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Plasmatechnik für haltbare Verbindungen

Plasmatechnik für haltbare Verbindungen

Fachartikel: Mikroproduktion

Veröffentlicht: Juni 2019 – Mikroproduktion
Autor: Corinna Little

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Um eine gute Adhäsion zu erreichen und Verbindungen zu verbessern, kann Plasma unter Atmosphärendruck auf vielfältige Weise eingesetzt werden. Das macht das Verfahren zu einer attraktiven Alternative zu chemischen Haftvermittlern und Lösungsmitteln.

Die Qualität von Bauteilen und Systemen hängt entscheidend von den Verbindungen der Einzelkomponenten ab. Stimmt hier die Qualität nicht, hat das unerwünschte Folgen, von Adhäsionsbrüchen bei Klebeverbindungen über das Versagen von Dichtraupen bis hin zu abplatzendem Lack. Oftmals treffen die Bindungspartner in unterschiedlichen Aggregatszuständen aufeinander, wobei häufig ein flüssiger Bindungspartner und eine Festkörperoberfläche beteiligt sind.

Schon beim ersten Zusammentreffen kann am Benetzungsverhalten der Flüssigkeit abgeschätzt werden, ob ›die Chemie stimmt‹. Bilden sich anstatt eines geschlossenen Films viele einzelne Tröpfchen, kann davon aus­gegangen werden, dass beispielsweise eine Klebeverbindung nicht flächig und dadurch wenig effektiv sein wird. Dies ist ein Effekt, der häufig bei Kunststoffoberflächen zu beobachten ist. Durch die Behandlung solcher Flächen mit Atmosphärendruckplasma können diese chemisch derart modifiziert werden, dass die flüssigen Bindungs­partner sie besser benetzen (Bild 1).

Haltbare Verbindungen werden durch die Benetzung einer Oberfläche vor und nach der Behandlung mit Plasmatechnik nachgewiesen.
Bild 1. Im Ausgangszustand (links) lassen sich Kunststoffoberflächen schlecht benetzen. Mithilfe der Plasmaflamme (Mitte) lässt sich ein verbessertes Benetzungsverhalten erzielen

Im Ausgangszustand (links im Bild) lassen sich Kunststoffober­flächen typischerweise schlecht benetzen, was durch die runde Form abgelegter Flüssigkeitstropfen deutlich wird. Durch das Überstreichen der Ober­flächen mit einer Plasmaflamme (Bildmitte) kann diese in ihrer Molekülstruktur so verändert werden, dass aufgebrachte Tropfen nun zerfließen (rechts) und es zu einem deutlich verbesserten Benetzungsverhalten kommt. Dieses ist eine entscheidende Voraussetzung für eine gute Adhäsion bei Prozessen wie Kleben, Beschichten, Lackieren und Drucken.

Unsichtbar optimierte Oberfläche

Zusätzlich sorgt diese unsichtbare Veränderung der Oberfläche für eine optimierte Verbindung nach dem Aushärten der Flüssigkeit, sei es beim Kleben, Lackieren, Bedrucken oder Vergießen. Grund für die Haftverbesserung ist das sogenannte Aktivieren, die Interaktion zwischen der Festkörperoberfläche und den hochreaktiven chemischen Spezies des Plasmas. Dieses wird dadurch erzeugt, dass einem Gas, zum Beispiel der Umgebungsluft, Energie zugeführt wird, bis sich die Elektronen von den Atomrümpfen der Gasmoleküle lösen und sich kurzlebige Ionen und Radikale bilden. Diese reagieren nun untereinander, aber auch mit den Molekülen, die die Oberfläche eines Kunststoffkörpers bilden. Beispielsweise durch die Erzeugung polarer Molekülendgruppen kann die Oberfläche nun wesentlich besser benetzt werden. […]

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