Haftungsstarke Kunststoff-Metall-Verbunde im Spritzgießprozess
Kunststoff-Metall-Hybridbauteile sind in industriellen Anwendungen fest etabliert und haben im Zeitalter des Leichtbaus eine immer größere Bedeutung erlangt. Die Werkstoffkombination überzeugt mit Bauteilen, deren Eigenschaftsprofil die individuellen Materialvorteile miteinander verbindet: Während sich mit Metall hohe Festigkeit und Steifigkeit erzeugen lassen, bringt der Kunststoff weitgehende Gestaltungsfreiheit bei gleichzeitig geringer Dichte.
Um aus den ungleichen Materialien eine reproduzierbare Verbindung mit hoher Qualität und Belastbarkeit herzustellen, ist im Fügeprozess ein sicherer Stoffschluss entscheidend. Ohne spezielle Abdichtung stellt die Grenzfläche zwischen den Werkstoffen Kunststoff und Metall einen Risikofaktor dar.
Zusammen mit dem Kunststoff-Compound-Hersteller AKRO-PLASTIC GmbH hat Plasmatreat ein Verfahren für hybride Spritzgussbauteile entwickelt, das eine signifikante Verbesserung der Verbundhaftung ermöglicht und in Serienanlagen integriert werden kann. Zentrales Element ist die atmosphärische PlasmaPlus®-Beschichtung Plasma-SealTight®. Diese Beschichtung verbindet die Flächen, an der die Materialien aufeinandertreffen stoffschlüssig miteinander und schafft so einen medienresistenten und besonders haftungsstarken Hybridverbund.
Plasma-SealTight® Verfahren: Prozesssicher, reproduzierbar, umweltfreundlich
Das Plasma-SealTight® Verfahren ist als Inline-Lösung für den kontinuierlichen Produktionsprozess konzipiert. Es kann vollständig und automatisiert in die Spritzgusslinie integriert werden. Bei dem Gesamtkonzept sind alle Verfahrenskomponenten (plasmapolymere Schicht, Kunststoff-Rezeptur, Prozessparameter) genau aufeinander abgestimmt, so dass der Prozess auch bei hohen Produktionskapazitäten sicher und reproduzierbar realisiert wird.
Im ersten Prozessschritt wird die Oberfläche des Metalls mit Openair-Plasma® feinst gereinigt. Unmittelbar danach wird die Metalloberfläche mit der haftvermittelnden und korrosionsschützenden plasmapolymeren Schicht versehen. Sowohl die Plasmareinigung als auch die Plasmabeschichtung erfolgen innerhalb weniger Sekunden und ortsselektiv, d. h. nur an zuvor definierter Stelle. An das beschichtete Metall wird im anschließenden Spritzgießprozess der Thermoplast gespritzt.
Die in herkömmlichen Verfahren eingesetzten und häufig umweltbedenklichen Vorbehandlungsschritte, wie lösungsmittelhaltige Primer, lassen sich mit der Plasma-SealTight®-Beschichtung vollständig und qualitätsgesichert ersetzen.
Verbesserte Verbundfestigkeit gegenüber Haftvermittlern
Plasma-SealTight® verbindet sich auf molekularer Ebene mit dem Metall (Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Stahl) und generiert gleichzeitig organische Verbindungen (funktionelle Gruppen), die eine hohe Haftung des Metalls mit dem Kunststoff ermöglichen.
Mit Plasma-SealTight® können zwischen Kunststoffcompound und Metall Zugscherfestigkeiten von über 40 MPa erreicht werden. Gegenüber anderen Verfahren, wie dem Einsatz von Haftvermittlern oder der Mikrostrukturierung durch Laser oder Ätzung, erzielt die Plasmabeschichtung damit eine deutlich gesteigerte Verbundfestigkeit.
Mediendichter Hybridverbund
Werden Materialien nicht stoffschlüssig gefügt, so kann beispielsweise Wasser in die Grenzfläche eindringen und sich auf der Materialoberfläche ausdehnen. In Verbindung mit Sauerstoff korrodiert der Metalleinleger des Hybridverbundes und führt zum Versagen der Bauteilfunktion oder gar zur Delamination.
Die Wirkung von Plasma-SealTight®
Die Plasmaschicht verhindert das Eindringen aggressiver Medien, indem sie auch kleinste Hohlräume fein ausfüllt und sich schützend mit der Metalloberfläche verbindet. Die stoffschlüssige Versiegelung bildet eine langzeitstabile Barriere gegen Wasser, Salzlösungen, Öle oder Gase und schließt eine Unterwanderung durch diese Medien aus.
Vorteile der Plasma-SealTight® Technologie
- Erhöhung der Bauteilqualität durch verbesserte Verbundfestigkeit
- Mediendichtigkeit an der Grenzfläche
- Möglichkeit der vollständigen Integration in die Spritzgusslinie
- Hohe Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit
- Vollständige Eliminierung von Lösemitteln, Primern und Säuren
- Nur geringer Einsatz von Chemikalien (Präkursor)
- Keine VOC-Emission
Dauerhafte Kunststoff-Metall-Verbindungen beim Spritzgießen
Schlüsselfertige Komplettlösung für die Beschichtung im Plasma-SealTight®-Verfahren
Mit der schlüsselfertigen, vollautomatischen Plasmazelle PTU1212 wurde die Plasma-SealTight®-Technologie von Plasmatreat maschinell umgesetzt. Die Zelle kann an jede handelsübliche Spritzgussmaschine angepasst werden. Sie ermöglicht einen besonders schnellen und umweltfreundlichen Inline-Vorbehandlungsprozess in der Serienproduktion von Kunststoff-Metall-Bauteilen.
Die PTU1212 beinhaltet alles, was der Vorbehandlungsprozess verlangt. Dazu gehören u.a. Generator und Roboter, Steuerungstechnik und PCU-Plasma-Kontrolleinheit, Plasmajets, Kabel und Verbrauchsmaterial.
Plasma-Verfahrenstechnik im automatisierten Fertigungsprozess von Hybridbauteilen
Die Plasmabehandlung erfolgt über zwei nebeneinander platzierte Plasmasysteme. Im ersten Schritt führt der Roboter – bzw. bei kleineren Varianten ein XY-Achssystem – den Metalleinleger zunächst unter eine Openair-Plasma®-Düse. Seine Oberfläche wird hier auf molekularer Ebene von jeglichen Kontaminationen gereinigt und damit seine optimale Benetzbarkeit hergestellt. Unmittelbar danach erfolgt über das zweite Plasmasystem die funktionale Beschichtung des Metalls im Plasma-SealTight®-Verfahren.
Plasma-SealTight® im Überblick
Innovation und Kostenreduzierung
- Global einsetzbare Industrielösung
- Inline-Einsatz in der Spritzguss-Fertigungslinie (keine externen Transportwege)
- Prozesssicheres, reproduzierbares Verfahren
- Hohes Entwicklungspotential (neue Materialkombinationen)
- Ortsselektive Vorbehandlung bei sehr hohen Geschwindigkeiten
Umwelt und Nachhaltigkeit
- Komplette Eliminierung von Lösungsmitteln, Primern, Säuren
- Keine VOC bedingten Emissionen
- Sehr geringer Einsatz von Chemikalien (Prekursor)
- Hohe Energieeffizienz durch geringen Energieverbrauch der Plasmaanlage
- Hohe Energieeffizienz durch Entfall von Transportwegen der Halbfertigteile
