Inline-Plasmavorbehandlung in der Mehrkomponententechnik

Plasmavorbehandlung für optimale Verbundhaftung

Vorbehandlungsverfahren zur Verbesserung von Verbundeigenschaften sind beim Kleben und Metallisieren von Kunststoffen bewährte Verfahren. Aus der Vielzahl der möglichen Methoden entwickeln sich Direktverfahren wie die Plasmavorbehandlung bei Normaldruck (Umgebungsbedingungen) zu erprobten Standardverfahren.

Diese atmosphärische Vorbehandlung von Oberflächen mit Sauerstoff (Pressluft) besitzt enormes Potential zur Feinreinigung und Verbesserung der Adhäsion auch in der Mehrkomponententechnik bei Kunststoff-Kunststoff- bzw. Kunststoff-Metall-Verbunden.

Die Synergie aus Wirtschaftlichkeit und Eigenschaftsverbesserung resultiert aus signifikanten Vorteilen in der Verfahrenstechnik sowie einem hohen Wirkpotential bei der Haftungsverbesserung.

Plasmabehandlung direkt im Werkzeug
Plasmabehandlung direkt im Werkzeug

Vorteile in der Verfahrenstechnik durch mobile, richtbare Plasmaquelle

  • Integration in den Fertigungsablauf (In-Line-Verfahren),
  • lokale Einwirkung bei komplexer Bauteilgeometrien

Vorteile für Mehrkomponentensysteme durch Feinreinigung und Verbesserung der Adhäsion

  • Abtrag von niedermolekularen Restbestandteilen (Reinigung)
  • Einbau von reaktiven bzw. aktiven Gruppen an der Oberfläche (Aktivierung)
  • Aufbrechen von Oberflächenschichten (Oxidschichten)

Die Technik

Die Oberflächenvorbehandlung beim Openair Plasma-Verfahren (Fa. PlasmaTreat) erfolgt durch den Beschuss der Materialoberfläche mit energiereichen und chemisch aktiven Teilchen, die gezielt chemische Reaktionen eingehen. In der Plasmaquelle wird mittels Hochspannungsentladung ein Plasma erzeugt und über eine gezielte Luftströmung und eine Blende auf die Oberfläche transportiert. Der potentialfreie Plasmastrahl kann, abhängig von der Leistung der Düse, 50 mm lang sein und eine Behandlungsbreite von 15 mm erzielen. Die Plasmaquelle wird je nach erforderlicher Behandlungsleistung im Abstand von 10-40 mm mit einer Geschwindigkeit von 6-900 m/min relativ zur Oberfläche des Behandlungsmaterials bewegt. Dazu wird der Plasmakopf über einen 6-achsigen Knick-Arm-Roboter in definiertem Abstand über die zu behandelnde Oberfläche des im Werkzeug positionierten Bauteils gelenkt. So ist die Vorbehandlung von sowohl eingelegten Teilen (Metallbleche, Folien) als auch der im 2K-Verfahren zuvor spritzgegossenen Vorspritzlinge möglich.

Zur In-Line-Plasmavorbehandlung in der Mehrkomponententechnik steht im Technikum der Neu Materialen Fürth GmbH eine Versuchsanlage zur Verfügung.

Das Potential

Die Verbundeigenschaften stellen bei der Mehrkomponententechnik ein wesentliches Qualitätskriterium dar. Ziel sind dabei stoffschlüssige, großflächige Verbunde mit optimaler Haftung zwischen den Werkstoffen. Mäßiges bzw. oft auch fehlendes Haftungspotential zwischen zwei Komponenten erfordert werkzeug- und fertigungstechnisch aufwendig mechanischen Verbindungen durch Hinterschnitte.

Eine gezielte Plasmavorbehandlung der ersten Komponente im Bereich der späteren Grenzfläche im Verbund ermöglicht diese so zu aktivieren, dass die resultierenden, adhäsiven Wechselwirkungen mit der aufgespritzten zweiten Komponente eine Haftung im technisch relevanten Bereich bewirken.

Mit der Aktivierung der Grenzfläche sind folgende Verbesserungen des Haftungspotentials möglich:

  • Erzielung stoffschlüssiger Verbunde bisher mäßig bzw. nicht haftender Kombinationen (z.B. bei PBT/TPU),
  • Erhöhung des erzielbaren Haftungsniveaus haftender Kombinationen,
  • Reduzierung des Einflusses von haftungsrelevanten Verarbeitungsparametern (z.B. bei PA6/TPU).

Diese Verbesserungsmöglichkeiten ermöglicht für die Praxis

  • Erweiterung der Kompatibilitätsmatrix
  • Verbindung von Standardwerkstoffen (bisher: haft.-mod. Kunststoffe notwendig)
  • Verwendung von niedrigen Verarbeitungstemperaturen und -drücken

Möglichkeiten für Industrie und Wirtschaft

Die am NMF bereitstehende Versuchsanlage wurde von den Firmen Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH, PlasmaTreat GmbH und Neureder AG bereitgestellt und wird im Rahmen eines gemeinsamen Projektes für grundlegende Versuchsreihen genutzt. Der Lehrstuhl für Kunststofftechnik unterstützt die Erarbeitung wissenschaftlicher Grundlagen durch Bereitstellung von Werkzeugtechnik und Durchführung der analytischen Untersuchungen.

Was bieten wir?

Beteiligung am Industriekreis 2K mit Plasma:
Verschiedenste Kunststoff-Kunststoff-Verbunde werden hinsichtlich deren Potential für diese Technik untersucht.

Durchführung von Auftragsuntersuchungen:

Ihre Werkstoffkombinationen werden gezielt mit Versuchswerkzeugen oder in Ihrem eigenen Werkzeug auf das Potential untersucht.

Pilotanlage bei NMF
Pilotanlage bei NMF

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Ansprechpartner

Dr.-Ing. Leo Hoffmann

Tel: +49 (0)911 76672 23

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Neue Materialien Fürth GmbH • Dr.-Mack-Straße 81 • 90762 Fürth • Tel.: +49 (09 11) 766 72-10