Wie lange hält eine Plasmabehandlung?
Die Abhängigkeit von verwendeten Plasmageräten und anderen Einflussfaktoren
Autor: Dr. Dariusz Korzec
Datum: 2022
Zuerst veröffentlicht: ISGATEC JAHRBUCH Dichten. Kleben. Polymer. 2023
Für den Erfolg der Plasmabehandlung von Klebflächen ist nicht nur die Behandlung an sich wichtig, sondern auch, wie lange die Behandlung wirkt. Dies kann bei langen Produktionsprozessen zu Überraschungen führen, die sich mit der sorgfältigen Abstimmung der Vorbehandlung auf die Produktionsprozesse verhindern lassen. Somit stellt sich die Frage – Wie lange hält eine Plasmabehandlung?
Zusammenfassung
Die Verwendung von Plasma zur Vorbehandlung von Polymeren vor dem Verkleben gehört inzwischen zum industriellen Standard. Innerhalb von wenigen Sekunden lässt sich die für Polymere charakteristische, kleine freie Oberflächenenergie von häufig weniger als 30 mN/m auf einen Wert von über 60 mN/m erhöhen. Damit wird die Benetzbarkeit mit Flüssigkeiten und die Haftung von Klebstoffen erhöht. Im Allgemeinen erreicht man die besten Ergebnisse, wenn die Verklebung auf einer Oberfläche unmittelbar nach der Plasmabehandlung stattfindet. In vielen Fällen ist es aber aus der Sicht der Prozesslogistik von Vorteil, wenn die Verklebung nicht sofort, sondern nach einer Lagerung oder einem längeren Transportvorgang durchgeführt wird. Ob eine solche Lösung möglich ist, hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der die Polymeroberfläche ihre hohe Oberflächenenergie wieder verliert (Eng.: „hydrophobic recovery“). Der folgende Text befasst sich mit diesem Effekt, seiner Abhängigkeit von den verwendeten Plasmageräten und anderen Einflussfaktoren.
Einfluss des Materials
Eine Plasmabehandlung bewirkt eine sehr starke Erhöhung der freien Oberflächenenergie der Polymere. Jedoch geht diese Oberflächenenergie bei verschiedenen Polymeren nach der Plasmabehandlung unterschiedlich schnell zurück. Wie schnell die Aktivierung auf den Polymeren zurückgeht, hängt von zahlreichen Faktoren ab. Der wichtigste Einflussfaktor ist das zum Verkleben verwendete Material. Je nach Zeit des Aktivierungsrückganges lassen sich die Kunststoffe in vier Gruppen einteilen, die in Tab. 1 dargestellt sind.
| Stunden | Tage | Wochen | Monate |
|---|---|---|---|
| TPU | PP | LDPE | HDPE |
| PDMS | PCL | SU-8 (Epoxy) | PS |
| PMMA | PBT | PEEK | PC |
| ABS | |||
| PUR | |||
| PES |
Neben dem Einfluss des Materials spielen folgende Faktoren noch eine wichtige Rolle:
- Einfluss der Aktivierungsmethode
- Bewertung des Aktivierungsrückgangs
- Mechanismen des Rückgangs der Aktivierung
- Einfluss der thermischen Belastung
Fazit – wie lange hält eine Plasmabehandlung?
Alle Polymere weisen einen Aktivierungsrückgang in Folge der Lagerung auf. Dieser hängt primär von dem behandelten Material und der Methode der Plasmaerzeugung ab und kann zwischen Stunden und Monaten dauern. Die Aktivierung mit Stickstoff-Plasma ermöglicht einen um den Faktor 15
langsameren Rückgang der Aktivierungsfläche im Vergleich zur Aktivierung mit Druckluft. Weitere wesentliche Einflussfaktoren, die zur Beschleunigung des Aktivierungsrückgangs führen, sind eine erhöhte Temperatur, starkes Licht, starke Luftbewegung, mechanische Reibung und Kontamination der Umgebungsluft.
Wichtig bei Bewertung des Rückganges der Aktivierung ist die Verwendung einer an die Prozesszielsetzung angepassten Methode zur Bestimmung der Aktivierung, z.B. eine Kontaktwinkelmessung oder die Bestimmung der Aktivierungsfläche.
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