Trennschichten

Trennschichten zur trockenen Entformung – sauber und wirtschaftlich

Instrumententafelträger
© Fraunhofer IFAM
Instrumententafelträger während der Niederdruck-Plasmabeschichtung
© Fraunhofer IFAM
Inline-Atmosphärendruck-Plasmabeschichtung
Instrumententafelträger nach der Beschichtung
© Fraunhofer IFAM
Instrumententafelträger nach der Beschichtung

Von der Trennmittelreduktion bis zur Trennmittelfreiheit

Bei der Produktion von Kunststoff-Formteilen aus reaktiven Polymeren oder Thermoplasten mithilfe vorwiegend metallischer Formwerkzeuge garantieren Trennmittel eine leichte Entformung und damit einen reibungslosen Produktionsablauf. Unproblematisch ist ihr Einsatz dennoch nicht: Konventionelle Trennmittelsysteme enthalten oft umweltbelastende organische Lösungsmittel. Zudem verbleiben nach dem Entformen Trennmittelreste auf Form und Formteil, die in nachfolgenden Reinigungsschritten entfernt werden müssen – mit negativen Folgen für die Produktivität und einer weiteren Umweltbelastung durch die eingesetzten Reinigungsmittel.

Daher hat das Fraunhofer IFAM Beschichtungssysteme entwickelt, die den Einsatz dieser klassischen Trennmittel­systeme gänzlich vermeiden bzw. stark reduzieren können:

  • Beschichtung von Formgebungswerkzeugen mittels Niederdruck-(ND-)Plasmatechnik – z. B. die ReleasePLAS-Beschichtung
  • Beschichtung von Formgebungswerkzeugen durch Einsatz von Atmosphärendruck-(AD-) Plasmatechnik – beispielsweise die Plasma Plus-Beschichtung – eine gemeinsame Entwicklung mit Plasmatreat GmbH
  • Tiefziehfähige Trennfolie PeelPLAS® – eine Eigenentwicklung des Fraunhofer IFAM, die insbesondere für die Herstellung von Großstrukturen geeignet ist.

Eigenschaften der plasmapolymeren Trennschichten

Plasmapolymere Trennschichten sind trockene Schichtsysteme mit hoher Kohäsionsfestigkeit, die so ausgelegt sind, dass sie gut am Untergrund haften und trotzdem den Trennvorgang ermöglichen. Durch die Vermeidung eines »flüssigen« Trennmittels sind jetzt die beschichtete Form und das zu entformende Bauteil im unmittelbaren Festkörper-Festkörper-Kontakt. Der Prozess ist daher so zu gestalten, dass eine möglichst schälende Entformung realisiert wird, da so die Grenzfläche am wenigsten belastet wird und die Entformungskräfte sinken.

Plasmapolymere Trennschichten zeichnen sich zudem dadurch aus, dass es sich um Dünnschichtsysteme mit typischen Schichtdicken zwischen 0,1 und 2 µm handelt. Das Beschichtungsverfahren ist oberflächennachbildend, sodass es sich ganz hervorragend auch zur Beschichtung von Oberflächenstrukturen (Narbungen, Kinegrammen etc.) eignet. In diesen Bereichen eröffnet die trennmittelfreie Fertigung neue Anwendungen und Produkte.

In den letzten Jahren wurden bereits zahlreiche im Fraunhofer IFAM entwickelte Prozesse in die industrielle Praxis überführt. Gerade dies generiert weitere intensive FuE-Tätigkeiten, um im Bereich der trennenden plasmatechnischen Funktionsbeschichtungen noch besser und effektiver zu werden.

Anwendungsbeispiele

  • Polyurethan-/PUR-Verarbeitung – In-Mould-Coating-Verfahren (IMC), Spritzguss, Hartschaum etc.
  • Polyvinylchlorid-/PVC-Slushverfahren
  • Verarbeitung carbonfaserverstärkter Kunststoffe (CFK) und glasfaserverstärkter Kunststoffe (GFK) – Resin Transfer Molding-/RTM-Verfahren, Prepreg-Technologie
  • Organoblechumformung
  • Thermoplastspritzguss
  • Thermoplastische Polyurethane-/TPU-Spritzguss
  • Powder-/PE-Rotomolding
  • Elastomer-Verarbeitung – NBR (Nitrile-Butadiene-Rubber), FKM (Fluor-Kautschuk) etc.
  • Kalt- und Heißleimverarbeitung
  • Wachsspritzguss

Vorteile

  • Verkürzung der Taktzeit
  • Weniger bzw. keine Kontamination in der Form (Formenaufbau)
  • Längere Formenstandzeiten
  • Reduktion der VOC-Emissionen (Volatile Organic Compounds) aus Trennmitteln und Formenreiniger
  • Gegebenenfalls leichtere und schnellere Formenreinigung
  • Keine Verschmutzung im Umfeld des Produktionsbereichs
  • Gleichmäßige und verbesserte Oberflächenqualität
  • Kein Trennmittelübertrag
  • Keine aufwendige Bauteilreinigung
  • Sichere Weiterverarbeitung

 

Neue Projektergebnisse: Trennmittelfreie Entformung mit permanenten Trennschichten 

Als Alternative zu herkömmlichen Entformungstechnologien zeigen das Fraunhofer IFAM und das IKV - Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen, dass eine zerstörungsfreie und problemlose Teileentnahme bei der Polyurethan-Verarbeitung ohne zusätzliche Auftrags- oder Reinigungsintervalle realisiert werden kann. Lesen Sie dazu den Artikel im PU Magazine International (Ausgabe 06/2020), an dem Dr. Klaus Vissing, Gruppenleiter Niederdruckplasmatechnik am Fraunhofer IFAM, mitgewirkt hat.

Hier können Sie den Artikel als PDF herunterladen: Dry demoulding – practical demonstration of a mould coating with long service life

(Quelle: PU Magazine International 06/2020, Dr. Gupta Verlags GmbH)

Das Forschungsprojekt IGF 19967 N der Forschungsvereinigung Kunststoffverarbeitung und der DECHEMA wurde im Rahmen der »Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)« durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages über die AiF gefördert.