16.03.2023

Oberflächen mit Plasma aktivieren

Mikrowellen-Atmosphärendruck-Plasmaquelle zeigt gute Eignung zur Vorbehandlung von thermoplastischen Werkstoffen.

Nichtthermische atmosphärische Plasmen eignen sich hervorragend zur Vorbehandlung von thermo­plastischen Werkstoffen, um die Verklebbarkeit, Bedruck­barkeit oder Lackier­barkeit zu verbessern. Wesentliches Ziel ist dabei, die Oberflächenenergie zu erhöhen, um die aktivierte Bauteiloberfläche besser haftfähig zu machen. Das Ferdinand-Braun-Institut gGmbH, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) hat eine kompakte Plasmaquelle mit Mikro­wellen­anregung neu entwickelt. Inzwischen haben die Forscher auch untersucht, inwieweit sie sich zur Vorbehandlung von Kunststoff­oberflächen eignet. Die Ergebnisse dieser Arbeiten, die zusammen mit Wissenschaftlern von Innovent e.V. erzielt wurden, sind nun veröffentlicht worden.

 

Abb.: Kompakte mikrowellen­angeregte Atmosphären­druck-Plasmaquelle (Bild:...
Abb.: Kompakte mikrowellen­angeregte Atmosphären­druck-Plasmaquelle (Bild: FBH)

Bei dem neuen Gerät handelt es sich um eine hochintegrierte atmosphärische Nieder­temperatur-Plasmaquelle, die einen Mikrowellen-Leistungs­oszillator, einen Resonator, der das Plasma anregt, und die notwendige Steuer­schaltung umfasst. Alle Komponenten sind in einem einzigen, miniaturisierten Gehäuse untergebracht. Als Arbeitsgas wird Luft verwendet.

Die Gasentladung der Plasmaquelle wurde mittels optischer Emissionsspektroskopie (OES) untersucht. Mit Blick auf die im Plasmajet angeregten Spezies wurden Emissionen von Stickstoff­monoxid, Stickstoff­molekülen, einfach ioniserten Stickstoffmolekülen und von atomarem Sauerstoff nachgewiesen. Die OES-Messungen wurden durch Abgas­untersuchungen ergänzt, bei denen entsprechende Ozon-, Stickstoffmonoxid- und Stickstoffdioxid-Messsensoren verwendet wurden. Die Gastemperaturen direkt am Ausgang der Plasmaquelle lagen bei etwa 200 Grad Celsius, in einem realistischen Arbeitsabstand von rund acht Millimetern wurde eine Temperatur bei unter 100 Grad Celsius gemessen. Unter praxisrelevanten Einsatz­bedingungen wird die Plasmaquelle dynamisch über die zu funktionalisierende Oberfläche hinweg geführt. Hier lagen die Temperaturen zwischen 50 und 70 Grad Celsius, je nach Abstand zur Probe und Verfahr­geschwindigkeit.

Die kompakte Plasmaquelle wurde zur Vorbehandlung von unterschiedlichen Polymerwerkstoffen eingesetzt. Dazu zählten etwa Poly­propylen PP, Polyamid PA6, Polyethylen LDPE und HDPE, Polycarbonat PC und Polymethyl­methacrylat PMMA. Dabei erhöhte sich insbesondere der polare Anteil der Oberflächen­energie signifikant, auch die Haftfestigkeit von nachfolgend auf die aktivierten Oberflächen aufgebrachten Poly­urethan-Lackierungen stieg deutlich. Die Adhäsions­festigkeiten der Lackierungen, die mittels Stirnabzugstests bestimmt worden waren, überstiegen die Ausgangswerte, die für die nicht plasmabehandelten Proben gemessen wurden, um das bis zu Zehnfache. Als weitere Analysemethoden wurden an den vorbehandelten Bauteiloberflächen Raster­kraftmikroskopie- und Photo­elektronen­spektroskopie-Messungen eingesetzt.

Innovent / DE

 

Weitere Infos

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

Meist gelesen

Themen