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Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
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Zur Verbesserung der Verbundfestigkeit kann beim Kleben [1] oder Beschichten von Polymeren die Oberfläche mittels 02-Plasma gereinigt (Feinstreinigung) und aktiviert werden. Bei der Plasmaaktivierung werden sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen auf der Oberfläche gebildet.
Die Polymersubstrate wurden mit 02-Plasma behandelt, zum einen mit einem Plasmajet bei 200 W (PP, PA) und zum anderen mit einem Mikrowellenplasma bei 100 W (Folie: PE, PP, PS, PC, PET), mittels FTIR-Spektroskopie (p-ATR) charakterisiert sowie die Änderung der Oberflächenenergie mittels Kontaktwinkelmessung bestimmt.
Multiple-sample approach: reliable ranking and validated statistics of bonding and adhesive strength
(2014)
Bonding strength of adhesive-bonded joints and adhesive strength of coatings have been exclusively determined in
single-sample tests using a tensile testing machine. Necessarily, the single-sample approach was also applied to the
corresponding bonding procedure. As a consequence, reliability and reproducibility of results were restricted. By
applying the newly introduced centrifuge technology, the multiple-sample approach was realized for simultaneous
tensile testing of up to eight samples under identical conditions without any disturbing shear-force effects. In order to
introduce the multiple-sample approach into the bonding procedure, a hydraulic bonding set-up was developed which
enables identical bonding pressure also for slightly different heights of sample assemblies. Both sample approaches
were compared for various application examples: ranking of different classes of adhesives, validated statistics of
adhesive-bonded joints using one particular adhesive and effects of cleaning and plasma-treatment on the adhesive
strength of coatings. The investigated systems included glass, metals and polymer substrates, different adhesives,
metallic and dielectric coatings on polymers.
Multiple-sample approach: reliable ranking and validated statistics of bonding and adhesive strength
(2014)
Bonding strength of adhesive-bonded joints and adhesive strength of coatings have been exclusively determined in single-sample tests using a tensile testing machine. Necessarily, the single-sample approach was also applied to the corresponding bonding procedure. As a consequence, reliability and reproducibility of results were restricted. By applying the newly introduced centrifuge technology, the multiple-sample approach was realized for simultaneous tensile testing of up to eight samples under identical conditions without any disturbing shear-force effects. In order to introduce the multiple-sample approach into the bonding procedure, a hydraulic bonding set-up was developed which enables identical bonding pressure also for slightly different heights of sample assemblies. Both sample approaches were compared for various application examples: ranking of different classes of adhesives, validated statistics of adhesive-bonded joints using one particular adhesive and effects of cleaning and plasma-treatment on the adhesive strength of coatings. The investigated systems included glass, metals and polymer substrates, different adhesives, metallic and dielectric coatings on polymers.
Zinkschichten wurden mit den zerstörungsfreien Methoden Röntgenfluoreszenz (XRF), mechanischer Tastschnitt (MS), Röntgenbeugung (XRD) und instrumentierter Eindringprüfung (IIT) hinsichtlich der makroskopischen und mikroskopischen Schichteigenschaften untersucht. Die Rauheit der Zinkschichten hängt im Wesentlichen von der Substratoberfläche ab. Inhomogenen Schichtdickenverteilung treten bekanntermaßen am Rand von Beschichtungsgestellen auf. Die plasto-elastische Eigenschaften Härte, E-Modul und Kriechen sind bei unterschiedlichen Abscheidungen vergleich- und reproduzierbar. Diese makroskopischen Schichteigenschaften sind geprägt von der Mikrostruktur der Schicht, die eine Vorzugsorientierung der Kristallite in der Netzebene (110), die senkrecht zur Substratoberfläche steht, zeigt.
Die Plasma-Kompatibilität von Partikeln ist eine Voraussetzung für die Anwendung in Plasmadispersionsschichten. Das Ziel ist die Realisierung von add-on Funktionen auf Oberflächen, in Folien und in Beschichtungen. Obwohl primär Nanopartikel für die beabsichtigten Anwendungen verwendet werden, wurden die Kompatibilitättests zuerst mit Partikeln im unteren Mikrometerbereich durchgeführt, um auf einfache Weise Degradationseffektes des Materials, der Fluoreszenzmarkierung oder der Oberfläche zu untersuchen.
Polypropylen (PP) ist als Niedrigenergie-Polymer ohne nass- und plasmachemische Vorbehandlung weder haftfest zu beschichten noch verbundfest zu kleben. Typische Haft- bzw. Klebfestigkeiten liegen für die unbehandelte Polymeroberfläche bei maximal 0,5 MPa. Hinzu kommt, dass bei der Bestimmung von Haft- und Klebfestigkeiten der unmodifizierten Oberfläche mit großen Streuungen zu rechnen ist, die bezogen auf die Spannweite durchaus einem Faktor 5 entsprechen können. Generell besteht bei Prüfung der Haftfestigkeit mittels Stirnabzugsversuch und bei der Prüfung der Klebfestigkeit die Notwendigkeit eines statistisch validierten Herangehens. Hierzu sind zeitaufwändige Ein-Proben-Klebungen und -Prüfungen nur eingeschränkt geeignet. Zudem ist, insbesondere für geringe Haft- bzw. Klebfestigkeiten, ein querkraftfreies Prüfen Grundvoraussetzung. Im vorliegenden Beitrag werden verschiedenartige plasmagestützte Oberflächenfunktionalisierungen von PP sowie das Mehr-Proben-Konzept zur Klebung/Prüfung von bis zu acht Proben vorgestellt. Dazu werden ein BAM-Funktionsmuster einer Mehr-Proben-Kleb-Vorrichtung und eine kommerzielle analytische Zentrifuge zum Prüfen verwendet.
Im Fokus steht die Qualitätssicherung mit Blick auf Herstellung, Modifizierung, Handling und Erprobung von PLASMA-kompatiblen Partikeln zur gepulsten in-situ Injektion von ex-situ hergestellten Partikeln für add-on Funktionen in und zur Identifikationsprüfung von BeschichTungen (PLASMA-FIT). Im Kern war zunächst zu prüfen, welche Klassen ex-situ hergestellter Partikel unterschiedlichster Materialien überhaupt bzw. unter welchen Bedingungen PLASMA-fit sind oder unter welchen Randbedingungen PLASMA-fit gemacht werden können. In den dazugehörenden Projektphasen Screening und Adaption stand dabei das komplexe Beanspruchungsszenario bestehend aus Vakuum-, Temperatur- und wenigstens kurzzeitiger Plasmabeständigkeit der ex-situ bereitgestellten Partikel im Fokus. In der Projektphase Applikation sollte dann unter Verwendung einer modifizierten Plasmaquelle (BAM-Patentanmeldung, beabsichtigte Lizenznahme durch Fa. CemeCon, Optionsvertrag) hinsichtlich der Realisierbarkeit, Prüfung und Qualitätssicherung von Plasmadispersionsschichten ein erster Praxistest zur in-situ Injektion von Partikeln in einen laufenden Beschichtungsprozess, zur Realisierung funktioneller Eigenschaften z.B. zur Identifikation oder Authentifizierung von Originalteilen, vorgenommen werden