Labor für Oberflächentechnik
- Projekt "Langlebige Antihaftbeschichtungen auf nanotechnologischer Basis für die Kunststoffverarbeitung"
- Entwicklungsprojekte in enger Zusammenarbeit mit dem Kunststoffkompetenzzentrum der TH Lübeck
- Auftragsentwicklungen in enger Zusammenarbeit mit Unternehmen
Glasschichtabscheidung mittels Atmosphärenplasma
In diesem Studierendenprojekt sollte mittels Atmosphärenplasma und dem Precursor Hexamethyldisiloxan (HMDSO) eine Glasschicht auf verschiedenen Substraten abgeschieden werden, um eine dauerhafte hydrophile Oberfläche des Substrates zu erreichen.
In mehreren Schritten wurden der Düsenabstand zur Probe, die Vorschubgeschwindigkeit, der Gasdruck und der Volumenstrom des Trägergases optimiert. Um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, wurde die Mischdüse konstruktiv verbessert.
Um eine Aussage über die Hydrophilität der abgeschiedenen Schichten zu erhalten, wurde mittels Kontaktwinkelmessung die Oberflächenenergie bestimmt. Die Zusammensetzung der Schicht wurde mithilfe der Infrarotspektroskopie (ATR) gemessen.
Beschichtungsvorgang eines PET-Substrats: zu sehen sind die Plasmadüse mit dem austretenden Plasmastrahl und die seitliche HMDSO-Zuführung.
Optimierte Düse: die Unterseite besitzt eine Art Trichter, wodurch die dem Plasmastrahl zugeführten Bestandteile strömungstechnisch besser geführt werden.
Bestimmung der Schichtzusammensetzung mittels ATR; blau: unbeschichtetes PP, rot: beschichtetes PP
Ausführliche Beschreibung anzeigen
Das Diagramm stellt die Intensität von Infrarotspektren über der Wellenzahl (X-Achse von ca. 1700 bis 600 cm⁻¹) dar. Es dient dem Vergleich zweier Materialien:
- Blaue Kurve (unten): Sie repräsentiert das unbeschichtete Polypropylen (PP-Referenz). Die Linie zeigt viele scharfe, definierte Peaks (z. B. bei ca. 1450 und 1370), ist aber im Bereich um 1000–1100 relativ flach.
- Rote Kurve (oben): Sie repräsentiert das beschichtete PP. Während sie einige Grundmerkmale der blauen Kurve teilt, unterscheidet sie sich massiv durch einen sehr breiten und hohen Peak, der sein Maximum bei der Markierung 1080 hat. Zudem ist ein kleinerer Peak bei der Markierung 1280 sichtbar, der in der blauen Kurve fehlt.
Produktaudit - Praktikum: Bratpfanne mit Teflonbeschichtung
In einem Praktikum des Fachbereichs Angewandte Naturwissenschaften wurden drei Pfannen unterschiedlicher Hersteller auf ihre Gebrauchstauglichkeit und Sicherheit in Anlehnung an die Vorgehensweise von „Stiftung Warentest“ getestet. Um die technischen Eigenschaften der Teflonbeschichtung bewerten zu können, wurde im Oberflächentechniklabor die Haftfestigkeit dieser Beschichtung mithilfe des Gitterschnitts geprüft. Zudem wurden die Schichtdicke mittels Wirbelstrom bestimmt und über den Kontaktwinkel die Benetzungseigenschaften ermittelt.
Gitterschnittmessung am Boden einer Bratpfanne.
Kontaktwinkelmessung auf einem ausgesägten Bratpfannenstück.
Darstellung des Kontaktwinkels.
Ausführliche Beschreibung anzeigen
Das Bild zeigt das Ergebnis einer optischen Kontaktwinkelmessung in der Seitenansicht (Schattenbildverfahren).
- Bildinhalt: Ein fast kugelförmiger, dunkler Flüssigkeitstropfen sitzt auf einer horizontalen Oberfläche. Der Hintergrund verläuft von Weiß (oben) nach Schwarz (unten).
- Analyse-Overlay: Die Kontur des Tropfens wird durch eine blaue Kreislinie nachgezeichnet. An den Auflagepunkten links und rechts sind grüne Tangenten angelegt.
- Messwert: Zwischen der Basislinie und den Tangenten wird der Kontaktwinkel gemessen. Er beträgt auf beiden Seiten exakt 92,4°. Da der Wert über 90 Grad liegt, deutet dies auf eine hydrophobe (wasserabweisende) Oberfläche hin.
Verkleben von Werkstoffen
In Praktika und studentischen Arbeiten wurde das Klebverhalten von Kunststoffen wie Polyethylen und Polypropylen, speziellen Elastomeren und Metallen wie Titan mit verschiedenen Probenvorbehandlungen und Klebstoffen untersucht. Auf der Abbildung sind das Adhäsions- und Kohäsionsversagen bei Titan-Proben zu erkennen.
Zug-Scher-Versuche an Titan-Titan-Proben
Untersuchung der Haftung von Lackbeschichtungen
Dornbiegeversuch einer Lackschicht auf Aluminiumblech
In studentischen Arbeiten wurde die Haftung von sehr harten und dicken Lackbeschichtungen auf Metallen untersucht. Die ersten Lackhaftungen waren schlecht und führten zu großflächigen Abplatzungen, wie diese auf der Abbildung vom Dornbiegeversuch zu sehen sind.
Untersuchung von Antihaftbeschichtungen
Studierende untersuchten in Projektarbeiten Antihaftbeschichtungen an Formwerkzeugen für die Kunststoffverarbeitung und Oberflächenfeinstreinigungen sowie Oberflächenaktivierungen von Kunststoffen und Metallen, die bei Produkten in der Medizintechnik und Lebensmittelverarbeitung eingesetzt werden. So sind z.B. hydrophile (wasseranziehende) und hydrophobe (wasserabweisende) Oberflächen bei verschiedenen Produkten besonders interessant. So standen auch Antifog- Beschichtungen (fog = Nebel) auf durchsichtigen Produkten im Focus, d.h. das Beschlagen/Kondensieren von Wasserdampf auf diesen Oberflächen galt es zu minimieren bzw. zu verhindern.
Ausgehärteter Klebetropfen auf einem Metallblech
Prepreg klebt auf einem Metallwerkzeug
Glasschicht auf einem Silizium-Wafer
Ausführliche Beschreibung anzeigen
Das Bild ist eine graustufige Aufnahme eines Rasterelektronenmikroskops (REM). Sie zeigt die Bruchkantensicht (Querschnitt) einer beschichteten Probe.
Obere Bildhälfte (Schicht): Ganz oben ist eine homogene, relativ glatte Fläche zu sehen. Dies ist die Glasschicht. Auf der Oberfläche liegen vereinzelte kleine Partikel.
Grenzfläche: Eine durchgehende, fast horizontale Linie trennt den oberen vom unteren Bereich. Dies markiert den scharfen Übergang zwischen der Beschichtung und dem Trägermaterial.
Untere Bildhälfte (Substrat): Der untere Bereich zeigt das Silizium-Substrat. Die Struktur ist hier rau und von vertikalen Bruchlinien und Kanten durchzogen, was typisch für das spröde Brechverhalten von kristallinem Silizium ist. In der Mitte des unteren Bereichs befinden sich einige gröbere Bruchstücke.
Metadaten: Am unteren Bildrand sind technische Daten eingeblendet: Die Vergrößerung beträgt 10.000-fach, und ein weißer Maßstabsbalken zeigt die Länge von 1 Mikrometer (1um) an. Aufnahmeort ist die Fachhochschule Lübeck.
Atmosphärisch plasmabehandelte Polymergrundplatten im 3D-Druck (FDM) von Kunststoffbauteilen
Madleen Westphal und Tobias Landgraff, beide Studierende im Fachbereich Maschinenbau und Wirtschaft, behandelten preiswerte und leicht verfügbare Polyethylenplatten (PE) mit Atmosphärischem Plasma (Piezobrush PZ3 der Firma Relyon), um die i.d.R. teuren und besonderen Grund-/Trägerplatten, auf die dann die Polymerbauteile gedruckt werden, sowie das notwendige Haftspray zu ersetzen.
Eine einmalige Atmosphärenplasmabehandlung bei kleinen Leistungen ist ausreichend, um die unpolare Polyethylenoberfläche durch den Einbau von z.B. Sauerstoff in die Oberfläche polar zu machen und mit der polaren Polymilchsäure (PLA) zu bedrucken. Die Haftfestigkeit ist ausreichend aber nicht zu hoch, so dass ein zerstörungsfreies Ablösen des Bauteiles möglich ist.
Weitere Untersuchungen mit verschiedenen Grundplatten, Druckmaterialien und Plasmaquellen sollen nun folgen, um zu klären, ob die Beobachtungen aus den ersten Versuchen verallgemeinert werden können oder nur für spezielle Werkstoffe gelten.
Ultimaker für den 3D Druck
In der Abbildung sind nur drei Bauteile (grün) aus PLA auf PE zu erkennen, die eine sehr gute Druckqualität aufweisen.
Ein Druck (oben links) auf nur mit Isopropanol gereinigtem PE war unmöglich. Das Haftspray dimafix funktionierte auch auf der nur gereinigten Polyethylengrundplatte (unten links) und auch im Zusammenspiel mit einer Atmosphärenplasmabehandlung (unten rechts).
Interessant ist, dass die reine Atmosphärenplasmabehandlung (oben rechts) die gleiche Wirkung zeigt, wie das Haftspray und die Atmosphärenplasmabehandlung mit Haftspray.
