專利名稱：用涂料裝飾塑料組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用涂料裝飾塑料組件的方法。

背景技術(shù)：
塑料組件根據(jù)它們的用途通常有外觀和耐用度的要求。例如，一種塑料裝飾組件，如保險(xiǎn)杠面板或儀表板，可以用油漆裝飾并且有鮮映性(distinctness of image，DOI)和油漆附著力的要求。DOI是鮮艷度和光澤度的客觀外觀指標(biāo)，其包括來自粗糙或不平的涂料表面的視覺效果，有時(shí)稱為“桔皮(orange peel)”。DOI可以用如BYK-Gardner桔皮儀(BYK-Gardner wave-scan unit)檢測。油漆附著力和DOI取決于塑料組件和油漆之間的界面的表面化學(xué)。
影響塑料組件表面化學(xué)的因素可以包括所用的塑料的類型，涂覆之前表面上的污染物，以及脫模劑的存在。表面化學(xué)也受刮、劃或可以有效降低表面摩擦系數(shù)的加工用復(fù)合添加劑的影響。這些因素會影響塑料的總表面能。還有，表面能較低的塑料可能更難于涂覆，部分地緣于涂料對表面的不充分浸潤，其可以導(dǎo)致“桔皮”和缺乏油漆附著力。
為了克服這些因素，可以在涂覆前對塑料表面進(jìn)行預(yù)處理或者可以采用更精細(xì)的噴涂工藝。例如，利用閃速爐進(jìn)行多步水性酸或堿化學(xué)沖洗處理可以用來除去脫模劑和污染物?？蛇x擇地，可使用具有強(qiáng)溶劑的塑料系統(tǒng)先使塑料表面膨脹，從而在塑料和漆膜間形成聚合物纏結(jié)。同樣，在應(yīng)用裝飾漆前，可以使用氯化聚烯烴附著力促進(jìn)劑(adhesion promoter，adpro)進(jìn)行表面預(yù)處理。但是，強(qiáng)溶劑或氯化聚烯烴附著力促進(jìn)劑的使用對經(jīng)濟(jì)和環(huán)境原因來說通常是不受歡迎的。
最近，真空等離子體處理已經(jīng)被用于噴涂前增加塑料組件的表面能。這種方法通常消除或盡量減小進(jìn)一步對表面預(yù)處理或更精細(xì)的噴涂工藝的需要。但是，這種方法可能需要較大的設(shè)備，包括進(jìn)行低效率批處理步驟的真空室的開支。
需要一種可以避免這些不盡人意的后果的處理和涂覆塑料組件的方法和系統(tǒng)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種裝飾塑料組件的方法，該塑料組件具有帶初始表面能(initial surface energy)的外表面。用涂料裝飾外表面的至少一部分。該方法包含固定塑料組件，其中該外表面的至少該部分定位在規(guī)定的公差內(nèi)。用常壓空氣等離子體噴嘴等離子體處理該外表面的至少該部分，以使被處理部分的表面能大于初始表面能。將涂料施加在該外表面的至少該部分，其中該涂料具有實(shí)質(zhì)上不超過該被處理部分的表面能的涂料表面能。然后使該涂料固化。
在另一實(shí)施例中，提供了一種裝飾塑料組件的方法，該塑料組件具有帶初始表面能的外表面和內(nèi)表面。用涂料裝飾外表面的至少一部分。該方法包含固定塑料組件。固定塑料組件包括將塑料組件安置于鄰接該內(nèi)表面的固定裝置上。通過固定裝置和該塑料組件上的多個定位特征將塑料組件相對于該固定裝置定位。塑料組件由包括多個間隔分開的支承部件的固定裝置支承，每個支承部件具有被設(shè)計(jì)成匹配鄰接支承部件的內(nèi)表面部分的接觸表面。通過固定裝置上的多個間隔分開的保持裝置保持塑料組件，定位、支承和保持該塑料組件協(xié)同將該外表面的至少該部分定位在規(guī)定的公差內(nèi)。該方法還包含等離子體處理該外表面的至少該部分大被處理部分的表面能約為38到72達(dá)因/cm范圍。等離子體處理包括通過常壓空氣等離子體噴嘴將等離子流導(dǎo)至該外表面的至少該部分，該噴嘴位于距該外表面約2到20mm處。噴嘴以約50到600mm/s范圍的速度沿一路徑相對外表面移動，以產(chǎn)生覆蓋該外表面的至少該部分的官能化聚合物層。該方法還包含將涂料施加到該外表面的至少該部分。該涂料具有約33到67達(dá)因/cm范圍的涂料表面能。然后使該涂料固化。



圖1是用于等離子體處理塑料組件的系統(tǒng)的透視圖； 圖2是用于等離子體處理系統(tǒng)的固定裝置和耳軸的透視圖； 圖3是用于等離子體處理的具有塑料組件的固定裝置和耳軸的透視圖； 圖4是用于等離子體處理塑料組件的系統(tǒng)的透視圖； 圖5是用于等離子體處理塑料組件的系統(tǒng)的側(cè)視圖； 圖6是用于等離子體處理塑料組件的系統(tǒng)的平面圖； 圖7是用于等離子體處理塑料組件的系統(tǒng)的平面圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的等離子體處理和涂覆塑料組件的流程圖；以及 圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的等離子體處理和涂覆塑料組件的流程圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
在此公開。但是應(yīng)當(dāng)知道，公開的實(shí)施方式僅僅是本發(fā)明的示例，并且可以各種不同的和可選擇的方式實(shí)施。附圖并非必定按比例繪制，有些附圖能是放大或縮小的，以表示具體組件的細(xì)節(jié)。因此，公開于此的具體的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限定性的，而僅僅是作為對權(quán)利要求和教導(dǎo)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)施本發(fā)明的代表性基本原理。
現(xiàn)在將對一種處理塑料組件的系統(tǒng)及一種用涂料裝飾該塑料組件的方法的實(shí)施例進(jìn)行說明。真空等離子體處理塑料組件被用于在涂覆前預(yù)處理組件的表面。這種工藝可以改變整個部件的表面并且能夠使得面漆直接應(yīng)用到塑料組件的表面而不使用底漆。這種表面處理方式的一個不利方面是主要局限于批處理，因?yàn)樾枰蛪毫κ?，在處理期間組件必需放置于內(nèi)。對于大量應(yīng)用，這種方法還是非常受限。
等離子體處理技術(shù)近來的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生一種稱為常壓空氣等離子體(atmospheric-pressure air Plasma，APAP)的工藝。這種技術(shù)可改變塑料組件的表面為涂覆作準(zhǔn)備，而不需要使用低壓力室。被改變的表面源于官能化聚合物層的形成。更具體地，許多塑料具有由可能具有低表面能的非極性聚合物長鏈構(gòu)成的表面化學(xué)。另外，這些表面還可以是化學(xué)非反應(yīng)性的。例如，熱塑性聚烯烴(TPO)、聚乙烯、和聚丙烯是非極性塑料的通常例子。極性聚合物如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和聚碳酸酯(PC)仍然可以從常壓空氣等離子體中受益，因?yàn)樗鼈兣c其它非塑料底層相比仍然具有較低的表面能。另外，通常用于靜電噴涂工藝的導(dǎo)電聚合物，例如，導(dǎo)電熱塑性聚烯烴也可以從常壓空氣等離子體受益。官能化表面聚合物增加了表面能，能夠使涂料浸潤表面。涂料對表面的不充分浸潤可以導(dǎo)致油漆附著力不足和由“桔皮”引起的不盡人意的鮮映性值。
發(fā)生在常壓空氣等離子體處理的塑料表面的一種官能化機(jī)制是表面聚合物上的銨、NOx、-OH和-NH官能團(tuán)的氧化和/或加成。經(jīng)過常壓空氣等離子體處理的表面聚合物的化學(xué)轉(zhuǎn)化導(dǎo)致增強(qiáng)了的極性特性。涂料，例如粘合劑、漆、底漆和附著力促進(jìn)劑，是典型地用極性聚合物配制的。當(dāng)固體極性聚合物/塑料與液體極性涂料形成界面時(shí)，這兩相間的表面張力被減到最少，使得液相更均勻地鋪展到固相上并且浸潤塑料表面。
申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)裝置中如何將常壓空氣等離子體技術(shù)應(yīng)用到塑料組件上作為涂覆前的適當(dāng)表面處理。更具體地，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在給定的工藝窗口內(nèi)使用常壓空氣等離子體時(shí)其可以在塑料組件的表面形成官能化聚合物層。然而，對許多能耐受尺寸不穩(wěn)定性的塑料組件制造工藝來說，這種工藝窗口可能是非典型的。裝置尺寸不穩(wěn)定性通常是許多塑料的內(nèi)在屬性，這是由它們的相對低的彎曲模量和彎曲傾向造成的。當(dāng)塑料組件是大曲線輪廓的裝飾部件例如保險(xiǎn)杠面板或儀表板時(shí)，尺寸不穩(wěn)定性的問題尤其突出。因此，申請人需要確定如何橋接許多塑料組件內(nèi)在具有的尺寸不穩(wěn)定性和常壓空氣離子體處理需要的較高的精密度間的差距。
下面的試驗(yàn)說明本發(fā)明的至少一個實(shí)施例。根據(jù)下面表1中的參數(shù)矩陣用常壓空氣等離子體處理熱塑性聚烯烴(TPO)保險(xiǎn)杠面板。通過產(chǎn)生等離子流的常壓空氣等離子噴嘴實(shí)施常壓空氣等離子體處理。常壓空氣噴嘴是北美等離子體處理公司(Plasmatreat North American Incorporated)提供的Openair等離子噴嘴。
如表1中所示，試驗(yàn)使用7個面板。面板7是對照樣品，其代表一種采用附著力促進(jìn)劑涂料的非常傳統(tǒng)的處理方法，該附著力促進(jìn)劑涂料在面漆噴涂前施加和固化。另外六個面板采用沖洗處理或非沖洗處理與常壓空氣等離子體處理組合。常壓空氣等離子噴嘴以表中標(biāo)示的速度相對于面板的外表面移動，同時(shí)等離子流被導(dǎo)向表面上。幾個樣品以100mm/秒的速度處理，其它的以300mm/秒的速度處理。常壓空氣等離子噴嘴也位于離面板表面約10mm處。沖洗的目的，有時(shí)稱之為高壓沖洗，是確定與等離子體處理工藝的效力相比，除去總污染物的嚴(yán)格程度。
噴涂后，根據(jù)鮮映性(DOI)測試方法使用桔皮儀檢測被處理的面板和對照面板的“桔皮”度。表2比較了采用質(zhì)量檢測系統(tǒng)(quality measurementsystem，QMS)值的外觀提高量。結(jié)果顯示，與對照樣品相比，等離子體處理的被垂直油漆的表面和被水平油漆的表面平均提高22％和13％。
參照表3，根據(jù)表1中給出的參數(shù)矩陣對熱塑性聚烯烴面板進(jìn)行常壓空氣等離子體處理。對每個面板的切割面進(jìn)行45分鐘的燃油浸泡試驗(yàn)。結(jié)果顯示等離子體處理過的熱塑性聚烯烴沒有油漆損失，傳統(tǒng)的附著力促進(jìn)劑工藝有15％的油漆損失。這里觀察到的差異是由于傳統(tǒng)的附著力促進(jìn)劑涂料通過物理纏結(jié)過程結(jié)合到基板，而常壓空氣等離子體處理工藝是在官能化的表面和漆料之間產(chǎn)生共價(jià)化學(xué)鍵連接。物理纏結(jié)鍵對因燃油擴(kuò)散到鍵合界面中引起斷裂可能比共價(jià)鍵更敏感。
如表3中所示，面板1和2在等離子體處理前沒有進(jìn)行預(yù)沖洗處理，并且沒有表現(xiàn)出因45分鐘燃油浸泡試驗(yàn)(fuel soak test)產(chǎn)生的油漆附著損失或油漆的破壞。面板3和4，在等離子體處理前進(jìn)行了預(yù)沖洗，也沒有表現(xiàn)出因45分鐘燃油浸泡試驗(yàn)產(chǎn)生的油漆附著損失或油漆的破壞。面板5和6，高壓沖洗后接著進(jìn)行等離子體處理，也沒有表現(xiàn)出因45分鐘燃油浸泡試驗(yàn)產(chǎn)生的油漆附著損失或油漆的破壞。表1(針對此具體的熱塑性聚烯烴基板)中確定的工藝參數(shù)表現(xiàn)出被噴涂的保險(xiǎn)杠面板的滿意的視覺外觀和耐用度結(jié)果。
表1常壓空氣等離子體處理試驗(yàn)矩陣 表2與傳統(tǒng)的附著力促進(jìn)劑相比采用常壓空氣等離子體的油漆外觀提高 表345鐘的汽油浸泡試驗(yàn)后的油漆移除結(jié)果 參照圖1，其表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例提供的一種處理塑料組件的等離子體系統(tǒng)。塑料組件10具有外表面12和內(nèi)表面14。塑料組件10可以由任何合適的塑料樹脂材料，例如熱塑性聚烯烴、熱塑性彈性體(TPE)、聚酯、聚亞安酯、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、導(dǎo)電聚合物或聚丙烯制成。塑料組件可以通過注射成型法、熱成型法、凝塑成型法或任何其它合適的所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的制造工藝制得。另外，塑料組件可以是大輪廓的組件，例如，保險(xiǎn)杠面板或儀表板。可選擇地，塑料組件可以是相對小的組件，例如殼體。
該系統(tǒng)包含至少一個總體上由標(biāo)記16表示的固定裝置。固定裝置16可以由任何合適的結(jié)構(gòu)和尺寸穩(wěn)定的材料，如鋁、鋼鐵、其它類型的金屬或金屬合金制成?？蛇x擇地，固定裝置16可以由填充聚合物(filledpolymer)或組合物，如仁木(Ren-Wood)或環(huán)氧玻璃纖維(fiberglass-epoxy)制成。
該系統(tǒng)還包含至少一個產(chǎn)生等離子流22的常壓空氣等離子噴嘴20。等離子噴嘴和等離子流的細(xì)節(jié)在美國專利號6,800,336中第3欄第39行到第6欄第6行中闡明，其公開內(nèi)容引用于此作為參考。也可以使用其它合適的所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的常壓空氣噴嘴。
常壓空氣等離子噴嘴20沿著路徑相對于外表面12移動。常壓空氣等離子噴嘴20將等離子流22導(dǎo)向至少一部分外表面12上產(chǎn)生覆蓋官能化聚合物的表面區(qū)域。覆蓋至少該部分的官能化聚合物層是由多個鄰接的由常壓空氣噴嘴20相對于外表面12多次往返產(chǎn)生的區(qū)域生成的。例如，將要進(jìn)行兩種顏色裝飾的保險(xiǎn)杠面板，可以以這種方式進(jìn)行等離子體處理。面板可以由預(yù)著色(pre-colored)或色母粒(molded-in-color)塑料樹脂制成，使得形成單色面板。等離子體處理一部分外表面并且用第二種顏色僅油漆被處理的部分，可以形成被裝飾的兩色面板。另外，等離子體處理可以與硬或軟膜中的任一者結(jié)合使用，以提高兩色效果?？蛇x擇地，可以等離子體處理整個外表面12，然后再涂覆。
常壓空氣等離子噴嘴20(APAP噴嘴)可以位于距外表面12約2到20毫米(mm)處。APAP噴嘴20可以相對于外表面12以約50到600毫米每秒(mm/秒)范圍的速度移動。例如，如果APAP噴嘴20以100mm/秒在一個方向上移動，并且位于固定裝置16上的塑料組件10以100mm/秒的速度在相反的方向移動，則APAP噴嘴20相對于外表面12以約200mm/秒的速度移動。在至少一個實(shí)施例中，APAP噴嘴20位于距外表面12約5到15mm處，并且相對于外表面12以約250到350mm/秒范圍的速度移動。
固定裝置16可以移動。固定裝置16可以被安裝、粘附或耦接到載體24上。在至少一個實(shí)施例中，載體24具有用于沿表面移動的輪子26。載體24可以包括多個固定裝置16。載件24可以例如是由鏈條驅(qū)動或動力傳送系統(tǒng)部件，例如同軸系統(tǒng)?？蛇x擇地，載體24可以是高架傳輸系統(tǒng)(over-head conveyor system)部件。也可以使用其它合適的載體24構(gòu)造。
該系統(tǒng)還可以包含至少一個將APAP噴嘴22定位到臨近外表面12并且相對于外表面12沿著路徑移動APAP噴嘴的自動機(jī)械30。自動機(jī)械30可以是，例如，能夠相對于塑料組件10以復(fù)幾何移動的6-軸線自動機(jī)械?？蛇x擇地，自動機(jī)械30可以具有較少的移動軸以相對于塑料組件10以較低的復(fù)幾何定位噴嘴20。
該系統(tǒng)還可以包含可被安裝到自動機(jī)械30上或任何合適的臨近位置的位置傳感器32。位置傳感器32感應(yīng)傳感器32到等離子流22附近的外表面12的距離。傳感器32確定表面12的位置并且將位置數(shù)據(jù)傳送到APAP噴嘴20的控制器。例如，位置傳感器32可以通過控制器連接自動機(jī)械30，其中與APAP噴嘴20的位置信息傳遞通過控制器和自動機(jī)械30實(shí)現(xiàn)?？蛇x擇地，位置傳感器32可以與數(shù)控機(jī)床(CNC)軌架(rail gantry)裝置連接，而該數(shù)控機(jī)床(CNC)軌架裝置連接到APAP噴嘴。位置傳感器32和APAP噴嘴20之間的位置信息傳遞可以通過數(shù)控機(jī)床軌架裝置實(shí)現(xiàn)。位置傳感器32可以是，例如，視覺傳感器或接觸外表面12的接觸傳感器。也可以使用其它合適的所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的傳感器。
參照圖2，其表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例提供的等離子體處理系統(tǒng)的固定裝置16的透視圖。該固定裝置16包括接觸內(nèi)表面14以支承塑料組件10的支承結(jié)構(gòu)40。支承結(jié)構(gòu)40可以由任何合適的結(jié)構(gòu)和尺寸穩(wěn)定的材料制成。例如，鋼鐵或鋁會是合適的材料。可選擇地，高填充聚合物如仁木也是合適的。
固定裝置16還包括多個設(shè)在支承結(jié)構(gòu)40上相對于固定裝置16定位塑料組件10的定位特征42。例如，定位特征42可以是位于支承結(jié)構(gòu)40上的插腳、銷子或其它陽性特征，其可以被分別地匹配或?qū)R到塑料組件10提供的槽、孔或其它陰性特征。合適的2道(2-way)和4道(4-way)定位排列可以通過這些特征獲得，以相對于固定裝置16定位塑料組件10。可選擇地，支承結(jié)構(gòu)40的各種表面可以匹配或?qū)R內(nèi)表面14以相對于固定裝置16定位塑料組件10。也可以使用其它的所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的定位特征。
固定裝置16還包括多個設(shè)在支承結(jié)構(gòu)40上將塑料組件10保持在固定裝置16上的保持裝置44。支承結(jié)構(gòu)40、定位特征42和保持裝置44一起將至少一部分外表面12定位到規(guī)定的公差內(nèi)。在至少一個實(shí)施例中，規(guī)定的公差在約+/-5mm內(nèi)。
保持裝置44可以是連接真空源的吸盤。例如，吸盤可以被連續(xù)地串接到真空源或者可以被間歇地串接到真空源。在至少一個實(shí)施例中，固定裝置16被設(shè)計(jì)為沿著具有多個?？空镜纳a(chǎn)線移動。吸盤可以在每個停靠站被串接到真空源，但是當(dāng)固定裝置16沿著生產(chǎn)線移動時(shí)不串接到真空源。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)吸盤可以在?？空鹃g被充分密封，以在移動時(shí)將塑料組件保持在固定裝置16上?？蛇x擇地，保持裝置44可以是可自動操作的夾鉗或彈簧機(jī)械夾(spring-loaded mechanical clip)。另外，保持裝置可以是通過插入和膨脹起作用或?qū)⒁环N裝置扭纏到另外一種裝置內(nèi)的楔合裝置。也可以使用其它合適的所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的保持裝置。
支承結(jié)構(gòu)40可以包括多個間隔分開的支承部件46。支承部件46可以每個都具有接觸表面48，該接觸表面48設(shè)計(jì)成與鄰接支承部件46的內(nèi)表面14匹配。
支承部件46可以是間隔分開的，以實(shí)質(zhì)上支承和定位塑料組件10，使得至少外表面12部分被定位到規(guī)定的公差內(nèi)。例如，支承部件46間的合適的100到300mm間隔可以被用于將熱塑性聚烯烴保險(xiǎn)杠面板的外表面12定位到+/-2mm的公差內(nèi)。
即使在固定裝置16移動過程中，至少外表面12部分被實(shí)質(zhì)上保持在規(guī)定的公差內(nèi)。例如，如圖6和7中所示，固定裝置16可以被安裝到傳輸系統(tǒng)作為線型或環(huán)形生產(chǎn)線的一部分?？蛇x擇地，如圖2-5所示，固定裝置16可以被安裝到繞軸線旋轉(zhuǎn)的耳軸上。另外，固定裝置16可以包括輥或輪子以便沿表面移動。
參照圖2-5，該系統(tǒng)還可以包含在預(yù)定位置62被連接到固定裝置16的主耳軸60。主耳軸60繞著主軸線64旋轉(zhuǎn)。
固定裝置16還可以包括多個設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)40上的力傳感器70。每個覺傳感器70可被設(shè)計(jì)成在塑料組件10被放置到固定裝置16上時(shí)傳送信號。在至少一個實(shí)施例中，力傳感器70是接觸傳感器，其在塑料組件10接觸到接觸傳感器時(shí)傳送信號。其它合適的所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的力傳感器70也可以被用于感應(yīng)部件施加的力。
至少一個保持裝置44，例如夾鉗或吸盤，可以響應(yīng)力感應(yīng)器70的信號自動地將塑料組件10保持在固定裝置16上。力感應(yīng)器70可以設(shè)在支承結(jié)構(gòu)40上，使得塑料組件10被加載到固定裝置16上時(shí)，保持裝置44自動地將整個塑料組件10保持在固定裝置16上。
固定裝置16還可以包括被設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)40上的組件存在傳感器72。組件存在傳感器72響應(yīng)塑料組件被放置到固定裝置16上而傳送信號。在至少一個實(shí)施例中，APAP噴嘴20響應(yīng)該信號將等離子流22導(dǎo)向組件10。除非APAP噴嘴20收到信號，等離子流22將不會被產(chǎn)生或?qū)蚪M件10。組件存在傳感器72可以是光或接觸型傳感器。其它合適的傳感器也可以被用于檢測部件的存在。
參照圖2和3，其表示帶有塑料組件10的固定裝置16和APAP噴嘴20。塑料組件10被置于固定裝置16上并且被支承部件46支承。支承部件46與定位特征42和保持裝置44一起將至少一部分外表面12定位到規(guī)定的公差內(nèi)。固定裝置在等離子體處理工藝中移動時(shí)外表面的位置一直保持。
APAP噴嘴20與主耳軸60一起沿著路徑相對于外表面12移動。APAP噴嘴20沿著路徑將等離子流22導(dǎo)向外表面，以形成官能化聚合物層。
參照圖4和5，其表示處理塑料組件10的等離子體系統(tǒng)還包含圍繞第二主軸線86旋轉(zhuǎn)的第二主耳軸84。該系統(tǒng)還可以包含圍繞位于負(fù)載位置90和處理位置92間的第二軸82旋轉(zhuǎn)的第二耳軸80。主耳軸60和84可以被連接到第二耳軸80上旋轉(zhuǎn)。在至少一個實(shí)施例中，主耳軸60和84在徑向相對的位置被安裝到第二耳軸80，以圍繞第二軸線82旋轉(zhuǎn)。第二軸線82實(shí)質(zhì)上平行于第一主軸線64和第二主軸線86。
塑料組件10在負(fù)載位置90被放置到固定裝置16上。塑料組件10可以通過手動或任何合適的自動程序被放置到固定裝置16上。當(dāng)組件10在處理位置92內(nèi)時(shí)塑料組件10接受等離子體處理，在外表面12上形成官能化聚合物層。壁和分隔板94可用于在負(fù)載位置90和處理位置92之間形成物理邊界，以形成受保護(hù)的處理室。
該系統(tǒng)還可以包含軌架總成100和102。軌架總成將APAP噴嘴120和122定位到接近外表面12，并相對于外表面12移動APAP噴嘴120和122。
在至少一個實(shí)施例中，自動機(jī)械110和112被可移動地連接到軌架總成100和102。在這樣的結(jié)構(gòu)中，自動機(jī)械110和112與軌架總成100和102一起將APAP噴嘴120和122定位到接近外表面12，并相對于外表面12沿著路徑移動APAP噴嘴120和122。可選擇地，軌架總成100和102可以直接定位和移動APAP噴嘴120和122而不需要自動機(jī)械110和112。在另外一個實(shí)施例中，自動機(jī)械110和112可以是固定的，并且可以用于定位和移動APAP噴嘴120和122而不需要軌架總成100和102。
參照圖6，其表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的等離子體處理塑料組件10的系統(tǒng)。多個固定裝置16可以沿著線型等離子體處理系統(tǒng)150連續(xù)地移動。在至少一個實(shí)施例中，固定裝置16在移動線152上的多個停靠站停止。多個?？空究梢园糜谠谖恢瞄g移動固定裝置16的刻度盤臺。
多個自動機(jī)械30可以被設(shè)置在移動線152附近。自動機(jī)械30可以相對于塑料組件10的外表面12定位和移動APAP噴嘴20，并且用等離子流22處理外表面12。
參照圖7，其表示等離子體處理塑料組件10的系統(tǒng)的一個可選實(shí)施例。多個固定裝置16可以連續(xù)地沿著環(huán)形等離子體處理系統(tǒng)160移動。環(huán)形系統(tǒng)160可以具有負(fù)載區(qū)域162和卸載區(qū)域164。塑料組件10在負(fù)載區(qū)域162被定位到固定裝置16上。在負(fù)載162和卸載區(qū)域164之間可以設(shè)置多個自動機(jī)械30。自動機(jī)械30可以相對于外表面12定位和移動APAP噴嘴20，用等離子流22處理它們，以形成官能化聚合物層。被處理的塑料組件10可以在卸載區(qū)域164被移走，并被轉(zhuǎn)運(yùn)到涂覆線166上，其涂料被施加到塑料組件10時(shí)移動。
參照圖8，其表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的等離子體處理和涂覆塑料組件的方法。塑料組件具有含初始表面能的外表面。至少一部分外表面要用涂料裝飾。涂料可以是漆或底漆，其可以隨后涂覆底色漆、面漆和/或清漆。漆定義廣泛并且包括1K和2K系統(tǒng)、溶劑和水基系統(tǒng)、聚合物和/或預(yù)聚物系統(tǒng)、附著力促進(jìn)劑已將其它合適的所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的用于涂覆塑料的漆。可選擇地，涂料可以是用于將裝飾層壓板、板條和/或其它合適的增強(qiáng)材料結(jié)合到塑料組件的粘合層。粘合層可以是液體或固體，例如是，轉(zhuǎn)印膠膜(transfer film adhesive)。在至少一個實(shí)施例中，塑料組件的一部分內(nèi)表面是等離子體處理的，其中并且粘附有粘合層。
該方法還包含在200處固定塑料組件使至少一部分外表面實(shí)質(zhì)上位于規(guī)定的公差內(nèi)。該方法還包含在202處等離子體處理要進(jìn)行處理的表面部分，以使表面能增加到大于初始表面能的水平。等離子體處理用APAP噴嘴完成。
等離子體處理還可以包括在204處應(yīng)用APAP噴嘴將等離子流導(dǎo)向表面部分上。等離子流可以在外表面上產(chǎn)生單塊的官能化聚合物。等離子體處理還可以包括在206處相對于外表面在路徑內(nèi)移動APAP噴嘴，以生成具有多個塊的官能化聚合物層，這些多塊官能化聚合物層在噴嘴相對于外表面的多次往返中生成。
該方法還包含在208處將涂料施加到外表面部分上。涂料可以被噴射、靜電噴射、散射、層疊或以所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知其它合適的方法施加。
涂料具有實(shí)質(zhì)上不超過被處理部分的表面能的表面能。在至少一個實(shí)施例中，被處理的表面能范圍為約38到72達(dá)因/cm。更具體地，涂料表面能的范圍可以為約33到67達(dá)因/cm。在至少一個實(shí)施例中，涂料表面能小于被處理部分的表面能。在至少一個實(shí)施例中，涂料表面能至少比被處理部分的表面能小5達(dá)因/cm。
該方法還包含在210處固化涂料。固化定義廣泛，包括聚合、涂料反應(yīng)物的化學(xué)轉(zhuǎn)化、烘干、結(jié)合或任何其它涂料的物理或化學(xué)轉(zhuǎn)化。
在至少一個實(shí)施例中，塑料組件外表面上可能有被損壞的固化漆，例如磨損或損傷。通過APAP噴嘴對外表面上的損傷區(qū)域進(jìn)行等離子體處理作為外表面重新噴漆前的預(yù)處理可以提供一種用于修復(fù)損傷區(qū)域的合適方法。
在另一個實(shí)施例中，塑料組件在外表面上可以有脫模劑。脫模劑可以是例如硬脂酸鹽、烴、脂肪酸或硅基化合物。可選擇地，脫模劑可以是用于減少表面摩擦系數(shù)的刮痕劑或光滑劑。處理過程中，脫模劑可以被等離子流汽化。
在另外一個實(shí)施例中，該方法還包含至少高壓沖洗外表面部分。高壓沖洗可以在等離子體處理外表面之前或之后實(shí)施。
在另外一個實(shí)施例中，塑料組件是注模部件，并且包括與注模合模線(molds parting line)相對應(yīng)的毛邊(flash)。等離子流被用于除去來自塑料組件的毛邊?？蛇x擇地，毛邊可以通過機(jī)械方法除去。
參照圖9，其表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例提供的等離子體處理和涂覆塑料組件的方法的流程圖。塑料組件具有外表面和內(nèi)表面。至少一部分外表面被涂料裝飾。該方法包含在220處固定塑料組件。固定塑料組件包括在222處將塑料組件放置到與內(nèi)表面接合的固定裝置上。在224處，通過設(shè)在固定裝置和塑料組件上的多個定位特征相對于固定裝置定位塑料組件。在226處，通過固定裝置支承塑料組件，其中固定裝置包括多個間隔分開的支承部件。每個支承部件被設(shè)計(jì)為與鄰接支承部件的一部分內(nèi)表面匹配。在228處，通過設(shè)在固定裝置上的多個間隔分開的保持裝置保持塑料組件。固定裝置定位、支承和保持塑料組件，以將外表面需要的部分定位到規(guī)定的公差內(nèi)。
該方法還包含在240處至少等離子體處理外表面部分，使被處理的表面能范圍為約38到72達(dá)因/cm。等離子體處理包括在242處通過APAP噴嘴將等離子流導(dǎo)向組件部分。APAP噴嘴位于離選擇的部分約2到20mm處。等離子流在外表面上產(chǎn)生單個區(qū)域的官能化聚合物。在244處，APAP噴嘴沿著路徑相對于外表面以約50到600mm/秒范圍的速度移動，形成多個區(qū)域的官能化聚合物層，該官能化聚合物層由噴嘴相對于外表面多次往返生成。官能化聚合物至少覆蓋被選擇的部分。
該方法還包含在250處將涂料施加到被選擇的部分。該涂料具有約33到67達(dá)因/cm范圍的涂料表面能。接下來在260處固化涂料。
在至少一個實(shí)施例中，塑料組件具有低于38達(dá)因/cn的初始表面能。在至少另一個實(shí)施例中，APAP噴嘴位于距外表面5到15mm處，并且APAP噴嘴和外表面以約250到350mm/秒范圍的速度彼此相對移動。
盡管對本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)進(jìn)行了說明和闡述，但并不說這些實(shí)施例說明和闡述了本發(fā)明所有可能的形式。說明書中的語言用于描述而非限制，并且應(yīng)當(dāng)知道可以作出各種改變而并不脫離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種裝飾具有外表面的塑料組件的方法，該外表面帶初始表面能，其中用涂料裝飾該外表面的至少一部分，該方法包含
固定該塑料組件，其中在規(guī)定的公差內(nèi)定位該外表面的至少該部分；
用常壓空氣等離子體噴嘴等離子體處理該外表面的至少該部分，以使被處理部分的表面能大于該初始表面能；
將涂料施加到該外表面的至少該部分，其中該涂料具有實(shí)質(zhì)上不超過該被處理部分的表面能的涂料表面能；以及
使該涂料固化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于等離子體處理包括
通過噴嘴將等離子流導(dǎo)至該外表面的至少該部分；以及
在路徑上彼此相對移動該噴嘴和該外表面以產(chǎn)生官能化聚合物層，其中該官能化聚合物層覆蓋該外表面的至少該部分。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于該噴嘴位于距該外表面的該部分約2至20mm處。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于該噴嘴與響應(yīng)與該等離子流最近的該外表面的視覺制導(dǎo)傳感器位置通信。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于該噴嘴與鄰近與該等離子流最近的該外表面的接觸傳感器位置通信。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于當(dāng)該塑料組件包括位于該外表面上的脫膜劑時(shí)，該等離子流使該脫膜劑蒸發(fā)。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于該噴嘴和該外表面以約50至600mm/s范圍的速度彼此相對移動。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于被處理部分的表面能在約38到72達(dá)因/cm的范圍內(nèi)，該涂料表面能在約33到67達(dá)因/cm的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該塑料組件具有內(nèi)表面，該等離子體處理步驟包括等離子體處理該內(nèi)表面的至少一部分，該施加涂料步驟包括將粘合層施加到該內(nèi)表面的該部分。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該涂料表面能小于該被處理部分的表面能。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于該涂料表面能至少比該被處理部分的表面能小5達(dá)因/cm。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包含高壓沖洗該外表面的至少該部分。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該外表面的該部分具有損壞的裝飾涂層，該方法用于修復(fù)該損壞的裝飾涂層。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該規(guī)定的公差為+/-5mm以內(nèi)。
15.一種裝飾具有外表面和內(nèi)表面的塑料組件的方法，其中用涂料裝飾該外表面的至少一部分，該方法包含
固定該塑料組件，包括
將該塑料組件置于鄰接該內(nèi)表面的固定裝置上；
通過固定裝置和該塑料組件上的多個定位特征相對于該固定裝置定位該塑料組件；
通過固定裝置支承該塑料組件，其中該固定裝置包括多個間隔分開的支承部件，每個支承部件具有被設(shè)計(jì)成與鄰接支承部件的內(nèi)表面的一部分匹配的接觸表面；以及
通過固定裝置上的多個間隔分開的保持裝置保持該塑料組件，其中定位、支承和保持該塑料組件協(xié)同將該外表面的至少該部分定位在規(guī)定的公差內(nèi)；
等離子體處理該外表面的至少該部分，使被處理部分的表面能為大約38到72達(dá)因/cm范圍；其中等離子體處理包括
通過常壓空氣等離子體噴嘴將等離子流導(dǎo)至該外表面的至少該部分，該噴嘴位于距該外表面的該部分約2到20mm處；以及
以約50到600mm/s范圍的速度沿路徑彼此相對移動該等離子噴嘴和該外表面，以產(chǎn)生官能化聚合物層，其中該官能化聚合物層覆蓋該外表面的至少該部分；
將涂料施加到該外表面的至少該部分，其中該涂層具有約33到67達(dá)因/cm范圍的涂料表面能；以及
使該涂料固化。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于該規(guī)定的公差為+/-5mm以內(nèi)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于該塑料組件具有小于38達(dá)因/cm的初始表面能，該噴嘴位于距該外表面約5到15mm處，并且以約250到350mm/s范圍的速度相對于該外表面移動。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于該保持裝置為自動啟動的夾鉗，其中至少一個夾鉗響應(yīng)來自設(shè)置于該固定裝置上用于在定位步驟探測該塑料組件的力傳感器的信號。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于該保持裝置為與真空源連接的吸盤，其中至少一個吸盤響應(yīng)來自設(shè)置于該固定裝置上用于在定位步驟探測該塑料組件的力傳感器的信號。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于該等離子體處理步驟包括移動該固定裝置，其中在移動過程中該外表面的至少該部分保持在規(guī)定的公差內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種裝飾塑料組件的方法，該塑料組件具有帶初始表面能的外表面。用涂料裝飾該外表面的至少一部分。該方法包含固定該塑料組件。該外表面的至少該部分實(shí)質(zhì)上定位在規(guī)定的公差內(nèi)。用常壓空氣等離子噴嘴等離子體處理至少該部分，以使被處理部分的表面能大于該初始表面能。將涂料施加在該外表面的至少該部分，其中該涂料具有實(shí)質(zhì)上不超過該被處理部分的表面能的涂料表面能。然后使該涂料固化。
文檔編號B05D7/02GK101199965SQ20071019909
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者安·斯特拉西亞, 拉里·P·哈克, 約瑟夫·沃爾特·霍魯布卡, 托馬斯·默里 申請人:福特全球技術(shù)公司