Haftung dank Plasma

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Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der Rheinisch-Westf. TH Aachen

Mehrkomponentenspritzgießen mit einstellbaren Zwischenschichten

Daher ist es das Ziel eines aktuellen Forschungsprojekts am Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen (IKV) eine vollständig neue Prozesskette zur Herstellung verschiedener Gummi/Thermoplast-Verbunde zu entwickeln und zu erproben, deren Verbundfestigkeit auf gezielt einstellbaren plasmapolymerisierten Zwischenschichten beruht. Als Materialien werden Standardkautschuke als Weich- und verschiedene technische Thermoplaste als Hartkomponente eingesetzt.

Die zur Zielerreichung kreierte neue Prozesskette lässt sich in drei Verfahrensschritte unterteilen. In einem ersten Prozessschritt wird im Spritzgießverfahren das thermoplastische Substrat hergestellt. Im Anschluss daran wird darauf in einem Niederdruckplasma eine plasmapolymerisierte Schicht abgeschieden. Auf die beschichteten thermoplastischen Substrate (Hartkomponente) wird abschließend in einem erneuten Spritzgießprozess die weiche Gummikomponente aufgespritzt.

Einstellung der plasmapolymerisierten Schichten

Die Diagramme Bild 2 und Bild 3 zeigen beispielhaft gezielte Veränderungen der Oberflächentopografie und der chemischen Zusammensetzung der plasmapolymerisierten Schichten, welche die wesentlichen determinierenden Faktoren für die realisierbare Verbundfestigkeit darstellen. In Bild 2 ist der Einfluss des Prozessdrucks des Niederdruckplasmas auf die Topografie der abgeschiedenen, plasmapolymerisierten Schicht dargestellt. Eine Verringerung des Prozessdrucks führt zu einer Verfeinerung der Oberflächenstruktur und somit zu einer deutlich (> Faktor 10) niedrigeren Rauheit.

Umfassende Untersuchungen zu Variationen von Prozessparametern zeigten, dass eine effektive Beeinflussung oder sogar Einstellung der chemischen Zusammensetzung der im Plasma abgeschiedenen Schicht über ausgewählte Prozessparameter nicht zu erzielen ist. Aus diesem Grund ist eine Variation der Prozessgase vorgenommen worden. Die Entwicklung der chemischen Zusammensetzung der erzeugten Schichten in Abhängigkeit des Sauerstoffflusses ist in Bild 3 ausgehend von der Zusammensetzung des unbeschichteten Substratmaterials (PC) gezeigt. Die Verläufe zeigen, dass für diesen beispielhaften Beschichtungsprozess bis zu einem Verhältnis von 8:1 Sauerstoff/Hexamethyldisiloxan (HMDSO) eine weitreichende Einstellung der chemischen Zusammensetzung der abgeschiedenen Schicht möglich ist.

Die bisher durchgeführten Untersuchungen werden zur Beeinflussung der chemischen Zusammensetzung und der Oberflächenbeschaffenheit der auf einem thermoplastischen Substrat abgeschiedenen plasmapolymerisierten Schicht belegen, dass es möglich ist, bei entsprechender Prozesskenntnis die Schichteigenschaften gezielt einzustellen. Zukünftige Untersuchungen werden nun verstärkt die Realisierung der angestrebten Verbundhaftung betrachten. Hierzu werden gemäß der vorgestellten Prozesskette Verbundprobekörper mit verschiedenen technischen Kunststoffen und Elastomeren hergestellt und auf ihre Verbundfestigkeit hin untersucht werden. (qui)

* W. Michaeli, K. Opdenwinkel, F. v.Fragstein, alle Mitarbeiter am Institut für Kunststoffverarbeitung der RWTH Aachen

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