Plasma statt Chemie

Kos­ten­druck und stei­gen­de Qua­li­täts­an­sprü­che er­for­dern in der in­dus­tri­el­len Fer­ti­gung neue Ver­fah­rens- tech­no­lo­gi­en. Hier setzt die Plas­ma­vor­be­hand­lung an, sie bie­tet die ein­zig­ar­ti­ge Mög­lich­keit eine Viel­zahl von che­mi­schen Be­hand­lungs­chrit­ten durch ein ein­zi­ges ef­fi­zi­en­tes und um­welt­freund­li­ches und damit kos­ten- güns­ti­ge­res Ver­fah­ren zu er­set­zen.

Reinigung und Aktivierung von Oberflächen durch Plasmavorbehandlung

Ty­pi­sche An­for­de­run­gen an Plas­ma­be­hand­lun­gen sind die Ho­mo­ge­ni­tät und die Stär­ke der Be­hand­lung. Die klas­si­sche Kon­takt- bzw. Rand­win­kel­un­ter­su­chung lie­fert bei vie­len Ma­te­ri­al-Plas­ma-Kom­bi­na­tio­nen auf­grund ihrer struk­tu­rel­len bzw. to­po­gra­phi­schen Ab­hän­gig­keit nur un­zu­rei­chen­de, grobe ma­kro­sko­pi­sche In­for­ma­tio­nen über die Ak­ti­vie­rung/Rei­ni­gung der Ober­flä­che.

Zur quan­ti­ta­ti­ven Be­ur­tei­lung von Plas­ma­be­hand­lun­gen wurde im Zuge der Zu­sam­men­ar­beit mit ver­schie­de­nen Plas­ma­her­stel­lern ein ras­ter­kraft­mi­kro­skop­ba­sier­tes Ab­bil­dungs­ver­fah­ren zur Un­ter­su­chung von plas­ma­be­han­del­ten Ober­flä­chen ent­wi­ckelt.

Die entscheidenden zu untersuchenden Parameter einer plasmabehandelten Oberfläche sind:

  • Topographische Änderung der Oberfläche durch Plasmaeintrag
  • Quantisierung der Hydrophilie der Oberfläche auf µ- und nm-Skala.
  • Änderung der elastischen Eigenschaft der Oberfläche
  • Detektion und Klassifikation von Fehlstellen
  • Dauer der Oberflächenaktivierung, Zeitkonstanten

Die Be­stim­mung der oben ge­nann­ten Pa­ra­me­ter wurde durch die Kom­bi­na­ti­on der che­mi­schen Kraft­mi­kro­sko­pie mit dem di­gi­ta­len Pul­sed Force Mode er­reicht. Mit einer Auf­lö­sung im nm-Be­reich wird die Ober­flä­che mit einer hy­dro­phob-mo­di­fi­zier­ten Meß­son­de kraft­spe­zi­fisch ab­ge­ras­tert. Die dabei ge­won­nen Daten be­inhal­ten In­for­ma­tio­nen zur To­po­gra­phie, zu den elas­ti­schen Ei­gen­schaf­ten, zur ad­hä­si­ven Wech­sel­wir­kung und damit zur In­ten­si­tät der Plas­ma­be­hand­lung (Hy­dro­pho­bie/Hy­dro­phi­lie).  Die­ses in­no­va­ti­ve bild­ge­ben­de Ver­fah­ren ist ein­setz­bar vom µm Maß­stab bis hin zu höchs­ten Orts­auf­lö­sung im mo­le­ku­la­ren Be­reich. Für Auf­ga­ben im Ma­kro­maß­stab kommt die von uns op­ti­mier­te FD-Tech­nik zum Ein­satz.

Referenzprojekt: Plasma revolutioniert Vorreinigung beim Coil Coating

Die neue 49m lange Coil Coa­ting An­la­ge bei der Gries­ser AG, Schweiz setzt einen Mei­len­stein in der An­la­gen­tech­nik.

Bei der Gries­ser AG, Schweiz, einem der gröss­ten Son­nen­schutz­sys­tem­her­stel­ler Eu­ro­pas wurde – auf In­iti­ie­rung und unter Lei­tung des Pro­jekt­lei­ters für Band­be­schich­tung Bran­ko Va­sil­je­vic die welt­weit erste Plas­ma-Vor­be­hand­lungs­an­la­ge im Coil Coa­ting Pro­zess in Be­trieb ge­nom­men. Die ent­wi­ckel­te Open­air An­la­ge er­setzt hier eine ca. 21 Meter lange Rei­ni­gungs­stra­ße, d.h. un­zäh­li­ge Ton­nen von Che­mie und Pro­zessab­was­ser wer­den ab so­fort ver­mie­den. Enor­me Kos­ten­ein­spa­run­gen und ein Ma­xi­mum an Um­welt­schutz sind die Folge.

Der kor­ro­si­ve An­griff von Ober­flä­chen, Rest­kon­ta­mi­na­tio­nen von Walz­ö­len und die aus die­ser Si­tua­ti­on her­aus bis heute an­ge­wand­ten um­welt­be­las­ten­den und en­er­gie­in­ten­si­ven nas­sche­mi­schen Vor­be­hand­lungs­ver­fah­ren, stel­len bei der Ver­ar­bei­tung von Alu­mi­ni­um die häu­figs­ten Pro­ble­me dar. Nun wurde erst­mals ein Ver­fah­ren ent­wi­ckelt, bei des­sen An­wen­dung die be­nann­ten Pro­ble­me völ­lig eli­mi­niert wer­den. Die Tech­nik be­wirkt die mi­krof­ei­ne Rei­ni­gung von Alu­mi­ni­um­band­wa­re vor dem Auf­tra­gen der Kon­ver­si­ons­schicht und er­setzt voll­stän­dig die um­welt­be­las­ten­den nass-che­mi­schen Pro­zes­se im Rei­ni­gungs­pro­zess.

Die nur 2m brei­te Open­air-Plas­ma­an­la­ge er­setzt ein 21m lange Rei­ni­gungs­stras­se und damit Ton­nen von Che­mie und Ab­was­ser. Bei den Ver­su­chen wurde die kon­ven­tio­nel­le che­mi­sche Vor­be­hand­lung als Re­fe­renz­sys­tem ge­nutzt. Unter Be­rück­sich­ti­gung der zu op­ti­mie­ren­den Ma­te­ri­al-Plas­ma­pa­ra­me­ter (Plas­ma­fo­kus, In­ten­si­tät/En­er­gie­ein­trag) konn­te eine deut­li­che Über­le­gen­heit ge­gen­über kon­ven­tio­nel­len Vor­be­hand­lungs­me­tho­den auf­ge­zeigt wer­den: Die ge­won­ne­nen Er­geb­nis­se be­wei­sen nicht nur die Ein­satz­mög­lich­keit und hohe Wirk­sam­keit von At­mo­sphä­ren­druck­plas­ma, viel­mehr er­zielt die Open­air Plas­ma­vor­be­hand­lung in allen Be­rei­chen deut­lich bes­se­re Er­geb­nis­se als die che­mi­sche Re­fe­renz.

Die Ge­schwin­dig­keit der ge­sam­ten Coil Coa­ting An­la­ge hat sich durch den Ein­satz des Open­air Plas­ma­ver­fah­rens ge­gen­über der alten An­la­ge dabei ver­vier­facht.