Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Warum versagen Beschichtungen in korrosiven Kunststoffschmelzen?

Warum versagen Beschichtungen in korrosiven Kunststoffschmelzen?

Ziel des Vorhabens ist es, für die kleinen und mittleren Kunststoffverarbeiter Vorhersagemöglichkeiten für die Standzeit von Beschichtungen in korrosiven Kunststoffschmelzen zu erarbeiten.

In den Experimenten zum Erreichen dieses Ziels sollen auf Modellkörper Beschichtungen unterschiedlicher Typen aufgebracht und in einem Messwerkzeug von korrosiver Kunststoffschmelze umströmt werden. Die Modellkörper sind so gestaltet, dass sich praxisrelevante kritische Strömungsverhältnisse ergeben (beispielsweise die Umströmung von scharfen Kanten). Durch eine elektrochemische Messtechnik wird das Versagen der Beschichtung detektiert und das Schadensbild anschließend detailliert untersucht.

Aus diesen Arbeiten sollen für kleine und mittlere Beschichter praxisrelevante Prüfszenarios abgeleitet werden, so dass sie neue Beschichtungen, die den Anforderungen in der Kunststoffverarbeitung entsprechen, zielgerichtet entwickeln können.

Der Nutzen für die kleinen und mittelständischen (kmU) Formenbauer und PVD-Lohnbeschichter liegt darin, dass sie die Eignung von Beschichtungen für gegebene Anwendungen im Vorfeld bewerten bzw. für gegebene Fragestellungen geeignete Beschichtungen gezielt auswählen können. Den Kunststoffverarbeitern, die korrosive Formmassen in PVD-beschichteten Aggregaten handhaben, werden Hilfsmittel zur Abschätzung der Standzeit der Beschichtung an die Hand gegeben, so dass sie Wartungszeiträume (zum Regenerieren der Beschichtung) optimal planen, und so Fehlzeiten in der Produktion minimieren können. Geeignete Prüfungen und Untersuchungen durchzuführen bzw. komplexe Prüfmethoden zu entwickeln, um herrschende Betriebszustände sicher nachstellen bzw. bewerten zu können, sind KMU aufgrund des damit verbundenen erheblichen Aufwands und des herrschenden Kostendrucks meistens nicht in der Lage.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Vorhabens war es, für die kleinen und mittleren Kunststoffverarbeiter Vorhersagemöglichkeiten für die Standzeit von Beschichtungen auf Werkzeugen und Bauteiloberflächen für die Verarbeitung von hochkorrosiven Kunststoffschmelzen zu erarbeiten.

Zum Erreichen dieses Gesamtziels wurden in den Experimenten Leitfähigkeitsmessungen mit beschichteten Elektroden durchgeführt. Die Geometrie dieser Elektroden wurde hierfür so gestaltet, dass sie Modellkörper zur Untersuchung praxisrelevanter kritischer Strömungsverhältnisse darstellen.

Nach einer detaillierten morphologischen Charakterisierung der Schichten wurden die Modellkörper unter Variation der Prozessparameter einer korrosiven Kunststoffschmelze ausgesetzt. Hierbei wurde der Zusammenhang zwischen Beschichtung und deren Versagen durch Korrosion mittels Variation der Strömungssituation (Variation der Scherrate bei strukturierten Plättchen), der Temperatur und der Korrosivität der Schmelze vertieft untersucht. Hinsichtlich der beabsichtigten Belastungsszenarien wurden hierbei gestaffelt Versuche durchgeführt, um sowohl initiale Schädigungen (z.B. Lochfraß durch Korrosion) sowie den Schädigungsfortschritt (z.B. ein abrasives, partielles „Abschälen“ der zuvor infolge Korrosion angegriffenen Beschichtung) zu erfassen und somit bewertbar zu machen. Hierbei wurde eine korrosiv-abrasive Formmasse verwendet, wobei auf ein in der Praxis weit verbreitetes halogenfrei flammgeschützte Hochtemperaturpolyamid/Glasfaser Compound zurückgegriffen wurde.

Ausgehend von den Experimenten mit den Modellgeometrien wurden standardisierte Prüfszenarios definiert. Diese sollen kmUs wie Dienstleistern bzw. Entwicklern für PVD-Beschichtungen kommuniziert werden. Mit den Prüfungen können sowohl neue Beschichtungen gegenüber bekannten korrosiven Compounds als auch gegebene Beschichtungen gegenüber neuen Compounds, zu denen noch keine Erfahrungen vorliegen, getestet werden.