Perfekte Lackbenetzung beim Faserverbund

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Diener Electronic erreicht durch Plasmareinigung LABS-freie Oberflächen und vermeidet dadurch Benetzungsstörungen bei Faserverbundteilen.

Faserverbundkunststoffe eignen sich durch ihr geringes Gewicht in Verbindung mit hohen mechanischen Festigkeiten perfekt für den Einsatz im Leichtbau, können aber Probleme bei der Lackbenetzung mit sich bringen. Zum einen befinden sich auf der Oberfläche oft lackbenetzungsstörende Substanzen – kurz „LABS“ – und zum anderen ist die Oberflächenenergie meist so gering, dass die Anhaftung von Polymeren oft Probleme bereitet.

Lackbenetzungsstörende Substanzen gelangen herstellungsbedingt bei einzelnen Fertigungsschritte auf die Oberfläche und stören anschließend massiv die Weiterverarbeitung und Veredelung. In vielen Branchen, wie beispielsweise in der Medizin- oder Automobilindustrie, ist die Forderung nach LABS-Freiheit deshalb mittlerweile ein Standard.

Silikone, PTFE, Öle und Fette können Lackbenetzung stören

Unter den Begriff „LABS“ fallen zum Beispiel Silikone, fluorhaltige Stoffe (PTFE), bestimmte Öle und Fette, die eine gleichmäßige Benetzung der zu lackierenden Oberfläche verhindern. Dadurch entstehen auf der Lackschicht in der Folge trichterförmige Störstellen und Krater.

Die Verunreinigung von Bauteilen mit silikonhaltigen Substanzen kann zahlreiche Ursachen haben. In Frage kommen beispielsweise interne und externe Trennmittel oder Gleitmittel, die bei der Entformung von den Teilen eingesetzt werden.

Obwohl silikonhaltige Trennmittel in vielen Bereichen schon durch andere Produkte ersetzt wurden, können nicht alle Verursacher in der Produktionskette ausgeschlossen werden. Die Bauteile müssen dementsprechend gereinigt werden, um den Anforderungen an LABS-Freiheit gerecht zu werden.

Die nasschemische Reinigung mit Lösungsmitteln wäre dafür zwar eine Möglichkeit, sollte jedoch aus Gründen des Umwelt- und Arbeitsschutzes wohl überlegt sein.

Plasmareinigung als umweltfreundliche Alternative

Eine kostengünstige und umweltfreundliche Alternative zur nasschemischen Reinigung ist der Einsatz von Niederdruckplasma, mit dem die Anforderungen nach LABS-Freiheit erfüllt werden können. Da es sich bei dem Plasmaverfahren um eine Feinstreinigung handelt, die wenige Nanometer Verschmutzung abträgt, ist allerdings in vielen Fällen eine Vorreinigung notwendig.

Nach der Vorreinigung – von Fall zu Fall unterschiedlich – werden die Teile je nach Verschmutzungsgrad bis zu einer Stunde mit Plasma behandelt. Gereinigt werden können auf diese Weise so gut wie alle Bauteile aus Kunststoffen und Faserverbundkunststoffen, aber auch auch metallische und keramische Werkstücke.

Um den Erfolg der Behandlung und somit die LABS-Freiheit zu bestätigen, wird im Anschluss an den Plasmaprozess ein LABS-Test (in Anlehnung an die Volkswagen-Prüfvorschrift PV 3.10.7) durchgeführt, mit dem sich Silikonreste schnell und sicher detektieren lassen.

Vorbehandlung für CFK-Lackierung

Wie Diener Electronic erklärt, kann Plasma aber noch viel mehr. Der Spezialist für die Oberflächenmodifizierung durch Plasma mit über 25 Jahren Erfahrung, der sich neben Niederdruckplasmaanlagen auch mit Atmosphärendruckplasmen, Parylene-Beschichtungen und Vakuumkammern beschäftigt, nutzt Plasma auch, um die Oberflächenenergie von Carbonfaserkunststoffen zu erhöhen, was eine Lackierung mit Wasserbasislacken möglich macht.

Denn aufgrund ihres Herstellungsprozesses haben CFK-Bauteile eine sehr niedrige Oberflächenenergie mit hohem dispersen Anteil und werden infolgedessen von den modernen Wasserbasislacken nur schlecht benetzt.

Die derzeit in der Praxis üblichen Vorbehandlungsmethoden wie mechanisches Schleifen, der Einsatz von Scheuermitteln und das Aufquellen mit Hilfe von Lösemitteln wie Isopropanol führen meist zu undefinierten, nicht reproduzierbaren Oberflächen. Als Alternative zu diesen Verfahren kann die Vorbehandlung mit Sauerstoff-Plasma eine gute Lösung sein.

Wie oberflächenenergetische Untersuchungen von Diener Elekctronic zeigten, führt die Plasmabehandlung im Gegensatz zu den üblichen Verfahren zu einer Erhöhung der Oberflächenenergie mit einem hohen polaren Anteil, der für die Benetzung mit wasserbasiertem Primer besonders wichtig ist.

Bereits bei einer Verweildauer von 5 min im Sauerstoff-Plasma wird eine hohe Oberflächenenergie von etwa 73 mN/m mit hohem polaren Anteil erreicht. Da plasmaaktivierte Oberflächen einer schnellen Alterung unterliegen, sollten die CFK-Bauteile allerdings unmittelbar nach der Aktivierung beschichtet werden. Dies könnte durch eine Inline-Aktivierung realisiert werden.

Durch Plasmavorbehandlung lässt sich somit eine definierte Oberfläche kurzzeitig erzeugen, die für die prozesssichere Serienfertigung sehr wichtig ist.

gk

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