Der Einsatz von Kunststoffen in technischen und designtechnischen Applikationen hält zunehmend Einzug. Die Verbrauchsmenge, des für derartige Produkte eingesetzten Kunststoffs, wächst dabei von Jahr zu Jahr nicht proportional zu anderen Werkstoffklassen, sondern zeichnet sich durch überproportionale Steigerungsraten aus. Ursachen sind die kosteneffektive Nutzung des Werkstoffes, die Reduzierung des Bauteilgewichts sowie die Gestaltungsfreiheit der Artikelkonstruktion und die hohe Funktionalität, die in ein Spritzgussteil integriert werden kann. Dies bedeutet, dass bereits jetzt viele andere Werkstoffe wie bspw. die Metalle durch Kunststoffe substituiert werden. Wo eine gänzliche Substitution des Metalles nicht möglich oder erwünscht ist, werden Materialkombinationen eingesetzt. Beispielsweise bei Echtmetalloberflächen mit Cool-Touch-Haptik werden Metallfolien im Spritzguss mit Kunststoffen verbunden.

Cool-Touch-Effekt erfordert höhere Schichtdicken

Der Kunde stellt an das gekaufte Produkt eigentlich kontroverse Anforderungen. Es soll leicht, klein, funktional und auf der anderen Seite natürlich hochwertig sein. Leider fällt die subjektive Bewertung des Kunden bezüglich einer reinen Kunststoffoberfläche oftmals negativ aus. Daher werden Kunststoffbauteile, die bspw. im Fahrzeuginterieur eingesetzt werden, oftmals lackiert, galvanisiert oder durch Folienhinterspritzung realisiert, um nur einige Verfahren zu nennen. Galvanische Schichten vermitteln dem Betrachter eine Echtmetalloberfläche, die optisch hochwertig ist. Nachteilig sind die geringen Schichtdicken, die eine geringe Wärmeableitung besitzen und somit dem "Betrachter" beim Berühren keinen Cool-Touch-Effekt vermitteln. Dieser ist jedoch notwendig, um dem Kunden eine Echtmetalloberfläche inklusive der gewünschten Haptik zu bieten. Erreichbar ist dieser erst ab einer höheren, spezifischen Schichtdicke, die vom jeweils eingesetzten Werkstoff abhängig ist. Größere Schichtdicken lassen sich schon allein auf Grund wirtschaftlicher Aspekte nicht durch einen galvanischen Prozess abbilden, so dass es nahe liegt metallisches Bandmaterial mit einem Kunststoffbauteil zu kombinieren. Diese Kombination wird oftmals, bspw. im Fahrzeuginterieur, durch einen Klebe- bzw. Fügeprozess realisiert, welcher neben dem Spritzguss einen zusätzlichen Schritt erfordert. Die Integration des Fügevorganges in den Spritzgussprozess wurde zum Beispiel bei Frontend-Partien im Automotivebereich umgesetzt. Der hier oftmals eingesetzten Konstruktionen basieren auf einem formschlüssigen Verbund, welcher durch Durchbrüche in der Metallkomponente erzeugt wird. Dies hat zur Folge, dass die Durchspritzungen am Bauteil optisch meist erkennbar sind. Überdies können in den Spalt zwischen den chemischen inkompatiblen Fügepartnern Medien eindringen, die über den Produktlebenszyklus zu einer Spaltkorrosion führen können, was zu einem frühzeitigen Versagen des Bauteils führt.

Haftvermittlersysteme sorgen für stoffschlüssige Verbünde

Da eine chemische Inkompatibilität zwischen den meisten Metallen und Kunststoffen besteht, können für eine stoffschlüssige Verbindung Beschichtungen eingesetzt werden, die auf ein Band aufgetragen werden und durch den Spritzgussprozess aktivierbar sind, so dass ein Verbund entsteht. Ein stoffschlüssiger, flächiger Verbund verhindert das Eindringen von korrosiven Medien und steigert die Freiheitsgrade der Artikelkonstruktion.
Derartige Haftvermittlersysteme werden zunehmend am Markt angeboten und oftmals per Coil-Coating auf ein flächiges Metallband appliziert. Vorteil vieler Beschichtungen ist die Umformbarkeit der beschichteten Bleche durch Stanzen, Biegen, Tiefziehen, etc. nach dem Auftrag. Hierdurch können kostenintensive Prozessschritte zur Beschichtung des beschnittenen Blechs eingespart werden.
Der Einsatz von Beschichtungen zur Realisierung von stoffschlüssigen Kunststoff-Metall-Verbünden ist jedoch nicht nur auf optische Bauteile beschränkt. Vielmehr sind auch Strukturbauteile als interessante Produktgruppierung zu nennen. Eine Steigerung des formschlüssigen Verbundes durch einen Stoffschluss, inklusive der Vermeidung der Kapillarwirkung in der Grenzschicht, sind Vorteile, die auch hier für diese Technologie sprechen.

Die Auswahl etwaiger Beschichtungssysteme ist nicht nur abhängig von der hinterspritzten Kunststoffkomponente, sondern ebenso von den späteren Einsatzbedingungen, die Einfluss auf die Güte des Verbundes besitzen. Erst Klimawechsellagerungen und bauteilspezifische Belastungstests ermöglichen hier eine Aussage über die Einsatzmöglichkeiten im Feld. Darüber hinaus ist bei der Artikelkonstruktion die Symbiose zweier stark unterschiedlicher Werkstoffe zu berücksichtigen. Unter anderem sind hier die thermischen Längenänderungen und der durch die Schwindung bedingte Verzug zu nennen, welche bereits in der Planungsphase bekannt sein müssen. Ein Schwindungsausgleich durch das Schäumen von derartigen Bauteilen ist ebenfalls ein Aspekt der berücksichtigt werden kann.

Verkürzung der Prozessketten

Darüber hinaus hat die Prozessführung einen entscheidenden Einfluss auf die Bauteilqualität, wobei hier die Festigkeit des Kunststoff-Metallverbundes als weiteres Qualitätskriterium zu berücksichtigen ist. Die optimale Prozessführung ist abhängig vom eingesetzten Hinterspritzmaterial und nicht zuletzt vom Haftvermittlersystem, welches es zu aktivieren gilt. Die notwendige Aktivierungstemperatur muss durch den Fertigungsprozess zur Verfügung gestellt werden und stellt sich durch den Kontakt zwischen der flüssigen Schmelze und dem Einlegeteil ein.

Überdies lässt sich eine weitere Verkürzung der Prozesskette durch diese Technologie realisieren. So kann der Umformprozess ebenfalls in den Spritzgussprozess integriert werden. Kleinere Umformvorgänge, Schriftzüge und Embleme können in Abhängigkeit der eingesetzten Materialien direkt im Prozess generiert werden, so dass ein optisch und qualitativ hochwertiges fertiges Produkt aus dem Spritzgusswerkzeug fällt. Ebenfalls ist ein Tag- und Nachtdesign an hinterspritzten Blechen möglich, welches auf einer Hinterleuchtung von Symboliken in einem Echtmetallgehäuse beruht.

Es kann festgehalten werden, dass durch das Hinterspritzen von haftungsmodifizierten Metallblechen leistungsfähige Hybridbauteile hergestellt werden können. Durch das stetige Interesse an dieser Technologie werden vom Markt immer mehr Haftvermittlersysteme angeboten, die ausschließlich durch Praxisversuche getestet werden können. Das Kunststoff-Institut Lüdenscheid beschäftigt sich mit dieser Thematik seit längerer Zeit und hat sich durch Projektierungen entsprechendes Know-How erarbeitet. Ein aktuelles Verbundprojekt mit zahlreichen Kooperationsfirmen beschäftigt sich mit einem Benchmarking der verschiedenen Haftvermittler. Darüber hinaus werden die Möglichkeiten einer Blechprägung im Werkzeug, unter der Berücksichtigung umformtechnischer Aspekte, weiter beleuchtet. Ebenfalls sollen die realisierbaren Oberflächendekore und Anwendungen erarbeitet werden. Dabei werden nicht nur dekorative Applikationen beleuchtet, sondern ebenfalls Strukturbauteile die bspw. durch eine partielle Hinterspritzung haftungsmodifizierter Bleche ermöglicht werden. Der Problematik der Verzugsneigung soll durch den Einsatz von Schäumverfahren entgegen gewirkt werden. Das Verbundprojekt, mit einer Laufzeit von zwei Jahren, ist im November 2008 gestartet. Ein Quereinstieg interessierter Unternehmen ist jederzeit möglich.