Anlagen zur Gasphasen-Fluorierung

ProjektierungAnlagenbauService

Bessere Oberflächeneigenschaften durchFluorieren von Kunststoffen

• Leistungsfähige Technologie• Problemlos bedienbar• Komplettes Anwendungs-Know-how

Benetzbarkeit erhöhen

Reibung und Klebrigkeitreduzieren

Klebstoff- und Lackhaftung verbessern

Permeation, Diffusion und Migration verringern

Wichtige Auswahlkriterien für Kunststoffe sind mechanische und thermische Eigenschaften, Verar-beitbarkeit und Preis. Ist ein geeignetes Material gefunden, genügt die Oberfläche oft nicht den An-forderungen. Dabei ist die Oberfläche die einzige Materialeigenschaft, die unabhängig verändert wer-den kann. Gasphasen-Fluorierung ist häufig die richtige Lösung.Viele Oberflächeneigenschaften verbessern sich durch den Fluorierungsprozess. Er verändert aufsehr effektive Weise die alleroberste Schicht des Materials, ohne die Eigenschaften des tieferliegendenWerkstoffs zu beeinträchtigen. Diese gezielte Einwirkung ist mit anderen Verfahren nicht erreichbar.

Benetzungs-Fluorierung

Für gleichmäßigereFlüssigkeitsfilme

Fluorierung hydrophiliert underhöht die Beschichtungsquali-tät durch bessere Benetzung,Filmbildung und Adhäsion.Beim Lackieren, Bedrucken undDekorieren kann das zu deutli-chen Einsparungen führen.Auch führt ein besserer Wasser-film zu gleichmäßigerem Trock-nen, einer höheren Druckquali-tät sowie geringerer Kalk- undSchimmelbildung.

Gleit-Fluorierung

Reibung und Klebrig-keit herabsetzen

Bei Bauteilen aus Elastomeren,z.B. NBR, HNBR, EPDM oder an-deren Kautschuktypen und Si-likonen wird die Gleitreibungminimiert und die Anhaftung re-duziert. Der Einsatz von Talkum,Silikonölen oder anderen Addi-tiven ist nicht mehr notwendig.Auch beim Reinigen und Steri-lisieren bleiben diese Eigen-schaften langzeitstabil. Die Teilebleiben sauber, da Schmutzpar-tikel nicht anhaften.

Adhäsions-Fluorierung

Haftung verbessern

Haftung auf Kunststoffen kanndurch Fluorierung verbessertwerden. Die Polarität der Ober-fläche wird erhöht, dadurch ent-steht eine höhere Adhäsion undeine bessere Benetzbarkeit. Ka-schierungen werden haltbarer,Beflockungen unempfindlicher,Klebstoffe haften besser.

Barriere-Fluorierung

Permeation, Diffusion und Migrationverringern

Diese Art der Fluorierung hateine Sperrwirkung gegen unpo-lare Substanzen. Das minimiertPermeation, Diffusion und Mi-gration von kurzkettigen Flüs-sigkeiten (Lösemittel, Benzin,Kühlflüssigkeiten, Glycerin etc.).Jetzt diffundieren Bestandteilevon Kunststoffmaterial nichtmehr aus der Oberfläche undBestandteile der Behälterfül-lung durchdringen nicht mehrseine Wandung.

Fluorierung verbessert Produkteigenschaften

Die chemische Reaktion

Bei der Fluorierung wird die Oberfläche der Kunststoffteile einem Fluorgemisch ausgesetzt.Durch seine hohe Reaktivität ersetzt Fluor partiell Wasserstoffatome an der Materialober-fläche. Die veränderten Oberflächen-Eigenschaften resultieren vor allem aus der erhöhtenOberflächenenergie und der Polarität der Oberfläche. Durch gezielte Prozesssteuerung lässtsich das Fluorierungs-Ergebnis optimal auf das Ausgangspolymer und die gewünschte An-wendung abstimmen.

Fluorierung ist eine chemische Reaktion und keine Beschichtung. So liegt die Eindringtiefeder Fluoratome in das Substrat im molekularen Bereich. Die Eigenschaften des Basismate-rials und seine Maße bleiben völlig unverändert.

unfluorierte unpolare Polymerkette

fluorierte polare Polymerkette

F

HF

F2

+ + +

+++

– – –

–––+ + +

Benetzbarkeit erhöhen

Reibung und Klebrigkeitreduzieren

Klebstoff- und Lackhaftung verbessern

Permeation, Diffusion und Migration verringern

Chargen-Fluorierung offline

Dreidimensionale Formteile werden in einemdiskontinuierlichen Prozess behandelt. Inder Vakuumkammer werden sie entsprechenddem entwickelten Rezept vorbehandelt.Materialien können sein:

• Kunststoff• Kautschuk• Gummi• Silikon• Elastomere• Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen

Bahnen-Fluorierung inline

Fluorierung wird häufig angewendet zur Hy-drophilierung von Bahnenware vor dem Be-schichten, Verkleben, Lackieren etc. Überein Schleusensystem wird die Ware konti-nuierlich der Behandlungskammer zuge-führt. Nach einem weiteren Schleusensystemwird die Ware abgezogen und aufgewickelt.

• Filtermedien• Folien• Gewebe• Schäume• Technische Textilien• Vliese

Langzeitstabilität

Die Bindungsenergie der in der Oberflächeneu entstandenen Kohlenstoff-Fluor-Verbin-dung ist außerordentlich hoch. Deshalb istFluorierung ein nicht reversibler Prozess.Die erzielten Oberflächeneigenschaften sindsomit langzeitstabil.

Fluorieren bei Raumtemperatur

Auch thermisch empfindliche Teile könnenfluoriert werden. Die Behandlung erfolgt beigleichmäßigen, niedrigen Temperaturen,meist sogar bei Raumtemperatur. LokaleTemperaturspitzen gibt es nicht.

Komplexe Geometrien

Gasphasen-Fluorierung führt zu absolutgleichmäßigen Behandlungsergebnissen.Hohlräume, Hinterschnitte, Vertiefungenund Umgriffe, aber auch strukturierte undraue Oberflächen werden homogen und ver-schattungsfrei erfasst. Die Bauteile erhalteneine gleichmäßig hohe Oberflächenqualität.

FTS entwickelt und baut Fluorierungsanlagen

Gasphasen-Fluorierung ist ein Trockenverfahren zur Oberflächenbehandlung, das sich pro-blemlos und reproduktionssicher einsetzen lässt. Viele Effekte sind möglich, die sich mit an-deren Verfahren nicht erreichen lassen. FTS bietet Fluorierungsanlagen an, die nach neuestentechnologischen Erkenntnissen konzipiert und auf den Bedarf unserer Kunden ausgerichtetsind. Verfahrenstypisch sind die langzeitstabile und produktschonende Behandlung, die hoheUmweltverträglichkeit und der wirtschaftliche Einsatz.

Einsatz in vielen Branchen Die Bauteile und Materialien erhalten an ihrer Oberflächewichtige neue Eigenschaften, oftmals sind dadurch preiswer-tere Lösungen möglich, ohne mit hohem Aufwand andere Ma-terialien oder Verarbeitungsmethoden suchen zu müssen. In vielen Branchen wird die Fluorierung erfolgreich eingesetzt:

• Automobile• Baustoffe• Beleuchtung• Druckerzeugnisse• Elektrotechnik• Filtration• Luft- und Raumfahrt• Medizintechnik• Technische Gebäudeausrüstung• Technische Textilien• Tunnelbau• Verpackungen• Weiße Ware, Elektrogeräte

Offline-Fluorierung Anlagen für dreidimensionale Substrate

Arbeitsschutz

Fluor ist das reaktionsfähigste Element in unserem Periodensystem.Die Verarbeitung von Fluor unterliegt gesetzlichen und berufsge-nossenschaftlichen Vorschriften. In unseren Anlagen werden nurFluorgemische F2/N2 10/90, d.h. 10 % Fluor in 90 % Stickstoff,verarbeitet. Für diese Gemische setzen wir bauartlich zugelasseneVentile und Druckminderer ein, die zudem redundant, d.h. doppeltausgeführt werden.Die Lagerung von F2/N2-Gemischen ist seit vielen Jahren Standder Technik, ebenso wie die Ausführung der Fluorversorgung. Zu-sätzliche Sicherheit gibt die kontinuierliche Messung der AGW-Werte (ehemals MAK) mit Alarm- und Absperrfunktionen.

Offline-Anlagen fluorieren dreidimensionale Formteile im Chargen-Betrieb: Die Vakuumkammer wird mit den Formteilen beschickt,der Fluorierungsprozess läuft ab und die Formteile werden wiederentnommen. Kernstück der Offline-Fluorierungsanlagen von FTSist die Vakuum-Kammer. Sie ist auf die zu behandelnden Bauteileund ihre Menge, die Ladungsträger und den Ablauf von Be- undEntladung optimiert. Komplettiert wird die Anlage durch Vakuum-pumpen und -armaturen, die Fluor-Ver- und Entsorgung sowieSteuerungs- und Sicherheitseinrichtungen.

Durchmesser

400 600 1000 1600 2000

Sondermaße auf Anfrage

Kubische oder zylindrische Vakuumkammer

In der kubischen Kammer werden größere oder mechanisch emp-findliche Teile in Ladungsträgern gehalten oder lose eingelegt. Indie zylindrische Kammer werden Kleinteile als Schüttgut einge-bracht und während der Behandlung schonend bewegt, um einengleichmäßigen Kontakt mit dem Fluor zu gewährleisten.

Der Behandlungsablauf

Zur Fluorierung werden die Produkte in der Vakuumkammer einemFluor/Stickstoff-Gemisch ausgesetzt. Die Behandlungsdauer, dasProfil der Fluorkonzentration und die Prozesstemperatur werdenauf Produkt und Behandlungsziele abgestimmt. Die Parameter sindin der Kammer jederzeit homogen. Alle Parameter werden in Vor-versuchen erprobt. Sie sind in der SPS-Steuerung als Rezept hin-

terlegt und zuverlässig reprodu-zierbar.

Öffnung

250 x 400 400 x 600 600 x 1000 1000 x 1600

Sondermaße auf Anfrage

Inline-Fluorierung Anlagen für Bahnenware

Inline-Anlagen fluorieren Bahnenware im kontinuierlichen Prozess.Die Ware gelangt über ein Schleusensystem in die Behandlungs-kammer, durchläuft sie und wird wieder ausgeschleust. Fluorierbarsind Folien, Textilien und Schäume verschiedenster Materialher-kunft und -dicke. Inline-Fluorierungsanlagen von FTS bestehen ausder Behandlungskammer und zwei Schleusensystemen mit Spül-zone. Dazu gehören Vakuumpumpen und -armaturen, die Fluor-Ver- und Entsorgung sowie Steuerungs- und Sicherheitseinrichtun-gen. Auf- und Abwickler können optional geliefert werden.

Umweltschutz

Fluorierung ist eine umweltfreundliche Oberflächen-Vorbehandlung:- Es entstehen keine Abwasserströme.- Sie kann lösemittelbasierte Lack- und Klebstoffsysteme ersetzen.- Sie kommt mit niedriger Temperatur aus und spart Energie.

Eine Fluorierungs-Anlage setzt keine Schadstoffe frei Die Gasphasen-Fluorierung ist ein trockenchemischer Prozess, beidem das Fluorgemisch und die entstehenden Reaktionsprodukte un-mittelbar beim Prozess neutralisiert werden. Die Reaktionsgase werdenüber einen Absorber mit Kalziumkarbonatsplitt (CaCO3) geleitet. Esentsteht Kalziumfluorid (CaF2), auch Flussspat genannt, ein sehr häufigvorkommendes Mineral, das ungiftig, umweltneutral und wasserun-löslich ist. Der Kalziumkarbonat-Absorber ist so ausgelegt, dass erderzeitige und in Zukunft zu erwartende Grenzwerte einhält.

2 F2

+ 2 CaCO3

2 CaF2

+ 2 CO2

+ O2

Breite und Dicke der Ware

Inline-Anlagen werden auf die maximale Breite und Dicke der Wareausgelegt. Die maximale Länge der Ware ist durch die gewähltenWickler vorgegeben.

Der Behandlungsablauf

Zur Fluorierung werden die Produkte in der Behandlungskammereinem Fluor/Stickstoff-Gemisch ausgesetzt. Die Behandlungsdauerwird über die aktive Lauflänge innerhalb der Kammer und die Bahn-geschwindigkeit geregelt, das Profil der Fluorkonzentration unddie Prozesstemperatur werden auf Produkt und Behandlungszieleabgestimmt. Die Parameter sind in der Kammer jederzeit homogen.Die Fluor-Konzentration wird durch optische Messung im UV-Bereichüberwacht, während ein angeschlossenes Ventilsystem das Fluor-gasgemisch nachdosiert und regelt. Alle Parameter werden in Vor-

versuchen erprobt, in der SPS-Steuerung als Rezept hin-terlegt und dadurch zuverlässig reproduzierbar.

Häufige Anwendung

Behandlung von Bahnen vor dem Bedrucken,Beschichten, Kaschieren oder Hydrophilierung:

• Schäume• Technische Textilien• Gewebe• Folien

Rahmenbreite

400 1000 2000 5000

Sondermaße auf Anfrage

Aufgabenstellungen

VerfahrenshintergrundDie Benetzbarkeit von Kunststoffen mit ei-ner Flüssigkeit ist abhängig von der Polari-tätenpaarung: Bei ungleichen Polaritätenzieht sich die Flüssigkeit auf der Oberflächezu Tropfen zusammen. Bei der Fluorierungdagegen entstehen polare Kunststoffe mithöherer Oberflächenenergie, die damit derOberflächenenergie der Flüssigkeit ange-passt wird. Diese Oberflächen lassen sichgut mit polaren Flüssigkeiten benetzen.

Einsatz Die größere und gleichmäßigere Oberflächeder Flüssigkeit auf einem Bauteil hat fol-gende Vorteile:

• Fehlerfreie Flüssigkeitsfilme• Gleichmäßigere Beschichtung• Bessere Bedruckbarkeit• Schnellere Trocknung • Besseres Ablaufen von Flüssigkeiten • Keine Schimmelbildung• Bessere Schmierwirkung der Flüssigkeit

Kunststoffoberflächen sind nach der Fluo-rierung wesentlich besser zu benetzen.

• Bessere Flüssigkeitsfilme• Gleichmäßigere Schichten • Bessere Trocknung • Gleichmäßiges Ablaufen der Flüssigkeit

Oberflächenenergienunbehandelt fluoriert(mN/M) (mN/M)

Polyethylen Low Density LDPE 32 54

Polyethylen PE-UHMW 37 54

Polypropylen PP 29 66

Polyoximethylen POM 40 72

Polyethylenterephthalat PET 32 72

Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer EPDM 40 58

Polybutylentherephthalat PBT 30 72

Polycarbonat PC 32 56

Polyphenylensulfid PPS 32 60

Polysiloxan-Elastomer SI 32 54Quelle: Fluor Technik System GmbH

Benetzungs-Fluorierung

Flüssigkeitsfilme gleichmäßiger

VerfahrenshintergrundFluorierung erhöht die Rauigkeit der Ober-fläche. Dadurch vergrößert sich die Kontakt-fläche und es ergibt sich eine bessere Haf-tung. Diese Adhäsionsfluorierung wirdeingesetzt, wenn es auf einen intensivenund gleichmäßigen Schichtverbund an-kommt: Die Erhöhung der Oberflächenener-gie führt weiterhin zur besseren Benetzbar-keit und Filmbildung sowie zur besserenAnbindung von Lacken und Klebstoffen.Auch bei komplexen Geometrien mit Hin-terschnitten, Vertiefungen und Umgriffenführt Fluorierung zu einem absolut gleich-mäßigen Vorbehandlungsergebnis.

Einsatz• Beim Lackieren, Beflocken und Dekorieren• Beim Herstellen von Verbund-Kunststoffen• Beim Verkleben von Kunststoffen auf an-dere Materialien

• Bei Kunst- und Naturfaser-Bahnen • Zur Vorbehandlung von Verstärkungsfasernfür Compounds

Beim Kleben und Lackieren beeinflussendrei physikalische Effekte die Verbindungzum Bauteil ganz wesentlich. Sie werdendurch die Fluorierung positiv beeinflusst:

• Benetzung• Filmbildung• Adhäsion

Kosteneinsparungen durch Adhäsions-fluorierung

• Einsparen des Primers• Einsatz von umweltfreundlichen Hydro -lacken

• Einsatz von preiswerteren Lack-/Kleb-stoffsystemen

• Einsparen von Lackschichten

nicht fluoriert fluoriert

Adhäsions-Fluorierung

Klebstoff- und Lackhaftung verbessern

optimale Lackehaltbare Klebung

gute Filmbildung stärkere Anbindung

bessere Benetzung(hydrophile Eigenschaften)

Erhöhung derOberflächenenergie

Fluorierung

Gleit-Fluorierung

Reibkoeffizienten herabsetzen, Klebrigkeit reduzieren, Anhaftungen verhindern

nicht fluoriert fluoriert

Kunststoffe sind von Natur aus durchlässiggegenüber bestimmten Gasen und Flüssig-keiten. Deshalb verflüchtigen sich mit derZeit Inhaltsstoffe aus einem Kunststoffbe-hälter. Diese Permeation führt zu Geruchs-belästigung und Umweltbelastung, zu Ge-wichtsverlust und Eigenschaftsänderungenbeim Füllgut, sowie Etikettenablösung. Migration von Material bestandteilen vonKunststoffprodukten verändert die Eigen-schaften bis zum Bauteil-Versagen. Fluo-rierung vermeidet diese Nachteile und eskann oft preiswerteres Packmaterial ein-gesetzt werden.

VerfahrenshintergrundDie fluorierte Oberfläche hat eine Sperrwir-kung gegen unpolare Substanzen. DieseModifizierung auf der Innen- und Außen-seite von Behältern verringert die Permea-tion von kurzkettigen Lösemitteln, Kühlflüs-sigkeiten, Glycerin und Benzin. Die Diffusionvon Materialbestandteilen durch und ausder fluorierten Oberfläche wird deutlich re-duziert.

Einsatz• Um die Permeation von Benzin und Dieselaus Kraftstoffbehältern für Kraftfahrzeugeund Motorgeräte zu minimieren

• Zum Begrenzen der Migration von Weich-machern und anderen Additiven (Versprö-den von Kunststoff )

• Zum Verbessern der Beständigkeit gegen-über Säuren und Laugen sowie zum Ver-meiden von Aufquellen und schmierigenOberflächen

Barriere-Fluorierung

Permeation, Diffusion und Migration verringern

Reibungskräfte auf Glas [N]unfluoriert fluoriert

Rezept 1 [N] Rezept 7 [N]

LSR2650B 15,6 3,9 1,0

LSR2630B 10,1 6,3 0,7

FSL7651A 9,2 5,6 0,8

FVMQ 12 11 6

Silplus60Ex 9,2 2 0,8

NBR 9,2 5,5

PPE 8,5 4,2

EPDM 10,5 4,6Quelle: Innovent e.V.

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0Quelle: Innovent e.V.

0

Kraft [N]

5 10 15 20 25 30 35 40 45 mm Weg

Silikon

Gum

mi

Viele Bauteile aus Silikon und Elastomeren,z.B. NBR, HNBR, EPDM und andere Kaut-schuktypen haben eine stumpfe Oberfläche.Diese oft klebrigen Oberflächen gleiten nurschwer auf anderen Flächen. Die Folgen:erschwerte Montage und unerwünschte Be-gleiterscheinungen beim Gebrauch; Addi-tive, Talkum und Silikonöl werden einge-setzt. Fluorierung vermindert die Kontaminationdurch Additive sowie andere Nachteiledeutlich und ist auch bei Reinigung undSterilisation langzeitstabil. – Durch redu-zierte Klebrigkeit haftet weniger Schmutz,wo durch die Teile optisch aufgewertetwerden.

VerfahrenshintergrundDurch intensive Fluorierung von Bauteilen wer-den Fluoratome in die Oberfläche eingelagert.Sie verringern die Haft- und Gleitreibung sowiedie Klebrigkeit deutlich. Die gleichzeitige Zu-nahme der Oberflächen-Rauheit verstärkt die-sen Effekt, während kautschuktechnische Ei-genschaften unbeeinflusst bleiben.

Einsatz• Zur Minimierung von Reibwert und Schmutz-anhaftung

• Bei Knarz- und Knackgeräuschen durchhohe Haftreibung zwischen Kautschuk undReibpartnern

• Bei Stick-/Slip-Effekt bei Gleitbewegungen• Bei Montageschwierigkeiten• Bei optisch aufzuwertenden Teilen, Deko-artikeln

• Bei Klebrigkeit: Trennmittel wird entbehrlich,Teile sind besser zu vereinzeln, statisch be-lastete Bauteile lösen sich wieder.

nicht fluoriert fluoriert

0

10

20

30

40

50

60

70

Masseverlust [g]

unfluoriert

FTS-fluoriert

Quelle: Innovent e.V.100 200 300 400 500 Lagerzeit [h]

Seit über 20 Jahren hat sich FTS auf Ent-wicklung und Bau von Fluorierungsanlagensowie auf Fluorierungsdienstleistungen kon-zentriert. Realisierte Projekte, die Mitglied-schaft in entsprechenden Verbänden, dieZusammenarbeit mit Universitäten und For-schungseinrichtungen sowie eigene Patentebelegen die Kompetenz von FTS. Mitgliedder Flock Association of Europe FAoE e.V.

BeratungFTS berät zu Maßnahmen, Möglichkeitenund Wirkung von Gasphasen-Fluorierungbei Kunststoffen und anderen Materialien.Dazu testet FTS die Behandlungparameterim eigenen Technikum und stimmt sie zu-sammen mit dem Kunden ab.

Entwicklung und EngineeringFTS entwickelt und konstruiert Anlagen, dieauf den individuellen Bedarf zugeschnittensind. Hier fließen umfangreiche Erfahrun-gen aus Anlagenbau und -betrieb ein, kom-plett von der Planung über Bau und Instal-lation bis zur Inbetriebnahme.

AnlagenbauFTS baut Inline- und Offline-Anlagen zurGasphasen-Fluorierung und passt sie an dieErfordernisse von Produkt und Betrieb an.Nebenanlagen wie Fluorversorgung, Kalzi-umkarbonat-Absorber, Arbeitsschutz-Ein-richtungen gehören zum Anlagenkonzept.

ServiceFTS bietet Service für die Anlagen von derPersonalschulung und der routinemäßigenWartung bis zu Anlagenerweiterung und -umbau. Die Zulassung und Zertifizierungder Anlagen wird von uns unterstützt.

LohnarbeitenFTS veredelt die Oberflächen von angelie-ferten Produkten für Weiterverarbeitung undEinbau: Schüttgut, Produkte in Ladungsträ-gern, Bahnenware … Sprechen Sie uns an.

Fluor Technik System GmbHAltebergstraße 27–29D- 36341 Lauterbach / HessenTel. +49 (0) 6641 9685 0Fax +49 (0) 6641 9685 50info@fts-de.comwww.fts-de.com

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Fluor Technik System GmbH