Oberflächenvorbehandlung – der „Faktor X“ des Klebens · INNOVENT Technologieentwicklung...

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


INNOVENT

Inhalt


• INNOVENT Technologieentwicklung

• Oberflächenvorbehandlung – Warum?

• Verfahren

• Ergebnisse und Anwendungen

• Zusammenfassung


INNOVENT

INNOVENT e.V.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


INNOVENT

Forschung im Profil

• Forschungsbereiche:

• Applikationsfelder : Glas, Metall, Kunststoff, Medizintechnik, Optik, Mikrosystemtechnik


BiomaterialienBiomaterialien

Magnetische u. Optische SystemeMagnetische u. Optische Systeme

Primer u. Chem. OberflächenbehandlungPrimer u. Chem. Oberflächenbehandlung

Analytik / WerkstoffprüfungAnalytik / Werkstoffprüfung

OberflächentechnikOberflächentechnik


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)



INNOVENT

Oberflächenvorbehandlung –

Warum?


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



INNOVENT


• 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



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)


Elektro-chemische Verfahren


INNOVENT

Verfahren


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


INNOVENT

Verfahren

• Propan-Flamme streicht über Oberfläche

C3H8 + 5 O2 � 3 CO2 + 4 H2O

• Einstellbare Parameter

– Gas/Luft-Verhältnis

– Abstand

– Geschwindigkeit

– Brenner


Beflammung


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


INNOVENT

Verfahren

PYROSIL®

• Unterschiedliches Erscheinungsbild der Pyrosil-Flamme im

Gegensatz zur normalen Propanflamme


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


INNOVENT

Elektrochemische Silikatisierung

Substrat Gegen-

elektrode

Silkatisierungslösung

Verfahren


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



INNOVENT

Ergebnisse und Anwendungen


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



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)




INNOVENT


• Variation des Gas/Luft –Verhältnisses zeigt unterschiedliche

Haftwerte bei Polyethylen-Typen

Beflammung



INNOVENT


• Die zugehörigen Oberflächenenergien verlaufen beim PE-LD

umgekehrt zur Haftfestigkeit

Beflammung



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



INNOVENT

Silikonhaftung auf Pulverlacken


mit PYROSIL®ohne PYROSIL®

ZusammenarbeitZusammenarbeit mitmit WackerWacker ChemieChemie GmbHGmbH



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




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!

Oberflächenvorbehandlung – der „Faktor X“ des Klebens · INNOVENT Technologieentwicklung...

Documents

Transcript of Oberflächenvorbehandlung – der „Faktor X“ des Klebens · INNOVENT Technologieentwicklung...