Häufig gestellte Fragen / Frequently asked questions Auf dieser Seite finden Sie alles Wissenswerte rund um die Corona- und Plasmabehandlung sowie über die Anwendungsgebiete unserer Produkte. Falls wir Ihre Frage mit den Informationen auf dieser Seite nicht beantworten konnten, stehen wir Ihnen selbstverständlich auch per Mail oder Telefon jederzeit beratend zur Verfügung.
Was ist die Oberflächenbehandlung?
Häufig müssen Kunststoffe mit Metallen oder anderen Kunststoffen verklebt oder einfach auf eine Kunststoffoberfläche gedruckt werden. Eine zu geringe oder zu hohe Oberflächenenergie der jeweiligen Substrate verhindert jedoch häufig, dass die beiden Materialien sicher aneinander haften. Um hier eine Besserung zu erzielen, muss der flüssige Klebstoff oder die Tinte zum Beispiel die Oberfläche des Materials benetzen können. Hierfür sind die Technologien der Corona- und Plasmabehandlung erforderlich. Die Benetzbarkeit hängt dabei von einer bestimmten Eigenschaft der Oberfläche ab: Der Oberflächenenergie, oft auch als Oberflächenspannung bezeichnet.
Die Oberflächenenergie wird, wie auch die Oberflächenspannung, in mN/m gemessen. Die Oberflächenenergie des festen Substrats wirkt sich direkt darauf aus, wie gut eine Flüssigkeit die Oberfläche benetzt. Die Benetzbarkeit wiederum lässt sich leicht durch Kontaktwinkelmessungen nachweisen. Der Kontaktwinkel ist der Winkel zwischen der Tangente am Kontaktpunkt und der horizontalen Linie der festen Oberfläche.
Wenn ein Flüssigkeitstropfen auf eine glatte, feste, horizontale Oberfläche gesetzt wird, kann er sich über das Substrat ausbreiten, und der Kontaktwinkel geht gegen null, wenn eine vollständige Benetzung stattfindet. Umgekehrt erreicht der resultierende Kontaktwinkel bei teilweiser Benetzung ein Gleichgewicht im Bereich von 0 bis 180 Grad. Benetzbarkeit der Oberfläche
Diese Abbildung verdeutlicht den Unterschied zwischen guter und schlechter Benetzbarkeit. Je höher die Oberflächenenergie des festen Substrats im Verhältnis zur Oberflächenspannung der Flüssigkeit ist, desto besser ist seine Benetzbarkeit und desto kleiner ist der Kontaktwinkel. Damit eine gute Verbindung zwischen einer Flüssigkeit und einer Substratoberfläche besteht, sollte die Oberflächenenergie des Substrats die Spannung der Flüssigkeit um etwa 2-10 mN/m übersteigen. Oberflächenenergie von festen Materialien 
Die vorangegangene Abbildung zeigt die absoluten Werte der Oberflächenenergie fester Materialien. Die Oberflächenspannung vieler Kunststoffe, darunter Polyethylen und Polypropylen, ist für das Verkleben oder Bedrucken oft nicht ausreichend. Diese Materialien haben sehr nützliche Eigenschaften wie chemische Inertheit, einen niedrigen Reibungskoeffizienten sowie eine hohe Verschleißfestigkeit, Durchstoß- und Reißfestigkeit. Die schlechte Benetzbarkeit dieser Polymere birgt das Problem, diese Materialien zu verkleben, bedrucken, kaschieren oder zu lackieren. Hier tritt die Oberflächenvorbehandlung in Kraft. Diese kann die Benetzbarkeit des Materials verbessern, indem sie die Oberflächenenergie des Materials erhöht und die Klebeeigenschaften durch die Schaffung von Klebestellen positiv beeinflusst. Die fortschrittlichsten und erfolgreichsten Methoden der Oberflächenbehandlung beruhen auf dem Prinzip der Hochspannungsentladung an der Luft.
Grundlagen der Hochspannungsentladung in Luft und ihre Anwendung bei der Oberflächenbehandlung
Bei einer Hochspannungsentladung in einem Luftspalt beschleunigen freie Elektronen, die stets in der Luft vorhanden sind, das Gas und ionisieren es. Wenn die elektrische Entladung sehr stark ist, führen die Zusammenstöße der Hochgeschwindigkeitselektronen mit den Gasmolekülen zu keinem Impulsverlust, und es kommt zur Elektronenavalanchierung. Wenn ein Kunststoffteil in den Entladungspfad gebracht wird, treffen die in der Entladung erzeugten Elektronen mit der zwei- bis dreifachen Energie auf die Oberfläche, die notwendig ist, um die molekularen Bindungen auf der Oberfläche der meisten Substrate aufzubrechen. Dadurch entstehen sehr reaktive freie Radikale.
Diese freien Radikale können in Gegenwart von Sauerstoff schnell reagieren und verschiedene chemische Funktionsgruppen auf der Substratoberfläche bilden. Die aus dieser Oxidationsreaktion resultierenden funktionellen Gruppen sind am wirksamsten bei der Erhöhung der Oberflächenenergie und der Verbesserung der chemischen Bindung an die Harzmatrix. Dazu gehören Carbonyl- (-C=O-), Carboxyl- (HOOC-), Hydroperoxid- (HOO-) und Hydroxyl- (HO-) Gruppen.
Die Behandlung mit Hochspannungsentladung verändert nur die Oberflächeneigenschaften, ohne die Materialeigenschaften zu beeinträchtigen.
Die Technologie der dreidimensionalen elektrischen Oberflächenbehandlung (EST) von Tantec basiert auf der Hochspannungs-Hochfrequenzentladung in Luft. Dreidimensionale Objekte werden durch einen Entladungsbereich zwischen zwei Elektroden geführt (Abbildung 3 rechts). Die Entladung wird dabei in einem großen Spalt zwischen den Elektroden aufrechterhalten, indem eine hohe Potentialdifferenz zwischen den Elektroden erzeugt wird. Eine hohe angelegte Spannung ist nur eine Bedingung für eine wirksame Behandlung.
Eine gleichmäßige Behandlung von Teilen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, erfordert eine hocheffiziente Energieübertragung von der Stromquelle zum Entladungsbereich. Koronaentladungen mit Frequenzen von 15-25 kHz bewirken eine hocheffiziente Energieübertragung, da die Elektronen im Spalt zwischen den Elektroden oszillieren. Es hat sich gezeigt, dass je höher die Frequenz, desto geringer die Leistung, um ein bestimmtes Behandlungsniveau zu erreichen.
Die EST-Technologie ermöglicht eine gleichmäßige Behandlung von Oberflächen dreidimensionaler Objekte auf Hochgeschwindigkeitsstrecken durch Aufrechterhaltung einer Potentialdifferenz zwischen den Elektroden von bis zu 80 kV bei Frequenzen zwischen 15-25 kHz. Unter diesen Bedingungen können Objekte mit einem Querschnitt von bis zu 100 mm (4 Zoll) online behandelt werden, während sie sich kontinuierlich durch eine Behandlungskammer bewegen.
Ein System zur elektrischen Oberflächenbehandlung besteht aus einem Hochfrequenzgenerator, einem Hochspannungstransformator und Behandlungselektroden. Der Generator erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Frequenz je nach Lastimpedanz automatisch im Bereich von 15-25 kHz eingestellt wird, wodurch die für die Behandlung verfügbare Leistung optimiert wird. Der Hochspannungstransformator verstärkt das Ausgangssignal des Generators auf den Pegel, der zur Erzeugung der Entladung mit der gewünschten Intensität erforderlich ist. Die Behandlungsstation besteht aus zwei Elektroden: einer Behandlungselektrode und einer Gegenelektrode (normalerweise auf Erdpotential). Die Elektroden werden für die jeweilige Anwendung entwickelt. Tantec bietet eine Auswahl an Plasmabehandlungsgeräten für die Oberflächenbehandlung verschiedener Materialien an.
Anwendungen der elektrischen Oberflächenbehandlungstechnologie von Tantec ( EST)
Die folgenden Materialien wurden bereits erfolgreich mit der EST-Technologie behandelt: - Polyethylen (PE)
- Plexiglas (PMMA)
- Polypropylen (PP)
- Teflon (PTFE)
- Polystyrol (PS)
- Polycarbonat (PC)
- EPDM-Kautschuk
- Polyurethan (PUR)
- ABS
- Viele weitere..
Was ist die Plasmareinigung / Plasmaätzung? Die Plasmareinigung wird bei einer Reihe von Werkstoffen eingesetzt, um die Oberflächen zu reinigen und sie für die weitere Verarbeitung vorzubereiten, z. B. für die Lackierung, Beschichtung und Verkapselung usw. Der Reinigungsprozess (auch Plasmaätzung genannt) kann Sauerstoff (Luft), Argon und jedes andere Element enthalten, das den Anforderungen der Oberfläche entspricht. Die Plasmareinigung ist ein Verfahren, bei dem ein Hochenergiestrom auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet wird. Die Plasmareinigung wird in der Regel zur Vorbereitung von Oberflächen vor der Verarbeitung eingesetzt, z. B. zum Vergießen, Bedrucken, Beschichten, Lackieren usw.
Zu den grundlegenden Anwendungen der Plasmareinigung gehören die Reinigung von Messgeräten, Substraten mit organischen Verunreinigungen, die zu Autofluoreszenz führen, und die Reinigung von Bondpads usw. Reinigungsplasma dient auch zur Entfernung von Fremdverunreinigungen wie mineralischen und organischen Bearbeitungsrückständen. Es ist auch hilfreich bei der Reinigung von Teilen vor der Beschichtung und anschließenden Verkapselung sowie bei der Feinstplasmareinigung von UHV-Geräten. Plasmareinigung wird daher in vielen Industriezweigen eingesetzt, in denen eine Reinigung jeglicher Oberflächen erforderlich ist!
Plasmareinigung kann verwendet werden für:
- Beseitigung von Oberflächenoxidation
- Reinigen der Oberfläche von Mineralölrückständen
- Vorbereiten von Oberflächen aus Elastomeren, Metallen und Kunststoffen
- Reinigung von Keramiken
- Eliminieren der Notwendigkeit von chemischen Lösungsmitteln
- Reinigung von Metalloberflächen auf hyperfeiner Ebene
- Entfernen von organischen Verunreinigungen
- Oberflächenvorbereitung von Glasprodukten, z. B. ophthalmische Artikel
- Vorteile der Plasmareinigung
Einer der vielen Vorteile der Plasmareinigung ist die Tatsache, dass es sich um ein bedienerfreundliches, trockenes und umweltfreundliches Verfahren handelt, d. h. es wird kein Trichlorethylen verwendet. Außerdem sind die Betriebskosten niedrig und Sie erhalten die höchste Qualität der Reinigung. Außerdem wird die Haftung verbessert, indem die Adhäsion gefördert wird.
Mit der Plasmareinigung lassen sich organische Verunreinigungen auf einer bestimmten Oberfläche durch physikalische Ablation, d. h. durch den Einsatz von Argonplasma oder durch chemische Reaktionen, die durch Sauerstoff (Luft) ausgelöst werden, leicht entfernen. Das Verfahren kann bei der Reinigung von Oberflächen, die durch Lösungsmittel beeinträchtigt werden, d. h. deren Oberflächenspannung Einschränkungen aufweist, sehr hilfreich sein. Diese Oberflächen werden mit Hilfe von Mikrokanälen oder mikroskaliger Porosität gereinigt.
Ein weiterer Vorteil der Anwendung von Reinigungsplasma auf Materialoberflächen besteht darin, dass die Verwendung chemischer Lösungsmittel überflüssig wird, wodurch die Lagerung und Entsorgung von Lösungsmittelabfällen entfällt.
Das Verfahren ist nicht so aggressiv wie die traditionellen Methoden der Oberflächenbehandlung (lesen Sie hier mehr über die Grundlagen der Plasmabehandlung), was bedeutet, dass Sie eine Oberfläche reinigen können, ohne dass viele der wichtigen Eigenschaften des Materials bei der traditionellen Oberflächenreinigung verloren gehen. Dieses Verfahren eignet sich auch für die Behandlung einer Vielzahl komplexer Oberflächen, z. B. optische Fasern, Glasobjektträger, Metalloberflächen wie Gold, Halbleiter und Oxide usw.
Was ist die Coronavorbehandlung? Grundsätzlich wurde die Coronabehandlung auf dem Industriemarkt eingeführt, weil durch sie Metall- und Kunststoffoberflächen behandelt und ihnen Hafteigenschaften verleihen werden können, so dass jede Art von Druck oder Verklebung auf einer Vielzahl von Oberflächen problemlos möglich ist. Genauer gesagt, wird die Coronabehandlung eingesetzt, um die Oberflächenspannung eines Materials auf effektive Weise zu erhöhen.
Durch die Behandlung des Materials mit einer Hochfrequenz-Korona-Entladung wird seine Oberfläche für Klebstoffe, Tinten und Beschichtungen wesentlich anfälliger. Das zu behandelnde Material wird vor der elektronischen Koronaentladung freigelegt. Dadurch werden die Sauerstoffmoleküle in eine atomare Form gebrochen. Die Atome können sich so mit den Molekülen des zu behandelnden Materials verbinden. Dadurch wird die Oberfläche des Materials chemisch aktiv. Allerdings sollte man bedenken, dass eine mit Korona behandelte Oberfläche im Laufe der Zeit wahrscheinlich entwertet wird, es sei denn, sie ist beschichtet, in-line gebunden oder bedruckt. Die Abnutzung hängt von den Lagerungsbedingungen und der Art des behandelten Materials ab. Die Kosten für die Ausrüstung und die Energie, die für die Behandlung der Oberfläche eines Materials verwendet werden, spielen eine wichtige Rolle in diesem Prozess. Sie hängen von der Geschwindigkeit, der Reaktionsfähigkeit, der Breite und der Anzahl der Seiten des Materials ab, die behandelt werden müssen.
Bei dem Coronaverfahren werden in der Regel Oberflächen aus folgenden Materialien vorbehandelt: - Polypropylen
- Vinyl
- Folien
- Polyethylen
- Metallisierte Oberflächen
- Papier
- PVC
- Pappe
- PET
- und andere derartige Materialien
|
