Plasma-Technologie zur Rationalisierung von 2K-Prozessen
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Plasma-Technologie zur Rationalisierung von 2K-Prozessen Steigende Anforderungen an die Bauteilfunktionalität und die Nachfrage nach effizienten Fertigungsverfahren rücken das Mehrkomponentenspritzgießen weiter in den Fokus der Kunststoffverarbeitung. Dabei können allerdings nicht alle Werkstoffe in gewünschter Kombination prozesssicher verarbeitet werden. Die neue, im Rahmen eines Forschungsprojekts entwickelte „InMould-Plasma“-Technologie ermöglicht eine Rationalisierung der Fertigung sowie eine Erweiterung des Werkstoff-Spektrums.
Frederik Mühlhoff, Elmar Moritzer, Erhard Krampe, Birte Böhnke
Oberflächen erhalten neue Eigenschaften Plasma entsteht durch die Einkopplung von Energie in gasförmige Materie. Die Atome des Gases spalten Elektronen ab, wobei das Gas ionisiert wird und neue Eigenschaften, wie z. B. eine elektrische Leitfähigkeit, erhält. Die vier verschiedenen Aggregatzustände sind in Bild 1 dargestellt. Das Plasma wird bei Atmosphärendruck in einer Plasmadüse kontinuierlich erzeugt. Das Prozessgas, in der Regel ölfreie Druckluft, wird hierzu durch eine Endladungszone geführt, in der ein Lichtbogen durch eine Hochspannungsentladung ge16
adhäsion 10 I 20
neriert wird. Dabei wird das Gas in den Plasmazustand überführt. Durch den Düsenkopf tritt das relaxierende Plasma anschließend als gebündelter Strahl aus der Düse. Bild 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Openair-Plasma-Erzeugers von Plasmatreat. Bei herkömmlichen AD-Plasmaverfahren verfährt die Plasmadüse in konstantem Abstand zur Substratoberfläche, wodurch eine gleichmäßige Aktivierung der Oberfläche gewährleistet wird. Beim Kontakt des Plasmas mit der Oberfläche des Kunststoffes findet eine Funktionalisierung statt, da die Energie der angeregten Moleküle und Ionen des Plasmas hoch genug ist, um die Bindungen zwischen den Atomen der Polymerkette von Kunststoffen
aufzubrechen. Häufig sind dies Kohlenstoff-Kohlenstoff- oder Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen. Die so entstandenen Radikale der geöffneten Bindungen reagieren mit den angeregten Molekülen und Ionen des Plasmas oder mit Molekülen aus der umgebenden Luft. Hierdurch erhöhen sich die Oberflächenenergie und die Polarität der behandelten Oberflächen, was zu einer besseren Benetzbarkeit des behandelten Kunststoffes führt. Beim ADPlasmaverfahren finden während der Behandlung durch den Kontakt des Plasmas mit der Luft Rekombinationsprozesse statt, die die Anzahl der angeregten Moleküle im Plasma reduzieren, sodass die Energie verloren geht. Dadurch ist das Plasma vergleichsweise kurzlebig.
© Plasmatreat
Bisher übliche Plasmaverfahren behandeln die Kunststoffoberfläche in einem gesonderten Prozessschritt. Das InMouldPlasma-Verfahren basiert auf der klassischen Atmosphärendruck-(AD)-Plasmatechnologie, verlegt die Aktivierung aber direkt in das Spritzgießwerkzeug und ist damit ein integrierter Teil des Mehrkomponentenspritzgießens. So lässt sich der Fertigungsprozess vereinfachen und kosteneffizient gestalten.
Bild 1 > Die vier Aggregatzustände
Anwendungsfall: Dichtung für das Bodenmo
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