Fragen und Antworten zur physikalischen Vorbehandlung

Die Oberflächenvorbehandlung dient dem Zweck, die Haftung auf Oberflächen zu verbessern. Dies ist notwendig, da die Oberflächen von Polymeren, Metallen, Keramik, Glas und vielen Papiersorten von Natur aus unpolar bzw. schlecht benetzbar sind.

Das kann beim Beschichten mit Farben, Lacken, Klebstoffen usw. zu schlechten Haftergebnissen führen. Ein schlechtes Druckbild, ein Absplittern der Farbe oder ein Lösen der Verklebung können die Folgen sein. Um dies zu vermeiden, müssen die Oberflächen vor der Beschichtung vorbereitet werden. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten:

• Mechanische Bearbeitung, wie das Aufrauen oder Sandstrahlen
• Chemische Vorbehandlung, wie das Waschen oder die Verwendung von Haftvermittlern (Primern)
• Physikalische Oberflächenaktivierung mit Corona, Plasma oder einer mageren Flamme (mit oder ohne Silikatisierung)

Bei der chemischen Vorbehandlung entstehen gefährliche Abfallprodukte (teilweise sogar Gefahrgut), die aufwändig und kostenintensiv entsorgt werden müssen. Außerdem können die Produkte erst weiterverarbeitet werden, wenn die Chemikalien vollständig getrocknet sind. Die mechanische Vorbehandlung ist zeitaufwändig und meist nicht In-Line-fähig.

Aus diesen Gründen gewinnen die physikalischen Verfahren der Corona-, Plasma- oder Flammvorbehandlung unter Atmosphärendruck immer mehr an Bedeutung. Sie sind kostengünstig, In-Line-fähig, haben niedrige Betriebskosten und verursachen keine Abfälle.

Die Wirkungsweise der physikalischen Vorbehandlung beruht immer auf der Erzeugung eines Plasmas. Während dieses bei der Corona- oder Plasmavorbehandlung nicht thermisch durch eine elektrische Entladung erzeugt wird, bildet sich bei der Beflammung ein Plasma in der heißen Flamme.

Aktivierte Moleküle und Atome des Plasmas werden in die Kunststoffoberfläche eingebunden und erzeugen dort polare Gruppen. An diese können sich die Farb-, Lack- oder Klebstoffmoleküle binden. Der Effekt zeigt sich in einer Erhöhung der Oberflächenspannung. In fast allen Fällen ist damit auch eine Haftverbesserung verbunden.

Durch Zugabe von Gasen oder Precursoren können die Oberflächen noch spezieller aktiviert werden. Mittels einer Silanverbindung (arcosil®-Verfahren) lassen sich sehr dünne, nur wenige Nanometer dicke Silikatschichten erzeugen, welche sehr gute Hafteigenschaften aufweisen.

Um zu prüfen, ob die Vorbehandlung ihr Ziel – die Erhöhung der Oberflächenspannung – erreicht hat, gibt es zwei Methoden: die Kontaktwinkelmessung und Testtinten.

Testtinten verfügen über eine definierte Oberflächenspannung. Zum Testen bringt man einfach einen Strich der Tinte auf das vorbehandelte Substrat auf. Entspricht die Oberflächenspannung der Testtinte der des Substrats, wird sich der Strich weder zusammenziehen noch auseinanderlaufen. Diese Prüfung kann punktuell oder flächig erfolgen, bei Stillstand der Prüffläche oder in Bewegung. Die Genauigkeit dieser Methode liegt bei +/-1,0 mN/m.

Noch genauere Ergebnisse erzielt man mit einer Kontaktwinkelmessung im Labor. Diese liefern nur punktuelle Ergebnisse und erfordern einen viel größeren zeitlichen und materiellen Aufwand als der Einsatz von Testtinten.

Das lässt sich pauschal nicht beantworten. Für die Vorbehandlung gängiger Kunststoffe (PP, PE, PA, PMMA, ABS, PC usw.) eignen sich alle vier physikalischen Verfahren (Corona, Plasma, Flamme und Silikatisierung) gleichermaßen. In der Praxis wird die Wahl der besten Vorbehandlungsmethode meist durch äußere Umstände bestimmt. Dazu zählen unter anderem die folgenden Faktoren.

Anwendung:

• Beschichtung kleiner Flächen
• Großflächige Beschichtung

Form des vorzubehandelnden Teiles:

• Art des Teiles (z. B. Folie, Formteil)
• Oberflächenstruktur
• Höhenunterschiede auf der Oberfläche
• Dicke
• Gewünschte Behandlungsbreite

Gegebenheiten in der Produktion:

• Maschinengeschwindigkeit
• Taktzeit
• Handling des Teiles
• Integrierbarkeit in vorhandene Produktionslinien
• Wärmeempfindlichkeit des vorzubehandelnden Materials

Ja, neben der Aktivierung von Kunststoffoberflächen können auch Metall- und Glasoberflächen sowie Keramiken und Papier vorbehandelt werden.

Ja, insbesondere bei Metall- und Glasoberflächen spielt die Reinigungswirkung des Plasmas eine wichtige Rolle. So können im Herstellungsprozess verunreinigte Oberflächen nach der Wäsche einer Feinreinigung unterzogen werden, die sich wiederum in einer Erhöhung der Oberflächenspannung zeigt.

Während der Produktion auf die Oberfläche gelangte Fette oder Öle können verbrannt, verdampft oder eingebrannt werden. Die Haftung auf den Oberflächen wird dadurch verbessert. Der Effekt dieser Maßnahme sollte jedoch im Einzelfall immer getestet werden.

Die Arcotec GmbH verfügt über ein Team aus Physikern, Ingenieuren und Technikern, die Ihre Muster gern in unserem hauseigenen Labor testen. Wir helfen Ihnen auch dabei, die beste Vorbehandlungsmethode für Ihr Material zu finden.

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Wir konstruieren eine maßgeschneiderte Lösung für Ihre Anwendungsaufgabe. Dabei können wir auf alle vier Methoden der physikalischen Vorbehandlung unter Atmosphärendruck zurückgreifen. So erhalten Sie stets eine optimal an Ihre Bedürfnisse angepasste Anlage.

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