Projekt 17846/01

Bau und Erprobung einer Pilot-Produktionsanlage zur Beschichtung von Metall- und Kunststoffteilen mit Plasmapolymeren

Projektträger

Starnberger Beschichtungen GmbH
Albert-Einstein-Str. 16
86899 Landsberg
Telefon: 08191/91186-10

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Anlass des Vorhabens war ein gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut für angewandte Materialforschung (IFAM) durchgeführtes Forschungsprojekt im Bereich der Niederdruck-Plasmapolymerisation zur Beschichtung ausgewählter Teilspektren aus dem Bereich Metall und Kunststoff.
Auf Basis der Erkenntnisse des Forschungsprojektes sollte eine Plasmapolymerisationsanlage erstellt werden, die auf die Bedürfnisse der industriellen Anwendung der Plasmapolymerisationstechnologie optimiert ist.
Die Zielsetzung war es, herkömmliche PTFE-Beschichtungen mit dieser besonders bei höheren Stückzahlen wesentlich kostengünstigeren Beschichtung zum Teil ersetzen zu können sowie neue Anwendungsfelder für die Oberflächenbeschichtung zu erschließen.
Dabei sollten auch Umweltbelastungen aus den Verfahren zur PTFE-Beschichtung reduziert werden, da das Herstellungsverfahren der Plasmapolymerbeschichtung wesentlich umweltfreundlicher im Bezug auf Energiekosten und Luftverunreinigungen ist. Der Energieverbrauch bei der Niederdruck-Plasmapolymerisation beträgt nur einen Bruchteil vom Energiebedarf für PTFE-Beschichtungsverfahren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Detailplanung der Anlagen in Zusammenarbeit mit IFAM
2. Bestellung der verschiedenen Anlagenteile (Plasmareaktor mit Peripheriegeräte, Vorbehandlung)
3. Installation und Erprobung der Anlagen, Überprüfung des Emissionsverhaltens durch den TÜV
4. Einbindung der Anlagen in die Produktionsinfrastruktur
5. Optimierung der Anlagen und Abläufe in die Fertigungslinie
6. Dokumentation
Es wurde vom IFAM eine Versuchsanlage gebaut, die von der Anlagengeometrie und den möglichen Beschichtungsarten ein breites Spektrum abdeckt. Über 15 Monate wurden umfangreiche Musterbeschichtungen an verschiedensten Teilen durchgeführt; Anlage und Software wurden optimiert.


Ergebnisse und Diskussion

Der Einsatz eines grundsätzlich neuen Verfahrens, der Niederdruck-Plasmapolymerisation, ermöglicht das Aufbringen hochwertiger organischer Deckschichten auf Metallen, Glas und Kunststoffen. Dabei werden Monomergase in eine Plasmaentladung geleitet und darin angeregt. Die aktivierten Monomeren polymerisieren zu einem festen Film auf der Bauteiloberfläche. Es werden Schichtdicken im Bereich 50 bis 800 Nanometer erreicht. Aufgrund der sehr geringen Oberflächenenergie (Wasserrandwinkel > 100°) wirkt die Beschichtung antihaftend mit relativ hoher Korrosionsbeständigkeit.
Im Bezug auf die direkten Produktionskosten und geringeren Energieaufwand sind die Ziele voll erreicht. Durch eine weitere Entwicklung der Logistik können noch erhebliche Kosten gespart werden. So können Verpackungen so ausgeführt werden, dass Teile ohne erneute Oberflächenreinigung in der Anlieferverpackung beschichtet werden können, und die Verpackung auch für den Rücktransport wiederverwendet wird.
Beim Korrosionsschutz und Antihaftbeschichtungen für Metalle, Glas und Kunststoffe sind die Ziele ebenfalls erreicht. Bei Fingerprint-Beschichtungen, die sichtbare Berührungsspuren auf veredelten Oberflächen verhindern sollen, wurden erste Ergebnisse erzielt, es besteht aber weiterer Entwicklungsbedarf; dies gilt auch für kratzfeste Kunststoffbeschichtungen. Bei der Haftvermittlung und Aktivierung bzw. Feinstreinigung wurden in Behandlungstests positive Ergebnisse erzielt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Präsentation der Beschichtungen wurde in die Internet-Firmenpräsentation (www.starnberger.de) integriert; diese ist in deutscher und englischer, sowie in französischer Sprache vorhanden.
Die Plasmapolymerbeschichtung wurde unter dem Begriff Nanofinish präsentiert; für die Aktivierung von Kunststoffen wurde der Begriff NanoAktivierung gewählt.
Das Verfahren zur Plasmapolymerbeschichtung Nanofinish wurde auf der Hannover Messe 2002 und 2004 präsentiert.
Veröffentlichungen und technische Artikel wurden in den folgenden Zeitschriften publiziert:
- JOT
- Economy Tribune
- Maschinenmarkt
- Elektronische Pressemitteilung


Fazit

Neues Marktpotential ist in den folgenden Bereichen möglich:
- Dimensionsgenaue unsichtbare Korrosionsschutzbeschichtungen auf Metallen, insbesondere Aluminiumlegierungen.
- Dimensionsgenaue antihaftende Beschichtungen für filigrane Pressformen oder weitere Teile. Deren Maßgenauigkeit wird durch die Beschichtung nicht beeinträchtigt.
- Verschiedene Beschichtungen für Kautschuk und Kunststoffe
- Oberflächenaktivierungen für Kunststoffe
- Durchsichtige Beschichtungen für Glas und Kunststoffe
Auf Grund des im Vergleich mit konventionellen PTFE-Beschichtungen sehr niedrigen Energie- und Materialverbrauchs sowie der einfachen Handhabung und Logistik eignet sich die Plasmapolymerbeschichtung auch sehr gut für die kostengünstige Veredelung von Oberflächen von Großserien- oder Massenteilen.
Für eine Vielzahl von Produkten wird auf die Dauer nur eine Beschichtung in der Herstellungslinie des Produktes sinnvoll möglich sein, entweder auf Grund der großen Produktmenge oder weil nur eine auf dieses Produkt maßgeschneiderte Beschichtungsanlage die optimalen technischen und kaufmännischen Ergebnisse bringt. Deswegen wurde mit IFAM und einem Anlagenbauer die Möglichkeit geschaffen, dass Kunden aus einer Hand eine für sie maßgeschneiderte Technologie und Produktionsanlage inklusive einer Lizenz für die Nutzung und Unterstützung in der technischen Weiterentwicklung erhalten können.