Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Offenzeit plasmaaktivierter Polymeroberflächen für robuste klebtechnische Prozesse

Plasmaaktivierungsverfahren gewinnen im Bereich klebtechnischer Verarbeitung von polymeren und lackierten Bauteilen immer mehr an Bedeutung. Die Langzeitstabilität erzielbarer Aktivierungseffekte ist jedoch stark vom Polymer- (amorph/teilkristallin) bzw. Lacktyp, dem Additivierungsgrad sowie den Lagerbedingungen (Dauer, Temperatur, Luftfeuchtigkeit) abhängig. Deshalb lassen sich auf idealisierte Modellpolymere bezogene Befunde über die Beständigkeit der Plasmaaktivierung auf reale Polymersysteme und Anwendungen nur begrenzt übertragen.

Obwohl diese Probleme bekannt sind, fehlt es zum jetzigen Zeitpunkt an einer systematischen Untersuchung der einzelnen Einflussfaktoren und ihrer Wechselwirkungen, um qualitätsgesicherte Aussagen über die Robustheit und Übertragbarkeit der klebtechnischen Plasmabehandlungsverfahren treffen zu können.

Daher besteht aus Sicht der Zulieferer und Endanwender ein hoher Bedarf an einer systematischen, wissenschaftlich-technischen Betrachtung sowie anwendungsbezogenen Charakterisierung der maßgebenden Einflussgrößen auf die Langzeitstabilität und Beständigkeit der erzielbaren Aktivierungseffekte gegenüber den Umgebungsbedingungen. Dieses Wissen dient einem besseren Verständnis und einer sichereren Beherrschung der Plasmavorbehandlung verschiedener Polymeroberflächen und schafft eine essentielle Basis für die maximale Ausschöpfung des Potenzials der Klebtechnik sowie für eine wirtschaftliche Gestaltung und Durchführung der Fertigungsabläufe in zahlreichen Anwendungsbereichen.

Die angestrebten Ergebnisse sind insbesondere für KMUs relevant, die aufgrund begrenzter Ressourcen die erforderlichen Forschungsarbeiten in ihrer Gesamtheit nicht durchzuführen können. Von besonderer Bedeutung sind die Erkenntnisse für KMUs wie Polymerhersteller und weiterverarbeitende Betriebe (Zulieferer, Lohnbehandler) sowie Plasmaanlagenhersteller und beratende Dienstleister (Ingenieurbüros), da sie ihre Wettbewerbsfähigkeit mit dem Wissen deutlich steigern können.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden unterschiedlich additivierte Polymere wie PA6, PBT, PP sowie Klarlacksysteme mittels Niederdruck- sowie Atmosphärendruck-Plasmen aktiviert. Der Aktivierungsgrad wurde dabei über die Prozessparameter systematisch variiert, sodass sowohl ausreichend aktivierte als auch überaktivierte Substrate untersucht werden konnten. Die behandelten Polymere wurden unter definierten klimatischen Bedingungen ausgelagert und zu definierten Zeitpunkten mit Hilfe von verschiedenen oberflächenanalytischen sowie klebtechnischen Prüfverfahren umfassend charakterisiert. Dabei konnten die Benetzungseigenschaften sowie Adhäsionsbildung der Klebstoffe in Abhängigkeit der Polymerart, Behandlungsintensität sowie der Offenzeit und Lagerbedingungen vor der Durchführung des Klebprozesses systematisch untersucht und analysiert werden. Es wurde gezeigt, dass ein höherer Aktivierungsgrad der Polymeroberfläche nicht zwangsläufig zu einer höheren Festigkeit des resultierenden Klebverbundes führt.

Ferner wurde mit fortschreitender Offenzeit ein Rückgang der erzielten Aktivierungseffekte beobachtet und charakterisiert, der eine entsprechende Abnahme der Benetzungseigenschaften der Polymere zufolge hatte. Jedoch konnte im Rahmen der Versuche keine oft postulierte einfache Korrelation zwischen der Oberflächenenergie und Adhäsionsbildung der Klebstoffe festgestellt werden.

Insgesamt wiesen die untersuchten Polymere einen restlichen Aktivierungsgrad nach allen getesteten Offenzeiten auf, sodass eine im Vergleich zum unbehandelten Referenzzustand verbesserte Benetzbarkeit und Klebbarkeit der Polymeroberfläche vorlag. Die resultierenden Klebverbunde zeigten dabei eine gute Beständigkeit gegenüber der Kataplasma-Auslagerung.

Anhand der Projektergebnisse können wertvolle Hinweise für eine optimierte, bedarfsgerechte und robuste Gestaltung der Klebprozesse sowie zur Entwicklung einer technischen Richtlinie für klebtechnische Plasmabehandlung von Polymeren abgeleitet werden.