Haftungsverbessernde Vorbehandlung von Kunststoffoberflächen durch ein einfaches Niedertemperatur-Normaldruck-CVD-Verfahren

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Eva Neumann
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1 INNOVENT e.v. Technologieentwicklung Wirtschaftsnahe Forschungseinrichtung Gründung 1994 Haftungsverbessernde Vorbehandlung von Kunststoffoberflächen durch ein einfaches Niedertemperatur-Normaldruck-CVD-Verfahren A. Brandl, R. Sokoll, J. Leuthäußer, Grenz- und Oberflächentechnologie Biomaterialien Magnetische und optische Systeme Analytik Folie 1

2 Vortragsgliederung Vorstellung des Beschichtungsverfahrens technologischer Ablauf Kunststoffsubstrate Schichtanalytik mit spektroskopischen Verfahren Haftfestigkeitswerte beschichteter Kunststoffproben im Vergleich zu unbeschichteten Referenzproben Wirkung der funktionellen Silikatschichten unter Lackschichten Ausblick Folie 2

3 Das Verfahren Kennzeichen des Gasphasenbeschichtungsverfahrens technologisch unaufwändige Apparatur Normaldruckverfahren allseitige, geometrieunabhängige und spaltgängige Beschichtung Erzeugung einer silikatischen Schicht und deren Funktionalisierung in einem Arbeitsschritt Integration in bestehende Verfahren Arbeitstemperaturen im Bereich von 180 C 240 C große Variabilität der möglichen Siliziumalkoxide Folie 3

4 Technologischer Ablauf Einbringen der Proben in den temperierten Reaktorraum Temperaturausgleich Eindosierung der Reaktanten Absaugung des Reaktorraumes Entnahme der Proben Folie 4

5 Schichtbildungsvorgänge Schichtbildung in flüssiger Phase zur Erzeugung silikatischer Schichten mit dem Sol-Gel-Verfahren OR OH RO Si OR + 3 H 2 O HO Si OH + 3 ROH Hydrolyse R R OH OH OH OH HO Si OH + HO Si OH HO Si O Si OH + H 2 O Kondensation R R R R OH OH OH OH HO Si OH + RO Si OH HO Si O Si OH + ROH Kondensation R R R R R ROH R Kohlenwasserstoffrest entsprechender Alkohol organofunktionelle Modifizierungsgruppe C,H enthaltend / gesättigt, ungesättigt /heteroatomhaltig: O, N, S, P Folie 5

6 Kunststoffsubstrate Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK) Polybutylenterephthalat (PBT) Liquid Crystal Polymer (LCP) Polyimid (PI) Polyethersulfon (PESU) Cycloolefin Copolymer (COC) Polyamid 66 (PA66) Bezugsquelle Victrex Europa GmbH BASF DuPont de Nemours GmbH A.Handtmann Elteka GmbH Solvay Advance Polymers TOPAS Advanced Polymers GmbH Polyone Th.Bergmann GmbH Temperaturbeständigkeit 240 C-260 C 200 C-210 C 240 C 260 C 200 C-216 C 180 C 200 C-220 C Polyamid 6 (PA6) S+D GmbHBada AG 180 C-200 C Folie 6

7 Schichtanalytik XPS-Übersichtsspektren von Polyetheretherketon-Oberflächen (Victrex PEEK 450G) rot: gereinigte, unbeschichtete PEEK-Probe oliv: nach Reinigung über das Gasphasenverfahren mit Aminopropyltriethoxysilan (APTES) beschichtete PEEK-Probe Folie 7

8 Bestimmung der Haftfestigkeit Folie 8

9 Scherzugfestigkeit Scherfestigkeit in MPa in MPa Scherzugfestigkeit Scherfestigkeit in MPa in MPa Haftfestigkeitswerte Scherfestigkeiten von Epoxidharzverklebungen, Referenzproben und mit Glycidoxypropyltrimethoxysilan (GPTMS) bzw. Aminopropyltriethoxysilan (APTES) beschichtete Proben gereinigt H2O/T GPTMS/T APTES/T Scherfestigkeiten von Polyurethanharzverklebungen, Referenzproben und mit Glycidoxypropyltrimethoxysilan (GPTMS) bzw. Aminopropyltriethoxysilan (APTES) beschichtete Proben Folie 9

10 Haftfestigkeit von Lacken Polyurethanlack auf PBT-Substraten nach Stirnabzugs- und Gitterschnitttest Epoxidlack auf PBT-Substraten nach Stirnabzugs- und Gitterschnitttest nur mit Ethanol gereinigt mit GPTMS bei 180 C beschichtet Folie 10

11 Zusammenfassung und Ausblick Die prinzipielle Anwendbarkeit dieses Normaldruckverfahres zur Erzeugung funktioneller Silikatschichten auf geeigneten Kunststoffen konnte nachgewiesen werden. Bei abgestimmten Verfahrensparametern lassen sich höhere Haftfestigkeiten bei Kunststoffverklebungen oder Lackierungen erzeugen. Das Potenzial für eine erfolgreiche Integration in Produktionsverfahren ist gegeben. mögliche Anwendungsbereiche: - Kunststoffverklebungen - Lackbeschichtungen - Vorbehandlung von Einlegeteilen für Spritzgusserzeugnisse - Grundlage für Metallisierungen von Kunststoffteilen Folie 11

12 Danksagung Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) für die finanzielle Förderung der Untersuchungen (MF090165). Folie 12

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