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Folie 1INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENTOberflächenvorbehandlung –der „Faktor X“ des Klebens
Industrie-Workshop Kleben der LEG Thüringen IFW Jena, 19. November 2009
Dr. Arnd Schimanski
Geschäftsführender Direktor
INNOVENT e.V.
Prüssingstraße 27B
D-07745 Jena
www.innovent-jena.de
Folie 2INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Inhalt
Folie 2INNOVENT Technologieentwicklung
• INNOVENT Technologieentwicklung
• Oberflächenvorbehandlung – Warum?
• Verfahren
• Ergebnisse und Anwendungen
• Zusammenfassung
Folie 3INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
INNOVENT e.V.Technologieentwicklung
Folie 4INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
INNOVENT Technologieentwicklung
• Wirtschaftsnahe Forschungseinrichtung in Jena
• Gegründet 1994
• Ca. 150 Mitarbeiter in FuE (Wissenschaftler,
Techniker und Facharbeiter)
74
42
25
4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Wissenschaftler Techniker und FA Andere Azubi
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INNOVENT
Forschung im Profil
• Forschungsbereiche:
• Applikationsfelder : Glas, Metall, Kunststoff, Medizintechnik, Optik, Mikrosystemtechnik
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BiomaterialienBiomaterialien
Magnetische u. Optische SystemeMagnetische u. Optische Systeme
Primer u. Chem. OberflächenbehandlungPrimer u. Chem. Oberflächenbehandlung
Analytik / WerkstoffprüfungAnalytik / Werkstoffprüfung
OberflächentechnikOberflächentechnik
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INNOVENT
Weitere Aktivitäten
• Ausrichter bzw. Organisator der Thüringer
Grenz- und Oberflächentage seit 2005
(6. Auflage vom 07.-09.09.2010 in Gera)
• Initiator des Anwenderkreises
Normaldruckplasma
(Sonderworkshop am 02. März in Erfurt zum
Thema „Atmosphärendruckplasma und
Medizin“)
• Netzwerk Thüringer Oberflächenzentrum
(ThOZ)
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Folie 7INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Oberflächenvorbehandlung –
Warum?
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INNOVENT
Oberflächenvorbehandlung - Warum?
• Optimierung der Haftungskräfte durch Schaffung von
aktiven Zentren zur Ausbildung der für die Haftung
notwendigen physikalischen oder chemischen
Vorgänge
– Ladungsanhäufungen
– Versetzungen
– Oberflächenmorphologie
• Unterschiedliche Verfahren für die eingesetzten
Substrate
Folie 8INNOVENT Technologieentwicklung
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INNOVENT
Oberflächenvorbehandlung - Warum?
• Kunststoffe besitzen eine inerte Oberfläche, wie z.B.
PE oder PP bzw. sind durch Hilfsmittel nicht benetzend
– Aufrauhung/Bekeimung
– Einbau von aktiven Gruppen (-OH, -CO, -COOH, -NO
etc.)
• Glas besitzt nach der Herstellung eine saubere
Oberfläche
– Werkstoff ist empfindlich gegenüber Feuchtigkeit
Folie 9INNOVENT Technologieentwicklung
Folie 10INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Oberflächenbehandlung
Vorbereitung Vorbehandlung Nachbehandlung
Form Fläche mechanisch physikalischchemisch Erhaltung Steigerung
Anpassender Flächen
Entfernen(Rost,Oxide,alteSchichten)
BürstenSchleifenStrahlen
Abtragen
Neubildung
Modifizieren(Fluorieren)
(Beizen)
(Phosphatieren)
Beflammen
Entladung(Corona)
Plasma-verfahren
temporärerSchutz
Versiegelung
chem. Systeme(Primer)
Oberflächenvorbehandlung - Warum?
Elektro-chemische Verfahren
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INNOVENT
Verfahren
Folie 12INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Fluorierung
• Exponierung der Kunststoffteile in eine
Behandlungskammer, welche mit
Fluorgas befüllt wird
• Substitution von Wasserstoffatomen an
der Kunststoffoberfläche durch Fluor-
bzw. Sauerstoffatome => Schaffung
einer Vielzahl polarer Bindungen
• bestimmend für das Ergebnis sind die
Parameter Fluorkonzentration und Zeit
bzw. Durchlaufgeschwindigkeit Quelle Abb.: Dr. Rehwinkel,
Fluor System Technik GmbH
Verfahren
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INNOVENT
Verfahren
• Propan-Flamme streicht über Oberfläche
C3H8 + 5 O2 � 3 CO2 + 4 H2O
• Einstellbare Parameter
– Gas/Luft-Verhältnis
– Abstand
– Geschwindigkeit
– Brenner
Folie 13INNOVENT Technologieentwicklung
Beflammung
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INNOVENT
Verfahren
Silicate particles
agglomerate and forms a
highly cross linked layer
Gaseous silicon precursor
PYROSIL®
• Flammenabscheidung von SiOx-Schichten
• Erste Anwendung in der Dentalindustrie zur
Haftvermittlung von
Verblendungsmaterialien auf
Goldimplantaten
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INNOVENT
Verfahren
PYROSIL®
• Unterschiedliches Erscheinungsbild der Pyrosil-Flamme im
Gegensatz zur normalen Propanflamme
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INNOVENT
Anhaftung mit und ohne PYROSIL®
SubstratSubstrat
PYROSIL®
HO Si O Si OH
O O
R R
R = funktioneller Rest
HO Si O Si OH
O OH
R R
Substrat
Verfahren
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INNOVENT
Elektrochemische Silikatisierung
Substrat Gegen-
elektrode
Silkatisierungslösung
Verfahren
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INNOVENT
SiO2-Bande → links:Silikatbande auf der Oberfläche (FTIR)
Randwinkel von Wasser auf V2A-Proben (Mittelwerte aus drei Bestimmungen)
Behandlung Randwinkel von Wasser (in °)
mit Aceton entfettet 63,3
nasschemisch gereinigt 39,5
nasschemisch gereinigt und elektrosilikatisiert 26,2
Verfahren
Elektrochemische Silikatisierung
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INNOVENT
Ergebnisse und Anwendungen
Folie 20INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Fluorierung
• Aktivierung von komplex geformten
Bauteilen, wie z.B. Dichtungen,
Handschuhkästen etc. vor einer
Verklebung, besonders für
– Beflockung
– Dichtungen
• Klebtechnische Anwendungen sind im
Bereich Fahrzeugbau und
Medizintechnik vorhanden
Ergebnisse und Anwendungen
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INNOVENT
Scherfestigkeiten von Edelstahlverklebungen
0
5
10
15
20
25
30
35
ohne Belastung 5 h Kochwasserbelastung
Sc
he
rfe
sti
gk
eit
in
MP
a
elektrosilikatisiert
nicht elektrosilikatisiert
Scherfestigkeiten der Edelstahl-Klebeverbunde, elektrosilikatisiert / nicht elektrosilikatisiert, jeweils mit Haftsilan (Klebstoff: "einfaches" Epoxid-Amin)
Elektrochemische Silikatisierung
Ergebnisse und Anwendungen
Folie 22INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Folie 22INNOVENT Technologieentwicklung
• Variation des Gas/Luft –Verhältnisses zeigt unterschiedliche
Haftwerte bei Polyethylen-Typen
Beflammung
Ergebnisse und Anwendungen
Folie 23INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Folie 23INNOVENT Technologieentwicklung
• Die zugehörigen Oberflächenenergien verlaufen beim PE-LD
umgekehrt zur Haftfestigkeit
Beflammung
Ergebnisse und Anwendungen
Folie 24INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Verwendung von PYROSIL®
Ursprünglich entwickelt in den 80-igern für Dentalanwendungen
Verbesserte Anbindung von:
Kunststoff / Kunststoff
Keramik / Kunststoff
Metall / Kunststoff
Dentalverklebungen
ZusammenarbeitZusammenarbeit mitmit HeraeusHeraeus KulzerKulzer
Ergebnisse und Anwendungen
Folie 25INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Silikonhaftung auf Pulverlacken
Verwendung von PYROSIL®
mit PYROSIL®ohne PYROSIL®
ZusammenarbeitZusammenarbeit mitmit WackerWacker ChemieChemie GmbHGmbH
Ergebnisse und Anwendungen
Folie 26INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENTGarantierte Haftung auch nach Belastung
• quantifiziert über Scherfestigkeiten (zerstörend)
Glas/Metall-Verklebungen
B682 #10750, Leuchtmittel UVA Hand 250
0
10
20
30
40
50
ohne
Belastung
VDA-Test Klimatest 1,5 h Kochtest
ohne Vorbehandlung
mit Pyrosil+Primer
Sch
erf
estig
keit [
N/m
m2]
zunehmende Belastung
Ergebnisse und Anwendungen
Verwendung von PYROSIL®
Folie 27INNOVENT Technologieentwicklung
INNOVENT
Zusammenfassung
• Oberflächenvorbehandlung bei der Verklebung von unpolaren Kunststoffen unumgänglich
• Es gibt eine Vielzahl von Verfahren und Möglichkeiten zur Oberflächenvorbehandlung.
• Die Oberflächenvorbehandlung gibt es nicht!
• Jedes Verfahren hat seine Vor- und Nachteile.
• Das Substrat, das Beschichtungsmaterial und dessen Geometrie sowie die notwendige Aktivierung sind entscheidende Kriterien zur Auswahl des Verfahrens.
INNOVENT
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!