ak-adp-Workshop in Naumburg

Die technisch einfache Realisierung der Haftungsoptimierung durch eine Plasmabehandlung der Oberflächen findet ständig neue Anwendungen für spezielle Funktionalitäten auf neuen Materialien und Materialkombinationen. Durch den Ersatz von chemischen Oberflächenvorbehandlungen spielen auch ökologisch nachhaltige Gesichtspunkte eine wesentliche Rolle für den Einsatz von atmosphärischen Plasmen.

Auf dem Workshop wurden aktuelle Arbeiten aus Forschung und Industrie präsentiert und zur Diskussion gestellt. Nach einer Einführung zur Anwendung atmosphärischer Plasmen für die kontrollierte Realisierung einer Oberflächenbenetzung für verschiedene Anforderungen lag der Fokus der Vorträge auf

• speziellen Reinigungs-, Aktivierungs- und Beschichtungsprozessen
• klebstofffreiem Fügen
• Plasmamodifizierung von Polymer- und Edelstahloberflächen
• der Frage nach der Dauerhaftigkeit einer Plasmavorbehandlung
• Kaltplasmahärtung und
• der Vorstellung von neuen Entwicklungen und Anwendungsbeispielen der Anlagenhersteller.

Diskussionsrunde „ak-adp-talk“Eine prozesstechnisch wichtige Frage bei der Plasmabehandlung für die Haftungsverbesserung ist die Frage nach der Dauerhaftigkeit bzw. Lagerfähigkeit der Plasmabehandlung. In welchem Zeitfenster nach der Plasmabehandlung muss die Weiterverarbeitung der behandelten Oberfläche erfolgen? In dem von Dr. Sergey Stepanov vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM Bremen präsentierten Anwendungsbeispiel „Plasmaaktivierung für robuste Klebeprozesse – wie lange sind plasmaaktivierte Polymeroberflächen offen?“ wurden vier Klarlacksysteme mit verschiedenen Additiven für die Verklebung auf PP-Verbundwerkstoffen getestet. Die Lagerung der Materialproben nach der Plasmabehandlung mit OpenAir-Plasma erfolgte bis zu 28 Tagen vergleichend unter Normalklima und heiß-schwülen Bedingungen. Gemessen wurden vor und nach der Lagerung die Oberflächenenergien und die Schälfestigkeiten. Nach der Plasmabehandlung konnte für nahezu alle Plasmaparameter und Materialkombinationen eine deutliche Steigerung der Benetzbarkeit, d. h. eine Zunahme insbesondere des polaren Anteils der Oberflächenenergie nachgewiesen werden. Allerdings gilt nicht die Regel „Viel hilft viel“ – oft sind moderate Plasmaparameter die bessere Wahl. Zum wiederholten Mal wurde bestätigt: Höhere Oberflächenenergie-Werte führen nicht zwangsläufig zu höheren Klebfestigkeiten! Eine Steigerung der Schälfestigkeiten und Abnahme der Streuung kann oft bei reduzierten Behandlungsintensitäten beobachtet werden.

Dr. Marvin Omelan vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST Braunschweig berichtete in seinem Vortrag zu „Klebstofffreiem Fügen von homogenen und heterogenen Materialverbunden via AD-Plasma“ über die Arbeit mit eigen-entwickelten flächigen Plasmasystemen. Das Niedrigtemperatur-Fügen von Kunststoffen ermöglicht z. B. die sortenreine Trennung von Materialien als Grundlage für Recycling-Prozesse. Durch eine Dünnfilm-Plasmabeschichtung im Puls-Pausen-Modus und einen statischen Thermobonder können aktuell verzögerte Laminierprozesse mit bis zu 2m/min realisiert werden. Die Einstellung definierter Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten ermöglichen das Bonden bzw. Trennen. Weiterführende Arbeiten betreffen die Einsparung von Prozessressourcen wie Energie und Gasverbrauch sowie die Erweiterung auf Nutzmaterialien wie Acetate und Rezyklate.

Ein weiteres interessantes Thema wurde von Dr. Konstantin Livanov von der OrelTech GmbH Berlin vorgestellt. Mit Hilfe der bisher nur als Vakuumprozess realisierten „Kaltplasmahärtung für reine Edelmetallschichten“ werden Strukturen aus Silber-, Gold-, Platin- und Palladiumtinten gedruckt und plasmagehärtet. Diese z. B. für die Erzeugung elektrisch leitender Strukturen interessante Technologie soll zukünftig auch mit atmosphärischen Plasmen realisierbar sein.

PausengesprächeEine neue Plasmaquelle, die u. a. für die direkte Integration in Druckprozesse entwickelt wurde, stand im Mittelpunkt der Präsentation von Frau Dr. Neysha Lobo Ploch vom Ferdinand-Braun-Institut gGmbH Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik Berlin. Die „Ultrakompakte Atmosphärendruck-Mikrowellen-Plasmaquelle zur kostengünstigen Behandlung von Oberflächen“ wurde für die Funktionalisierung verschiedener Kunststoffe umfassend hinsichtlich Modifizierung der Oberflächenenergie und Haftungseigenschaften charakterisiert. Neben den Tests zur Plasmaaktivierung von Kunststoffen konnte auch ein antimikrobieller Effekt nachgewiesen werden.

Der abschließende ak-adp-talk bot weitere Möglichkeiten zu Information und Diskussion: Wie können die Haftungseigenschaften einer Oberfläche mit dem Verbundpartner am einfachsten und sichersten gemessen werden? Unter dem Fokus „Oberflächenenergie im Kreuzverhör“ wurde die provokative Frage gestellt: Testtinten – Humbug oder schnelles und preiswertes Tool für den Praktiker? Dazu konnten kompetente Mitarbeiter der AnalytikGerätehersteller KRÜSS GmbH Hamburg und Dataphysics Instruments GmbH Filderstadt begrüßt werden. Beide Firmen haben langjährige Erfahrungen im Spezial-Gerätebau für die Messung von Oberflächeneigenschaften zur Bestimmung der Benetzbarkeit und Haftung. In Impulsvorträgen wurden konkrete Messszenarien, d. h. Möglichkeiten der Oberflächenanalytik für einen anwendungsabhängig optimalen Nachweis der Haftungseigenschaften von Materialkombinationen vorgestellt, die anschließend aus der Sicht der Workshop-Teilnehmer diskutiert wurden. Dabei hat sich herauskristallisiert, dass bei der Überführung von neuen Entwicklungen aus der Forschung in die Industrie ein Schwerpunkt auf der Bereitstellung einer optimalen Möglichkeit zur Prozesskontrolle und Qualitätssicherung liegen sollte. Die Innovationsfreudigkeit von Unternehmen kann durch einen inline-Qualitätsnachweis, der sicher/eindeutig, schnell, zerstörungsfrei und kostengünstig handhabbar ist, deutlich gefördert werden.

Der Workshop wird von den Teilnehmern aus Industrie, wirtschaftsnaher Forschung und Plasma-Anlagenbau regelmäßig als Technologie-Impulsgeber genutzt. Das Angebot zu Kontaktanbahnung, Kommunikation und Informationsaustausch stand auch im Rahmen der etablierten Abendveranstaltung und Stammtisch im Mittelpunkt. Unterstützt wurde der Workshop durch die Deutsche Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse e.V. Berlin.

Vorschau: Einladung zum Industriedialog für Nachhaltigkeit

Geboten werden innovative industrierelevante Möglichkeiten der Oberflächenfunktionalisierung. Plasmatechnologie kann in Best-Practice-Beispielen am 26. und 27. April 2023 im Grassimuseum Leipzig beim 43. Workshop des Anwenderkreises Atmosphärendruckplasma ak-adp kennengelernt werden. Der thematische Schwerpunkt des Workshops liegt auf spezifischen industriell umgesetzten Plasmaanwendungen, laufenden angewandten Forschungsthemen und Plasma-Anlagenentwicklungen sowie Möglichkeiten einer produktionsbegleitenden Dünnschicht-Analytik. Ein Höhepunkt des Workshops ist die Auswertung Wettbewerbs #ZukunftADP.