Fluorieren verbessert Oberflächen-Eigenschaften von ... · Fluorieren verbessert...
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Fluorieren verbessert Oberflächen-Eigenschaftenvon Kunststoffen
Lohnarbeiten für Ihren ErfolgLangzeitstabil bei unveränderten Maßen
Benetzbarkeit erhöhen
Reibung und Klebrigkeitreduzieren
Klebstoff- und Lackhaftung verbessern
Permeation, Diffusion und Migration verringern
Wichtige Auswahlkriterien für Kunststoffesind mechanische und thermische Eigen-schaften, Verarbeitbarkeit und Preis. Ist eingeeignetes Material gefunden, genügt dieOberfläche oft nicht den Anforderungen.Dabei ist die Oberfläche die einzige Mate-rialeigenschaft, die unabhängig verändertwerden kann. Gasphasen-Fluorierung isthäufig die richtige Lösung.
Die chemische Reaktion
Bei der Fluorierung wird die Oberfläche derKunststoffteile einem Fluorgemisch ausge-setzt. Durch seine hohe Reaktivität ersetztFluor partiell Wasserstoffatome an der Ma-terialoberfläche. Die veränderten Oberflä-chen-Eigenschaften resultieren vor allemaus der erhöhten Oberflächenenergie undder Polarität der Oberfläche. Durch gezielteProzesssteuerung lässt sich das Fluorie-rungs-Ergebnis optimal auf das Ausgangs-polymer und die gewünschte Anwendungabstimmen.
Fluorierung ist eine chemische Reaktion undkeine Beschichtung. So liegt die Eindring-tiefe der Fluoratome in das Substrat im mo-lekularen Bereich. Die Eigenschaften desBasismaterials und seine Maße bleibenvöllig unverändert.
Der BehandlungsablaufAlle relevanten Behandlungsparameter wer-den in einer Testphase auf Produkt und Behandlungsziel abgestimmt. Diese Wertebilden dann das Rezept für die Serienpro-duktion.
Folgende relevanten Prozessparameter wer-den automatisch und reproduzierbar geregelt:
• Fluor-Konzentration• Behandlungsdauer• Prozess-Temperatur
unfluorierte unpolare Polymerkette
fluorierte polare Polymerkette
F
HF
F2
+ + +
+++
– – –
–––+ + +
Chargen-Fluorierung offline
Dreidimensionale Formteile werden in ei-nem diskontinuierlichen Prozess behandelt.In der Vakuumkammer werden sie entspre-chend dem entwickelten Rezept vorbehan-delt. In einer zylindrischen Kammer werdenKleinteile von wenigen mm Größe alsSchüttgut behandelt. In einer kubischenKammer werden größere oder mechanischempfindliche Teile in Körben, Gitterboxenoder speziellen Ladungsträgern einge-bracht. Sie können nahezu die kompletteKammer ausfüllen.
Viele Branchen
Die Bauteile und Materialien erhalten an ih-rer Oberfläche wichtige neue Eigenschaften,oftmals sind jetzt preiswertere Lösungenmöglich, ohne mit hohem Aufwand andereMaterialien oder Verarbeitungsmethodensuchen zu müssen. In vielen Branchen wirddie Fluorierung erfolgreich eingesetzt:
• Automobile • Baustoffe• Beleuchtung• Druckerzeugnisse• Elektrotechnik• Filtration• Luft- und Raumfahrt• Medizintechnik• Technische Gebäudeausrüstung• Technische Textilien• Tunnelbau• Verpackungen • Weiße Ware, Elektrogeräte
Fluorieren bei Raumtemperatur
Auch thermisch empfindliche Teile könnenfluoriert werden. Die Behandlung erfolgtbei gleichmäßigen, niedrigen Temperatu-ren, meist etwa bei Raumtemperatur. LokaleTemperaturspitzen gibt es nicht.
Bauteil
Fluor Restgase
Bauteil mitaktivierterOberfläche
Bahnen-Fluorierung inline
Beim Inline-Verfahren wird Bahnenwarekontinuierlich fluoriert. Durchlaufgeschwin-digkeit und Fluorgaskonzentration bestim-men das Behandlungsergebnis. Die Anlageist eingerichtet für die Behandlung von Bah-nenware bis b = 2100 mm unterschiedlicherDicken und Materialien von Rolle zu Rolle.Wir behandeln:
• 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 Oberflächeneigenschaftensind somit langzeitstabil.
Komplexe Geometrien
Gasphasen-Fluorierung führt zu absolutgleichmäßigen Behandlungsergebnissen.Hohlräume, Hinterschnitte, Vertiefungenund Umgriffe, aber auch strukturierte undraue Oberflächen werden homogen und ver-schattungsfrei erfasst. Das führt zu einergleichmäßig hohen Behandlungsqualitätbis in den hintersten Winkel des Bauteils.
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unbehandelt
Quelle: Innovent e.V.
Obe
rflä
chen
ener
gie
[mN
/m]
direkt 1 Monat 3 Monate 6 MonateLagerzeit
PP Gesamtenergie
Bahn
Fluor Restgase
Bahn mit aktivierterOberfläche
Viele Oberflächeneigenschaften verbessern sich durch den Fluorierungsprozess. Er verändert auf sehreffektive Weise die alleroberste Schicht des Materials, ohne die Eigenschaften des tieferliegendenWerkstoffs zu beeinträchtigen. Diese gezielte Einwirkung ist mit anderen Verfahren nicht erreichbar.Fluorierung ist bei allen Kunststoffen möglich: ABS, EPDM, Kunststoffen aus nachwachsenden Roh-stoffen, NBR, HNBR, PC, PEEK, PMMA, Polyamid, Polyester, glasfaserhaltigen Polymeren, Mischpoly-meren, Polypropylen, Silikon, TPE etc.
Bessere Eigenschaften in der Praxis
Benetzbarkeit erhöhen
Benetzungs-Fluorierung
Für gleichmäßigereFlüssigkeitsfilme
Fluorierung hydrophiliert und er-höht die Beschichtungsqualitätdurch bessere Benetzung, Film-bildung und Adhäsion. Beim Lackieren, Bedrucken und Deko-rieren kann das zu deutlichenEinsparungen führen. Auch führtein besserer Wasserfilm zugleichmäßigerem Trocknen, ei-ner höheren Druckqualität so-wie geringerer Kalk- und Schim-melbildung.
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.
Reibung und Klebrigkeitreduzieren
Klebstoff- und Lackhaftung verbessern
Permeation, Diffusion und Migration verringern
Filtermaterial jetzt hydrophil
Schneller trocknende Haushaltsgeräte
Gute Haftung des Druckes
Einwandfreie Lackschicht an kritischen Stellen
Abtropfverhalten von PS-Röhrchen
Kapillarwirkung von Filtermaterial
Gitter- Schnitt- Test zur Lackhaftung auf Substrat
Haftung von Flock-Material auf Substrat
nicht fluoriert fluoriert
nicht fluoriert fluoriert
Anwendungsbeispiele
Aufgabenstellungen
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 Verstärkungsfasern
für 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
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
nicht fluoriert fluoriert
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
Adhäsions-Fluorierung
Klebstoff- und Lackhaftung verbessern
Benetzungs-Fluorierung
Flüssigkeitsfilme gleichmäßiger
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
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
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 Diesel
aus 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
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 verstärktdiesen Effekt, während kautschuktechnischeEigenschaften unbeeinflusst bleiben.
Einsatz• Zur Minimierung von Reibwert und Schmutz-
anhaftung• Bei Knarz- und Knackgeräuschen durch
hohe 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.
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Masseverlust [g]
unfluoriert
FTS-fluoriert
Quelle: Innovent e.V.100 200 300 400 500 Lagerzeit [h]
Silikon
Gum
mi
nicht fluoriert fluoriert
Aufgabenstellungen
nicht fluoriert fluoriert
nicht fluoriert fluoriert
Etikett-Haftung mit/ohne Diffusion der Füllung
Diffusion von Ingredienzien
Verschmutzungsverhalten von Silikon
Kautschukband klebt nicht - ohne Talkum und SilikonölO-Ringe problemlos vereinzelbar und montierbar
Nicht klebriges Dichtprofil
Chemikalienbehältnisse ohne Diffusion der Füllung
Behältnisse ohne Diffusion der Füllung
Anwendungsbeispiele
Leistungspalette von FTSfür die Veredlung von Oberflächen
Tests und Nullserien
Jede neue Behandlung wird in einer Test-reihe geprüft und auf das Produkt abge-stimmt, bevor die optimalen Behandlungs-parameter feststehen und als Rezepturgespeichert werden. Unsere Kunden neh-men gerne an den Tests teil und prüfen dieneue Wirkung des Bauteils im geplantenEinsatz. Die verwendeten Parameter sindwiederholungssicher und werden in der Se-rienfertigung verwendet.
Serienfertigung
FTS ist eingerichtet auf die Fluorierung vonkleinen und mittleren Serien, auch in großerTeilevielfalt.
• Schüttgüter ab 1 mm Größe, • Bauteile in Gestellen und Ladungs trägern
in Größen bis 1800 mm sowie • Bahnenware bis zu einer Breite von
2100 mm.
FTS ist der Fluorierungs-Spezialist mit derPraxiserfahrung von rund 25 Jahren. DieGrundlage für hohe Kompetenz bilden da-bei die qualifizierten Mitarbeiterinnen undMitarbeiter sowie der Anlagenpark, den dereigene Anlagenbau an der Spitze der Tech-nologie hält. Unsere regelmäßige Teilnahmean Forschungsvorhaben hält uns auf demStand der Technik und zeigt unsere Positionan der Spitze der Entwicklung.
Verfahrensentwicklung
FTS verändert die Eigenschaften von Kunst-stoffoberflächen so, dass die gewünschtenFunktionen optimal erfüllt werden: Adhä-sion, Gleiten, Benetzung und Barrierebil-dung werden optimiert. Trotzdem aber blei-ben Maße und physikalische Eigenschaftendes Bauteils unverändert. FTS zeigt Mög-lichkeiten und Grenzen des Fluorierungs-verfahrens auf.
Benetzbarkeit erhöhen
Service
Schnelle und unkomplizierte Kommunika-tion sorgt für zufriedene Kunden aus vielenBranchen. FTS bietet allen Service, den Siebenötigen:
• Analytische Untersuchungen• Individuelle Kundenverpackung • Einlagerung von Vor- und Fertigprodukten • Just-in-time-Lieferung auf Abruf • Schnelle, unkomplizierte Bearbeitung• Individuelle Etikettierung und Kennzeich-
nung
Qualitätsmanagement
Wir sind zertifiziert nach DIN EN ISO9001:2008 von der TÜV CERT-Zertifizie-rungsstelle des TÜV Hessen, Zertifikat Nr.73 100 145.
• Wir arbeiten mit definierten Parameter-sätzen. Diese werden mit dem Kunden,seinem Produkt und seiner Anwendungbei der Bemusterung festgelegt und alsRezept in der SPS-Steuerung gespeichert.
• Der Prozessablauf während der Fluorie-rung ist voll automatisiert. Soll-Ist-Abwei-chungen werden erkannt und gemeldet.Der Prozessablauf wird vollständig doku-mentiert.
• Die Messung der Oberflächenspannungerfolgt mit Testtinten nach DIN ISO 8296.
• Auf Wunsch werden Erstmuster-Prüfbe-richte und Prüfzertifikate erstellt.
Barriere-Fluorierung Gleit-Fluorierung Adhäsions-Fluorierung Benetzungs-Fluorierung
Reibung und Klebrigkeitreduzieren
Klebstoff- und Lackhaftung verbessern
Permeation, Diffusion und Migration verringern
Verfahrensvorteile der Gasphasen-Fluorierung
• LangzeitstabilDie erzielten Oberflächeneffekte sind je nach Materialfür mehrere Monate stabil.
• Gleichmäßig und geometrieunabhängigSelbst tiefliegende Nuten, Hinterschnitte oder Innen-räume mit kleiner Öffnung werden gleichmäßig vor-behandelt. Alle offenliegenden Oberflächen habengleiche Eigenschaften.
• ReproduzierbarIm vollautomatisierten Prozessablauf sind die Ein-flussfaktoren gut zu steuern und zu überwachen; dasErgebnis ist zu späteren Zeitpunkten exakt erneut zuerzielen.
• Thermisch unkritischDer Behandlungsprozess läuft bei niedrigen Tempe-raturen ab, die für das Kunststoffmaterial unkritischsind. Temperaturspitzen gibt es nicht.
• Antibakterielle WirkungFluorieren hat für begrenzte Zeit eine antimikrobielle Wirkung.
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.Sprechen Sie uns an.
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 …
Fluor Technik System GmbHAltebergstraße 27–29D- 36341 Lauterbach / HessenTel. +49 (0) 6641 9685 0Fax +49 (0) 6641 9685 [email protected]
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