Showroom für beschichtete Oberflächen (Quelle: Kunststoff-Institut Lüdenscheid)

Vorbehandlung

1) Reinigung von Oberflächen

Der Begriff Reinigen ist unter Berücksichtigung des Reinigungsziels nach DIN 8592-2003 definiert als: “Entfernen unerwünschter Stoffe (Verunreinigungen, Verschmutzungen) von der Oberfläche von Werkstücken bis zu einem erforderlichen, vereinbarten oder möglichen Grad”. Eine Bauteilreinigung wird immer dann notwendig, wenn ein zu beschichtendes Produkt kontaminiert ist.

Ionisierung

Viele Kunststoffprodukte laden sich bei ihrer Herstellung oder dem Transport elektrostatisch auf und wirken so stark anziehend auf in der Umgebungsluft schwebende Teilchen. Eine anschließende Beschichtung wird somit erschwert bzw. sie weist Einschlüsse von Fremdpartikeln auf, die zum Ausschuss führen. Mittels ionisierter Luft können die an den Oberflächen ruhenden elektrostatischen Ladungen eliminiert werden und dem Staub wird somit die Möglichkeit genommen, anzuhaften.

Chemische Reinigung

Bei der chemischen Reinigung von Polymeroberflächen wird meist in Handarbeit die Oberfläche mit einem Lösemittel z.B. Isopropylalkohol getränkten Lappen abgewischt und so von Verunreinigungen, wie Staub, Fingerabdrücken, etc. gereinigt

Strahlen

Die Oberflächenbehandlung mittels Strahlen erfolgt mechanisch durch das Schleudern von Strahlmitteln gegen die zu bearbeitende Oberfläche. In der Kunststofftechnik wird Strahlen eingesetzt zur Formenbehandlung, zur direkten Behandlung um den Kunststoffteilen eine gleichmäßige Oberflächenstruktur und Mattierung zu verleihen und zum Entgräten von Duroplastformteilen.

Schleifen

Schleifen ist die Bearbeitung mit harten Kristallen und somit undefinierter Schneidgeometrie. Das Schleifen von Kunststoffen ist kein spanabhebender Vorgang. Es führt zu Mikroausbrüchen aus der Oberfläche, aber nicht zu einer Spanbildung. Zudem unterscheidet sich die Bearbeitung von Kunststoffen von der Metallbearbeitung durch die wesentlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit und die geringe Temperaturbeständigkeit von Kunststoffen. Dies führt leicht zu partiellen Anschmelzungen. Die Nachbearbeitung von Kunststoffen sollte daher in möglichst geringem Umfang erfolgen.

Polieren

Das Polieren von Kunststoffen ist ein Anschmelzen der Rauhigkeitsspitzen und das Ziehen des Schmelzefilms in die Vertiefungen der Oberfläche. Beim Polieren ist das Einhalten der richtigen Poliertemperatur wichtig. Eine zu geringe Poliertemperatur bewirkt lediglich ein Einebnen von Riefen. Hohe Poliertemperaturen führen zu Spannungen im Bauteil, die zu eventuell auch erst später auftretenden Haarrissen führen. Das Polieren geschieht mit einer rotierenden Polierscheibe und darauf aufgetragenen Glanzwachsen.

Power-Wash

Häufig werden Kunststoffe mit wässrigen oder lösemittelbasierten Reinigungsverfahren, sog. Power-Wash-Verfahren, gereinigt. Es handelt sich um einen Reinigungsschritt vor einer nachfolgenden Lackierung, bei dem die Werkstückoberfläche über Spritzdüsen mit Druck und erhöhter Temperatur beaufschlagt wird. Durch das verwendete Reinigungsmittel werden die Verunreinigungen gelöst, beziehungsweise emulgieren und werden durch die hohe kinetische Energie des Spritzstrahls weggeschwemmt. Dieses Verfahren bietet sich beispielsweise an, wenn Trennmittel von Formteiloberflächen zu entfernen sind.

CO2-Schneestrahlen

Das CO2-Schneestrahlen stellt eine ökologische Alternative dar, Kunststoffbauteile, z. B. vor einem Lackierprozess, zu reinigen. Das zum Einsatz kommende CO2 wird nicht zusätzlich erzeugt, sondern entsteht bei chemischen und industriellen Prozessen als Nebenprodukt, wodurch das Verfahren umweltneutral ist. Mit dieser Technik lassen sich u.a. auch Fingerabdrücke entfernen.

2) Aktivierung von Oberflächen

Reicht eine Reinigung für die geforderte Haftung von Beschichtungen nicht aus, dann ist eine Aktivierung der Bauteiloberfläche notwendig. Jedes der Aktivierungsverfahren hat seine Vor- und Nachteile, die für das vorliegende Produkt betrachtet und getestet werden müssen. Eine Pauschalaussage „Wenn das Material X eingesetzt wird, dann ist die Aktivierung Y die Richtige“ ist leider nicht möglich.

Beflammen

Das Beflammen ist ein bewährtes Verfahren zur Aktivierung von flächigen Bauteilen oder einfachen Geometrien. Durch die chemische Wirkung der Gasflamme werden in der Oberfläche des zu behandelnden Substrats Molekülbindungen aufgebrochen, was den Einbau von in der Flamme erzeugter Radikale (N, O,-OH) in die Makromolekülketten ermöglicht. Da hauptsächlich Sauerstoff und sauerstoffhaltige Gruppen in die Oberfläche eingelagert werden, wird auch von einer Oxidation der Oberfläche gesprochen. Auf diese Weise werden auf der Oberfläche des unpolaren Werkstoffs polare Gruppen erzeugt, an die sich Druckfarben, Lacke, Klebstoffe usw. anbinden können.

Plasmaverfahren

Wird einem Gas Energie zugeführt, so wird es ionisiert und geht in den Plasmazustand über. Neben Elektronen, Ionen und „normalen“ Gasmolekülen enthalten Plasmen in hohen Konzentrationen auch neutrale Molekülbruchstücke (Radikale), die auf Grund ihrer instabilen Struktur, chemisch besonders reaktionsfähig sind. Durch Kontakt des Plasmas mit einer Festkörperoberfläche kann es zu Reaktionen an dieser beitragen und so eine Veränderung der Oberflächeneigenschaften des Kunststoffes durch den Einbau neuer funktioneller Gruppen bewirken. Die Oberfläche wird somit plasmaaktiviert. Neben der Aktivierung wird die Oberfläche zusätzlich gereinigt.

Behandlung mittels Koronaentladung

Unter Korona ist eine elektrische Entladung bei Atmosphärendruck zu verstehen. Die Koronavorbehandlung ist das mit Abstand am häufigsten eingesetzte Verfahren in der Kunststoffbahnenindustrie. Bei der Folienherstellung wird meist In-Line am Ende des Fertigungsprozesses vor dem Druckprozess aktiviert. Zwischen einer geerdeten Metallwalze und einer isolierten Elektrode tritt eine kontinuierliche, selbständige Entladung ein, die auf die Bahn trifft. Unter dem Einfluss der Potentialdifferenz der Elektroden wird die Luft im Raum zwischen den Elektroden ionisiert und es entsteht eine Entladung. In diesem bewegen sich Elektronen und Ionen und bewirken zusammen mit der UV-Strahlung die Aktivierung der Oberfläche. Neben der Modifizierung von Polymerketten kommt es auch zum Herauslösen von oligomeren Anteilen und zur Bildung von Mikrokratern an bzw. in der Oberfläche.

Fluorierung

Fluor ist mit einer Elektronegativität von 4,0 das reaktivste Element im Periodensystem und kann deshalb schon bei Raumtemperatur mit fast allen anorganischen und organischen Verbindungen zu kontrollierbaren Reaktionen gebracht werden. Die Fluorierung von Kunststoffbauteilen geschieht in einer Vakuumkammer. An der Polymeroberfläche findet eine reproduzierbare, trockenchemische Reaktion statt, bei der Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert werden, d. h. es entstehen neue chemische Bindungen. Auf diese Weise wird eine über längere Zeit aktive Oberfläche geschaffen, an der mechanische und chemische Bindungen möglich sind.