DE10101025A1 - Verfahren zum dauerhaften Verbinden von Körpern aus chemisch inkompatiblen Polymeren - Google Patents

Verfahren zum dauerhaften Verbinden von Körpern aus chemisch inkompatiblen Polymeren

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum dauerhaften Verbinden von Körpern aus chemisch inkompatiblen Polymeren, insbesondere aus Thermoplasten, Elastomeren und/oder Duromeren. Bei dem Verfahren werden die zu verbindenen Oberflächenbereich der Polymerkörper einer Plasmabehandlung unterzogen und anschließend zusammengedrückt. DOLLAR A Hierbei hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Plasmabehandlung auch chemisch inkompatible Polymere dauerhaft miteinander verbunden werden können. Das Verfahren ist zudem unabhängig von der Geometrie der zu verbindenen Körper.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum dauerhaften Verbinden von chemisch inkompatiblen Polymerkörpern, beispielsweise Formkörpern oder Folien aus Thermoplasten, Elastomeren und/oder Duromeren.
Die Verklebung oder Verschweißung von Polymer­ körpern aus unterschiedlichen Polymermaterialien ist in Vielen Bereichen der Technik, insbesondere bei der Herstellung von Produkten oder Zwischenprodukten, erforderlich. Das vorliegende Verfahren lässt sich in allen Bereichen einsetzen, in denen die dauerhafte Verbindung von mehreren Polymerkörpern erreicht werden soll.
Stand der Technik
Zur Verbindung von Polymerkörpern sind zahlreiche Polymer-Fügetechniken bekannt. So werden beispielsweise zur dauerhaften Verbindung von Kunststofffolien das Heizkeilschweißen, zum Verbinden von dickwandigen Halbzeugen oder Kunststofffolien das Extrusions­ schweißen oder zur stoffschlüssigen Verbindung von Polymeroberflächen das Heizelementschweißen oder das Vibrations- bzw. Reibschweißen eingesetzt.
Diese durch mechanische oder thermische Einwirkung arbeitenden Verfahren sind jedoch in der Regel jeweils nur für spezielle Anwendungen bzw. spezielle Geometrien der zu verbindenden Polymerkörper geeignet. Gerade bei den nahtgebundenen Verfahren geht bei der Verbindung flächiger Körper ein Großteil an Grenzflächenfestigkeit verloren, da die zu fügenden Flächen nur am Rand verschweißt werden. Beim stoffschlüssigem Verschweißen von flächigen Kunststoffbauteilen dominiert die Vibrationsschweißtechnik gegenüber dem konkurrierenden Heizelementschweißen aufgrund der erheblich kürzeren Taktzeiten.
Ein Nachteil aller etablierten Polymer-Schweiß­ techniken besteht darin, dass nur kompatible, d. h. untereinander mischbare Polymere stoffschlüssig und haftfest miteinander verschweißt werden können. Bei zueinander inkompatiblen Polymeren wird keine ausreichende Haftfestigkeit der Verbindung erreicht. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, dass zur dauerhaften Verbindung von Polymer­ körpern unterschiedlicher Geometrien in vielen Fällen speziell an die jeweiligen Geometrien angepasste Werkzeuge, beispielsweise entsprechend geformte Heizplatten, Halterungen u. ä., bereitgestellt werden müssen.
Eine weitere Technik zur Verbindung von Polymer­ körpern besteht im Einsatz eines Klebemittels zwischen den zu verbindenden Flächen. Dies erfordert jedoch wiederum entsprechend an die jeweiligen Polymere angepasste bzw. zu ihnen kompatible Klebemittel, die nicht in jedem Falle zur Verfügung stehen. Dies kann insbesondere bei der Verbindung von zueinander inkompatiblen Polymeren zu Problemen führen. Weiterhin bringt das Aufbringen eines Klebemittels den Nachteil mit sich, dass das Klebemittel seitlich an den zu verbindenden Fügeflächen austreten kann und die Klebstoffreste anschließend entfernt werden müssen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum dauerhaften Verbinden von Körpern aus chemisch inkompatiblen Polymeren anzugeben, das weitgehend unabhängig von der Geometrie der zu verbindenden Körper bzw. Flächen einsetzbar ist.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Abweichend von den bisher eingesetzten Techniken des Aufbringens eines Klebemittels oder der thermischen oder mechanischen Einwirkung auf die Fügeflächen haben die Erfinder des vorliegenden Verfahrens erkannt, dass ein dauerhaftes Verbinden bzw. Verkleben von chemisch inkompatiblen Polymerkörpern durch eine Plasma­ behandlung der zu verbindenden Oberflächenbereiche bzw. Fügeflächen der Polymerkörper und anschließendes Zusammendrücken dieser Oberflächen erreicht werden kann. Die Oberflächen der Polymerkörper bzw. die zu verbindenden Bereiche dieser Oberflächen werden hierfür unter bestimmten Parametern, insbesondere der Plasmaleistung, dem Gasdruck sowie der Behandlungs­ dauer, einem Plasma ausgesetzt, d. h. mit Ionen des entsprechenden das Plasma bildenden Gases beschossen. Die Art des plasmabildenden Gases muß an die Kombination der zu verbindenden Polymerkomponenten angepaßt werden. Geeignete Plasmareaktoren zur Durchführung einer derartigen Behandlung sind dem Fachmann aus anderen technischen Gebieten bekannt. Die einzelnen Plasmaparameter werden in Abhängigkeit von den jeweils zu verbindenden Polymermaterialien gewählt. Anschließend werden die zu verklebenden Oberflächen­ bereiche zusammengedrückt.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Plasmabehandlung der Oberfläche und anschließendes Zusammendrücken bzw. Zusammenpressen der zu verbindenden Teile eine enorme Festigkeit der Verbindung erzielt werden kann, die in vielen Fällen oberhalb der Zerreißfestigkeit bzw. Bruchfestigkeit einer oder beider der miteinander verbundenen Körper bzw. Komponenten liegen kann. Ein zusätzliches Klebemittel zwischen den beiden zu verbindenden Flächen ist hierbei nicht erforderlich.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass durch diese Plasmabehandlung auch Polymere stoffschlüssig miteinander verbunden werden können, die zueinander chemisch und/oder physikalisch inkompatibel sind.
Die Plasma-induzierte stoffschlüssige Verbindung chemisch identischer Polymere durch Erzeugung und anschließende Rekombination von Radikalen in der Grenzfläche ist verständlich. Überraschend hingegen erscheint die Möglichkeit der Plasmainduzierten Verbindung chemisch inkompatibler Polymere durch entsprechende Wahl des Plasma bildenden Gases (z. B. Sauerstoff für Polyimid/Silikon).
Weiterhin kann das Verfahren auf beliebig geformte Oberflächen bzw. Geometrien der Polymerkörper angewendet werden, ohne dass hierfür eine spezielle Anpassung eines Werkzeugs erforderlich wäre. Unter Polymerkörper sind in der vorliegenden Anmeldung alle einzeln handhabbaren Körper, beispielsweise Volumen- bzw. Formkörper oder Folien, zu verstehen.
Das vorliegende Verfahren stellt somit eine neuartige Technik zum Fügen zweier chemisch inkompatibler Polymerkomponenten dar, bei der keinerlei Klebemittel benötigt wird. Das Verfahren lässt sich insbesondere in Bereichen sehr vorteilhaft einsetzen, in denen bisher aufgrund einer chemischen und/oder physikalischen Inkompatibilität der zu fügenden Polymerkomponenten ein herkömmliches Kleben oder Verschweißen nicht möglich war. Insbesondere lassen sich mit dem Verfahren äußerst komplexe Bauteile unter minimalem apparativem Aufwand dauerhaft stoffschlüssig miteinander verbinden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des vor­ liegenden Verfahrens werden eine oder beide Ober­ flächenbereiche der zu verbindenden Polymerkörper unmittelbar vor dem Zusammendrücken mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise einem Lösungsmittel, benetzt, um über einen bestimmten Zeitraum ein Verschieben und Justieren der zu verklebenden Polymerkomponenten zueinander zu gewährleisten, bevor die vollständige Haftwirkung eintritt.
Die zu verbindenden Bauteile können entweder an ihrer gesamten Fügefläche oder nur an bestimmten Bereichen dieser Fügefläche mit dem Plasma behandelt werden. Letzeres kann für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein, bei denen nicht die gesamte Fügefläche die Klebeverbindung bilden soll. Die Festlegung begrenzter Verbindungsbereiche kann durch einfache Maskierung der Oberfläche mit einer geeigneten Maskierungsschicht oder -maske vor der Anwendung der Plasmabehandlung erfolgen. Die Maskierungsschicht kann anschließend beispielsweise mit einem geeigneten Lösungsmittel wieder entfernt werden.
Für die Plasmabehandlung eignet sich beispiels­ weise ein Sauerstoffplasma, wie es in vielen anderen Bereichen der Oberflächenbehandlung bereits eingesetzt wird. Weiterhin können selbstverständlich auch andere plasmabildende Gase, wie beispielsweise Stickstoff, Argon, Methan, usw., zur Anwendung kommen. Die erforderliche Dauer der Plasmabehandlung richtet sich nach den Eigenschaften der jeweils zu verbindenden Polymere und liegt in der Regel im Bereich zwischen einigen Sekunden und wenigen Minuten.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Das Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Figur ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals kurz erläutert.
Die Figur zeigt hierbei ein Anwendungsbeispiel, bei dem zwei Polymerbauteile 1 und 2 mit einer komplexen, nicht planen Oberfläche miteinander verbunden bzw. verklebt werden. Die beiden Oberflächen werden einem Sauerstoffplasma 3 ausgesetzt, durch dessen Ionen die zu verbindenden Oberflächen der beiden Bauteile beschossen werden. Nach dieser Plasma­ behandlung müssen die beiden Oberflächen lediglich für einige Zeit (einige Minuten bis wenige Stunden) zusammengedrückt werden, um die dauerhafte stoff­ schlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen zu erzielen.
So können mit dieser Technik auch beispielsweise Stifte jeglichen Querschnitts stoffschlüssig mit einem passenden Kaliber verbunden werden, ohne dass Klebstoff herausgedrückt wird oder bestimmte Volumina für den Kleber bei der Konstruktion der zu fügenden Bauteile berücksichtigt werden müssen. Die Stifte können formschlüssig mit den Kalibern gefertigt werden.
Das Verfahren beinhaltet alle Vorteile der Klebe- und Schweißtechnik hinsichtlich der Verbindungs­ festigkeit. Es erzeugt eine stoffschlüssige Verbindung, ist geometrieunabhängig und erfordert keinerlei zusätzliche Lösungsmittel, um die Dauerhaftigkeit der Verbindung zu erreichen.
Besonders hilfreich kann das Verfahren auch bei der Assemblierung mikromechanischer Polymer-Bauteile sein, bei der bisher die Dosierung des unvermeidlichen Klebstoffes besonders kritisch ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden eine Silikon- und eine Polyimidfolie miteinander verbunden. Die zu fügenden Flächen beider Folien werden mittels eines Sauerstoffplasmas bei einer Plasmaleistung von 200 W, einem Gasdruck von 2 × 10-1 Pa (2 × 10-3 mbar) und einer RF-Frequenz von 13,56 MHz für eine Dauer von 10 s behandelt und anschließend aufeinander gepresst.
Die dauerhafte Haftwirkung tritt wenige Stunden nach dem Zusammenpressen ein. Die Verbindungsfestigkeit ist danach so hoch, dass die Adhäsion zwischen den beiden gefügten Komponenten oberhalb der Zerreißfestigkeit der beiden Folien liegt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Silikonfolie mit einem Körper aus elektrisch leit­ fähigem Silikon verbunden. Bei 70 W Plasmaleistung über eine Dauer von 10 s bei einer Frequenz 13,56 MhZ und einem Druck von 2 × 10-1 Pa werden die zu verbindenden Oberflächen plasmabehandelt. Anschließend werden die Oberflächen aufeinander gepresst. Die dauerhafte Verbindung stellt sich wenige Stunden nach dem Aufeinanderpressen ein. Bei dem Versuch, beide Verbindungspartner zu trennen, zerreisst eines der Elastomere: Die Adäsion ist stärker als die dem Material eigene Kohäsion.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht somit die einfache und geometrieunabhängige Verbindung inkompatibler Polymere, insbesondere von Thermoplasten, Elastomeren und Duromeren. Die Verbindung erfolgt stoffschlüssig und hält großen Belastungen stand. Mit dem Wegfall eines Klebemittels entfällt auch die Problematik einer ausreichenden Kohäsion und Adhäsion des Klebers zur jeweiligen Polymerkomponente.

Claims (6)

1. Verfahren zum dauerhaften Verbinden von Körpern aus chemisch inkompatiblen Polymeren, insbesondere aus Thermoplasten, Elastomeren und/oder Duromeren, bei dem die zu verbindenden Oberflächenbereiche der Polymerkörper einer Plasmabehandlung unterzogen und anschließend zusammengedrückt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung mit einem Sauerstoff- Plasma, einem Stickstoff-Plasma oder einem Argon- Plasma erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Oberflächenbereiche durch Maskierung der Oberfläche der Polymerkörper während der Plasmabehandlung gezielt festgelegt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zusammendrücken zumindest einer der zu verbindenden Oberflächenbereiche mit einer Flüssigkeit benetzt wird, die nach dem Zusammen­ drücken noch für einen begrenzten Zeitraum eine gegenseitige Verschiebbarkeit der beiden Polymer­ körper gewährleistet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit ein Lösungsmittel eingesetzt wird, das sich zumindest zu dem Polymer eines Polymerkörpers kompatibel verhält.
6. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche zum Verbinden zweier Formkörper mit nicht planer Oberfläche.
DE10101025A 2001-01-11 2001-01-11 Verfahren zum dauerhaften Verbinden von Körpern aus chemisch inkompatiblen Polymeren Withdrawn DE10101025A1 (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7351346B2 (en) 2004-11-30 2008-04-01 Agoura Technologies, Inc. Non-photolithographic method for forming a wire grid polarizer for optical and infrared wavelengths
EP2011628A1 (de) 2007-07-02 2009-01-07 Boehringer Ingelheim microParts GmbH Verfahren zum Herstellen eines Verbundes aus mehreren Körpern und damit hergestellte Verbundkörper
US7561332B2 (en) 2004-11-30 2009-07-14 Agoura Technologies, Inc. Applications and fabrication techniques for large scale wire grid polarizers
DE102009026945A1 (de) 2009-06-15 2010-12-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum dauerhaften Verbinden zweier Bauteile

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0111438D0 (en) * 2001-05-10 2001-07-04 Cole Polytechnique Federale De Polymer bonding by means of plasma activation
DE102008009171B4 (de) * 2008-02-14 2014-07-17 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Verfahren zum Verkleben von Silikon- und Elastomerbauteilen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0761415A2 (de) * 1995-09-01 1997-03-12 Agrodyn Hochspannungstechnik GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächen-Vorbehandlung von Werkstücken
DE19810680A1 (de) * 1998-03-12 1999-09-16 Kuesters Eduard Maschf Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Folienbahn

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4900388A (en) * 1984-10-19 1990-02-13 Biflex Development Partners, Ltd. Method for laminating polymeric sheet material
JPS61141532A (ja) * 1984-12-14 1986-06-28 Shin Etsu Chem Co Ltd 積層フイルムの製造方法
JPS61182942A (ja) * 1985-02-12 1986-08-15 信越化学工業株式会社 耐熱性フレキシブルプリント配線用基板およびその製造方法
AU5499098A (en) * 1997-01-06 1998-08-03 Dsm N.V. Process for obtaining an improved adhesion between the surfaces of two pol ymer compositions

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0761415A2 (de) * 1995-09-01 1997-03-12 Agrodyn Hochspannungstechnik GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächen-Vorbehandlung von Werkstücken
DE19810680A1 (de) * 1998-03-12 1999-09-16 Kuesters Eduard Maschf Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Folienbahn

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7351346B2 (en) 2004-11-30 2008-04-01 Agoura Technologies, Inc. Non-photolithographic method for forming a wire grid polarizer for optical and infrared wavelengths
US7561332B2 (en) 2004-11-30 2009-07-14 Agoura Technologies, Inc. Applications and fabrication techniques for large scale wire grid polarizers
EP2011628A1 (de) 2007-07-02 2009-01-07 Boehringer Ingelheim microParts GmbH Verfahren zum Herstellen eines Verbundes aus mehreren Körpern und damit hergestellte Verbundkörper
DE102007030648A1 (de) 2007-07-02 2009-01-15 Boehringer Ingelheim Microparts Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Verbundes aus mehreren Körpern und damit hergestellte Verbundkörper
DE102009026945A1 (de) 2009-06-15 2010-12-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum dauerhaften Verbinden zweier Bauteile
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