Oberflächenspannung und Oberflächenenergie

Durch die Oberflächenenergie bzw. die Oberflächenspannung (bei Flüssigkeiten ist die Oberflächenenergie gleich der Oberflächenspannung) wird bestimmt wie viel Energie zum Aufbrechen der chemischen Bindungen notwendig ist, wenn eine neue Oberfläche eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit erzeugt wird. Dies ist die Möglichkeit die Benetzbarkeit einer Oberfläche zu beschreiben. Diese ist besonders wichtig, wenn Materialien wie z.B. Kunststoff verklebt, lackiert oder bedruckt werden sollen. Ist eine Oberfläche hochenergetisch (polar) ist die Haftung von Druckfarben oder Klebstoffen auf dieser wesentlich höher als bei niederenergetischen (unpolaren) Oberflächen.

Abb. 1: Unbehandelte PPS-Bauteile können mit einer Testtinte von 40 mN/m nicht benetzt werden

Abb. 2: Nach der Plasmabehandlung kommt es mit einer Testtinte von 60 mN/m zur vollständigen Benetzung des Bauteils

Verbesserte Oberflächenspannung durch Plasma

In vielen industriellen Prozessen ist es wichtig, dass die zu verarbeitenden Materialien z.B. Kunststoffe eine bestimmte Oberflächenspannung bzw. -energie haben, um ein gewisses Qualitätsniveau der Folgeprozesse zu erreichen. Daher wird oft eine Plasmabehandlung vorgelagert, um feinste Verunreinigungen zu entfernen und auch Unterschiede zwischen verschiedenen Materialchargen auszugleichen. Die Tabelle zeigt deutlich, dass sich durch die Plasmabehandlung die Oberflächenenergie und somit die Benetzbarkeit der verschiedenen Kunststoffe deutlich erhöhen lässt.