PVD-Beschichtung von Kunststoffen

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1 Projektziel Ziel des Projektes ist es, Grundlagen für eine erfolgreiche PVD-Beschichtung in Kombination mit dem Spritzguss und den notwendigen Lacksystemen ohne den Einsatz eines Primers zu erarbeiten. Es sollen konkurrenzfähige Produkte entstehen, die gängigen Prüfvorschriften, wie z. B. Automotive Anforderungen entsprechen. Hierzu werden Kunststoffteile mit innovativen Werkzeugen und Verfahrenskonzepten produziert, beschichtet, analysiert und getestet. Projektleistungen Folgende Punkte werden innerhalb des Projektes bearbeitet: PVD-Metallisieren Bestimmung kunststoffspezifischer Prozessparameter zur Optimierung der Bauteiloberfläche Verwendung innovativer Temperiertechniken Direktmetallisieren ohne Primer Marktübersicht PVD Anlagenhersteller und Verfahrensarten Einsatzbereiche Lacksysteme UV- Clearcoat Bestehende Schichtsysteme Möglichkeiten und Grenzen der Farbgebung Haftungsmechanismus und Schichtcharakterisierung Recherche nach dem Stand der Technik Erarbeitung von Grundlagen für neue Prüfmethoden Charakterisierung von Kunststoffoberflächen Schichtdickenmessung Haftungsprüfungen zwischen Kunststoff-PVD/PVD- Lack Anpassung von Spritzgussparametern Einsatz verschiedener Vorbehandlungen Projektdaten Projektname: PVD Beschichtung Projektstart: Februar 2014 Projektlaufzeit: 2 Jahre Projektkosten: /Jahr* Die Rechnungsstellung erfolgt in Teilbeträgen jeweils zum Start des Projektes und nach einer Laufzeit von einem Jahr. *Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff- Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag. Quereinstieg möglich Auch nach Projektstart ist ein Quereinstieg jederzeit möglich. Information Weitere Auskünfte zum Projektinhalt und ablauf erhalten Sie über unsere Internetseite oder durch einen direkten Kontakt: Carl Schulz, M.Sc. +49 (0) c.schulz@kunststoff-institut.de Ralf Zahradnik, Lackiermeister +49 (0) zahradnik@kunststoff-institut.de Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH (K.I.M.W.) Karolinenstraße Lüdenscheid Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) mail@kunststoff-institut.de Verbundprojekt PVD-Beschichtung von Kunststoffen Effizienzsteigerung durch Direktmetallisierung

2 Inhalt PVD-Beschichtung von Kunststoffen Einleitung Stand der Technik Die dekorative Metallisierung von Kunststoffen mittels PVD-Technik (physical-vapor-deposition) ist eine schnell voranschreitende Technik, die viele neue Möglichkeiten und Chancen für das Oberflächendesign bietet. Etablierte Systeme werden bereits seit einigen Jahren in diesem Bereich angewendet. Sie bieten sowohl prozesstechnisches als auch finanzielles Optimierungspotential. Zudem ermöglichen verschiedene Abscheidungstechniken unterschiedliche Schichtqualitäten, was sich in der optischen Erscheinung sowie in der Abformgenauigkeit wiederspiegelt. Bessere Produktqualität von metallisierten Kunststoffbauteilen Ein gutes Beschichtungsergebnis ist stark abhängig vom gewählten Kunststoffmaterial und den Verarbeitungsparametern im Spritzguss. Raue Oberflächen werden stumpfmatt, glatte Oberflächen wirken glänzender. Kleinste Unebenheiten bzw. Fehler in der Oberfläche (wie Kratzer) werden durch die Beschichtung verstärkt wiedergegeben. Deshalb sind vorhandene Oberflächenfehler durch eine Vorlackierung auszugleichen. Überdies muss sichergestellt sein, dass keine Ausgasungen aus dem Kunststoff entstehen oder zu fehlerhaften Teilen führen. Ferner hat das Handling zwischen den einzelnen Fertigungsschritten wesentlichen Einfluss auf die Oberflächengüte. Teil mit Oberflächenfehlern Variotherm ohne Fehler Nur wer die gesamten Prozessschritte sicher beherrscht, ist in der Lage, die vielseitige und umweltfreundliche PVD-Technik gewinnbringend einzusetzen. Projektschwerpunkte Direktmetallisierung ohne Primer Bei der klassischen PVD-Beschichtung werden Oberflächenfehler an den zu metallisierenden Spritzgießteilen durch das Lackieren eines Primers egalisiert. Dieser zusätzliche Prozessschritt erzeugt hohe Kosten und Ausschussraten. Innerhalb dieses Projektschwerpunktes soll mit Hilfe variothermer Werkzeugtemperierung eine ausreichende Oberflächengüte des Spritzgießteils hinsichtlich einer Direktmetallisierung erzielt werden, um auf den Prozessschritt des primerns verzichten zu können. Diesbezüglich werden innovative Temperiertechniken in praktischen Versuchen erprobt. Was ist ein Verbundprojekt? In den Verbundprojekten entwickelt das Institut für die teilnehmenden Unternehmen ein innovatives Thema. Dieses ist praxisnah, mit hohem technologischem Know-how und wird ausschließlich über Teilnehmer-Beiträge finanziert. Vorteile eines Verbundprojektes Kostensharing = niedrige Projektbeiträge pro Teilnehmer Geringe Personaleinbindung der teilnehmenden Firmen Technologische Marktführerschaft Netzwerkbildung Interdisziplinärer Erfahrungsaustausch Mitarbeiterweiterbildung/-qualifizierung Zeit- und kostenintensive Untersuchungen sowie die Projektabwicklung erfolgen ausschließlich durch das Institut. Die Personaleinbindung der Firmen beschränkt sich im Minimum auf die Teilnahme an den Projekttreffen (i. d. R. zwei- bis dreimal im Jahr). Geheimhaltung Sämtliche Projektergebnisse unterliegen während der Projektlaufzeit der Geheimhaltung. Ergebnisse von firmenspezifischen Untersuchungen werden vertraulich behandelt. Marktübersicht Der Einstieg in die Thematik wird durch eine Marktrecherche der bestehenden Anlagentechnik und der etablierten Schichtsysteme erfolgen. Dazu werden Anwendungen und innovative Möglichkeiten gleichermaßen begutachtet und analysiert. Es sollen die verschiedenen PVD-Metallisierungsverfahren vorgestellt und Besonderheiten erläutert werden. Dazu zählen u. a. die Anlagentechnik der verschiedenen Hersteller, deren Vor- und Nachteile sowie die Möglichkeiten und Grenzen zur Erzeugung farbgebender Schichten. Dabei tragen Vorträge von externen Spezialisten zum allgemeinen Verständnis bei. Je nach Wunsch der Projektgruppe werden bestimmte Systeme näher begutachtet. Schichtcharakterisierung Die meisten etablierten Charakterisierungsmethoden im Bereich der PVD-Technik sind Verfahren für Schichten, die auf einem metallischen Grundkörper eingesetzt werden. Eine Übertragung auf ein metallisiertes Kunststoffbauteil ist nur begrenzt möglich. Es werden geeignete Methoden recherchiert und ggf. angepasst, um sie bei Kunststoffsubstraten anwenden zu können. Für bestimmte Themenbereiche, wie etwa die Haftfestigkeit zwischen Kunststoff- und PVD-Schicht oder auch zwischen PVD-Schicht und Lackierung sollen neue Verfahren erprobt und auf ihre Anwendbarkeit hin überprüft werden. Ziel ist es, einen messbaren Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der PVD-Schicht und der Anwendbarkeit verschiedener Lacksysteme herzustellen. Anwendungsgebiete Durch ein umfangreiches Angebot möglicher Designs zur Metallisierung, ist die PVD-Technik für sämtliche Branchen anwendbar, bei denen Wert auf eine edle Oberflächendekoration gelegt wird.

3 Informationspräsentation zum Projekt PVD Beschichtung PVD-Beschichtung von Kunststoffen Effizienzsteigerung durch Direktmetallisierung Projektleistung PVD-Metallisieren Bestimmung Kunststoff spezifischer Prozessparameter zur Optimierung der Bauteiloberfläche Verwendung innovativer Temperiertechniken Direktmetallisieren ohne Primer Marktübersicht PVD Anlagenhersteller und Verfahrensarten Einsatzbereiche Lacksysteme UV- Clearcoat Bestehende Schichtsysteme Möglichkeiten und Grenzen der Farbgebung Projektskizze Verbundprojekt PVD Beschichtung von Kunststoffen 2 1

4 Informationspräsentation zum Projekt PVD Beschichtung Projektleistung Haftungsmechanismus und Schichtcharakterisierung Recherche nach dem Stand der Technik Die verschiedenen PVD-Systeme der Marktteilnehmer werden vorgestellt. Erarbeitung von Grundlagen für neue Prüfmethoden Charakterisierung von Kunststoffoberflächen Bestimmung der Oberflächenenergien/Rauigkeiten Schichtdickenbestimmung Haftungsprüfungen zw. Kunststoff-PVD /PVD-Lack Es werden verschiedene Methoden zur Ermittlung der Haftmechanismen untersucht Projektskizze Verbundprojekt PVD Beschichtung von Kunststoffen 3 Projektleistung Anpassung von Spritzgussparametern Mit Hilfe der variothermen Werkzeugtemperierung werden Oberflächen mit ausreichender Güte zur Direktmetallisierung Hergestellt Einsatz verschiedener Vorbehandlungen Es werden verschiedene Vorbehandlungen zu Verbesserung des Haftverbundes getestet. Dazu gehören Plasmabehandlung/Flourierung/nasschemische vorbehandlung Projektskizze Verbundprojekt PVD Beschichtung von Kunststoffen 4 2

5 Informationspräsentation zum Projekt PVD Beschichtung Bessere Produktqualität Die Eigenschaften des Kunststoffes, deren Zusätze sowie die Prozessparameter haben beim Spritzgießen einen enormen Einfluss auf das Beschichtungsergebnis. Raue Oberflächen werden stumpfmatt. Glatte Oberflächen wirken glänzender. Kleinste Unebenheiten, bzw. Fehler in der Oberfläche, wie z. B. Kratzer werden durch die Beschichtung verstärkt wiedergegeben. das Handling zwischen den einzelnen Fertigungsschritten hat ein wesentlichen Einfluss auf die Oberflächengüte. Nur wer die gesamten Prozessschritte sicher beherrscht bzw. versteht ist in der Lage die vielseitige und umweltfreundliche PVD- Technik gewinnbringend einzusetzen. Projektskizze Verbundprojekt PVD Beschichtung von Kunststoffen 5 PVD-Beschichtung von Kunststoffen Projektstart: Februar 2014 Projektlaufzeit: Projektkosten: 2 Jahre /Jahr* *Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag Kontakt: Carl Schulz, M.Sc. +49 (0) c.schulz@kunststoff-institut.de Ralf Zahradnik Lackiermeister +49 (0) zahradnik@kunststoff-institut.de Projektskizze Verbundprojekt PVD Beschichtung von Kunststoffen 6 3

6 Kunststoff-Institut Lüdenscheid Frau Blagica Ivanovic Karolinenstr Lüdenscheid per Fax: +49 (0) per mail@kunststoff-institut.de Anmeldung zum Projekt: PVD-Beschichtung von Kunststoffen Hiermit bestätigen wir verbindlich unsere Teilnahme an dem Projekt Projektleiter: Carl Schulz, M.Sc. Ralf Zahradnik, Lackiermeister Projektkosten: /Jahr Laufzeit: 2 Jahre Projektstart: Februar 2014 Mitgeltende Unterlagen: AGB und Projektflyer Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag. Unsere Einkaufsbestell-Nr. lautet: Wir reichen unsere Einkaufsbestell-Nr. nach Die Rechnungserstellung erfolgt ohne Einkaufsbestell-Nr. Die Einkaufsbestell-Nr. muss spätestens nach Ablauf von zwei Wochen nachgereicht werden! Sollte nach Ablauf der Frist noch keine Bestell-Nr. vorliegen, erfolgt die Rechnungsstellung ohne diese Angabe. Firma * Straße * PLZ/Ort * Telefon Telefax Folgende Personen nehmen voraussichtlich teil * : 1. / 2. / Durchwahl/ * : Datum * erforderliche Angaben rechtsverbindliche Unterschrift/Stempel Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH (K.I.M.W) Karolinenstraße Lüdenscheid