Prozess

Oberflächentechnik

Oftmals hängt die Produktqualität von einer entscheidenden Größe ab – der Qualität der Oberfläche. Diese durch die richtigen Einstellungen im Verarbeitungsprozess zu erzielen, stellt häufig eine Herausforderung dar. Stippenbildung, Schlieren, Kratzer oder sogar eine falsche Auslegung der Oberfläche können aber bereits in der Entwicklungsphase vermieden werden.

In der Kunststoffverarbeitung gibt es zudem zahlreiche weitere Beispiele für Grenzflächenphänomene. Hierzu zählen Oberflächenbehandlungen zur Steigerung der Benetzung von Lacken, Beschichtungen und Klebstoffen, Adhäsionskräfte beim Kleben und Lackieren, das Entformungsverhalten beim Spritzgießen, Schmelzrückstände beim Heizelementschweißen sowie Reib- und Verschleißeigenschaften von Kunststoffen. Alle diese Phänomene lassen sich durch Charakterisierung der mechanischen Oberflächenstruktur, der chemisch-physikalischen Oberflächeneigenschaften, Materialzusammensetzung und der Adhäsionskräfte beschreiben und somit auch durch die Veränderung dieser Parameter gezielt beeinflussen. Neben den Forschungs- und Dienstleistungstätigkeiten in den beschriebenen Schwerpunkten wird der Transfer der Ergebnisse durch Fachtagungen, Kurse und Lehrgänge abgerundet.

Durch unsere umfangreiche Ausstattung sowie unser breites Know-How helfen wir Ihnen gerne weiter. Informieren Sie sich hier über unsere Aktivitäten in diesem Bereich.

M.Sc. Michael Heilig

Gruppenleiter | Kleben und Oberflächentechnik

Würzburg

+49 931 4104-780

m.heilig@skz.de

Dienstleistungen

Für Lacke, Farben, Beschichtung oder Klebstoffe stellt die Benetzung sowie die Adhäsion zu Substraten ein entscheidendes Qualitätskriterium dar. Wir prüfen im Auftrag unserer Kunden Verbundfestigkeiten von Beschichtungs- und Klebsystemen, um geeignete anwendungsspezifische Materialkombinationen zur ermitteln.

Oberflächenbeschichtungen werden hauptsächlich zum Schutz, für dekorative oder funktionelle Zwecke eingesetzt. In den meisten Fällen ist es aber eine Kombination dieser. Der Begriff „Funktionelle Beschichtungen“ beschreibt ein System, das neben den klassischen Eigenschaften (Schutz, Dekoration) auch andere funktionelle Eigenschaften besitzt. Am EZD ist sowohl das Knowhow als auch die Ausstattung vorhanden, um die Lackformulierungen zu modifizieren, die neuen Lacke zu applizieren und die fertigen Schichten zu analysieren. Somit kann die komplette Prozesskette des Beschichtungsprozesses abgedeckt werden. Dies gilt sowohl für Nasslack als auch für Pulverbeschichtungen.

Kontakt:
Andreas Schneider (EZD) | +49 9287 99880-16 | a.schneider@skz.de

Neben dem Lackieren, Beschichten und Kleben gibt es in der Kunststoffverarbeitung zahlreiche weitere Beispiele für Grenzflächenphänomene. Das Entformungsverhalten beim Spritzgießen, Schmelzrückstände am Heizelement beim Kunststoffschweißen oder Wandgleiten bei der Kunststoffextrusion stellen nur einen Auszug dar. Wir bieten Ihnen entsprechend Unterstützung bei Fragestellungen hinsichtlich Grenzflächenphänomenen an.

Die Kenntnis über den Zustand einer Kunststoffoberfläche ist essenziell, um Oberflächen zu funktionalisieren oder mögliche Oberflächenfehler zu detektieren. Am SKZ stehen eine Vielzahl an Mess- und Prüfmethoden zur Charakterisierung der Oberflächenstruktur und Topografie, der Chemie der Oberfläche mit funktionellen Gruppen sowie viele weitere mechanische und physikalische Oberflächeneigenschaften zur Verfügung.

Die Benetzung und Adhäsion von Kunststoffen durch Farben, Lacken, Beschichtungen und Klebstoffen kann durch verschiedene Oberflächenbehandlungen gesteigert werden. Hierbei wird zwischen mechanischen sowie chemischen und physikalischen Oberflächenbehandlungsmethoden unterschieden. Am SKZ stehen verschiedene Behandlungsverfahren für Vorversuche zur Verfügung.

Am SKZ werden nicht nur Laborprüfungen hinsichtlich der Oberflächenanalyse eingesetzt, sondern auch stetig Inline-Qualitätssicherungsmethoden entwickelt und validiert. Wir unterstützen Sie bei der der Auswahl, Beschaffung und Entwicklung von Inline-, Online- oder Atline-Messverfahren hinsichtlich Farbe, Glanz oder Oberflächendefekten aller Art.

Für viele Anwendungsbereiche sind die tribologischen Eigenschaften von Kunststoffen von zentraler Bedeutung. Die Kenntnis über das Reibungs- und Verschleißverhalten ist für mechanisch bewegte Systeme unabdingbar. Anforderungen, die dabei häufig an die Materialien gestellt werden, sind ein niedriger Reibkoeffizient für einen geringen Energieverbrauch und eine gute Verschleißfestigkeit, um Wartungsintervalle zu verlängern. Diese Kenngrößen können durch anwendungsnahe Systemprüfungen oder Standardmessverfahren bestimmt werden.

Als Experten auf dem Gebiet der Kunstststofftechnik sind wir bestrebt, unser jahrzehntelang erworbenes Wissen an unsere Kunden weiterzugeben. Von der Materialentwicklung über Fertigungsprozesse bis hin zur Anwendung verschiedener Prüf- und Messmethoden – in unseren zahlreichen praxisorientierten Kursen erwerben Sie als Teilnehmer das nötige Wissen im Umgang mit dem Werkstoff Kunststoff. Dies beginnt bei der Wahl der richtigen Werstoffe und der Einhaltung fertigungsgerechter Konstruktionsregeln, ersteckt sich über die richtige Handhabung von Geräten und Maschinen zur Herstellung und Bearbeitung von Kunststoffbauteilen und endet beim richtigen Verständnis von Qualitätskriterien und dem damit verbundenen Einsatz von Prüf- und Messwerkzeugen.
Die Zusammenführung von Menschen aus unterschiedlichen Bereichen des Unternehmens sowie aus unterschiedlichen Brachen zum Austausch von Erfahrungen und fachlichem Know-how steht neben der reinen Wissensvermittlung für uns ebenfalls an vorderster Stelle. Unsere zahlreichen Fachveranstaltungen bilden dabei den idealen Ort für einen freien Austausch von Gedanken. Renommierte Referenten aus unterschiedlichsten Branchen und exzellente Fachvorträge machen die SKZ-Fachtagungen zu beliebten Treffpunkten innerhalb der Kunststoffbranche.

Zum Bereich Bildung

Impression

Modernste Ausstattung für beste Ergebnisse und Produkte

Ein Blick in unser Technikum. Auf über 1.000 Quadratmetern bieten wir Ihnen Dienstleistung auf höchstem Niveau. Fordern Sie uns heraus. Gemeinsam finden wir auch für Ihr Problem eine Lösung.

Technische Ausstattung zur Oberflächentechnik

Für die Charakterisierung der Benetzungseigenschaften von Farben, Lacke und Substraten stehen verschiedene Charakterisierungsmethoden zur Verfügung.

Tropfenkonturanalyse-System DSA30 für automatische Kontaktwinkelmessung und Messungen von hängenden Flüssigkeitstropfen (DIN EN ISO 19403, DIN 55660)
Hochtemperatur-Dosiersystem für Kontaktwinkelmessungen für den Temperaturbereich von 50 °C bis 400 °C
Mobiles Kontaktwinkelmessgerät MSA: Kontaktwinkelmessungen mit Wasser und Diiodmethan
Tensiometer: Messung der Grenz- und Oberflächenspannung von Flüssigkeiten mit der Plattenmethode

Zur Oberflächenbeschichtung mit Fokus Pulverbeschichtung und Nasslackierung stehen nachfolgende Beschichtungsverfahren und Peripherie zur Verfügung. Es kann die komplette Bandbreite an Substraten (Metall, Kunststoff, Glas, Keramik etc.) beschichtet werden.

Pulverbeschichtungssystem: Handpistole mit Corona-Aufladung
Rakelsystem und Sprühapplikation für Nasslackbeschichtung:
Ultraschallschichtdickenmessgerät: Messbereich 13 - 1.000 μm
Kratzbeständigkeit, Wasch- und Scheuerbeständigkeit
Elektrische Leitfähigkeit
Haftzugprüfgeräte für automatische Abreißversuch zur Beurteilung der Adhäsion/Kohäsion von Beschichtungen

Kontakt:
Andreas Schneider (EZD) | +49 9287 99880-16 | a.schneider@skz.de

Zur Farbmessung am fertigen Bauteil stehen am SKZ unterschiedliche Messgeräte zur Verfügung.

Laborgeräte mit d/8°-Kugelgeometrie (Messungen im Auflicht- und Durchlichtverfahren)
Messgeräte mit 45/0° Geometrie
Inline-Farbmessgerät (45/0°) mit integriertem Temperatursensor
Inline UV-VIS Spektralphotometer
Glanzmessgerät (20° / 60° / 85°)

Kontakt:
Dr. Linda Mittelberg | +49 931 4104-458 | l.mittelberg@skz.de

Auflicht- und Durchlichtmikroskope
Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS/ESCA)
Molekülspektroskopie (FT-IR, Raman)
Elektronenmikroskopie (REM-EDX/ESEM)

Die Oberflächentopografie, Rauheit und Welligkeit von Kunststoffoberflächen sind für viele Verarbeitungsprozesse oder Reibprozesse ein entscheidendes Qualitätsmerkmal. Zur Charakterisierung von Oberflächentopografie, der Rauheit, Welligkeit oder Oberflächenstrukturen sowie -Formen stehen am SKZ folgende Prüfmöglichkeiten bereit:

Optisches 3D-Profilometer S neox: Betriebsarten aktiv beleuchtete Fokusvariation, Konfokal und (Weißlicht-)Interferometrie (DIN EN ISO 25178, DIN EN ISO 21920)
Konfokaler Laser-Scanner (SurfScan)
Taktiles Rauheitsmessgerät (Profilometer, DIN EN ISO 21920, DIN EN ISO 4287)
Rasterkraftmikroskop (AFM)
Linienscanner

Zur mechanischen, physikalischen und chemischen Vorbehandlung von Kunststoffoberflächen steht ein automatisierter Vorbehandlungsstand und folgende Geräte für Versuchsreihen zur Verfügung.

Niederdruckplasma (verschiedene Gase und Precursoren möglich)
Atmosphärendruckplasma (rotierende und statische Düsen)
Corona
Beflammen
VUV-Strahler
UV-Laser
CO2-Laser
Strahlen
Primern

Oftmals ist zur Charakterisierung von Substraten und Prüfkörpern eine vorhergehende Probenpräparation erforderlich. Hier können nachfolgende Verfahren zum Einsatz kommen.

Mikrotom für Schnittpräparationen
Schleif- und Polierautomat
Harzeinbettsystem
Sägen
Wasserstrahlscheiden

Reib-, Kratz- und Abriebeigenschaften sind als Systemeigenschaften stark von den Prüf- und Umgebungsbedingungen abhängig. Aus diesem Grund stehen am SKZ eine Vielzahl an Prüfmöglichkeiten zur Verfügung. Sprechen Sie uns hinsichtlich Ihrer spezifischen Prüfaufgabe gerne an!

Tribometer
Taber-Abraser
UST®-Universal Surface Tester
Dyna -SPA®
Abrex®
Martindale
Crockmeter
Automatisches Waschbarkeits- und Scheuerprüfgerät (ISO 11988, ASTM D 4213, ASTM D 2486)
Automatisches Haftzugprüfgerat (DIN EN ISO 16276-1, DIN EN ISO 4624, ASTM D4541)
Rakelsystem inklusive Härteprüfstab (ISO 1518) und Trockenzeit-Rekorder (ISO 9117-4)

Veröffentlichungen

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FAQ – Oberflächentechnik

Verbesserung der Haftung
Kunststoffe werden häufig verklebt oder beschichtet. Um eine Ablösung von Beschichtungen, oder ein Komponentenversagen zu verhindern werden Oberflächen vorbehandelt
Reinigung und Entfettung
Während vorgelagerten Produktionsprozessen kann es zu Verunreinigungen wie Fett oder Staub kommen. Eine Reinigung als Vorbehandlung kann die gute Weiterverarbeitung garantieren.
Verbesserung der Oberflächenenergie
Die intrinsische Oberflächenenergie vieler Kunststoffe ist niedrig, weshalb sie häufig schlecht benetzbar sind. Eine Vorbehandlung kann die Oberflächenenergie und damit die Benetzung und Haftung verbessern.

Verbesserung der Lackierbarkeit
Gerade Sichtteile werden oftmals lackiert. Für eine gute Lackhaftung ist in diesen Fällen eine Vorbehandlung.
Verbesserung der Bedruckbarkeit
Um eine gute Druckqualität und Haftung von Tinte zu ermöglichen, ist ebenfalls eine Vorbehandlung notwendig.

Mechanische Vorbehandlung
Dies umfasst das Schleifen, Sandstrahlen oder Polieren der Kunststoffoberfläche. Mechanische Vorbehandlungen können dazu beitragen, Verunreinigungen zu entfernen und die Oberfläche aufzurauen, was die Haftung von Beschichtungen verbessern kann.
Chemische Reinigung
Die Verwendung von speziellen Reinigungslösungen oder Lösungsmitteln kann helfen, Verunreinigungen, Fette und Öle von der Oberfläche zu entfernen. Es ist wichtig sicherzustellen, dass die verwendeten Chemikalien für den spezifischen Kunststoff geeignet sind, da einige Chemikalien Kunststoffe beschädigen können.
Plasmaätzen
Plasmaätzen ist ein Verfahren, bei dem ein Plasma auf die Oberfläche des Kunststoffs aufgebracht wird, um sie zu reinigen und zu aktivieren. Dieses Verfahren kann die Oberflächenenergie erhöhen und die Haftung verbessern.

Koronaentladung
Die Behandlung mit Koronaentladung ist eine weit verbreitete Methode zur Oberflächenaktivierung von Kunststoffen. Dabei wird die Oberfläche des Kunststoffs mit einem elektrischen Hochspannungsfeld behandelt, um die Oberflächenenergie zu erhöhen und die Haftung von Beschichtungen zu verbessern.
Primer und Haftvermittler
Die Verwendung von Primern oder Haftvermittlern ist eine effektive Möglichkeit, die Haftung von Beschichtungen oder Klebstoffen auf Kunststoffoberflächen zu verbessern. Diese Produkte werden oft als erste Schicht auf die Oberfläche aufgetragen, um eine bessere Haftung zu ermöglichen.

Die Wahl des richtigen Oberflächenvorbehandlungsverfahrens lässt sich nicht pauschal beantworten. Hier spielen verschiedene Faktoren eine Rolle, welche für das konkrete Bauteil berücksichtigt werden müssen. Zunächst einmal die Substratgröße: Wird das Bauteil unter einer Behandlungseinheit hindurchbewegt oder statisch behandelt? Zudem sind das Material sowie der Reinigungszustand der Oberfläche wichtig. Anschließend müssen die Geometrie und der Behandlungsbereich definiert werden. Komplexe Strukturen und Hinterschneidungen haben andere Anforderungen wie planare große Flächen. Gibt es bestehende Behandlungsinfrastrukturen, welche Anschlüsse sind vorhanden, welche Behandlungsgeschwindigkeiten sollen realisiert werden? Dies und vieles mehr gilt es zu berücksichtigen. Wir unterstützen Sie gerne unabhängig bei der Auswahl und Beratung.

So vielfältig wie die Materialien, Oberflächenvorbehandlungen und Prozessparameter sind, so vielfältig sind auch die möglichen Weiterverarbeitungsfenster nach den Aktivierungen. Im Material können Additive, insbesondere Verarbeitungshilfsmittel, nach der Aktivierung an die Oberfläche migrieren und erzeugte Funktionalitäten blockieren. Ähnlich verhält es sich mit der Luftfeuchtigkeit aus der Umgebung, welche sich auf der aktivierten Oberfläche niederschlagen kann. Die aktivierte Oberfläche wird eben nicht nur vom Lack, Druckfarbe oder Klebstoff gut benetzt, sondern auch von Wasser. Hinzu kommen mögliche Staubablagerungen. Ebenso sind aktivierte Oberflächen und deren funktionelle Gruppen an der Oberfläche energetisch ungünstig, wodurch sich diese Funktionalitäten über die Zeit durch Polymerkettenrotationen in das Bulkmaterial drehen und damit nicht mehr für Bindungen zur Verfügung stehen. Dieser Effekt ist material-, zeit- und temperaturabhängig und wird auch als „Hydrophobic Recovery Effect“ bezeichnet. Um eine grobe Vorstellung zu bekommen, werden oftmals Kontaktwinkelmessungen durchgeführt, welche die Benetzung der Oberfläche durch die freie Oberflächenenergie mit polaren und dispersen Anteilen charakterisieren. Wesentlich präziser, aber auch kostenintensiver sind chemische Analysen wie XPS-Messungen. Wir empfehlen daher, eine Überprüfung der Weiterverarbeitbarkeit am konkreten Bauteil im eigenen Weiterverarbeitungsprozess vorzunehmen, um verlässliche Aussagen treffen zu können.

Um diese Frage zu beantworten, muss die Frage nach der Funktionalität des Bauteils bzw. der Oberfläche gestellt werden. Dient die Oberfläche einem dekorativen Zweck, sind Farbe, Glanz und Oberflächentopografie relevant, da nur so die „Appearance“ beschrieben werden kann. Entsprechend werden somit auch Fehlstellen und Oberflächendefekte ermittelt, wobei gerade bei der Oberflächentopografie die verschiedensten Verfahren zur Verfügung stehen, je nachdem ob die Oberfläche spiegelglatt oder aufgeraut ist. Soll die Oberfläche dagegen bedruckt, lackiert oder geklebt werden, ist zunächst einmal die Benetzung der Oberfläche interessant, welche als notwendige Bedingung angesehen wird und beispielsweise durch Kontaktwinkelmessungen geprüft wird. Wesentlich präziser sind dann chemische Analysen, um beispielsweise quantitativ funktionelle Gruppen zu detektieren. Analog können viele weitere Funktionen der Oberfläche durch Oberflächenwiederstände, Reibeigenschaften oder Härte charakterisiert werden. Sprechen Sie uns gerne bei Bedarf an!