Antihaftbeschichtung von Betriebsmitteln

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1 Antihaftbeschichtung von Betriebsmitteln Fraunhofer IFAM 04. Juni 2009 Dr. Matthias Ott Gliederung Vorstellung Fraunhofer IFAM Niederdruck-Plasmatechnik plasmapolymere Beschichtungen antihaftende Plasmabeschichtungen PermaCLEAN PLAS -Beschichtung Zusammenfassung 2 1

2 Fraunhofer-Gesellschaft Die Fraunhofer-Gesellschaft im Profil Institute Mitarbeiter 1,4 Mrd. Forschungsvolumen Informations- und Kommunikationstechnik Life Sciences Mikroelektronik Oberflächentechnik und Photonik Produktion Verteidigungs- und Sicherheitsforschung Werkstoffe, Bauteile 3 Fraunhofer-Gesellschaft Die Fraunhofer-Institute sind in Deutschland dezentral verteilt: 57 Institute an 32 Standorten Bremen Itzehoe Rostock Hannover Berlin Braunschweig Golm Oberhausen Magdeburg Duisburg Dortmund Halle Aachen Schmallenberg St. Augustin Euskirchen Jena Dresden Chemnitz Darmstadt Würzburg Kaiserslautern Erlangen St. Ingbert Saarbrücken Karlsruhe Pfinztal Freiburg Stuttgart Freising München Holzkirchen 4 2

3 F r a u n h o f e r I F A M 289 Mitarbeiter; 31,3 Millionen EUR Gesamthaushalt im Jahr 2008 Formgebung und Funktionswerkstoffe Prof. Dr.-Ing. Matthias Busse Priv.-Doz. Dr. habil. Andreas Hartwig 5 Fraunhofer IFAM Formgebung und Funktionswerkstoffe Funktionsstrukturen Gießereitechnik Leichtbauwerkstoffe und Analytik Biomaterial-Technologie Pulvertechnologie Rapid-Product-Development Klebtechnik Klebstoffe und Polymerchemie Werkstoffe und Bauweisen Plasmatechnik und Oberflächen Lacktechnik Adhäsions- und Grenzflächenforschung Weiterbildung und Technologietransfer Simulation 6 3

4 Fraunhofer IFAM Formgebung und Funktionswerkstoffe Funktionsstrukturen Gießereitechnik Leichtbauwerkstoffe und Analytik Biomaterial-Technologie Pulvertechnologie Rapid-Product-Development Gedruckte Antenne aus Silber 7 Fraunhofer IFAM Formgebung und Funktionswerkstoffe Funktionsstrukturen Gießereitechnik Leichtbauwerkstoffe und Analytik Biomaterial-Technologie Pulvertechnologie Rapid-Product-Development Eingießen von Funktionselementen: Druckgussbauteil mit integrierter Piezo-Sensorik 8 4

5 Fraunhofer IFAM Formgebung und Funktionswerkstoffe Funktionsstrukturen Gießereitechnik Leichtbauwerkstoffe und Analytik Biomaterial-Technologie Pulvertechnologie Rapid-Product-Development Aluminiumschaum 9 Fraunhofer IFAM Formgebung und Funktionswerkstoffe Funktionsstrukturen Gießereitechnik Leichtbauwerkstoffe und Analytik Biomaterial-Technologie Pulvertechnologie Rapid-Product-Development Replikate des Steigbügels hergestellt durch Mikro-Metallpulversprizgießen 10 5

6 Fraunhofer IFAM Formgebung und Funktionswerkstoffe Funktionsstrukturen Gießereitechnik Leichtbauwerkstoffe und Analytik Biomaterial-Technologie Pulvertechnologie Rapid-Product-Development Zugprobe magnetisch - unmagnetisch 11 Fraunhofer IFAM Formgebung und Funktionswerkstoffe Funktionsstrukturen Gießereitechnik Leichtbauwerkstoffe und Analytik Biomaterial-Technologie Pulvertechnologie Rapid-Product-Development Rapid Prototyping 12 6

7 Fraunhofer IFAM Applikationstechnik und Prozessanalyse: Präzisionsdosieranlage Klebtechnik Klebstoffe und Polymerchemie Werkstoffe und Bauweisen Plasmatechnik und Oberflächen Lacktechnik Adhäsions- und Grenzflächenforschung Weiterbildung und Technologietransfer Simulation 13 Fraunhofer IFAM Klebtechnik Klebstoffe und Polymerchemie Werkstoffe und Bauweisen Plasmatechnik und Oberflächen Lacktechnik Adhäsions- und Grenzflächenforschung Weiterbildung und Technologietransfer Simulation 14 7

8 Fraunhofer IFAM High-speed single-hulled ferry (Photo: Fr. Lürssen Werft, Bremen) Klebtechnik Klebstoffe und Polymerchemie Werkstoffe und Bauweisen Plasmatechnik und Oberflächen Lacktechnik Adhäsions- und Grenzflächenforschung Weiterbildung und Technologietransfer Simulation 15 Fraunhofer IFAM atmospheric plasma tool array Klebtechnik Klebstoffe und Polymerchemie Werkstoffe und Bauweisen Plasmatechnik und Oberflächen Lacktechnik Adhäsions- und Grenzflächenforschung Weiterbildung und Technologietransfer Simulation 16 8

9 Fraunhofer IFAM Paint cabinet Klebtechnik Klebstoffe und Polymerchemie Werkstoffe und Bauweisen Plasmatechnik und Oberflächen Lacktechnik Adhäsions- und Grenzflächenforschung Weiterbildung und Technologietransfer Simulation 17 Fraunhofer IFAM XPS surface analyzing tool Klebtechnik Klebstoffe und Polymerchemie Werkstoffe und Bauweisen Plasmatechnik und Oberflächen Lacktechnik Adhäsions- und Grenzflächenforschung Weiterbildung und Technologietransfer Simulation 18 9

10 Fraunhofer IFAM training course for DVS -EWF-European Adhesive Engineer - EAE Klebtechnik Klebstoffe und Polymerchemie Werkstoffe und Bauweisen Plasmatechnik und Oberflächen Lacktechnik Adhäsions- und Grenzflächenforschung Weiterbildung und Technologietransfer Simulation 19 Fraunhofer IFAM simulation of a bonded window structure Klebtechnik Klebstoffe und Polymerchemie Werkstoffe und Bauweisen Plasmatechnik und Oberflächen Lacktechnik Adhäsions- und Grenzflächenforschung Weiterbildung und Technologietransfer Simulation 20 10

11 Plasmaprozesse: Niederdruckverfahren Atmosphärendruckverfahren Excimer-Beschichtungstechnik Oberflächencharakterisierung Dünnschichtanalytik 21 Leistung Prozessentwicklung Technologietransfer Pilotanlagenbau Kooperationen Kundennutzen - Erzeugung neuer Oberflächeneigenschaften - Neue Verfahren zur Oberflächenmodifizierung - Kundenspezifische Anpassung - Optimierung beherrschter Prozesse - Information über Technik und Verfahren - Bemusterung / Nullserienfertigung - Verfahrensimplementierung in Produktion - Anlagenkonzepte und -bau (anwenderspezifisch) - Anlagenbauer - Lohnbeschichter - F&E-Institutionen 22 11

12 Grundlagen der Plasmatechnik fest Aggregatzustände flüssig Energie Temperatur Energie Temperatur gasförmig Plasma Energie Temperatur + * * e e - e - + * + * Gasmolekül * Gasmolekül (angeregt) + Ionen e - freies Elektron * Molekülfragment (energiereich) 23 Grundlagen der Plasmatechnik Niedertemperatur Plasma (NTP) Hochtemperatur Plasma (HTP) (Gleichgewichts Plasma) Nicht-termisches NTP (Nicht-Gleichgewichts Plasma) Thermisches NTP (Gleichgewichts Plasma) T i T Gas K T i << T e 10 5 K( 10 ev) T i T e T Gas 2 x 10 4 K T i T e T Gas 10 7 K - Niederdruck Glimmentladung - Bogenentladung - Fusions Plasmen - Korona-Entladung - Bogenstrahlplasma (Jet) - Barriere-Entladung - RF-Bogenfackel (Torch) 24 12

13 Grundlagen der Plasmatechnik Atmosphärendruck-Plasmatechnik Niederdruck-Plasmatechnik 25 Niederdruck-Plasmatechnik HF-Elektrode (13.56 MHz) Durchflussregler Plasmareaktor (modifizierbar mit einer Bahnwaren- oder Schüttgutvorrichtung) Manometer Gas/Monomer- Versorgung Drosselventil M Druckregler Drehschieberpumpe Rootspumpe Vakuumbehälter Vakuumerzeugung Gasversorgung Energieversorgung 26 13

14 Niederdruck-Plasmatechnik Niederdruck-Plasmatechnik am Fraunhofer IFAM Fein - Reinigen Aktivieren Beschichten Metalle Kunststoffe / FVK Glas / Keramik Kleben Beschichten / Lackieren Bedrucken Spezif. Oberflächenenergie hydrophob: Easy-to-Clean Korrosion Anlaufen hydrophil: H 2 O-benetzbar Schutzschichten gegen: Verkratzen Bakterien Barriere- Schichten: Gase / Dämpfe Flüssigkeiten 27 plasmapolymere Beschichtungen Erzeugung von plasmapolymeren Beschichtungen Zur Kettenbildung befähigte Atome oder Moleküle (Kohlenstoff C, Silicium Si, Schwefel S) werden im Plasma ionisiert, aktiviert und fragmentiert. Diese hochreaktiven Partikel schlagen sich auf einer angebotenen Oberfläche nieder und reagieren dort zu hochvernetzten plasmapolymeren Schichten. konventionelles Polyethylen: plasmapolymerisiertes Ethylen: H H * * H H n = Fortsetzung der Polymerkette 28 14

15 plasmapolymere Beschichtungen plasmapolymere Beschichtungstechnik Foto: 5 m³ Plasmareaktor der Firma ICS GmbH Vorteile: Geeignet für komplexe Geometrien Kaltes Beschichtungsverfahren Umweltschonendes Verfahren Sehr gute Schichtqualität Beschränkungen: Vakuumverfahren Bauteilgröße limitiert durch Reaktorgröße; derzeit x x mm³ 29 Antihaftende plasmapolymere Beschichtungen Best SKIN PLAS -Beschichtung Easy-to-clean Beschichtung für den Einsatz im Lebensmittelbereich dauerhafte Antihafteigenschaften unterwanderungsbeständige Haftung zum Untergrund Mehr als Backvorgänge realisierbar 30 15

16 Antihaftende plasmapolymere Beschichtungen ACMOS COVEREL Permanente Trennschichten für die Entformung von Polymerbauteilen Thermoplaste (wie z.b. PVC) CFK-Bauteile Epoxykunststoffe ausgewählte PUR-Systeme (z.b. Sprühhäute) UV-härtende Polyesterlacke Kooperationspartner: 31 Antihaftende plasmapolymere Beschichtungen DryCLEAN PLAS -Beschichtung Antihaft-Beschichtung zur leichteren Reinigung mit CO 2 -Schnee und Trockeneis 32 16

17 Antihaftende plasmapolymere Beschichtungen Hydrophobe Schutzbeschichtungen von Textilien Kaffee Kaffee Cola Cola unbeschichtet beschichtet 33 PermaCLEAN PLAS -Beschichtung PermaCLEAN PLAS -Beschichtung 34 17

18 PermaCLEAN PLAS -Beschichtung PermaCLEAN PLAS -Beschichtung Easy-to-Clean-Beschichtung zur leichteren Entlackung von Betriebsmitteln mit Wasserhochdruck Antihaftwirkung gegenüber allen bisher getesteten Nasslacksystemen (wasserbasiert, lösemittelbasiert) Kooperationspartner: Hugo Claus 35 PermaCLEAN PLAS -Beschichtung PermaCLEAN PLAS -Beschichtung Chemische Eigenschaften: gute Beständigkeit gegenüber Säure/Alkali (ph 2-12) und gute Beständigkeit gegenüber organische Lösemittel Physikalische Eigenschaften: Temperaturbeständigkeit bis 300 C farblos, transparent 36 18

19 PermaCLEAN PLAS -Beschichtung Geeignete Werkstoffe: galvanisch- oder feuerverzinkter Stahl Edelstahl Aluminium Kunststoffe Glas (pulver-)lackierte Oberflächen Nicht geeignet für: Lose Korrosionsprodukte wie Rost oder Weißrost Kontaminationen durch Öle oder Fette 37 PermaCLEAN PLAS -Beschichtung PermaCLEAN PLAS -Beschichtung Sehr geringe Haftung Beschichtung - Lack Lack PermaCLEAN PLAS - Beschichtung Gebrauchseigenschaften: Extrem gute Haftung zum Untergrund Bauteiloberfläche Sehr starke Haftung Bauteiloberfläche - Beschichtung Sehr dünn (unter 0,5 µm) Verursacht keine Lackierfehler (wie Krater)*) *): für alle bisher untersuchten Lacksysteme 38 19

20 Zusammenfassung Mit PermaCLEAN PLAS ist eine Antihaftbeschichtung entwickelt worden, die sich sehr gut für eine umweltfreundliche Wasserhochdruck-Entlackung eignet: hervorragende Haftung auf den Betriebshilfsmitteln sehr gute chemische und thermische Beständigkeit sehr gute Beständigkeit gegenüber Wasserhochdruckbeaufschlagung Zudem kann die Beschichtung durch ein sehr umweltfreundliches und materialschonendes Niederdruck-Plasmaverfahren appliziert werden. 39 Antihaftbeschichtung von Betriebsmitteln Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung - - Dr. Matthias Ott Wienerstraße Bremen Tel: Fax: Ott@ifam.fraunhofer.de 20