Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel der Arbeiten war die Untersuchung der Verklebung von Polyurethanbauteilen mit Dekorfolien insbesondere f\u00fcr die Inneneinrichtung von Caravan, Flugzeug und Schiffen in Leichtbauweise. Zum Erreichen einer ausreichenden Haftung werden bis heute bei der Herstellung von Polyurethan-Profilen f\u00fcr die M\u00f6belindustrie l\u00f6sungsmittelhaltige Haftvermittler eingesetzt. Um die Umweltbelastung mit den in den L\u00f6sungsmitteln enthaltenen (chlorierten) Kohlenwasserstoffe zu verringern, wurde die Substituierbarkeit der Haftvermittler durch ein Atmosph\u00e4rendruck-Plasma (AD-Plasma) als umweltfreundlicheres Reinigungs- und Aktivierungsverfahren untersucht.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung des Verfahrens an vorhandenen plasmatechnischen Laboranlagen stand im Mittelpunkt der Arbeiten. Im ersten Arbeitsschritt wurde das bisher eingesetzte Verfahren untersucht und eine Analyse der eingesetzten Produkte durchgef\u00fchrt. In einer Parameterstudie zur Vorbehandlung mit Atmosph\u00e4rendruck-Plasmad\u00fcsen zur Reinigung und Aktivierung der Polyurethanoberfl\u00e4che von anhaftenden Trennmitteln, wurde die Eignung der Methode f\u00fcr diese Anwendung getestet. Eingesetzt wurden verschiedene Ger\u00e4te zur Erzeugung eines Plasmastrahls und zum Vergleich als weitere Vorbehandlungsmethode die Beflammung.
\nUm die Ergebnisse makroskopisch zu bewerten, wurden Messungen der Oberfl\u00e4chenenergie und lichtmikroskopische Untersuchungen durchgef\u00fchrt. Die begleitenden Untersuchungen zur Analyse der Elemente und Bindungen erfolgten mit spektroskopischen Verfahren. Dabei wurden die R\u00f6ntgen-Photoelektronenspektroskopie XPS und die Infrarotspektroskopie in abgeschw\u00e4chter Totalreflexion (ATR) eingesetzt. Um die Qualit\u00e4t der Vorbehandlung in der Praxis zu testen, wurden Bauteile verklebt und die Festigkeiten gepr\u00fcft. Aufgrund der Ergebnisse wurden weitere Untersuchungen zum Einfluss von Temperatur und Feuchtigkeit erforderlich. Die Auswirkung unterschiedlicher klimatischer Bedingungen, wie sie in der Produktion auftreten k\u00f6nnen, konnte verdeutlicht werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Untersuchungen zeigten, dass die bei der Herstellung der PU-Profile ben\u00f6tigten Trennmittel nicht homogen auf den Produktionsformen verteilt sind. Die Schichtst\u00e4rken liegen nach den durchgef\u00fchrten Absch\u00e4tzungen bei ca. 1 – 2 \u00b5m. Die Schichten werden teilweise von der Form auf das PU-Profil \u00fcbertragen. Es konnte gezeigt werden, dass ein Plasmaverfahren f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenvorbehandlung der PU-Profile prinzipiell geeignet ist. Die Oberfl\u00e4chenenergie eines mit Trennmittel abgeformten PU-Profils liegt im nicht behandelten Zustand bei ca. 30 mN\/m und konnte durch die Vorbehandlung im Plasma auf 60 – 72 mN\/m erh\u00f6ht werden. Auf den Materialien konnte anschlie\u00dfend eine gute Haftung der Dekorfolien mit reaktiven Schmelzklebstoffen auf Basis von Polyurethan und nichtreaktiven Systemen auf Basis von Polyolefinen erzielt werden. Das Plasma entfernt nach den vorliegenden Untersuchungen oberfl\u00e4chlich vorhandene Trennmittel teilweise. Zum anderen Teil werden die Trennmittel im Plasma oxidiert und verblei-ben auf der Oberfl\u00e4che. Die Ver\u00e4nderung der PU-Oberfl\u00e4che durch eine Behandlung im AD-Plasma zeigt sich bei der Aufnahme eines ATR-Spektrums. Aus der Intensit\u00e4tsabnahme der CH2- und CH3-Banden (2850 – 2920 cm-1) l\u00e4sst sich ableiten, dass eine Oxidation stattfindet.
\nDie wichtigsten Parameter f\u00fcr die Vorbehandlung sind das zu verwendende Ionisationsgas und die notwendige elektrische Leistung. Als Ionisationsgas in den eingesetzten Plasmad\u00fcsen ist die Verwendung von Druckluft ausreichend. Eine gute Wirkung erzielt man mit hohen elektrischen Leistungen. Um den W\u00e4rmeeintrag in das Polyurethan zu verringern und somit lokale Materialsch\u00e4digungen zu vermeiden, eignen sich f\u00fcr die Vorbehandlung insbesondere Rotationsd\u00fcsen und spezielle Schlitzd\u00fcsen. Nach Abschluss der Laborarbeiten wurden erste Versuche zur \u00dcbertragung in die technische Anwendung durchgef\u00fchrt. Die guten Haftungsergebnisse f\u00fcr die Schmelzklebstoffe konnten grunds\u00e4tzlich best\u00e4tigt werden. Bei einigen Mustern, die mit reaktiven Systemen verklebt wurden, kam es jedoch unerwartet zu lokalen Haftungsproblemen. In weiteren Versuchen konnte gezeigt werden, dass neben der Oberfl\u00e4chenvorbehandlung die klimatischen Aush\u00e4rtebedingungen einen gro\u00dfen Einfluss auf die Haftungsergebnisse haben. Dieser Einfluss ist bei nichtreaktiven Systemen nicht zu erwarten. Umweltsch\u00e4dliche l\u00f6sungsmittelbasierte Haftvermittler k\u00f6nnen durch eine Vorbehandlung im AD-Plasma substituiert werden.
\nF\u00fcr die \u00d6kologische Betrachtung ist nur die Vorbehandlung zu ber\u00fccksichtigen. Die anderen Hilfsstoffe brauchen zum Vergleich nicht herangezogen zu werden, da die gleichen Trennmittel und Klebstoffe verwendet werden k\u00f6nnen. Durch den Ersatz der l\u00f6sungsmittelbasierten Haftvermittler mit einer Reinigung und Aktivierung im Plasma kann die Umwelt erheblich entlastet werden. F\u00fcr eine M\u00f6beloberfl\u00e4che von 100 m\u00b2 werden nach dem herk\u00f6mmlichen Verfahren etwa 10 l Haftvermittler verbraucht. Zur Vorbehandlung im Plasma sind f\u00fcr die gleiche Fl\u00e4che ca. 10 m\u00b3 Druckluft und 2 – 3 kW elektrische Leistung notwendig. Da die L\u00f6sungsmittel der Haftvermittler auch chlorierte Kohlenwasserstoffe beinhalten, ist der Bau einer R\u00fcckgewinnungsanlage aus \u00f6kologischen Gr\u00fcnden angezeigt und zur Einhaltung der VOC-Richtlinie gesetzlich gefordert.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Projektergebnisse flie\u00dfen direkt in die Ausbildung am Klebtechnischen Zentrum des IFAM ein. Dadurch wird gezielt ein Fachpublikum erreicht. Von Seiten des Herstellers der PU-Bauteile wird den Kunden von den Ergebnissen insbesondere auf Messen berichtet.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Projekt konnte gezeigt werden, dass bei der Herstellung von Profilen in der M\u00f6belindustrie die Primerung mit chlorierten Kohlenwasserstoffen durch eine umweltfreundlichere AD-Plasma Vorbehandlung ersetzt werden kann. Das Ziel, die Haftung der Dekorfolie auf den PU-Bauteilen wesentlich zu verbessern, ist erreicht worden. Prinzipiell ist das Verfahren f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenvorbehandlung von PU-Profilen geeignet. Es wurde jedoch auch deutlich, dass das Klima der Produktionsst\u00e4tten die Klebfestigkeiten und Aush\u00e4rtezeiten der Reaktivklebstoffe beeinflusst. Da eine Klimatisierung der Produktionshallen nicht sinnvoll ist, erscheint eine Anpassung der Klebsysteme und des Klebprozesses auf die Produktionsbedingungen als ein m\u00f6glicher Weg. Ein Schwerpunkt weiter notwendiger Arbeiten ist die Anpassung des Plasmaprozesses an die Produktionsbedingungen, eine Verbesserung bei Einsatz der Trennmittel durch gleichm\u00e4\u00dfigeren Auftrag und die Auswahl sowie das Testen weiterer Klebstoffe, die eine h\u00f6here Temperaturstabilit\u00e4t aufweisen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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