der Coextrusion Haftung mit PMMA ergeben. Thermoplaste dieser Art zeigen in der Regel auch sehr gute mechanische Eigenschaften wie hohe Zähigkeit und Steifigkeit. Auch diese Werkstoffe werden mit einer oder mehreren Schichten PMMA coextrudiert (Deckschicht (1) und erste Zwischenschicht (2)), um die Witterungsbeständigkeit zu verbessern. PC/ ABS Blends und deren Eigenschaften sind in Hans Domininghaus,„Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften", Ausgabe 1998, S 749 - 750 beschrieben.

Substratschicht (4)

Die Substratschicht (4) stellt bevorzugt prozentuell den größten Anteil an der Gesamtschichtstärke des mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörpers dar und umfasst Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymere (ABS) sowie zusätzlich Farbmittel und gegebenenfalls vermischtes Mahlgut bzw. in-line Recyclat. Weitere Werkstoffe, welche erfindungsgemäß auch zur Herstellung der Substratschicht (4) verwendet werden können, sind Blends aus Polycarbonat (PC) und ABS oder aus PA und ABS bzw. generell Blends aus ABS mit thermoplastischen Werkstoffen, welche eine gegenüber ABS erhöhte Wärmeformbeständigkeit aufweisen. Aus Kostengründen ist der Zusatz von vermischtem Mahlgut bevorzugt.

Rückseitige Deckschicht (5)

Die rückseitige Deckschicht (5) wird mit den darüber liegenden Schichten coextrudiert und erfüllt dekorative Zwecke. So sollte sie erfindungs gemäß folgende Charakteristika aufweisen: eingefärbt, matt, kratzfest, optional genarbt und mit angenehmer Griffhaptik. Als Werkstoffe werden einerseits Acrylnitril-Butadien-Styrol Terpolymere (ABS) oder thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPU), PMMA, HI-PMMA oder Mischungen aus PMMA und HI-PMMA eingesetzt. ABS, PMMA, HI-PMMA und TPU sind dabei bevorzugt matt bzw. mattiert oder beides. Dies kann durch Mattierungsmittel und/oder den Einsatz matter Werkstoffe erzielt werden. Weitere Werkstoffe, welche erfindungsgemäß auch zur Herstellung der rückseitigen Deckschicht (5) verwendet werden können, sind Blends aus Polycarbonat (PC) und ABS oder aus Polyamid (PA) und ABS bzw. generell Blends aus ABS mit thermoplastischen Werkstoffen, welche eine gegenüber ABS erhöhte Wärmeformbeständigkeit aufweisen und welche in der Coextrusion Haftung mit PMMA ergeben.

Thermoplastische Polyurethan-Elastomere sind Polyaddukte aus Polyisocyanat und Polyolen, welche gummiähnliches Verhalten zeigen. Sie sind weiters gekennzeichnet durch eine hohe Flexibilität, hohes Dämpfungsvermögen, wodurch sie als Interieurmaterial für Kraftfahrzeuge in besonderem Masse geeignet sind, günstiges Reibungs- und Verschleißverhalten und angenehme lederartige Griffhaptik.

Detaillierte Angaben zu den Eigenschaften von thermoplastischen Polyurethan-Elastomere (TPU) finden sich in Hans Domininghaus, „Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften", Ausgabe 1998, S 1161 - 1171.

Den Werkstoffen der rückseitigen Deckschicht (5) werden zusätzlich Farbmittel, sowie Additive zur Reduktion des Glanzes, sogenannte Mattierungsmittel oder Additive zur Verbesserung der Kratzfestigkeit zugesetzt.

Als Mattierungsmittel bezeichnet man im Allgemeinen Zusatzstoffe, welche die Oberfläche einer Beschichtung so beeinflussen, dass sich ihr Glanzgrad senkt. Auch Glasperlen in unterschiedlichen Größen können in Erfindung s gemäßen Verbundkörpern die gewünschte Mattigkeit hervorrufen. Mattierungsmittel bewirken meist eine gezielte Rauhigkeit der Beschichtungsoberfläche, wodurch eine diffuse Lichtstreuung entsteht. Die zugesetzte Menge beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 Gew. % und 15 Gew. %. Man unterscheidet üblicherweise anorganische und organische Mattierungsmittel, die gleichermaßen (auch als Mischung) der Schicht zugesetzt werden können. Zu den anorganischen Mattierungsmitteln zählen Kieselsäuren, Silikate sowie auch andere anorganische Füllstoffe und Mischungen aus den genannten. Im erfindungs gemäßen Aufbau können auch Perlglanz- und Metalleffektpigmente neben ihrer Eigenschaft des Erzeugens von speziellen visuellen Effekten als Mattierungsmittel genannt werden.

Als organische Additive zur Verbesserung der Mattigkeit können beispielsweise vernetzte Polymere in Perlenform („Polymerperlen"), vorzugsweise Acrylatperlen, Polyethylen, Polypropylen oder Copolymerisate eingesetzt werden.

Unter Kratzfestigkeit im erfindungsgemäßen Sinne versteht man die Empfindlichkeit einer Oberfläche gegen das Einbringen von oberflächlichen, optisch wahrnehmbaren Defekten mit spitzen Gegenständen. Um diesen Parameter charakterisieren zu können, wird als Messmethodik die Prüfung der Mikroritzhärte nach ISO 4586-2.14 herangezogen. Als Additive zur Verbesserung der Kratzfestigkeit werden sowohl anorganische als auch organische Substanzen verwendet. Als Beispiele seien genannt: Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Siloxane, Polyamide, Fettsäuren usw. Wie nachfolgend aus den Beispielen ersichtlich ist, können auch Effektpigmente oder Mattierungsmittel die Kratzfestigkeit erhöhen.

Durch die Notwendigkeit im erfindungsgemäßem Sinne auch die Rückseite eines Mehrschichtverbundes sichtbar zu gestalten, ergab sich sowohl in technischer als auch kommerzieller Sicht die Erfordernis Lösungen zu verschiedenen Fragestellungen zu finden:

Würde man keine dünne rückseitige Deckschicht (5) coextrudieren so ergäben sich folgende Probleme:

1. Es müssen kostenintensivere Farbmittel verwendet werden. Durch die sichtbar gemachte Rückseite wird es erforderlich, hinsichtlich Dispergiergrad und Lichtechtheit höherwertige Farbmittel zu verwenden als sie normalerweise in der Substratschicht (4) verwendet würden, wenn diese an der Rückseite nicht sichtbar ist. Durch das Einfügen einer dünnen rückseitigen Deckschicht (5) kann die Verwendung der hochwertigeren Farbmittel auf die dünne rückseitige Deckschicht (5) beschränkt bleiben, wodurch sich kein merklicher kommerzieller Nachteil ergibt. Ihre Konzentration ist in Bezug auf die Gesamtdicke des coextrudierten Verbundkörpers sehr gering, da das Volumen der rückseitigen Deckschicht (5) wesentlich geringer ist als das der Substratschicht (4).

2. Der Zusatz an Additiven zur Verbesserung der Mattigkeit und Kratzfestigkeit führt in der Regel zu einer Reduktion der mechanischen Werte. Wird die Additivierung nur in der rückseitigen Deckschicht (5) durchgeführt, so ist der Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Gesamtverbundes gegenüber einer Additivierung in der gesammten Substratschicht (5) vernachlässigbar.

3. Die Verwendung von thermoplastische Polyurethan- Elastomere (TPU), welche für den erfindungsgemäßen Einsatz geeignet sind, kann nur in sehr dünnen Schichten erfolgen, da diese in der Regel eine geringe Eigensteifigkeit und Wärmeformbeständigkeit zeigen. Würde man Werkstoffe dieser Art als Substrat verwenden, ergäbe sich kein Bauteil, welcher weder bei Raum- noch bei erhöhten Temperaturen die für die Anwendung als Fahrzeugdach erforderliche Steifigkeit und Dimensions Stabilität zeigen. Die Coextrusion bietet in diesem Fall die Möglichkeit eine dünne, funktionelle Schicht mit den gewünschten optischen und haptischen Eigenschaften aufzubringen, ohne dabei die mechanischen Eigenschaften im Wesentlichen zu verändern.

4. Mattes Polymethylmethacrylat (PMMA) bzw. mattes schlagzähmodifiziertes Polymethylmethacrylat (HI-PMMA) sind spröde Werkstoffe. Sie können nur in sehr dünnen Schichten eingesetzt werden, da bei zu hohen Schichtstärken eine deutliche Versprödung des mehrschichtigen, coextrudierten Verbundkörpers auftreten würde. Dies wird auch in Tabelle 1 verdeutlicht, in der das beschriebene Beispiel 4 im instrumentierten Durchstoß bei Beobachtung der Gesamtenergie die tiefsten Werte aufweist. Sie zeigen allerdings eine gute Kratzfestigkeit und tiefe Mattigkeit.

Verwendete Messverfahren zur Charakterisierung der Rückseitigen Deckschicht (5) Glanz:

Glanz ist die Eigenschaft einer Oberfläche, Licht ganz oder teilweise zu reflektieren, er entsteht nur, wenn sowohl die Beleuchtung gebündelt ist, als auch die Oberfläche spiegelnd reflektiert. Oberflächenstrukturen von kleiner als 0,01 mm beeinflussen den Glanz einer Oberfläche. Er kann quantitativ mit Glanzmessgeräten bestimmt werden. Die exakte Definition sowie die physikalischen Zusammenhänge werden in der ÖNORM EN ISO 2813; Ausgabe 1999-06-01: „Beschichtungs Stoffe- Bestimmung des Reflektometerwertes von Beschichtungen unter 20°, 60° und 85°" definiert. Als Messgerät wird für die Untersuchungen das Gerät: Haze Gloss, Serien Nummer: 868941 (Hersteller: Byk Gardner GmbH, 82538 Geretsried, Deutschland) verwendet. Als Messgeometrie wird der Reflektometerwert bei 60° verwendet.

Mikroritzhärte:

Die Mikroritzhärte wird nach ISO 4586-2.14 ermittelt. Aus dem zu prüfenden Körper werden drei Probekörper mit 100 x 100 mm geschnitten. Im Schnittpunkt der Diagonalen wird ein Loch mit 6,5 mm Durchmesser gebohrt. Die zu prüfenden Oberflächen werden mit einem die Probekörper nicht angreifenden Mittel, z. B. Spiritus, und einem weichen Lappen gereinigt und für 24 h unter Normalbedingungen gelagert. Das Prinzip des Ritztests besteht darin, dass eine gewichtsbelastete Spitze eines Diamanten (Winkel 90°, Spitzenradius 90 μιη) über die Schicht gezogen wird. Mit einem Universal Scratch Tester (Model 413) wird die Messung vorgenommen. Zum Justieren des Gewichtsarms werden eines der Gewichte sowie das Gegengewicht mit integrierter Libelle benötigt. Das Gewicht wird in der Weise auf den Skalenarm aufgesetzt, dass die Rändelschraube zum Arretieren des Gewichts nach vorne zeigt. Dann wird es auf dem Skalenarm so weit nach rechts (zum Drehpunkt) geschoben, bis die linke Seite (mit Markierung) mit dem Skalenwert„0" bündig, ist. Das Gegengewicht wird anschließend rechts vom Drehpunkt (und des Belastungsgewichtes) aufgesetzt und soweit verschoben, bis sich der Arm nach frei schwebendem Pendeln in der waagerechten Position befindet (Kontrolle durch die Libelle). Durch Anziehen der Rändelschraube wird das Gegengewicht auf dieser Position arretiert. Der Skalenarm mit dem Prüfwerkzeug und dem zu verwendenden Gewicht befindet sich jetzt im Gleichgewicht. Die Probe wird mittig auf einen Probenteller platziert. Durch vorsichtiges Drehen der Rändelmutter im Uhrzeigersinn wird die Probetafel durch das Druckstück fest eingespannt. Der Skalenarm ist durch die Rändelmutter in der Höhe verstellbar, damit sichergestellt ist, dass die Oberseite des Armes stets waagerecht verläuft. Das Gewicht wird auf dem Skalenarm auf den Wert 0,1 geschoben, damit die eingespannte Probe geringfügig belastet wird. Die horizontale Lage des Skalenarms ist mit der im Gegengewicht befindlichen Libelle genau festzustellen und kann durch Heben bzw. Senken der Achse mit Hilfe der Rändelmutter korrigiert werden. Je nach Wahl des Gewichts kann eine Maximalkraft von 1 N bzw. 10 N zur Wirkung kommen. Jeder Teilstrich auf dem Skalenarm entspricht dabei einer Gewichtskraft von 0,01 N bzw. 0,1 N. Die vorgeschriebene Belastung wird durch Verschieben des Gewichts erreicht. Der Probenteller wird mit einer Geschwindigkeit von 5 U/min einmal um seine Achse rotiert. Als Maß für die Ritzhärte des geprüften Werkstoffes gilt die geringste Gewichtskraft, die eine in sich geschlossene Markierung auf dem Probekörper hinterlässt, d.h. sind bei der ersten Belastung bereits starke Spuren zu sehen, muss die Belastung schrittweise herabgesetzt werden. Sind keine Spuren zu erkennen, muss die Belastung schrittweise erhöht werden. Um eine statistische Aussage zu erhalten, werden drei Probetafeln getestet. Zunächst wird die beanspruchte Oberfläche mit einem den Probekörper nicht angreifenden Lösungsmittel (z. B. Ethanol) und einem weichen Tuch gereinigt. Der Probekörper wird dann mit der Beobachtungsschablone abgedeckt, auf dem drehbaren Tisch der Betrachtungsvorrichtung befestigt und mit freiem Auge im Beobachtungsabstand von 400 mm auf bleibende Markierungen untersucht. Diese müssen in allen Segmenten der Beobachtungsschablone durchgehend sichtbar sein. Die Schablone kann im Zweifelsfall zusätzlich auf dem Probekörper bewegt werden. Eine Markierung wird als bleibend angesehen, wenn sie 24 h nach der Prüfung noch erkennbar ist (Lagerung im Normalklima). Dazu ist es notwendig, den Probekörper in der Beobachtungsvorrichtung auf dem drehbaren Tisch so zu schwenken, dass er unter allen Einfallswinkeln des Lichts beurteilt werden kann. Als Maß für das Verhalten bei Kratzbeanspruchung gilt die geringste Gewichtskraft, die noch eine in sich geschlossene Markierung auf allen 3 Probekörpern hervorgerufen hat.

UV-Additive

Der ultraviolette Anteil des Sonnenlichtes zerstört die chemischen Bindungen in bestimmten Polymeren in einem Prozess den man Photodegradation nennt. Dies bewirkt durch die chemischen Veränderungen im Polymer auch Änderungen im chemischen und physikalischen Verhalten. Bruch, Verfärbung, Farbänderungen sind z. B. Folgen dieser Reaktionen. Um Effekte dieser Art zu unterbinden oder zu verzögern, können UV- Additive zugesetzt werden. In Abhängigkeit von der Wirkungsweise dieser Additive unterscheidet man in UV-Absorber und UV-Stabilisatoren. UV-Absorber führen zu einer Absorption der UV-Strahlung, welche durch das Polymer durchtritt, und wandeln sie in Wärmeenergie um. Als Beispiel für sehr wirksame UV- Absorber können Benzophenone genannt werden.

UV-Stabilisatoren hemmen die freien Radikale, welche durch UV-Strahlen entstehen und stoppen die weitere Zersetzung. Als Beispiel für sehr wirksame Stabilisatoren können HALS (hindered amine light stabilizers) genannt werden. Bei Verwendung von Polycarbonat (PC) oder Polyamid (PA) als Blendbestandteil sollte Sorge getragen werden, dass die verwendeten Lichtschutzmittel keine basischen Amine als funktionelle Gruppen enthalten, da diese zur Depolymerisation von PC oder PA führen und sich dadurch die mechanischen Eigenschaften des Gesamtverbundes verschlechtern können.

Farbmittel

Farbmittel ist nach DIN 55943 die Sammelbezeichnung für alle farbgebenden Stoffe. Farbmittel werden einerseits nach ihrer chemischen Struktur in anorganische und organische Farbmittel eingeteilt. In beiden Gruppen kann nach der Herkunft in natürliche und synthetische, oder nach der Farbqualität in weiße, bunte und schwarze Farbmittel, sowie in Effekt- und Leuchtfarbmittel gegliedert werden.

Anorganische Farbmittel sind fast durchwegs Pigmente. Die organischen Farbmittel werden nach ihrer Löslichkeit im jeweiligen Anwendungsmedium in unlösliche Pigmente oder lösliche Farbstoffe unterteilt. Pigmente sind im Anwendungsmedium unlösliche Farbmittel während Farbstoffe im Anwendungsmedium löslich sind.

Effektpigmente, die in der ersten Zwischenschicht (2) verwendet werden können, können gemäß Literatur, Gunter Buxbaum,„Industrial Inorganic Pigments", Ausgabe 1993, Seite 207 - 224 in zwei große Klassen geteilt werden, die Perlglanz- und die Metalleffektpigmente. Pigmente dieser Art können verwendet werden, um spezielle visuelle Effekte zu erzielen, sie können auch in Kombination mit normalen Pigmenten und/oder Farbstoffen eingesetzt werden.

Vermischtes Mahlgut

Beim Einfahren und Einstellen der Coextrusionsanlage müssen unterschiedliche Parameter wie zum Beispiel die Gesamtdicke, die vorgegebenen Dicken der einzelnen Schichten, die Breite, die homogene Dicke der einzelnen Schichten über die Breite und die vom Kunden vorgegebene Farbe der Vorder- und Rückseite so adaptiert und eingestellt werden, dass sie dem vorgegebenen Aufbau bzw. den Anforderungen entsprechen. Derselbe Vorgang muss gewählt werden, wenn sich gemäß dem Kundenwunsch die Gesamtdicke, Breite oder die Farbe verändert. Auch erfolgt der Zuschnitt zum vorgegebenen Format (Länge und Breite) inLine was bedeutet, dass die Überstände abgeschnitten werden und als Abfall anfallen. Während dieser Ein- oder Umstellvorgänge wird Material gefertigt, welches die Zusammensetzung des Endproduktes aufweist: Es enthält PMMA und/oder HI- PMMA der optionalen Deckschicht (1) und Zwischenschicht (2) und auch die Polymere der anderen Schichten aus dem erfindungsgemäßem Aufbau und wird daher vermischtes Mahlgut genannt. Setzt man dieses nicht dem Prozess zu, so hat dies negativen Einfluss auf den kommerziellen Erfolg des Produktes: Das vermischte Mahlgut muss zwar mit einkalkuliert werden, da der Rohstoffverbrauch de facto auftritt, der Kunde muss also den gesamten Materialeinsatz bezahlen, erhält aber nur einen Teil des Materials (den Teil der zu auftragsgemäßen Halbzeugen verarbeitet wurde). Der Rest, nämlich das vermischte Mahlgut, ist für ihn aber unbrauchbar.

Die an sich naheliegende Lösung wäre den anfallenden Abfall zu shreddern, um daraus Mahlgut herzustellen, welches dem Mehrschichtverbund wieder zugesetzt wird, dies zum Beispiel in der Substratschicht. Im erfindungsgemäßen Sinne kann vermischtes Mahlgut dem Herstellprozess in der Substratschicht (4) zugesetzt werden.

Herstellung der Verbundkörper

Die erfindungsgemäßen mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörper können in einem einstufigen Verfahren mittels Adapter- oder Düsencoextrusion hergestellt werden. Dabei werden die Werkstoffe der Schichten (1), (2), (3), (4) und (5) in jeweils einem Extruder durch thermische Einwirkung fließfähig gemacht und in einem Adaptersystem oder einer Mehrkanaldüse zu besagtem Verbundkörper zusammengeführt, über einen Glättkalander kalibriert, über eine Kühlstrecke geleitet und in Folge Längs- und Querbesäumt. Das Einprägen der Narbung an der Oberseite geschieht dabei vorzugsweise indem Narbungs walzen im Glättkalander montiert werden: Tritt der thermoplastische Verbundkörper aus der Düse aus, so wird er unmittelbar nach Austritt zwischen zwei Walzen geglättet. Es besteht die Möglichkeit, die Walze, welche von der Oberseite des thermoplastischen mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörpers umschlungen wird mit einer Narbung zu versehen, sodass sich diese in die noch nicht abgekühlte und damit weiche thermoplastische Oberfläche der Deckschicht einprägt. Alternativ oder ergänzend dazu kann auch die Walze, welche nach Austritt des thermoplastischen mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörpers, mit der Rückseite des thermoplastischen mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörpers in Kontakt tritt, genarbt sein, wodurch auch die Oberfläche der rückseitigen Deckschicht des thermoplastischen Mehrschichtverbundes geprägt wird. In jedem der beiden Fälle ist es aber erforderlich, dass der zu prägende Thermoplast über der Schmelztemperatur liegt, damit sich die Prägung auch gut in die thermoplastische Matrix übertragen kann. Bei Verwendung von verschiedenen Prägungen kann es auch erforderlich sein verschiedene Massetemperaturen der Thermoplaste einzustellen: Verwendet man tiefe Prägungsbilder also Narbungen mit hoher Tiefe so sind höhere Temperaturen empfehlenswert, da bei höheren Temperaturen der Thermoplast weniger viskos ist und damit leichter die tieferen Prägungsbilder füllt.

Unter Prägen versteht man in der Technik ein Verfahren des Druckumformens, bei dem Narbungen in eine Oberfläche eingedrückt werden. Unter Narbung versteht man die Strukturierung einer Oberfläche, die wesentlich für die haptischen und visuellen Eigenschaften verantwortlich ist. Der Begriff wurde ursprünglich für die Oberflächenstruktur von Leder verwendet, wurde dann aber auch auf industriell hergestellte Narbungen übertragen. Diese sind allgegenwärtig auf Kunststoff-Spritzgussteilen oder Kunstleder. Narbungen können die Griffigkeit oder das Griff gefühl einer Oberfläche beeinflussen, sowie ein charakteristisches optisches Streuverhalten und visuelles Erscheinungsbild einer Oberfläche erzeugen.

Verarbeitung der mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörper

Bauteile aus mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörpern, wie sie oben und auch in den beiliegenden Ansprüchen definiert sind, können aus den flächigen mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörpern durch thermisches Verformen (Thermoformen) erzeugt werden. Dabei werden die Mehrschichtverbunde in einer Tiefziehmaschine über den Erweichungspunkt erhitzt und unmittelbar darauffolgend über eine temperierte Form gezogen. Durch Anlegen von Vakuum in den Luftraum, der sich zwischen thermoplastischem mehrschichtigen coextrudierten Verbundkörper und der temperierten Form befindet, wird das Halbzeug an die Form gepresst, abgekühlt und anschließend entformt. Im Anschluss wird der Formrohling auf das richtige Maß besäumt, wodurch man einen dreidimensionalen Bauteil mit einer definierten, sehr gut reproduzierbaren Geometrie erhält.

Anwendungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen erläutert. Dazu wurden mit Hilfe von Coextrusionsverfahren erfindungsgemäße mehrschichtige, coextrudierte Verbundkörper hergestellt. Zur Herstellung wurde dabei eine Anlage bestehend aus fünf Extrudern verwendet. Die Schmelzen der einzelnen Extruder wurden in einem Adaptersystem zusammengeführt, über eine Düse mit einer Austrittsbreite von 1600 mm ausgetragen und im Up- Stack Kalandrierverfahren geglättet, über eine ca. 15 Meter lange Kühlbahn geleitet und in Folge Längs- und Querbesäumt.

Anhand der nachfolgenden Beispiele werden Eigenschaften und Vorteile der Erfindung erläutert. Alle -Angaben sind Gew. %.

Beispiel 1 :

Gesamtstärke: 3,51 mm

Schicht Schichtstärke Zusammensetzung

Deckschicht 1 0,044 mm 100% HI- PMMA

Erste Zwischenschicht 2 0,106 mm 100% HI- PMMA + Einfärbung

Zweite Zwischenschicht 3 0,365 mm 100% ABS + Einfärbung

Substratschicht 4 2,817 mm 80% ABS + Einfärbung + 20% vermischtes

Mahlgut

Rückseitige Deckschicht 5 0,178 mm 100% ABS

Beispiel 1 stellt ein Vergleichsbeispiel dar, bei dem die Rückseite aus Standard ABS ohne jegliche Additivierungen besteht.

Beispiel 2:

Gesamtstärke: 3,50 mm

Schicht Schichtstärke Zusammensetzung

Deckschicht 1 0,043 mm 100% HI- PMMA

Erste Zwischenschicht 2 0,107 mm 100% HI- PMMA + Einfärbung

Zweite Zwischenschicht 3 0,360 mm 100% ABS + Einfärbung

Substratschicht 4 2,815 mm 80% ABS + Einfärbung + 20% vermischtes

Mahlgut

Rückseitige Deckschicht 5 0,175 mm 98% ABS matt + 2 % Glimmer

Beispiel 3:

Gesamtstärke: 3,51 mm

Schicht Schichtstärke Zusammensetzung

Deckschicht 1 0,045 mm 100% HI- PMMA

Erste Zwischenschicht 2 0,108 mm 100% HI- PMMA + Einfärbung

Zweite Zwischenschicht 3 0,370 mm 100% ABS + Einfärbung

Substratschicht 4 2,797 mm 80% ABS + Einfärbung + 20% vermischtes Mahlgut

Rückseitige Deckschicht 5 0,190 mm 100% TPU matt + Einfärbuns

Beispiel 4:

Gesamtstärke: 3,53 mm

Schicht Schichtstärke Zusammensetzung

Deckschicht 1 0,042 mm 100% HI- PMMA

Erste Zwischenschicht 2 0,109 mm 100% HI- PMMA + Einfärbung

Zweite Zwischenschicht 3 0,375 mm 100% ABS + Einfärbung

Substratschicht 4 2,817 mm 80% ABS + Einfärbung + 20% vermischtes

Mahlgut

Rückseitige Deckschicht 5 0,187 mm 100% PMMA matt + Einfärbung

Beispiel 5:

Gesamtstärke: 3,52 mm

Schicht Schichtstärke Zusammensetzung

Deckschicht 1 0,042 mm 100% HI- PMMA

Erste Zwischenschicht 2 0,109 mm 100% HI- PMMA + Einfärbung

Zweite Zwischenschicht 3 0,375 mm 100% PC/ ABS + Einfärbung

Substratschicht 4 2,817 mm 80% PC/ ABS + Einfärbung + 20% vermischtes

Mahlgut

Rückseitige Deckschicht 5 0,187 mm 100% PC/ ABS + 2% Glimmer + Einfärbung

Das Beispiel 5 wurde an der Rückseite mit einer technischen Narbung versehen.

Angabe zu den verwendeten Rohstoffen:

Tab. 1 : Zusammenstellung von Kennwerten der verwendeten Materialien der Beispiele 1 - 5.

MFR gemessen gemäß ISO 1133: 2005 06 01 ;„Determination of the melt- mass- flow rate (MFR) and the melt volume- flow rate (MVR) of thermoplastics"; [ ]= gl 10 min;

Bruchdehnung gemessen gem. ISO 527-2;„Bestimmung der Zugeigenschaften", Ausgabe Juli 1996), [ ]= %, Messung bei RT

MFR analog ^> ; Messbedingungen: Temperatur bei 230°C, Belastung bei 3,8 kg MFR analog ; Messbedingungen: Temperatur bei 220°C, Belastung bei 10 kg

⁵⁾ MFR analog ^l) ; Messbedingungen: Temperatur bei 190°C, Belastung bei 5 kg

⁶⁾ Bruchdehnung gemessen nach DIN 53504:2009 10; „Prüfung von Kautschuk und Elastomeren- Bestimmung von Reißfestigkeit; Zugfestigkeit, Reißdehnung und Spannungswerten im Zugversuch"

Die Schichtstärken der Beispiele 1 - 5 wurden mittels eines Mikroskop Nikon Eclipse ME600, an Dünnschnitten vermessen, die Angaben sind in Millimeter.

Tabelle 2: Zusammenstellung der Messresultate der Beispiele 1 - 5 .

Mikroritzhärte der Oberfläche nach: ISO 4586-2 . 14; [ ] = N, gemessen an der Rückseite des mehrschichtigen, coextrudierten Verbundkörpers.

²⁾ Glanz in GLE (Glanzeinheiten) nach ÖNORM EN ISO 2813; Ausgabe 1999-06-01 : „Beschichtungsstoffe- Bestimmung des Reflektometerwertes von Beschichtungen unter 20°, 60° und 85°", gemessen an der Plattenrückseite, Messgerät: Haze Gloss der Fa. Byk Gardner, Beobachtungswinkel: 60°

³⁾ Gemessen nach ÖNORM EN ISO 6603-2, Ausgabe 2002-04-01 : Kunststoffe- Bestimmung des Durchstoßverhaltens von festen Kunststoffen, Teil 2: instrumentierter Schlagversuch (ISO 6603-2:2000), [ ]= Joule, gemessen bei RT, Probekörper geprüft mit Schlag auf die Deckschicht (1).

⁴⁾ n. D.: Nicht definierbar, da genarbt

Die Beispiele 1 und 2 verdeutlichen auch, dass z.B. Glimmer als Effektpigment auch die Kratzfestigkeit der ABS-Schicht signifikant (um den Faktor 4) erhöht. Eine weitere Erkenntnis aus den Versuchen ist, dass mit einer rückseitigen Prägung die Kratzempfindlichkeit einer Interieuroberfläche drastisch gesenkt werden kann, dies auch in Kombination mit Additiven zur Verbesserung der Kratzfestigkeit (in diesem Fall Glimmer).