带装饰和功能层的复合材料及其制造方法

专利名称：带装饰和功能层的复合材料及其制造方法
技术领域：
本发明一般涉及一种制造涂覆的塑料基板的方法，特别是一种带装饰的塑料基板的制造方法，还涉及由此制得的基板。
背景技术：
由于其低密度和在颜色、结构、透明度、传导性方面极其多变的材料性能，塑料可以有利地应用于许多领域。塑料模制品被用作特别是专业仪器的外壳以及具有特殊功能的配件或元件例如光学元件如眼镜片或显微镜镜片。由于塑料相对较软，所以这些元件的表面不耐磨，特别是不耐刮。于是，人们采用了通过涂层对例如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(树脂玻璃，PMMA)、环烯共聚物(COC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料的表面提供抗刮保护。
例如在EP 678593 B1中记述了一种在基板表面制备抗刮涂层的方法，其中通过等离子聚合在表面上涂覆了聚合硅树脂。该聚合硅树脂涂层是由含有硅树脂单体和氧气的涂覆气体流产生的，所述等离子聚合是在预定的时间内以预定的功率密度进行的。
特别是对于光学元件以及观察板和显示元件来说，除抗刮性之外常常还要求抗反射性。
文献WO 02/04374 A2提出了一种同时具有高抗磨性的减反射涂层。该减反射涂层是由一个交替的层系统构成的，其中所述交替的层系统由分别具有相对较低和较高反射系数的不同层材料构成。在交替的层系统的层序内，各层以均匀的分布排列。基板优选地在所要防止反射的波长范围之内是光学透明的。由于所述涂层，透明度得到了提高。这种类型的减反射涂层特别是可以应用于塑料眼镜片。
为制造所述涂层，在涂覆此涂层之前首先要进行真空等离子处理，以提高附着力和稳定性。基板材料由此在表面处被融化。与此同时，开始了一个化学反应，在此化学反应期间基板表面被改变，形成聚合物层。该涂层的沉积伴随着用氩离子对生长层进行轰击，以提高层的强度。
与传统的使用等离子施加涂层的方法相比，使用等离子诱导化学气相沉积(PICVD)可以使基板的表面温度保持在50-150℃的范围内。因此，温度敏感性塑料也可以利用PICVD法进行涂覆而不会伤及塑料表面。通过PICVD法，可以对基板材料涂笔非常薄的涂层，因此可以大大节省材料。此外，这类涂层还具有高柔性。
申请人的在先申请PCT/EP02/08853设想了使用PICVD法来施加具有功能性的涂层，例如抗反射层或抗刮层。该申请的内容在此完全引入本申请作为参考。
在塑料模制品被用作铸件或，例如，用作移动电话中的显示窗的地方，如果装饰层可以施加到塑料模制品上是非常有利的。此类装饰特别可以是标识、公司名称、图形符号、文字以及图案和装饰物。这类装饰通常是借助于干漆膜或涂层系统施加的。
DE 10114469 A1中记述了一种通过使用等离子聚合向涂覆的基板上施加至少一个抗刮层在涂覆的基板上制造抗刮面漆的方法。此方法始于一个涂覆的基板；换句话说，位于基板上的是至少一个干漆膜和/或至少一个涂层系统。此涂层用作，例如，透明保护层、着色或向基板施加某种效果。基板可以具有任何期望的外形，且可以包括塑料模制品、膜或者金属基板。涂覆了一种涂层材料的基板用氧化等离子预处理，然后沉积一个由至少一种等离子聚合物构成的层。此等离子聚合不具有任何特性。处理的持续时间为10分钟到3小时，优选地为40分钟到1.5小时。
在上述方法中，基板首先被制造出来，然后被设置一个涂层材料的涂层。这导致了涂层系统在基板上的下陷、突起和边缘处的附着力方面的缺陷，这些缺陷特别是当使用干漆膜时就会显现出来。如果涂层材料是通过喷涂施加的，则所获得的涂层可能会缺乏均匀性。此外，在这种情形下，涂层材料的损失也很高，即所谓的过喷。
要向异型塑料模制品上施加图形，特别是复杂图形，同时使其具有所期望的高装饰强度，为使在制造异型塑料模制品之前可以控制装饰的质量，以及将同一塑料模制品用于不同装饰物，需要一种适当的技术，如已知的IMD或IML。
在这些方法中，在至少一个具有装饰的表面上设有支撑板。此后，所需部分可以从板上冲压出来。由此制备的装饰板随后被插入注模中。然后期望的塑料模制品就在此注模中制成。在塑料模制品的制造过程中，液体塑料与带装饰的支撑板接触，从而此装饰在熔体中与液体塑料结合在一起，且装饰变得被完全封住。结果，随后对基板的涂覆变得多余，而且使得向异型基板施加装饰甚至是复杂装饰成为可能。
IMD技术是指模内装饰技术。对此，在注射背模塑(injection backmoulding)过程中，装饰被转移到要制造的塑料模制品上。支撑板用来提供装饰并在转移操作之后被移除。
IML技术是指模内贴标技术。支撑板通过例如热成型制成期望的形状。随后，所需部分可以从板上冲压出来。在注射背模塑过程中，支撑板材料和/或装饰材料与液体塑料被此结合在一起，由此装饰的支撑板变成品塑料模制品的完整结构。
DE 4228194 A1说明了一种由塑料制造可装饰的模制品的方法，其中在支撑膜上提供了一个可松脱的全表面积装饰层或单一涂层，且不经过装饰层或涂层的预先干燥或固化，所得层压板就用可挤出热塑性塑料进行注射或挤压-背模塑。所生成的模制品随后从模上脱离。接着支撑膜和全表面积装饰层或涂层彼此通过剥离相互分开。
在此方法中，装饰层或涂层与塑料材料之间存在一个由于在固化过程中材料之间可能发生化学键接而建立的直接结合。为提高这样制造的装饰塑料模制品的抗刮能力，特别是对于汽车领域，人们已经设想了使用本身已知的涂层材料，以满足期望的需求。
用于施加抗刮层的涂层系统与通过涂覆施加装饰具有相同的缺陷特别是在基板上的下陷、突起和边缘处，会发生涂层系统的粘附问题。而且，材料的均匀施加也很难。此外，还存在由于过喷或只不过是过量进料而造成的较高的材料损耗。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种制造涂覆的塑料基板的方法，其特征在于包括装饰；还在于提供一种复合材料，其特征在于包括装饰，这种复合材料的制造简单经济并能提供有关光学设计方面的各种可能。
此目的是通过一种具有权利要求1所述特征的方法和一种根据权利要求14所述的复合材料来达到的。
根据本发明的方法，为制造涂覆的塑料基板，提供了一个例如由聚碳酸脂(PC)制造的支撑板特别是透明支撑板。此支撑板还可以自由地具有坚硬、不易弯曲的特性。
在此方法的另一步骤中，通过施加装饰，支撑板被制成装饰的支撑板。所述装饰可以通过例如印刷，优选地通过压印或丝网印刷，施加在支撑板的底面和/或顶面上。此方法可以以一种简单经济的方式来提供装饰的支撑板。此支撑板可以设有任何期望的装饰，因此装饰可以是各种各样的。
此外，在支撑板的至少一个表面或已装饰的支撑板上，通过化学气相沉积施加一个光学功能层。据发现，此光学功能层有助于装饰性能得到进一步调整。
随后，为制造装饰的塑料基板，将装饰的支撑板用塑料例如聚碳酸脂(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯注射背模塑。这样就有可能制成一种具有突出光学性能的复合材料。
在本发明的一个优选实施方案中，光学功能层被施加到支撑板的底面上。这使得在优选地已经装饰的支撑板下有可能存在又一个层，其中此层能促进支撑板上装饰或无装饰的区域在其特定光学特生的基础上得到进一步设计。因而，对于此实施方案的情形，光功能层位于支撑板和注射背模塑的塑料之间。此光学功能层可以起镜子的作用或者可以只在一定的波长范围内反射或吸收。由于存在各种各样的起不同作用的光学功能层，因此支撑板的进一步设计存在非常多的可能。
一种优选的施加的光学功能层包括一个由两个或多个层构成的干涉层系统。干涉层系统使得光学性能可以有多种结构，且制造简单。
在本发明的一个有利发展中，至少一个另外的功能层被施加到支撑板的顶面或底面上。该另外的功能层可以是，例如，防反射层和/或保护层，特别是抗刮层。
此抗刮层优选地被施加到装饰的支撑板上。
有利地，此抗刮层是一个无机层。此类抗刮层具有很高的抗刮能力，因此非常适合用来保护在下面的层，如此处的装饰的支撑板不被刮伤。
光学和/或另外的功能层是使用特别是等离子来施加的，其中所述等离子是在包含至少一种前体的气氛中产生的。通过选择前体，可以很方便地调整功能层的性能。
尤其有利地使用脉冲等离子来施加光学和/或另外的功能层。脉冲等离子的使用，使得在涂覆过程中支撑板上的热载荷可以保持很低，从而可以防止基板变形。
在本发明的一个有利实施方案中，装饰的塑料模制品是通过用塑料注射背模塑装饰的支撑板制造的。注射背模塑通常发生于支撑板上具有装饰的一面。
本发明由此使使用IML技术向塑料模制品提供复杂装饰成为可能，其中所述装饰与所述塑料模制品特别是甚至在其边缘、下陷和突起处都成一整体。由此，在本发明的体系内可以充分利用IML技术的上述优点。
为获得指定的涂层优选地通过从以下化合物中选择至少一种前体有机硅和金属化合物，特别是HMDSN、HMDSO、TMDSO、N2中的硅烷、TEOS或TIPT；金属氯化物，特别是TiCl4、NbCl4；硅的氯化物；以及烃，特别是烷烃、烯烃和炔烃，尤其是乙炔。
为使后加工作用(after-work effect)最小化并从而使成本最小化，有利地，装饰支撑板在注射背模塑之前特别是通过冲压被制成要制造的塑料模制品的形式。
在本发明的体系内还包括一种可以使用本发明的方法制造的复合材料。
本发明的复合材料包括一个塑料模制品和一个包含装饰和至少一个光学功能层的支撑板。此装饰优选被施加到支撑板的顶面或底面上。
本发明设想所述光学功能层已经被优选地施加到装饰支撑板的至少一个表面上。相应地，施加了一个另外的能影响要制造的塑料模制品的光学性能的层；这样做的目的在于进一步设计复合材料。本发明发现，通过施加此光学功能层，可以获得进一步的光学效果和进一步的不同装饰设计。因此此光学功能层提供了获得效果，特别是色彩效果，的进一步可能。
光学功能层优选地施加在装饰支撑板的底面上，并由一个干涉层系统构成。
在干涉层系统内部，TiO2和SiO2层相互交替。据发现，如果干涉层系统由2个层组成，优选地由4-8个层组成，则能获得特别好的效果。由此构造的层结构具有显著的光学效果且非常容易制造。
在干涉层系统的设计规定的限制以内，在这类系统中，各个单层的厚度应当为10-250nm，优选地为20-150nm，更优选地为30-100nm。此厚度可以保证各层获得期望的光学效果但仍保持在低于它们会对所要设计的得复合材料造成负面影响的厚度。
在一个有效的发展中，本发明设想支撑板具有至少一个另外的功能层，它优选地被施加到装饰支撑板的顶面上。此功能层可以设计为保护层，特别是抗刮层。有利地，此抗刮层是一个至少含有SiOx，特别是x＝2，和/或TiOx，特别是x＝2，的无机层。这些材料尤其适合于制造具有优良抗刮效果的功能层，由于二氧化硅具有很高的硬度，因此其它材料的物体很难穿透，从而极不可能在表面发生刮伤。
此外，已经证明，有利地抗刮层施加成梯度层系统，其中例如，涂层的组分，特别是碳部分，在垂直于基板表面方向上呈连续变化。由此，抗刮层在复合材料的表面方向上越来越硬、越来越脆，而在支撑板方向上越来越软、越来越柔韧，从而其附着力提高了。
为实现无机功能层在装饰塑料模制品上的提高的附着力，抗刮层可以还包括一个耦合层。
本发明设想所述塑料模制品包含聚碳酸脂(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯共聚物(COC)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。塑料模制品可以具有任何期望的外形。
所述装饰可以有利地包括但不限于显示元件和/或文字和/或图形元件和/或全息图。
本发明的复合材料优选地适于用作显示和/或外壳部件和/或装饰元件和/或工作元件，特别是用作键或开关。
对于本领域提术人员来说显然上述复合材料只是举例，本发明尤其不仅限于上述材料的上述例子，而是可以以很多方式变化。


下面，参照附图，用实施例对本发明进行详细说明。
图1是带装饰的支撑板的俯视图，图2是结合装饰的支撑板的涂覆塑料模制品的结构简图，图3是在等离子辅助气相沉积设备中施加功能层期间带装饰的塑料模制品简图。
具体实施例方式
图1显示了一个带装饰3的支撑板10。作为举例，显示了一个可以例如用作移动电话的外壳部件的装饰。装饰3具有图形元素31、32和33。这些可以包括着色区域32、绘画作品如标识31或挖除部分33，透过它例如可以看到支撑板10，而且借助于它可以在这类零件内实现窗口。装饰3还可以包括文字34。
然后可以将装饰的支撑板10热加工成形，使其预制成与稍后变成塑料模制品的外轮廓一致，并具有要制造的装饰塑料模制品的形状。
图2图示了本发明的复合材料的大概结构。在步骤一中，如上所述制造一个支撑板10。此支撑板10的底面上具有一个施加于其上的光学功能层20。为此，施加一个含有交替的高折射率和低折射率层的干涉层系统。图2所示的光学功能层20的干涉层系统由3个层组成，第一层是由化学气相沉积产生的厚39.63nm的TiO2层。接着施加了一个同样由化学气相沉积产生的厚68.17nm的SiO2层。接着是另一个厚39.63nm的TiO2层。使用这种简单的蓝滤光镜系统就可能制造出装饰层。
根据构成干涉层系统的层的数量和厚度，光学功能层20获得不同的性能。这些性能可以通过在不同波长范围内的反射或传播产生。
同样通过化学气相沉积施加到支撑板10上的是抗刮层30。此层的厚度为2000nm，因此尤其适于用来防止在下面的支撑板10被刮伤。随后，具有位于其上面的抗刮层30和施加于下面的光学功能层20的装饰支撑板10被插入一个注模中，并在注模中被使用塑料进行注射背模塑。由此可以制得图2所示的复合材料。
如上所述，功能层20是通过化学气相沉积施加的。图3描述了一个用来向装饰的塑料模制品上和/或在其下施加所述至少一个功能层20、30的涂覆设备50，它使得可以按照本发明的方法施加功能层20、30。
涂覆设备50包括一个用来抽空涂覆设备50的装置53和一个用来向涂覆设备50提供气体流的装置。所述气体流包含至少一种前体，如果需要的话，还包括反应气体和/或载体气体。还存在至少一个用来在所述至少一个涂层装置50内的气氛中产生等离子的装置60。在图3中，作为产生等离子的装置的一个可能实施方案，显示了一个简单的喇叭发射极，在该实例中，微波能通过它耦合到处理室52中。还设有一个用来控制工作压力的装置55。
在功能层将被施加到装饰的支撑板10上时，它被引入处理室52。接着，所需的气氛被输入处理室52。当达到所需的工作压力后，引发等离子。装饰的支撑板10以预定的工作参数和期望的涂覆时间进行涂覆。
在附图中，对照移动电话外壳部件的实例说明了制造本发明的复合材料的本发明的方法。
不过，除比之外本发明还可以在其它完全不同的实施方案中以相应的方式使用。以下可能应当仅作为举例来参考。
一种装饰的塑料模制品可以用作，例如，显示元件35，用作其中可以放置LCD显示器的预制窗口。用这种方法可以特别是实现时间显示，其特征在于窗口上有一个框架和一个名词如“时间”，而且，在窗口的中间施加了一个作为装饰的冒号。时间显示本身可以通过一个LCD显示器在冒号前表示小时在冒号后表示分钟来施加。此实施方案具有节能的优点，因为不变化的信息如名词“时间”和冒号已经通过装饰包含在其中，因此不必象变化的时间显示一样持久地施加。
这类窗口还可以有利地应用在监示器中，其中所述监示器必须能在各种不同入射光条件下可靠地读出，而且还要防止刮伤。这类监测显示器特别是可用于交通工具特别是如飞机和汽车，以及机车，中的设备内。
特别是对于高级专业设备的塑料外壳来说，在另一实施方案中，装饰中可以包含全息图。以全息图36的形式，可以将特定制造商的签名特征施加到设备上，而此签名，例如，可以以类似于在钞票上的方式用来防伪。
权利要求
1.一种制造带装饰的涂覆塑料基板的方法，其特征在于包括以下步骤提供一个支撑板(10)，向支撑板(10)的顶面或底面上施加装饰，通过化学气相沉积向支撑板(10)施加至少一个光学功能层，制造装饰的塑料模制品。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在提供了支撑板(10)之后向其至少一个面上施加至少一个光学功能层(20)。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于光学功能层(20)施加在支撑板(10)的底面上。
4.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于为施加光学功能层(20)，涂覆了两个或多个层。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于施加了一个干涉层系统。
6.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于向支撑板(10)的顶面施加了至少一个另外的功能层(30)。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于施加了一个抗刮层来作为另外的功能层(30)。
8.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于施加了一个无机层来作为抗刮层(30)。
9.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于光学和/或另外的功能层(30)是使用在包含至少一种前体的气氛中产生的等离子施加的。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于使用了脉冲等离子。
11.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于装饰的塑料模制品是通过用塑料注射背模塑装饰的支撑板(10)制造的。
12.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于所述至少一种前体选自有机硅和金属化合物，特别是HMDSN、HMDSO、TMDSO、N2中的硅烷、TEOS或TIPT；金属氯化物，特别是TiCl4、NbCl4；硅的氯化物；以及烃，特别是烷烃、烯烃和炔烃，尤其是乙炔。
13.根据权利要求11和12之一的方法，其特征在于装饰的支撑板(10)在注射背模塑之前特别是通过冲压被制成要制造的塑料模制品的形式。
14.一种由根据权利要求1-14之一的方法制造的复合材料，包含一个具有支撑板(10)的塑料模制品，其中所述支撑板(10)包含装饰和至少一个光学功能层(20)。
15.根据权利要求14的复合材料，其特征在于所述装饰施加在支撑板(10)的顶面或底面上。
16.根据权利要求14和15之一的复合材料，其特征在于光学功能层(20)施加在支撑板(10)的至少一个面上。
17.根据权利要求14-16之一的复合材料，其特征在于光学功能层(20)施加在支撑板(10)的底面上。
18.根据权利要求14-17之一的复合材料，其特征在于光学功能层(20)由一个干涉层系统构成。
19.根据权利要求18的复合材料，特征在于所述干涉层系统由TiO2层和SiO2层构成。
20.根据权利要求18和19之一的复合材料，特征在于所述干涉层系统由至少两个层，优选地为4-8个层，构成。
21.根据权利要求18-20的复合材料，特征在于所述干涉层系统的各个层厚度为10-250nm，优选地为20-150nm，更优选地为30-100nm。
22.根据权利要求14-21之一的复合材料，特征在于支撑板(10)具有至少一个另外的功能层(30)。
23.根据权利要求14-22之一的复合材料，特征在于所述另外的功能层(30)包括施加到装饰的支撑板(10)顶面上的抗刮层。
24.根据权利要求23的复合材料，特征在于所述抗刮层(30)包括一个至少含有SiOx，特别是x＝2，和/或TiOx，特别是x＝2，的无机层。
25.根据权利要求24的复合材料，特征在于所述抗刮层(30)施加成一个梯度系统。
26.根据权利要求23-25之一的复合材料，特征在于所述抗刮层(30)包括一个耦合层。
27.根据上述权利要求14-26之一的复合材料，特征在于所述塑料模制品包含聚碳酸脂(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯共聚物(COC)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
28.根据上述权利要求14-27之一的复合材料，特征在于所述装饰包括显示零件和/或文字(34)和/或图形元素(31、32、33)和/或全息图。
29.根据上述权利要求14-28之一的复合材料，特征在于其用作显示和/或外壳部件和/或装饰元件和/或工作元件，特别是用作键或开关。
全文摘要
为制造带装饰的涂覆塑料基板，其中所述基板还具有一个有助于涂覆塑料基板的光学性能的另外的功能层，本发明提供一种制造带装饰的涂覆塑料基板的方法，其中包括提供一个支撑板，向支撑板其施加装饰，通过化学气相沉积向支撑板施加至少一个光学功能层，还提供一种根据此方法制造的复合材料。
文档编号G02B5/28GK1706664SQ20051008171
公开日2005年12月14日 申请日期2005年6月3日 优先权日2004年6月3日
发明者A·巴尔杜斯, A·米勒, D·沃尔夫, M·库尔 申请人:肖特股份公司