Herstellung von elastischen und chemisch inerten Dichtungen aus PTFE- und PDMS-Folien

Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
Institute of Microstructure Technology (IMT)
A. Voigt, K. Länge, 04/2020

Es sollen elastische und chemisch hoch inerte Flachdichtungsplatten entwickelt werden. Dazu soll eine 50 μm dicke PTFE-Folie mit einem weichen Acrylatkleber auf einer Seite mit einer weichen (40 Shore A) PDMS-Folie mit einer Dicke von 1 mm verklebt werden. Da beide Materialien sehr geringe Oberflächenenergien haben, ist es schwierig, einen Klebstoff zu finden, der diese Materialien stabil miteinander verbindet und gleichzeitig elastisch genug ist, um die Gesamtelastizität der inerten Dichtung zu erhalten.

Vorläufige Klebeversuche mit doppelseitigem Klebeband

In Vorversuchen wurde doppelseitiges Klebeband (3MTM High Performance Double Coated Tape 9088-200) verwendet, um die PTFE-Folie und die PDMS-Folie miteinander zu verbinden (Abb. 1).

Die Fallstudie des KIT beschreibt die Herstellung von elastischen und chemisch inerten Dichtungen aus PTFE- und PDMS-Folien mit piezobrush® PZ3 — *^{Abb. 1: Vorläufige Klebeversuche mit doppelseitigem Klebeband.}*

Erste Tests schlugen fehl, weil das doppelseitige Klebeband nicht gut auf der PDMS-Folie haftete. Die Verwendung einer Grundierung auf Heptanbasis und eines dünnen Films Cyanacrylatkleber auf dem PDMS führte zu einer Oberfläche mit höherer Energie, und die Haftung des doppelseitigen Klebebandes wurde verbessert. Allerdings war die Flexibilität der Dichtung aufgrund der Steifigkeit des Cyanacrylatklebers eingeschränkt.

Klebeversuche mit dem piezobrush® PZ3 Plasma Handgerät

Zunächst wurde die Oberfläche der PDMS-Folie mit Plasma aus dem piezobrush® PZ3 behandelt (1 min bei 100 % Leistung); anschließend wurde die PTFE-Folie mit ihrer weichen Acrylat-Klebeseite verklebt (Abb. 2, Abb. 5 Probe A). Die Haftung zwischen den Folien war sehr gut und wurde durch die Verformung der Dichtung nicht beeinträchtigt, d. h. die elastischen Eigenschaften blieben ebenfalls erhalten. Daher ist die Verwendung von doppelseitigem Klebeband oder Cyanacrylat als Zwischenschicht nicht mehr erforderlich.

*^{Abb. 2: Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ3 von PDMS und anschließende Verklebung mit der Acrylatklebeseite der PTFE-Folie.}*

In einem zweiten Versuch wurden sowohl PDMS- als auch reine PTFE-Oberflächen mit Plasma aus dem piezobrush® PZ3behandelt und anschließend mit doppelseitigem Klebeband verklebt (Abb. 3, Abb. 5 Proben B und C). Dies funktionierte ebenfalls gut, vorausgesetzt, die Kraft zum Ablösen der Folien ist nicht zu stark. Ein ähnlicher Ansatz mit Cyanacrylat anstelle des Klebebands schlug fehl, da die Plasmabehandlung die Hafteigenschaften dieses Klebstoffs nicht verbesserte.

*^{Abb. 3: piezobrush® PZ3 Plasmabehandlung von PDMS- und PTFE-Folien und anschließende Verklebung mittels doppelseitigem Klebeband.}*

Schließlich wurden zwei PDMS-Folien mit piezobrush® PZ3-Plasma oberflächenbehandelt und anschließend mit doppelseitigem Klebeband verklebt (Abb. 4, Abb. 5 Probe D). Auch hier wurde eine sehr gute Haftung erzielt.

Abb. 4: piezobrush® PZ3-Plasmabehandlung von zwei PDMS-Folien und anschließende Verklebung mittels doppelseitigem Klebeband zur Herstellung von elastischen und chemisch inerten Dichtungen — ^{Abb. 4: piezobrush® PZ3-Plasmabehandlung von zwei PDMS-Folien und anschließende Verklebung mittels doppelseitigem Klebeband}

*^{Abb. 6: PDMS-Folie mit verklebten Proben A-D. Proben A, B, C: PTFE, Probe D: PDMS; weitere Details siehe Text. Links: Ansicht von oben, rechts: Ansicht von unten mit den benetzten Klebeflächen.}*

Fazit

Es ist allgemein bekannt, dass eine Plasmabehandlung zu einer Oberflächenaktivierung führt, die bessere Benetzungs- und Hafteigenschaften bewirkt. Das piezobrush® PZ3-Gerät führte zu hervorragenden Ergebnissen bei der Herstellung von elastischen und chemisch inerten Dichtungen und ist dennoch einfach und mühelos zu handhaben. Die Plasmabehandlung von niederenergetischen Oberflächen wie PDMS und PTFE mit dem piezobrush® PZ3 Plasma Handgerät ermöglichte die anschließende Verklebung mit einfachem doppelseitigem Klebeband mit nur geringem Aufwand, und die resultierenden Dichtungen erfüllten die Anforderungen hinsichtlich Elastizität und chemischer Inertheit.