Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
PlasmaProtect: Langfristige Stabilität von polymeren Klebverbindungen
Mit Hilfe von umweltfreundlichen, inline-fähigen plasmapolymeren Dünnschichten lässt sich schädliche Additivmigration zwischen Polymeren und Klebstoffen verhindern. Das führt zu einer erheblichen Verlängerung der Langzeitstabilität von Klebverbunden.
Spannungsrisse und Adhäsionsverluste vermeiden
Im gemeinsamen IGF-Vorhaben PlasmaProtect arbeiteten das Fraunhofer IFAM in Bremen und das SKZ in Würzburg daran, die Qualität von Klebverbunden zu verbessen. Mit Einsatz von Atmosphärendruck-Plasmabeschichtungen suchten sie nach wirksamen Barriereschutzschichten, die die Additivmigration zwischen Polymeren und Klebstoffen verhindern und somit die Langzeitstabilität resultierender Klebverbindungen erhöhen.
Um dieses Ziel zu erreichen, untersuchten die Expertinnen und Experten die Herausforderungen der Additivmigration in Polymerklebverbindungen, die zu Spannungsrissen und Adhäsionsverlusten führen können. Dabei wurden zwei industrielle Schadensfälle analysiert: die klebstoffinduzierte und die kunststoffinduzierte Schädigung der Klebverbindung.
Effizientes und trockenes Beschichtungsverfahren
Im Verlauf des Projekts wurde ein Testverfahren zur Beurteilung der Spannungsrissempfindlichkeit von Kunststoffen gegenüber Klebstoffen und Primern erarbeitet. Mit diesem konnten kritische, anwendungsrelevante Verbundkombinationen für weitere Untersuchungen identifiziert werden.
Anschließend wurden verschiedene Beschichtungssysteme getestet, die mit Hilfe der inline-fähigen Atmosphärendruck-Plasmatechnologie lokal, trocken und bedarfsgerecht auf die Polymere aufgetragen wurden. Dabei erwiesen sich siliziumorganische Schichten als besonders effektiv gegen klebstoffinduzierte Schädigungen. Diese verbesserten sowohl die Spannungsrissbeständigkeit als auch die Haftfestigkeit. Amorphe Kohlenstoffwasserstoffbeschichtungen hingegen erwiesen sich als leistungsstark bei der Vermeidung kunststoffinduzierter Schäden.
Ein Verfahren mit weitreichenden Vorteilen
Die Ergebnisse des Projekts bieten großen sowie kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) in verschiedenen Industriebranchen einen klaren Mehrwert: Die Klebverbindungen aus den umweltfreundlich beschichteten Polymeren zeichnen sich durch eine höhere Lebensdauer und Zuverlässigkeit aus. Dadurch werden Ausfallzeiten minimiert und Wartungskosten gesenkt. Dies eröffnet neue Einsatzmöglichkeiten für Kunststoffe in anspruchsvollen klebtechnischen Anwendungen und schafft attraktive Marktchancen – insbesondere für KMU. PlasmaProtect zeigt, dass Atmosphärendruck-Plasmabeschichtungen eine vielversprechende Lösung zur Verbesserung der Langzeitstabilität von Klebverbindungen darstellen.
Das Forschungsvorhaben „PlasmaProtect“ der Forschungsvereinigung Fördergemeinschaft für das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum e.V. (FSKZ) wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert (Förderkennzeichen 22500N).
