CH409366A - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffkörpern zwecks Verbesserung der Oberflächenhaftfestigkeit für aufzubringende Schichten - Google Patents

Description

  
 



   Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffkörpern zwecks Verbesserung der Oberflächenhaftfestigkeit für aufzubringende Schichten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffkörpern zwecks Verbesserung der Oberflächenhaftfestigkeit für aufzubringende Schichten, bei dem der Kunststoff der Einwirkung des Plasmas einer Niederdruckgasentladung ausgesetzt wird.



   Die Erfindung besteht darin, dass das Plasma an den inneren und äusseren Oberflächen von mindestens je eine Öffnung aufweisenden Kunststoffhohlkörpern gleichzeitig zur Wirkung gebracht wird. Damit soll ermöglicht werden, Kunststoffhohlkörper beliebiger Form gleichzeitig aussen und innen zu handeln. Insbesondere bei Polyäthylen-Körpern in Form von Flaschen oder dergleichen besteht ein dringendes Bedürfnis, solche Flaschen gas- und aromadicht zu machen, um darin eingebrachte Substanzen haltbar aufbewahren zu können. Zu einer solchen Versiegelung der Oberfächen sollen z. B. Lacke auf die Oberfläche, insbesondere die Innenfläche des Kunststoffkörpers gebracht werden, die fest haften müssen. Auf unbehandeltem Kunststoff haften jedoch die Lacke oder dergleichen nicht sicher.

   Bisher bestand jedoch keine Möglichkeit, die Innenflächen von solchen Hohlkörpern mit dem allgemein angewendeten Kreidelschen Flammverfahren entsprechend vorzubehandeln. Das Aufbringen von Lacken oder dergleichen auf vorbehandelte und bedruckte Aussenflächen ist wegen der schlechten Haftung der Lacke auf den meisten Druckfarben oft nicht möglich. Durch die Erfindung wird jedoch auf einfache Weise sowohl die Innen als auch die Aussenfläche von Hohlkörpern für die Aufbringung von Schichten vorbereitet, beispielsweise im Inneren zur Aufbringung der erwähnten Lacke und auf den Aussenflächen z. B. zum Bedrucken oder dergleichen.



   Es ist zwar schon versucht worden, die Innenflächen von Hohlkörpern vorzubehandeln, jedoch sind die bekannten Methoden (Kreidelsches Flammverfahren) - von Einzelfällen abgesehen - für die Massenbehandlung ungeeignet, da eine Beschädigung der Kunststoffkörper dabei kaum zu vermeiden ist.



   Das Plasma kann durch Glimmentladung oder Hochfrequenzentladung oder durch beide Entladungsarten gemeinsam erzeugt werden, wobei die Erzeugung der Hochfrequenzentladung durch elektromagnetische oder elektrische Felder oder beide erfolgen kann.



   Durch die erfindungsgemässe Behandlung werden ferner die Oberflächen aussen und innen von elektrostatischen Aufladungen befreit, so dass keine Staubund Schmutzteilchen angezogen werden und bei vorzugsweise unmittelbar anschliessend folgender Bearbeitung der Kunststoffhohlkörper eine saubere Oberfläche gewährleistet wird, die sich in einer besonders guten Qualität des fertigen Erzeugnisses äussert.



   Anhand der Zeichnung werden einige Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung näher erläutert.



   Elektrisch isolierte Teile werden hierzu zur besseren Übersichtlichkeit kreuzschraffiert dargestellt und allen Ausführungsbeispielen gemeinsame Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.



   Die Einrichtung nach Figur 1 bis 3 arbeitet mit   gleich- oder    wechselstromgespeister Glimmentladung, während die Einrichtungen nach Figur 4 und 5 mit Hochfrequenzentladung in einem   Kondensator- bzw.   



  Spulenfeld arbeiten und bei der Einrichtung nach Figur 6 eine Hochfrequenzentladung in einem kombinierten Kondensator- und Spulenfeld erzeugt wird.  



   Die bei der Einrichtung nach Figur 1 bis 3 benutzten Niederdruckglimmentladungen werden z. B. bei einem Luftdruck von 0,1 bis 1 Torr, einigen 100 Volt Brennspannungen und einigen mA/cm2 Stromdichte unterhalten. Die Niederdruckglimmentladung geschieht in Figur 1 in einer Unterdruckkammer 1, der mehrere metallische stiftförmige Elektroden 2 parallel zueinander senkrecht angeordnet und untereinander galvanisch durch einen Träger 3 verbunden sind, der bei kleinem Öffnungsquerschnitt der Hohlkörper seinerseits isoliert ist und durch eine innerhalb der Unterdruckkammer 1 isolierte Zuleitung 4 über einen ausserhalb der Kammer befindlichen Lastwiderstand 5 an den einen Pol einer   Gleich-oder    Wechselspannungsquelle 6 angeschlossen ist. Bei grossem Öffnungsquerschnitt der Hohlkörper kann die Isolierung des Trägers und der Zuleitung wegfallen.

   Die einzelnen Stabelektroden 2 können an ihren freien Enden mit Isolierkappen 7 bedeckt werden, damit die auf die Elektroden gestülpten Kunststoffkörper 8 bei intensiver Vorbehandlung nicht in direkte Berührung mit den Elektroden kommen und beschädigt werden. Ebenfalls sind die Verbindungsstellen der Elektroden 2 mit dem Träger 3 bei kleinen Öffnungsquerschnitten mit einem vorzugsweise in den Innenraum der Kunststoffkörper 8 reichenden Isoliermantel zu versehen. Die einzelnen Elektroden 2 sind in solchen Abständen voneinander angebracht, dass sich die darauf gestülpten Kunststoffkörper 8 gegenseitig nicht berühren können. Auf diese Weise sind eine gute Vorbehandlung der Innen und Aussenflächen der Kunststoffkörper erzielt. Eine wird alle Stabelektroden 2 angebrachte Gegenelektrode 9 ist z.

   B. plattenförmig ausgebildet und durch eine innerhalb der Kammer 1 isolierte Zuleitung 10 mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 6 verbunden. Die Grösse der Gegenelektrode 9 ist so bemessen, dass sie eine möglichst gleichmässige Berührung aller Kunststoffkörper mit der Entladung ergibt. Durch die angegebene Isolierung der Elektroden und ihrer Zuleitungen und Träger, durch die nur ein Teil der Stiftelektroden innerhalb der Kunststoffhohlkörper frei bleibt, geht auch bei kleinem   off-    nungsquerschnitt der Hohlkörper bei bestimmtem Unterdruck in der Kammer 1 und ausreichender Spannung eine Glimmentladung von den Stabelektroden 2 aus dem Inneren der Kunststoffkörper 8 zur Gegenelektrode 9 und erfüllt sowohl die inneren als auch die äusseren Räume zwischen den Kunststoffkörpern.

   Da die mittlere freie Weglänge der Ladungsträger der Entladung innerhalb der angegebenen Drücke im allgemeinen klein ist gegenüber den geometrischen Abmessungen der Kunststoffkörper (abgesehen von engen Spalten, Kapillaren und dergleichen), schmiegt sich die Glimmentladung praktisch genau an die Innen und Aussenflächen der Körper an und gewährleistet eine gleichmässige Vorbehandlung. Es entfällt somit die Notwendigkeit einer Anpassung der Elektrodenformen an die Kunststoffkörper. Es ist gegebenenfalls nur die Länge der Stabelektroden 2 und die Grösse ihrer gegenseitigen Abstände etwa an die Grösse der Kunststoffkörper anzupassen.



   Bei gleichzeitiger Vorbehandlung mehrerer Kunststoffkörper ist es zur Erzeugung einer gleichmässigen Glimmentladung in allen Körpern zweckmässig, möglichst solche gleicher Form und Grösse in die Unterdruckkammer einzubringen.



   Bei Verwendung einer Gleichspannungsquelle 6 ist es vorteilhaft, die Stab elektroden 2 an negatives Potential und die gemeinsame Elektrode an positives Potential anzuschliessen. In diesem Fall wird an irgendeiner der Stabelektroden 2 die Glimmentladung einsetzen und bei genügend hoher Spannung und genügend kleinem Belastungswiderstand 5 wird sich der nicht isolierte Teil der betreffenden Stiftelektrode sofort vollständig mit Kathodenglimmdicht überziehen. Dabei geht der normale Kathodenfall in den anomalen Kathodenfall über. Die Brennspannung steigt stark an, so dass die nächste Elektrode wirksam wird, wobei sich dieser Vorgang so lange wiederholt, bis alle Elektroden gezündet haben.

   Zur Verminderung der notwendigen Zündspannung können vorzugsweise noch gesonderte Zündelektroden 11 an jeder Stabelektrode 2 angeordnet werden, und zwar im Bereich der Öffnungen der Kunststoffkörper 8.



  Bei genügend grossen Öffnungsquerschnitten der Hohlkörper ist der Spannungsanstieg durch den anomalen Kathodenfall ausreichend, um Träger und Stifte auch ohne besondere Hilfsmassnahmen mit einer Glimmhaut zu überziehen.



   Bei Anschluss der Elektroden an eine Wechselspannungsquelle wird zwar für die Halbwellen, bei der die Stabelektroden 2 positives Potential haben, die Stromspannungskennlinie einen anderen Verlauf haben, so dass bei zu hohem Gasdruck oder zu kleiner Stromdichte das Glimmlicht nicht an allen Elektroden ansetzt. Jedoch genügt bei entsprechender Einstellung der erwähnten Betriebsbedingungen die negative Halbwelle an den Stabelektroden, so dass in jedem Fall ein einwandfreier Behandlungseffekt erzielt wird.



   In Figur 2 sind an Stelle der gemeinsamen Elektrode 9 eine der Zahl der Stab elektroden entsprechende Zahl von Einzelelektroden 12 vorgesehen, die die gleiche Form und Anordnung wie die Stabelektroden 2 haben und die ebenfalls mit Kunststoffhohlkörpern 8 bestückt sein können. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie im erstgenannten Fall, nur mit dem Unterschied, dass bei Verwendung einer Wechselspannungsquelle 6 die Stromübergänge in beiden Halbwellen gleich sind.



   Eine Beeinflussung des Behandlungseffektes bei gegebener Form der Glimmentladung kann durch den Gasdruck, die Stromstärke, die Elektrodenform, die Elektrodenabstände und durch die Behandlungszeit erfolgen. Man kann aber auch, wenn besondere Umstände dieses erfordern, die Form der Entladung selbst zur   Anderung    des Behandlungseffektes ausnützen, indem man zwischen die Elektroden metallische  oder nichtmetallische Hilfskörper in Form von Lochplatten, Netzen, Rohren oder dergleichen anbringt und die Strombahnen der Glimmentladung in eine bestimmte Richtung zwingt. Als Hilfskörper können hierzu entsprechend geformte isolierte Teile der Elektroden selbst dienen. Es ist somit möglich, eine gute Symmetrierung der Stromrichtung in bezug auf die zu behandelnden Kunststoffkörper zu erreichen.



   Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Figur 3 gezeigt. Die zur Beeinflussung der Glimmentladung dienenden Hilfskörper sind mit 13 und 14 bezeichnet. Sie schliessen die Elektroden 2 bzw. 12 und die auf diese aufgesteckte Kunststoffkörper 8 ein. Die Hilfskörper können vorteilhaft an die jeweilige Form der Elektroden und der Kunststoffkörper angepasst sein.



   Die Entladung und die Behandlung kann wie bei dem Verfahren nach dem Patent Nr. 365840 durch Einbringen von für den jeweiligen Kunststoffkörper geeigneten Gasen in bestimmter Dosierung vorteilhaft beeinflusst werden. Für Kunststoffkörper aus Polyäthylen eignet sich z. B. besonders Sauerstoff, bei dessen Vorhandensein in der Unterdruckkammer eine ausserordentlich gute Haftdruckfestigkeit und -Haftfähigkeit der zu behandelnden Oberflächen erreichbar ist.



   In den vorgenannten Ausführungsbeispielen sind Glimmentladungen verwendet worden, bei denen die Laufzeit der Elektronen von einer Elektrode zur anderen klein gegenüber der Periodendauer der speisenden Wechselspannung ist. Eine gleichzeitige Innen- und Aussenbehandlung der in die Unterdruckkammer eingebrachten Kunststoffkörper lässt sich aber auch durch Hochfrequenzentladung, die entweder durch Kondensator oder Spulen-Wechselfelder oder durch beide gemeinsam erzeugt werden, erreichen. Hierbei ist es nicht erforderlich, dass die Elektroden in das Innere der zu behandelnden Kunststoffkörper reichen müssen, sondern es genügt vielmehr, dass die betreffenden Hohlkörper zwischen   zusam,    menarbeitenden Elektrodenpaaren oder im Inneren eines Spulenkörpers angeordnet sind.



   Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine mit elektrischer Hochfrequenz arbeitende Einrichtung nach der Erfindung. In der Unterdruckkammer 1 sind die zu behandelnden Kunststoffkörper 8 jeweils zwischen zwei für eine bestimmte Anzahl von Kunststoffkörpern gemeinsame plattenförmige Elektroden 15 und 16 angeordnet. An die zusammenarbeitenden Elektroden 15 und 16 ist die hochfrequente Spannung eines Hochfrequenzgenerators 17 gelegt. Die Elektroden sind mit isolierenden Halterungen 18 versehen, auf welche Kunststoffkörper 8 aufgebracht werden können. Die Halterungen der Kunststoffkörper können jedoch auch in anderer Weise geschehen; es ist nur gefordert, dass die Kunststoffe nicht miteinander und mit den Elektroden selbst in unmittelbare Berührung kommen. Die für die Hochfrequenzentladung erforderlichen Feldstärken hängen von der Frequenz, der Gasart und dem Gasdruck ab. Es ist z.

   B. für Luft bei einem Druck von 0,1 Torr und von einer Frequenz von 40   MIlIz    eine effektive Feldstärke von 30 bis 40 Volt/cm ausreichend.



   In Figur 5 ist eine Einrichtung mit einem Hochfrequenzspulenfeld dargestellt. In der Unterdruckkammer 1 sind die vorzubehandelnden Kunststoffkörper 8 angebracht, und zwar innerhalb einer Spule 19, die zur Erzeugung der Entladung dient. Diese Spule 19 ist Teil eines von einem Generator 20 gespeisten Schwingungskreises. An Stelle einer einzigen Spule können auch mehrere nebeneinander oder übereinander angeordnete Spulen vorgesehen sein, die in der Unterdruckkammer 1 angeordnet sind. Die zu behandelnden Kunststoffkörper 8 werden innerhalb der Spule 19 in der Nähe der Innenwände   ange    ordnet, da die Intensität der Entladung in Richtung zur Spulenachse geringer wird.

   Auch hier werden die Kunststoffkörper auf isolierende Halterungen 21, 22 aufgebracht, so dass sie sich gegenseitig nicht berühren und ebenfalls mit den Spulenrandungen nicht in Berührung kommen können.



   In Figur 6 ist noch eine kombinierte, mit Kondensator- und Spulen-Hochfrequenzfeldern arbeitende Einrichtung dargestellt. Auf diese Weise gelingt eine bessere Raumausnützung der Spuleninnenfläche, da die in der Nähe der Spulenachse angeordneten Kunststoffkörper durch das elektrische   Hochfre-    quenzfeld behandelt werden. Hierzu sind die Elektroden 15, 16 am oberen und unteren Ende der Spule 19 parallel zueinander angeordnet, wobei die Speisung der Spule und der Elektroden über einen mit Abgriffen versehenen Widerstand 24 durch einen entsprechenden Generator 23 erfolgt. Die Wirkungsweise der letztgenannten Einrichtung ist dieselbe wie die der vorgenannten Einrichtungen.



   Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es kann auch zweckmässig sein, eine mit Glimmlicht arbeitende Einrichtung nach Figur 1 bis 3 mit einer oder beiden Einrichtungen nach den Fig. 4, 5 und 6 zu kombinieren, indem entsprechende Elektroden und Spulen in der Unterdruckkammer 1 angeordnet werden und mit entsprechenden Speisequellen verbunden werden. Die Kopplung bzw. Parallelschaltung eines Hochfrequenzgenerators mit einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle erfolgt dabei in an sich be kannter Weise.



   Ferner kann die Einführung der Kunststoffkörper in die Behandlungskammer chargenweise oder mit an sich bekannten Mitteln der   Vakuumtechnik-z.    B. geeigneten Schleusenvorrichtungen, schubweise oder kontinuierlich erfolgen.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCHE I. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffkörpern zwecks Verbesserung der Oberflächenhaftfestigkeit für aufzubringende Schichten, bei dem der Kunststoffkörper der Einwirkung des Plasmas einer Niederdruckgasentladung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma an den in neren und äusseren Oberflächen von mindestens je eine Öffnung aufweisenden Kunststoff-Hohlkörpern gleichzeitig zur Wirkung gebracht wird.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in einer die Entladungseinrichtungen enthaltenden Unterdruckkammer irrt Entladungsraum, zum Tragen der Kunststoff-Hohlkörper dienende Mittel vorgesehen sind.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung des Behandlungseffektes an die Lagerzeit der durch die Niederdruck Gasentladung vorbehandelten Kunststoff-Hohlkörper bis zur eigentlichen Oberflächenbearbeitung die Plasmadaten und/oder die Behandlungszeit entsprechend bemessen werden.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma durch eine Niederdruck-Glimmentladung erzeugt wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma durch eine Niederdruck-Hochfrequenzentladung erzeugt wird.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-Hochfrequenzentladung durch ein Kondensator und/oder Spulenfeld erzeugt wird.

   5. Verfahren nach Unteransprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma durch die gleichzeitige Anwendung einer Niederdruck-Glimmentladung und einer Niederdruck-Hochfrequenzentladung erzeugt wird.

   6. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass für die Niederdruck-Glimmentladung in einer Unterdruckkammer mindestens ein Elektrodenpaar angeordnet und mindestens eine Elektrode teilweise mit einem isolierenden Überzug versehen ist.

   7. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Zuleitungen zu den Elektroden innerhalb der Unterdruckkammer in Isolierkörper eingebettet sind.

   8. Einrichtung nach den Unteransprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht als Träger für zu behandelnde Kunststoff-Hohlkörper vorgesehenen Elektroden zu einer gemeinsamen Flächenelektrode zusammengefasst sind.

   9. Einrichtung nach den Unteransprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide mit Isolierkörpern versehene Elektroden eines Elektrodenpaares als Tragorgane für je einen Kunststoff-Hohlkörper ausgebildet sind.

   10. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den als Tragorgane für die Kunststoff-Hohlkörper dienenden Elektroden zusätzliche Zündelektroden vorgesehen sind.

   11. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass für die Niederdruck-Hochfrequenzentladung mindestens zwei zur Erzeugung eines elektrischen Feldes dienende Flächenelektroden und/ oder mindestens eine zur Erzeugung eines magnetischen Feldes dienende Magnetspule in der Unterdruckkammer derart angeordnet und mit Halterungen für die Kunststoff-Hohlkörper versehen sind, so dass sich die Kunststoff-Hohlkörper zwischen den Elektrodenpaaren und innerhalb der Magnetspule in der Nähe der Spulenwandung befinden.

   12. Einrichtung nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden und die Halterungen zueinander verstellbar sind.

   13. Einrichtung nach den Unteransprüchen 6, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Magnetspule und zwischen den an ihren Stirnflächen angeordneten Flächenelektroden zusätzliche Stabelektroden für eine Glimmentladung angeordnet sind.