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PRÜFEN UND MESSEN TESTING AND MEASURING

20 KGK · 03 2018 www.kgk-rubberpoint.de

Flüssigsilikonkautschuk Haftung Oberflächenaktivierung Spritzgießen Mehrkomponentenspritzguss

Der Fokus dieses Forschungsvorhabens liegt auf den Haftungseigenschaften zwischen Flüssigsilikonkautschuk (LSR: Liquid Silicone Rubber) und Ther-moplasten (PP, PC, PA). Durch die Akti-vierung (Silikatisierung) der Thermo-plast-Oberflächen konnte eine Haftung zwischen den beiden Komponenten erzeugt bzw. verbessert werden. Die Kurz- und Langzeitbeständigkeit der Aktivierung (Lagerung der aktivierten Oberflächen) sowie das Benetzungsver-halten wurden mittels verschiedener Analysemethoden (FTIR-Spektroskopie, Kontaktwinkelmessung) untersucht. Veränderungen der Oberflächenrauhei-ten konnten mittels Lasermikroskopie visualisiert werden. In Anlehnung an die VDI 2019 wurde abschließend der Schälwiderstand aller Verbunde ermit-telt und die Ergebnisse gegenüber ge-stellt.

Long-therm stability of the sili-catization and the influence on the adhesion properties bet-ween liquid silicone rubber (LSR)-thermoplastic composites Liquid Silicone Rubber Adhesion Surface Activation Injection Molding Multi-Component Injection Molding

The focus of this research project is on the adhesion properties between liquid silicone rubber and thermoplastics. By silicatization of the thermoplastic sur-faces an adhesion between both com-ponents could be produced or im-proved. The long-term stability of the activation as well as the wetting behav-iour was investigated by FTIR spectros-copy and contact angle measurement. Changes in surface roughness could be visualized using laser microscopy. In accordance with VDI 2019, the peel resistance of all composites was deter-mined and the results were compared.

Figures and Tables:By a kind approval of the authors.

EinführungKunststoffe sind mittlerweile aufgrund ihrer positiven Eigenschaften (geringes Gewicht, günstige Fertigungskosten, gu-te Formbarkeit, chemische Stabilität) in der heutigen Zeit nicht mehr wegzuden-ken. Viele Kunststoffe wurden seitdem substituiert, kombiniert oder modifi-ziert. Anwendungen für den Einsatz von Kunststoffen sind z. B. in der Elektroin-dustrie, Automobilbranche oder in der Medizintechnik zu finden [1], [2]. Neben den konventionellen Bauteilen, die aus nur einem Kunststoff bestehen, errei-chen auch die Mehrkomponentenbautei-le einen signifikanten Anteil. Als Beispiel wäre das Ersetzen von Verschrauben zweier Materialien durch Bauteile aus dem Mehrkomponentenspritzgießver-fahren, welches sich bei Thermoplasten und thermoplastischen Elastomeren eta-bliert hat. Hierbei können die positiven Eigenschaften beider Verbundpartner gezielt kombiniert und genutzt werden [3]. Eine Klasse der Mehrkomponenten-verbunde sind die Hart-Weich-Verbunde. Hier erstreckt sich deren Anwendung von Lüftungsklappen in der Automobilindus-trie über Duschköpfe im Sanitärbereich bis hin zu Bauteilen in der Medizintech-nik [4]. Als Hart-Komponente wird meis-tens für die nötige Steifigkeit ein ther-moplastischer Kunststoff (TP) eingesetzt. Für die Weich-Komponente eignet sich daher eine elastische Komponente, die Funktionen wie Dichtigkeit oder Dämp-fung übernimmt. Eingesetzt werden für die Weich-Komponente daher Materiali-en wie thermoplastische Elastomere (TPE) oder Kautschuke, wie z. B. Flüssigsi-likon (LSR, Liquid Silicone Rubber) [5]. Für die Verbundhaftung zwischen dem TP und der LSR-Komponente können me-chanische Verankerungen, wie z. B. Hin-terschnitte oder je nach Materialkompa-tibilität Adhäsionsmechanismen zum Tragen kommen. Gerade bei der Adhäsi-on spielt die Materialauswahl eine ent-scheidende Rolle, da es hier oft aufgrund

inkompatibler Haftvermittler zum Subst-rat zu mangelnder Verbundhaftung kom-men kann [6]. Um eine Adhäsion für eine Materialpaarung zu gewährleisten bzw. zu erhöhen, gibt es verschiedene Mög-lichkeiten. Zum einen kann die Substra-toberfläche (TP) mittels chemischer oder physikalischer Oberflächenaktivierung vorbehandelt werden und zum anderen können Materialmodifikationen mittels Additiven dazu Abhilfe schaffen [7]. Üb-lich sind hier unter anderem selbsthaf-tende Silikontypen, die zusätzliche orga-nofunktionelle Silane (amino-, epoxy-, glycidoxy-, methacryloxy-Silane oder an-dere) enthalten und als Haftvermittler zwischen den anorganischen SI-O- Ket-ten des Silikons und den funktionellen Gruppen des Thermoplastes fungieren

Langzeitbeständigkeit der Silikatisierung und der Einfluss auf die Haftungseigenschaften zwischen Flüssigsilikonkaut-schuk-Thermoplastverbunden

AuthorsDipl.-Ing. A. Rüppel, M. Hartung, M. Sc., Dr.-Ing. R.- U. Giesen, Prof. Dr.-Ing. H.-P. Heim, Kassel Corresponding Author: Dipl.-Ing. Annette RüppelUniversity of Kassel, Institute of Material Engineering, UNIpaceUniversität Kassel, Institut für Werkstofftechnik, Kunststoff-technik, UNIpaceMönchebergstr.3, 34125 Kassel (Germany)E-Mail: annette.rueppel@ uni-kassel.de


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[8]. Diese eignen sich z. B. für Polyamide (PA6, PA66) oder auch Polybutylente-rephthalat (PBT) [9]. Dadurch können für die verschiedensten Anwendungen Hart-Weich-Verbunde mit LSR kostengünstig in einem Schritt hergestellt werden. Für einige Materialkombinationen ist jedoch die Verwendung haftender LSR-Typen nicht effektiv und es kommt zu keiner Haftung zwischen beiden Komponenten. Das ist z. B. bei Kunststoffen wie Polypro-pylen (PP) oder teilweise auch bei Poly-carbonat (PC) der Fall. Dies könnte auf fehlende funktionelle Gruppen auf der Thermoplastoberfläche zurückzuführen sein. Es ist allerdings auch möglich, dass der im LSR eingearbeitete Haftvermittler keine passenden funktionellen Gruppen besitzt, um an das Substrat anbinden zu können [10]. Zur Erhöhung der Adhäsion bzw. um überhaupt eine Haftung zwi-schen einem LSR und Thermoplast zu er-zeugen, können verschiedene Oberflä-chenaktiverungsmethoden, wie die Be-flammung oder die Plasmaaktiverung angewandt werden. Durch die Oberflä-chenaktivierung kommt es an der Ther-moplastoberfläche zu neuen funktionel-len Gruppen. Dies führt zu einer Steige-rung der Oberflächenenergie, was wie-derum eine Verbesserung der Haftung zur Folge haben kann [11], [12], [13], [14].

Experimente

MaterialienFür die nachfolgenden Untersuchungen wurden als Hartkomponente drei Ther-moplaste (Tabelle 1) ausgewählt. Als Weichkomponente wurde ein selbsthaf-tendes LSR (Silopren LSR 2742, Momenti-ve Performance Materials) verwendet.

PrüfkörperherstellungZunächst erfolgte die Herstellung der Thermoplastplatten auf einer Mehrkom-ponenten-Spritzgießmaschine Arburg Allrounder 370A 600-70//70 (600kN Schließkraft, Arburg GmbH & Co KG, Loßburg, Deutschland) mit Spritzaggre-gatanordnung in L-Stellung (Hauptach-se: flüssigtemperiertes LSR-Spritzaggre-gat, Nebenachse: Thermoplast-Aggre-gat) und Robot-System. Nach Einspritzen der Thermoplastkomponente wurde die-se händisch entnommen und silikati-siert. Das anschließende Aufspritzen der Silikonkomponente erfolgte per Umsetz-technik mit einem Robotersystem. Tabel-le 2 zeigt die verwendeten Spritzgießpa-rameter für die jeweiligen Thermoplast- und LSR-Komponenten.

Probenpräparation für die Oberflächen-vorbehandlungDie Silikatisierung erfolgte mittels eines Handbeflammungsgerätes (GVE2/HB, SURA Instruments GmbH, Jena, Deutsch-land). Die eingesetzten Pyrosilkartu-schen enthalten ein Propan-Butan-Ge-misch mit Aktvierungsbestandteilen (si-liziumhaltige Substanz, woran sich wie-derum funktionelle Gruppen, wie z. B. Aminogruppen anbinden können). Durch eine Hochtemperaturflamme (1300°C) wird der Inhalt der Kartusche vollständig in Silikatpartikel umgesetzt. Es bildet sich an der Thermoplastoberfläche eine Silikatschicht, bestehend aus Silizium-oxiden (SiOx, eine dünne, chemisch hochreaktive, Glasschicht) [15], [16]. Für die nachfolgenden Versuche wurde ein fahrbarer Schlitten mit einer feuerfesten Platte versehen. Der Brenner des Beflam-mungsgerätes wurde an einer höhenver-stellbaren Querstange befestigt. Da-durch können Prüfgeschwindigkeit und Flammenabstand konstant gehalten werden. Für die nachfolgenden Versuche wurde eine Geschwindigkeit von 0,4 m/s

Abb. 1: Bereiche, die mikroskopisch untersucht wurden.

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bei einem Flammenabstand von 15 mm gewählt.

AnalysemethodenNach der Oberflächenvorbehandlung wurden alle Thermoplaste mit folgenden Methoden untersucht:

■ Untersuchung der Oberflächenrau-heit mittels konfokaler Lasermikros-kopie

■ Benetzungsverhalten mittels Drop-Shape Analyse (DAS-Analyse)

■ FTIR-Analyse zur Ermittlung chemi-scher Verbindungen

Tabelle 3 zeigt die Lagerdauer der verwen-deten Thermoplaste nach der Aktivierung zur weiteren Oberflächenanalyse.

Mikroskopie (Konfokales Lasermikroskop)Um die Oberflächenrauheiten nach der Silikatisierung an der Oberfläche zu un-tersuchen, wurden mikroskopische Ana-lysen mittels konfokalem Lasermikros-kop (Confocal Scanning Laser Micro-scope, LEXT, OLS3100/OLS3000, Olym-

1 Verwendete MaterialienMaterial Bezeichnung MaterialherstellerPolypropylene PP Sabic 575P SabicPolyamide Ultramid B3S BASFPolycarbonate Calibre Megarad 2081 Trinseo

3 Lagerdauer Thermoplaste nach der Aktivierung zur OberflächenanalyseMaterial Ohne Aktivierung 0 Tage 1 Tag 3 Tage 7 Tage 14 Tage 28 TagePP Sabic 575P PC Calibre megarad 2081

PA B3S

2 Spritzgießparameter Thermoplaste und Flüssigsilikonkautschuk (LSR)Parameter PA PC PP LSRMassetemperatur [°C] 260 300 190 20Werkzeugtemperatur [°C] 60 100 60 140



pus) durchgeführt. Hierfür wurden die Platten direkt mikroskopiert. Die Unter-suchung der Platten erfolgte an drei Stellen (Abbildung 1) an jeweils drei Prüfplatten. Es war daher keine weitere Probenpräparation erforderlich. Alle Thermoplaste wurden mit derselben Ver-größerung (500x) aufgenommen.

KontaktwinkelmessungenZur Analyse der Langzeitbeständigkeit wurden alle aktivierten Thermoplaste an Luft gelagert (0-, 1-, 3-, 7-,14-, 21-, 28 Tage) und anschließend mittels der Drop Shape Analyse Methode mit einem Kon-taktwinkelmessgerät (EasyDrop DSA 20B, Krüss GmbH, Hamburg, Deutsch-land) untersucht. Hierfür wurden Kon-taktwinkel auf der Oberfläche gemessen (DIN 55660-1), die Rückschlüsse auf das Benetzungsverhalten geben sollen. Hier-zu wird mit Hilfe einer am Gerät ange-brachten Spritze ein Wassertropfen auf die Thermoplastoberfläche aufgebracht, der mit einer Kamera aufgenommen wird. Die Kontur des Tropfens wird mit der Kamera erfasst und der Drei-Phasen-Winkel (an den Grenzflächen fest/flüs-sig/gasförmig einer Testflüssigkeit) per Software bestimmt. Bei einem Kontakt-winkel von 0° liegt eine komplette Benet-

zung vor. Als eine definierte Benetzung wird ein Kontaktwinkel bezeichnet, der zwischen 0°< Θ <90° (partielle bis gute Benetzung) liegt. Keine Benetzung er-folgt bei einem Kontaktwinkel Θ ≥ 180°. Es wurden pro Charge drei Prüfkörper mit jeweils drei Tropfen (gemäß Abbil-dung 1) gemessen.

FTIR-SpektroskopieWeitere Untersuchungen bezgl. der Oberflächenaktivierung vor und nach der Lagerung erfolgte mittels Fourier-Transform-Infrarotspektrometrie (FTIR-Spektrometrie) mit einem FTIR-Spektro-meter (Shimadzu, IRAffinity -1S). Die Proben wurden mit der Attenuated Total Reflection (ATR-Methode) untersucht. Bei diesem Verfahren wird die Totalrefle-xion an der Grenzfläche zweier optisch verschiedener Medien (Kristall und Pro-be) ausgenutzt. Hierzu wird die zu unter-suchende Probe in optischen Kontakt mit einem Kristall (hier: ZnSe, 45°) gebracht, der einen höheren Brechungsindex als die Probe selbst besitzt. Trifft der IR-Strahl in einem Kristall schräg auf die Grenzfläche zur Probe, so wird dieser in den Kristall zurück reflektiert. Die Inten-sität des reflektierenden Lichts wird ge-messen und kann Rückschlüsse über das

absorbierende Medium zulassen. Für die nachfolgenden Untersuchungen wurden nicht aktivierte und aktivierte Proben nach Lagerung gemessen und verglichen. Die Messungen erfolgten ohne Proben-präparation direkt an der Thermoplast-platte. Mit Hilfe einer Andruckplatte und einem Anpressblock wurde die Probe an die Seiten des Kristalls gepresst und ge-messen. Es wurden pro Charge drei Pro-ben, jeweils in der Mitte der Thermo-plastplatte, gemessen.

„Peel“ Test in Anlehnung an die VDI 2019Die silikatisierten Thermoplaste wurden anschließend mit haftendem LSR mit der Spritzgießmaschine gemäß den Parame-tern aus Tabelle 2 überspritzt (Maße Prüfkörper: Thermoplastplatte: 150 mm x 50 mm x 2 mm. LSR-Lasche: 210 mm x 20 mm x 2 mm). In Anlehnung an die VDI 2019 wurde der Schälwiderstand aller Materialien auf einer Zugprüfmaschine (Hegewald & Peschke 5 kN, Geschwin-digkeit: 100mm/min.) untersucht. Pro Charge wurden 5 Prüfkörper getestet. Abbildung 2 zeigt die verwendete Prüf-körpergeometrie in Anlehnung an die VDI 2019 [17].

Ergebnisse und Diskussion

Mikroskopie (Konfokales Laser-mikroskop – Einfluss der Lagerung auf die Oberflächenrauheit)Abbildung 3 und 4 zeigen die Ergebnisse der Mikroskopie. Ermittelt wurde hierbei die gemittelte Rautiefe Rz. Die silikati-sierten PP-Platten in Abbildung 3 zeigen signifikant niedrigere Kennwerte als die unbehandelten Proben. Bei den unbe-handelten Proben konnte ein Rz-Wert von 0,39 ermittelt werden. Nach der Sili-katisierung ist ein Rückgang der Ober-flächenrauheit zu verzeichnen (Rz: 0,13).

Abb. 2: Probekörper in Anlehnung an VDI 2019 mit 1: Hart-Komponente, 2: Weich-Kompo-nente (eigene Darstellung).

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Abb. 3: Mikroskopie Aufnahme PP ohne Aktivierung (links, Rz: 0,39) und PP silikatisiert (rechts, Rz: 0,13).

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Durch die Oberflächenvorbehandlung wird eine glattere Oberfläche erzeugt.

Abbildung 4 zeigt die ermittelten Oberflächenrauheiten nach der Lager-dauer aller Materialien. Auch bei PA und PC ist ein deutlicher Rückgang der Ober-flächenrauheit nach der Silikatisierung zu erkennen. Nach der Aktivierung sin-ken die Kennwerte bei allen Materialien signifikant. Nach der Lagerdauer ist ein Steigen der Kennwerte für alle Materiali-en, insbesondere für PP und PA, zu ver-zeichnen.

KontaktwinkelmessungenAbbildung 5 oben zeigt eine Übersicht aller gemessenen Thermoplaste vor und nach der Oberflächenvorbehandlung so-wie ein Beispiel der dazugehörigen Foto-aufnahmen der Kontaktwinkel (Abbil-dung 5 unten). Da sich für PA und PC ein ähnliches Verhalten gezeigt hat, werden hier nur die Fotoaufnahmen von PP und PA gezeigt. Bei den unbehandelten Pro-ben ist ein unpolares Verhalten (hoher Kontaktwinkel), was auf eine schlechte Benetzung zurückzuführen ist, zu sehen. Nach der Silikatisierung sind bei allen drei Thermoplasten deutliche Reduktio-nen der Kontaktwinkel erkennbar, was für eine Verbesserung des Benetzungs-verhaltens spricht. Bei allen Materialien kann eine Änderung an der Thermoplast-Oberfläche nachgewiesen werden. Bei PP zeigt sich bis zu drei Tagen ein relativ konstantes Benetzungsverhalten. Nach vier Wochen Lagerzeit kann für alle Ma-terialien ein signifikanter Anstieg der Kontaktwinkel verzeichnet werden. Die-ser ist jedoch noch geringer, als bei unak-tivierten Thermoplasten. Es ist jedoch zu erwähnen, dass der Zusammenhang zwi-schen Benetzbarkeit und der Haftung nicht in allen Fällen besteht, da Untersu-chungen gezeigt haben, dass trotz einer verbesserten Benetzbarkeit durch Vorbe-handlungen an der Oberfläche in weni-gen Fällen keine signifikant verbesserte Haftung entstehen muss [19].

FTIR-SpektroskopieAbbildung 6 zeigt die Ergebnisse der FTIR-Messung anhand des Beispiels von akti-viertem PP vor und nach 28 Tagen Lage-rung. Nach der Silikatisierung (schwarz) sind deutliche Änderungen im Bereich 1090-1030 cm-1 erkennbar. Dies ist auf die Entstehung von Silicium-Verbindun-gen (Si-O-Si), die mittels der Aktivierung aufgebracht wurden, zurückzuführen. Weitere Änderungen können im Bereich 1250-1100 cm-1 (Si-NH2) detektiert wer-

den. Eine Lagerung nach 4 Wochen (grü-ne Linie) zeigt einen Rückgang der ent-standenen Verbindungen. Die Aktivitäts-erhöhung der Oberfläche ist jedoch ein reversibler Effekt, welcher nach einiger Zeit wieder auf seinen Anfangswert zu-rücksinken kann [20]. Analog hierzu kön-nen die bei Ergebnisse bei PC gesehen werden. Auch hier konnte ein Rückgang der chemischen Verbindungen nach 28

Tagen Lagerzeit detektiert werden. Auch dort zeigten sich ähnliche Tendenzen. Bei PA sind vor und nach der Lagerung etwas geringere Unterschiede erkennbar.

„Peel“-Test in Anlehnung an VDI 2019Abbildung 7 zeigt die Ergebnisse der „Peel“-Test-Versuche in Anlehnung an die VDI 2019. Für die Untersuchungen wurden alle Thermoplaste gemäß Tabel-

Abb. 4: Oberflächenrauheiten nach Lagerung.

Abb. 5: Kennwerte der Kontaktwinkelmessungen nach Lagerung aller Thermoplaste (oben) mit dazugehöriger Bildaufnahme (unten).

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le 3 aktiviert, gelagert und anschließend mit selbsthaftendem LSR überspritzt. Wie zu erwarten konnte lediglich für PA ohne Aktivierung mit dem LSR ein Haft-verbund erzeugt werden. Nach der Ober-flächenaktivierung sind für alle drei Ma-terialien Schälwiderstände im Bereich

von 3N/mm zu verzeichnen. Die Kenn-werte für Polypropylen nehmen bereits nach einem Tag ab, sind jedoch bei einer Lagerzeit von drei bis 14 Tagen auf ähnli-chem Niveau. Bei PA und PC ist zunächst ein leichter Anstieg der Kennwerte er-kennbar. Die PC-Proben sind bis zu 14

Tagen stabil, nehmen danach ab. Die PA-Verbunde zeigen innerhalb der Lagerun-gen kaum signifikante Unterschiede und sind auch nach 4 Wochen Lagerzeit sta-bil.

Zusammenhänge zwischen Schälwider-stand und Kontaktwinkel/Oberflächen-rauheit nach Lagerzeit der Thermoplas-toberflächenAbbildung 8 und 9 zeigen die Zusam-menhänge zwischen der Haftung und dem Kontaktwinkel/Oberflächenrauheit über der Lagerzeit anhand von Polypro-pylen. Bei den Materialien PA und PC sind ähnliche Tendenzen erkennbar, weswe-gen hier nur die Wirkungsflächen Dia-gramme für PP aufgezeigt werden. Be-züglich des Kontaktwinkels ist mit stei-gender Lagerdauer ein wachsender Kontaktwinkel erkennbar. Dies führt wie-derum zu einer Verschlechterung der Haftungseigenschaften. Analog dazu sind die Ergebnisse der Zusammenhänge zwischen Haftung und Oberflächenrau-heit über der Lagerdauer zu sehen. Durch die Oberflächenaktivierung entsteht ei-ne Reduktion der Oberflächenrauheit, was wiederum zu einer steigenden Haf-tung führt. Nach der Lagerzeit kommt es zu einem Ansteigen der Rauheitswerte, die zu einer Verschlechterung der Haf-tung führen.

ZusammenfassungDie Ergebnisse in diesem Forschungsvor-haben haben gezeigt, dass durch das Sili-katisierungsverfahren Haftverbunde mit sehr guten Festigkeiten aus PP und PC mit LSR erzeugt werden können. Durch das Auftragen der reaktiven Silikonoxide kommt es zu einer Erhöhung der Ober-flächenenergie, während simultan eine definierte chemische Oberflächenstruk-tur geschaffen wird. Außerdem erlangt die Oberfläche durch die Siliziumoxide hydrophile Eigenschaften, die sich eben-

Abb. 6: FTIR-Spektrum von aktiviertem PP vor und nach 28 Tagen Lagerung.

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Abb. 7: „Peel“-Test nach Lagerung.

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Abb. 8: Wirkungsflächen-Diagramm: Schälwiderstand/Kontaktwinkel/Lagerzeit

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falls positiv auf die Benetzung und somit auf die Haftung auswirken konnten. Die Kennwerte der PA-Proben konnten durch die Oberflächenaktivierung, verglichen mit den unaktivierten Proben, noch zu-sätzlich gesteigert werden. Die mikros-kopischen Untersuchungen machen deutlich, dass nach der Oberflächenakti-vierung bei allen verwendeten Thermo-plasten die Oberflächenrauheit signifi-kant abnimmt. Durch eine glattere Ober-fläche könnte eine bessere Haftung zwi-schen Thermoplast und LSR begünstigt werden [18]. Dies zeigen auch die Zu-sammenhänge aus Abbildung 9. Die Er-gebnisse der Kontaktwinkelmessungen zeigen bei allen verwendeten Thermo-plasten eine Abnahme der Kennwerte nach der Aktivierung. Durch die Redukti-on des Kontaktwinkels (Erhöhung der Oberflächenpolarität) erhöht sich die Oberflächenenergie. Dies wiederum kann zu einer Verbesserung der Haf-tungseigenschaften an der Oberfläche geführt haben [21]. Nach einer vierwö-chigen Lagerdauer ist ein Anstieg der Werte bei allen Thermoplasten zu ver-zeichnen. Das führt wiederum zu einer Verschlechterung der Haftung (vgl. Abbil-dung 8). Auch die FTIR-Analysen haben bei PC und PP nach 4 Wochen Lagerzeit ein Rückgang der aufgebrachten chemi-schen Verbindungen gezeigt. Bei PA wa-ren die Unterschiede zwischen 0- und 4 Wochen Lagerzeit geringer. Dies könnte bei PA dazu geführt haben, dass die Schälwiderstände nach einer vierwöchi-gen Lagerzeit nur geringfügig abnehmen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die nach der Aktivierung entstandenen Carbonyl-, Carboxyl- und Hydroxylgruppen in der Lage sind, mit dem nachfolgend aufge-brachten Silikon stärkere Wechselwir-kung (beruhend auf Van der Waals Kräf-ten) einzugehen als die unpolaren Koh-lenwasserstoffketten der Thermoplaste. Die Aktivitätserhöhung der Oberfläche ist jedoch ein reversibler Effekt, welcher nach einiger Zeit wieder auf seinen An-fangswert zurücksinken kann [20]. Eine zeitnahe Weiterverarbeitung ist daher ein wichtiger Aspekt.

Die Untersuchungen zeigen, dass LSR-Thermoplastverbunde durch das Si-likatisierungsverfahren großes Potenzi-al aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass neben den gängigen Materialpaarun-gen PA mit haftendem LSR durch die Oberflächenaktivierung auch Materiali-en wie PP und PC einen sehr guten Ver-bund eingehen können. Dadurch kön-nen neue Anwendungsgebiete geschaf-

fen (z. B. das Ersetzen von Verschrauben zweier Materialien) und bereits beste-hende Produkte weiter optimiert wer-den. Des Weiteren ermöglichen neue Materialkombinationen erhebliche Kos-teneinsparungen in Material (vgl. PP: 2 Euro/kg; PA: 4 Euro/kg) sowie Herstel-lungskosten (Herstellung erfolgt in ei-nem Schritt) [22]. Künftig ist es denkbar, dass durch die Herstellung neuer Mate-rialkombinationen neue Märkte eröff-net werden können. Durch die stets neu entwickelten Variationen entsteht ein zukunftsorientierter Werkstoff, der mit anderen, bisher konventionell verwen-deten Materialgruppen, am Markt be-stehen kann.

Acknowledgement:Ein besonderer Dank gilt den Firma Mo-mentive Performance Materials, Leverku-sen für die Bereitstellung der Materialien und den Support.

References:[1] C. Oehr: Plasmaverfahren zur Oberflächen-

behandlung medizinischer Güter, VDI-Gesell-schaft Kunststofftechnik in Kunststoffe in der Medizintechnik (2010).

[2] C. Lange: Mehrkomponententechnik - Neue Möglichkeiten durch Plasmavorbehandlung, VDI-Gesellschaft Kunststofftechnik, Kunst-stoffe in der Medizintechnik (2004).

[3] R. Kleeschulte, E. Moritzer, Kunststoffe, 8 (2014) 50.

[4] S. Wurst, M. Weigelt, Kunststoffe, 3 (2003) 38.[5] C. Lange, Kunststoffe, 91 (2001) 12.[6] M. Bräuer, M. Edelmann, KGK Rubberpoint,

67(2014) 22. [7] K. Pohmer, Kunststoffe, 2 (2000) 94.[8] P. Müller, G. Eberl: Self-adhesive addition-

crosslinking silicone compositions, Wacker-Chemie GmbH, US6, 489, 031B2 (2002).

[9] C. Ronnewinkel: Mehrkomponentenspritz-gießen von Flüssigsilikon-Thermoplast- Verbundbauteilen, Dissertation, Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), RWTH, Aachen (2001).

[10] C. Baumgart, K. Krug, V. Altstädt, Kunststoffe, 10 (2014) 134.

[11] T. Struppert, A. Heft, B. Grünler, Thin Solid Films, 520 (2012) 4106.

[12] F. Awajaa, M. Gilbert, G. Kelly, B. Fox, P. Pigram, Progress in Polymer Science, 34 (2009) 948.

[13] E. Liston, The Journal of Adhesion, 30 (2006) 199.

[14] W. Michaeli, A. Hegenbart, D. Binkowski, F. v. Fragstein, Kunststofftechnik/Journal of Plastics Technology 3 (2007) 2.

[15] SURA Instruments: Handbuch GVE2/HB, Pyrosil SURA Instruments GmbH (2004).

[16] J. Tiller, S. Lee, K. Lewis, A. Klibanov, Biotechnology and Bioengineering, 79 (2002) 465.

[17] VDI Richtlinie: Prüfung der Haftung von thermoplastischen Elastomeren (TPE) an Substraten, VDI 2019 (2012).

[18] C. Baumgart, B. Höll, T. Neumeyer, V. Altstädt, Kunststoffe 8 (2016) 104.

[19] M. Rasche, Adhäsion (1990) Heft 1/2.[20] T. Richter, H.-J. Tiller, Vakuum in Forschung

& Praxis 16 (2004) 85. [21] Y. Yonemoto, T. Kunugi, International

Journal of Heat and Mass Transfer, 96 (2016) 614.

[22] Kunststoff Information Verlagsgesellschaft mbH, Polymerpreise, Technische Thermo-plaste September 2017: Differenziertes Bild / Abschläge bei PC und PA 6 / Weitere subs-tanzielle Aufschläge bei PMMA und nun auch PBT / Trends setzen sich im Oktober fort (2017).

Abb. 9: Wirkungsflächen-Diagramm: Schälwiderstand/Oberflächenrauheit/Lagerzeit.

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