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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schichtverbund, umfassend eine
Lackschicht und eine plasmapolymere Trennschicht, eine Lack-Träger-Anordnung
umfassend einen Schichtverbund aus Lackschicht, plasmapolymerer
Trennschicht und einem Träger, die Verwendung eines solchen
Schichtverbundes und einer solchen Lack-Träger-Anordnung
und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtverbundes
bzw. einer solchen Lack-Träger-Anordnung. Sie betrifft
ferner ein Verfahren zum Übertragen von Lack auf ein Substrat sowie
ein Verfahren zum Herstellen eines lackierten Gegenstandes.
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Im
Stand der Technik sind eine Reihe von Ansätzen bekannt,
lackierte Gegenstände zu erzeugen. Schon seit längerem
wurden Alternativen zur klassischen Nasslackierung gesucht, bei
der entweder hoher Arbeitsaufwand oder erheblicher Materialaufwand
erforderlich sind. Außerdem werden bei der Nasslackierung aufwendige
Reinigungsschritte notwendig und es treten regelmäßig
für Menschen gesundheitlich bedenkliche Schadstoffkonzentrationen
auf.
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So
werden beispielsweise CFK- wie auch GFK-Bauteile in vielen Bereichen,
wie z. B. dem Flugzeug-, Fahrzeug- und dem Windanlagenbau, wie folgt
hergestellt:
Eine Form (typischerweise aus Metall) wird mit
einem Trennmittel versehen. Teilweise wird zunächst eine
dünne Schicht Harz aufgebracht. Anschließend werden
die Fasern in die Form gelegt, die anschließend mit Harz benetzt
werden (vereinfachte Darstellung). Dieser Vorgang wird meist mehrfach
wiederholt. Danach erfolgt die thermische Aushärtung, so
dass das Bauteil anschließend aus der Form genommen werden
kann. Sowohl die Form, als auch die Formteiloberfläche
ist nach diesem Vorgang mit Trennmittel belegt. Diese Trennmittelrückstände
sind anschließend sorgfältig zu entfernen, wenn
die Bauteiloberfläche lackiert oder verklebt werden soll.
Dieser Vorgang ist sehr zeitaufwendig und birgt große Risiken
in Bezug auf die Qualitätssicherung. Bei händischer
Ausführung beinhaltet dieser Vorgang zudem hohe gesundheitliche
Risiken, da bei der mechanischen Bearbeitung feinste Faserbruchstückchen
freigesetzt werden. Zusätzlich treten die genannten Probleme
bei der Lackierung auf. Letztendlich ist die Form ebenfalls in regelmäßigen
Abständen (Formtrennmittelaufbau) mühsam zu reinigen
und neu einzutrennen.
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Eine
Alternativmethode ist beispielsweise aus dem Segelflugzeugbau bekannt.
Hier wird die Form oft eingetrennt, nass lackiert und darin der
Flügel- oder Rumpfaufbau vorgenommen. Allerdings muss die
Lackoberfläche nach der Herstellung sehr mühsam
und aufwendig nachbearbeitet werden, um eine hochwertige Lackoberfläche
zu erzielen. Alternativ hierzu kann die Werkzeugoberfläche
mit einer trockenen Trennschicht, wie sie beispielsweise bereits
aus
DE 10034737 bekannt
ist, belegt werden. Diese Trennschicht verbindet sich nicht mit
dem Lack, weist aber Einschränkungen im Hinblick auf die
verwendbaren Lacke aufgrund der niedrigen Oberflächenenergie
auf. Darüber hinaus ist bei großen Formen und
steifen Bauteilen die Entformung schwierig, da aufgrund des engen
Kontaktes des Lackes mit der Trennschicht in der Fläche
nicht unerhebliche Wechselwirkungskräfte (z. B. Londonsche
Dispersionskräfte) auftreten und ein abschälen
nicht möglich ist.
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Auch
aus dem Automobilbau sind Alternativansätze bekannt: Hier
wird auf eine Folie eine Lackschicht aufgetragen, die Lackschicht
teilgehärtet (beispielsweise physikalisch durch Wasserentzug)
und nachfolgend die Trägerfolie tiefgezogen. Anschließend
wird der Lack ausgehärtet und die Lackfolienkombination
der Tiefziehform entnommen. Nachfolgend wird auf der Trägerfolie
ein entsprechendes Bauteil aufgebaut. Nachteilig an diesem Verfahren
ist, dass die Auswahl der Trägerfolienmaterialien durch
die Eigenschaften des jeweiligen Lackes begrenzt ist und die Trägerfolien
regelmäßig Bestandteil des aufzubauenden Bauteils
werden.
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Es
war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schichtverbund
umfassend eine (übertragbare) Lackschicht anzugeben, der
die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Insbesondere
sollte eine Möglichkeit der vereinfachten Lackübertragung
eröffnet sowie eine gegebenenfalls notwendige Entnahme
eines lackierten Bauteiles aus einer Form erleichtert werden.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch einen Schichtverbund, umfassend
eine Lackschicht und eine Trennschicht, wobei
- (a)
die Lackschicht aus einem nicht ausgehärteten und/oder
teilweise ausgehärteten und/oder ausgehärteten
Lack besteht und
- (b) die Trennschicht eine plasmapolymere Schicht ist, bestehend
aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff sowie gegebenenfalls üblichen
Verunreinigungen, wobei
im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren
Schicht auf der dem Lack abgewandten Seite, bei Kalibrierung auf
den aliphatischen Anteil des C 1s Peaks bei 285,00 eV, im Vergleich
mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan (PDMS)
mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s
bei 25°C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25°C,
der
Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44
eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben
ist, und
der O 1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der
um maximal 0,50 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien
verschoben ist. Im Bereich der adhäsiven Zone ist die plasmapolymere
Schicht bevorzugt stark hydrophil, reich an Sauerstofffunktionalitäten
und arm an Methylgruppen.
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Lack
ist im Zusammenhang mit diesem Text ist ein Lack ein flüssiger
oder pastenförmiger oder pulverförmiger Beschichtungsstoff,
der, auf einem Untergrund aufgebracht, eine Beschichtung mit schützenden,
dekorativen oder spezifischen technischen Eigenschaften ergibt.
Lacke können sowohl wasserlöslich als auch nichtwasserlöslich
sein. Dies betrifft insbesondere den ausgehärteten Zustand.
Bevorzugt ist der Lack insbesondere im ausgehärteten Zustand
kein wasserlöslicher Lack.
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Eine
"plasmapolymere Schicht" ist im Rahmen dieses Textes eine Schicht,
welche mittels Plasmapolymerisation herstellbar ist. Plasmapolymerisation
ist ein Verfahren, bei dem sich gasförmige Precursoren
(oft auch Monomere genannt), angeregt durch ein Plasma, auf einem
frei wählbaren Substrat als hochvernetzte Schicht niederschlagen.
Voraussetzung für eine Plasmapolymerisation ist das Vorhandensein
von kettenbildenden Atomen wie Kohlenstoff oder Silicium im Arbeitsgas.
Durch die Anregung werden die Moleküle der gasförmigen
Substanz (Precursoren), durch den Beschuss mit Elektronen und/oder
energiereichen Ionen fragmentiert. Dabei entstehen hochangeregte
radikalische oder ionische Molekülfragmente, die miteinander
im Gasraum reagieren und auf der zu beschichtenden Oberfläche
abgeschieden werden. Auf diese abgeschiedene Schicht wirkt die elektrische
Entladung des Plasmas und dessen intensiver Ionen- und Elektronenbeschuss
fortwährend ein, so dass in der abgeschiedenen Schicht
weitere Reaktionen ausgelöst und eine hochgradige Verknüpfung
der abgeschiedenen Moleküle erzielt werden kann.
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Im
Rahmen des vorliegenden Textes umfasst der Begriff "plasmapolymere
Schicht" auch Schichten, die mittels plasmaunterstützter
CVD (PE-CVD) hergestellt werden können. Hierbei wird zur
Reaktionsführung das Substrat zusätzlich erwärmt.
So lassen sich beispielsweise aus Silan und Sauerstoff SiO2- Beschichtungen herstellen. Ferner sei ausdrücklich
erwähnt, dass auch Atmosphärendruckplasmaverfahren
zur Herstellung erfindungsgemäß einzusetzender
plasmapolymerer Schichten verwendet werden können, wenngleich
Niederdruck-Plasmapolymerisationsverfahren derzeit bevorzugt sind.
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Im
Rahmen des vorliegenden Textes werden Substanzen, die zur Schichtbildung über
eine Plasmapolymerisation als Gas bzw. Dampf einem Plasma zugeführt
werden, als "Monomere" (gasförmige Precursoren) bezeichnet.
Als "flüssige Precursoren" werden Flüssigkeiten
bezeichnet, welche beispielsweise durch die Einwirkung eines Plasmas
vernetzt werden können (beispielsweise durch hochangeregte
Teilchen, Elektronen oder UV-Strahlung), ohne vorher zu verdampfen.
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Artikel
mit einer plasmapolymeren Beschichtung sind bereits seit längerem
bekannt. Insbesondere verwiesen sei an dieser Stelle auf das Dokument
DE 101 31 156 A1 (Fraunhofer-Gesellschaft),
welches einen Artikel mit einer plasmapolymeren Beschichtung betrifft,
die besonders leicht zu reinigen ist (Easy-to-clean-Beschichtung).
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Die
plasmapolymeren Beschichtungen gemäß
DE 101 31 156 A1 sind als
Easyto-clean-Beschichtungen hervorragend geeignet. Ebenso wie die
sonstigen aus dem Stand der Technik bekannten plasmapolymeren Beschichtungen
besitzen sie jedoch nur eine sehr geringe Elastizität und
Flexibilität. Bei mechanischer Belastung (insbesondere
Biegung oder Dehnung) kommt es daher zu unerwünschten Rissen
in der plasmapolymeren Beschichtung, welche die mechanischen Eigenschaften
und insbesondere deren Gebrauchseigenschaften insgesamt nachteilig
beeinflussen.
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Plasmapolymere
Schichten sind in ihrer chemischen und strukturellen Zusammensetzung
eindeutig von polymeren Schichten zu unterscheiden. Während
bei Polymeren der Verknüpfungsprozess der Monomere in vorhersagbarer
Weise geschieht, werden bei der Plasmapolymerisation die eingesetzten
Monomere durch Kontakt mit dem Plasma stark verändert (bis
zur vollständigen Zerstörung) und in Form von
reaktiven Spezies abgeschieden, so dass sich eine hochvernetzte
Schicht ergibt, ohne regelmäßig repetetive Bereiche.
Diese entstehende Schicht ist zusätzlich noch dem Plasma
ausgesetzt, so dass sie durch Ablation und Redepositionseffekte
weiter modifiziert wird. Die entstehende Schicht ist dreidimensional
vernetzt und amorph. Dementsprechend unterscheidet sich die Plasmapolymerisation
im Sinne dieses Textes von konventionellen Methoden der Polymerisation.
Dies gilt auch für die sogenannte „strukturerhaltende
Plasmapolymerisation", da selbst bei „milden" Plasmabedingungen
unvorhersagbare Molekülbrüche auftreten. In diesem
Zusammenhang sei beispielsweise auf folgende Literaturstelle verwiesen: „Plasma
Polymerization" by H. Yasuda, Academic Press, Inc., (1985)
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Die
vorliegende Erfindung steht bei der Verwendung einer plasmapolymeren
Beschichtung (Trennschicht) technisch in engem Zusammenhang mit
einem Verfahren zum Abformen von Oberflächen und einer Wafer-Träger-Anordnung,
wie in der
DE 10 2004 026
479 [Erzeugnis mit Deckschicht und Abformschicht] und
DE 103 53 530 [Wafer mit
Deckschicht und Trennschicht, Verfahren zur Herstellung eines solchen
Wafers sowie Verfahren zum Dünnen bzw. Rückseitenmetallisieren
eines Wafers] beschrieben.
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In
DE 10 2004 026 479 [Erzeugnis
mit Deckschicht und Abformschicht] und
DE 103 53 530 [Wafer mit Deckschicht
und Trennschicht, Verfahren zur Herstellung eines solchen Wafers
sowie Verfahren zum Dünnen bzw. Rückseitenmetallisieren
eines Wafers] wird die plasmapolymere Trennschicht direkt auf das
Erzeugnis aufgebracht und später zusammen mit einer nach
der plasmapolymeren Beschichtung aufgetragenen Deckschicht wieder
entfernt. Hiernach ist es nun möglich ein Replikat der
Erzeugnisoberfläche mit Hilfe der an der Deckschicht haftenden
Trennschicht herzustellen.
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Erfindungsgemäß ist
die mit Hilfe eines Plasmaverfahrens hergestellte Trennschicht bevorzugt
dadurch gekennzeichnet, dass sie insbesondere über eine
hohe Dehnbarkeit, als auch über eine dehäsive
(auf den vom Lack abgewandten Seite) und eine adhäsive
(auf der dem Lack zugewandten Seite) Zone bzw. Oberfläche
verfügt. Dadurch kann der Lack auch beispielsweise auf
gekrümmte Bauteile mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Lack-Träger-Anordnung appliziert werden. Dies wird dadurch
erreicht, dass sowohl die Trägerfolie, als auch die Trennschicht,
als auch der noch nicht ausgehärtete Lack dehnbar sind
und der Oberflächenkontur einer Form oder eines Bauteils
anzupassen sind. Darüber hinaus ist sie auf der zum Lack
hin gerichteten Seite hochenergetisch (adhäsive Zone),
so dass eine gute Benetzung des Lackes gewährleistet ist.
Dieser Umstand unterscheidet die erfindungsgemäße
Lösung von der Verwendung von konventionellen Trennmitteln
(flüssig oder semipermanent).
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Die
erfindungsgemäß einzusetzende plasmapolymere Schicht
wird auf der dem Lack abgewandten Seite (dehäsiver Bereich) – wie
bereits oben beschrieben – über das ESCA-Spektrum
(ESCA = Electron Spectroscopy from Chemical Analysis, oft auch XPS-Untersuchung
genannt, XPS = X-ray Photoelectron Spectroscopy) charakterisiert:
Bei
Kalibrierung auf den aliphatischen Anteil des C 1s Peaks bei 285,00
eV, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten Polydimethylsiloxan
(PDMS) mit einer kinematischen Viskosität von 350 mm2/s bei 25°C und einer Dichte von
0,97 g/mL bei 25°C, der Si 2p Peak einen Bindungsenergiewert
besitzt, der um maximal (vorzugsweise max. 0,40 eV, besonders bevorzugt
0,3 eV) 0,44 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien
verschoben ist, also beispielsweise bei einem Si 2p Peak des PDMS
von 102,69 eV einen Bindungsenergiewert besitzt, der im Bereich
von 102,23 bis 103,13 eV liegt und der O 1s Peak einen Bindungsenergiewert
besitzt, der um maximal 0,50 eV (vorzugsweise maximal 0,40, besonders
bevorzugt 0,30) zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien
(vorzugsweise zu höheren Bindungsenergien) verschoben ist,
also beispielsweise bei einem O 1s Peak des PDMS von 532,46 eV einen
Bindungsenergiewert besitzt, der im Bereich von 531,96 bis 532,96
eV liegt.
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Ein
trimethylsiloxy-terminiertes Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer
kinematischen Viskosität von 350 mm2/s
bei 25°C und einer Dichte von 0,97 g/mL bei 25°C
ist beispielsweise das Produkt DMS-T23E der Firma Gelest.
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Dabei
wurde die Kalibrierung des Messgerätes – wie erwähnt – so
vorgenommen, dass der aliphatische Anteil des C 1s Peaks bei 285,00
eV liegt. Aufgrund von Aufladungseffekten wird es in der Regel notwendig
sein, die Energieachse ohne weitere Modifikation auf diesen Fixwert
zu verschieben.
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Zu
einer erfindungsgemäß bevorzugten Methode zur
Durchführung der ESCA-Untersuchung vergleiche Beispiel
4 weiter unten.
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Plasmapolymere
Schichten (insbesondere als Bestandteil einer erfindungsgemäßen
Lack-Träger-Anordnung) mit den angegebenen Werten für
die Bindungsenergielagen zeichnen sich durch einen besonders hohen
Anteil von Siliciumatomen aus, welche mit genau zwei Sauerstoffatomen
verknüpft sind. Gleichzeitig ist der Anteil an Siliciumatomen,
die mit drei oder vier Sauerstoffatomen verknüpft sind,
besonders gering. Der besonders hohe Anteil an Siliciumatomen mit
zwei benachbarten Sauerstoffatomen ("sekundäres Silicium")
im Vergleich zu Siliciumatomen mit drei bzw. vier benachbarten Sauerstoffatomen
("tertiäres" bzw. "quartäres" Silicium) bedeutet,
dass der Anteil dreidimensionaler Vernetzung in den plasmapolymeren
Schichten im Vergleich mit herkömmlichen plasmapolymeren
Schichten reduziert, aber gleichwohl vorhanden ist. Gleichzeitig ist
der Anteil unverzweigter Ketten(-abschnitte) erhöht. Vermutlich
ist dies die Ursache für die erhöhte Elastizität
und Flexibilität der erfindungsgemäß eingesetzten
plasmapolymeren Schichten.
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Eine
plasmapolymere Schicht (z. B. als Schicht einer erfindungsgemäßen
Lack-Träger-Anordnung) mit den oben angegebenen Werten
für die Bindungsenergielagen besitzt regelmäßig
die folgenden Eigenschaften:
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- Spezifische Wärmeleitfähigkeit: ca. 0,2
W/°K m
- Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich 0–150°C:
ca. 2,5 × 10–4 m/mK
- Brechungsindex bei 25°C: ca. 1,5 bei 250 nm bis 1,425
bei 895 nm
- Dynamische Kontaktwinkel: (vermessen bei wachsendem Tropfen
auf Si-Wafern bei 23°C an Luft)
ca. 102° für
Wasser
ca. 86° für Dijodmethan
ca.
80,5° für Ethylenglycol
- Spezifische Wärmekapazität: ca. 1,55 J/gK
- Durchschlagsfestigkeit: ca. 23 kV/mm
- Spezifischer Durchgangswiderstand: > 1014 Ω cm
bei 23°C
- Dielektrizitätszahl: ca 3 ∊r bei
23°C, 50 Hz
- Dielektischer Verlustfaktor: ca. 50 × 10–4 tan δ
- Dichte: 0,9 bis 1,15 g/cm3.
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Sowohl
die spektroskopischen Daten (insbesondere die Bindungsenergielagen
gemäß ESCA-Analyse sowie die Detailauswertung
von FTIR-Spektren – (der Vergleich der FTIR-Spektren zeigt
für das erfindungsgemäße Produkt einen
gegenüber den bekannten Beschichtungen herabgesetzten Anteil
an CH
2-Schwingungsbanden –) als
auch die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen
plasmapolymeren Produkte (als erfindungsgemäß einzusetzende
Trennschicht) unterscheiden sich deutlich von z. B. denen der Beschichtungen
gemäß
DE
101 31 156 A1 . Vergleiche zu den ESCA-Daten auch die tabellarische Übersicht
(Tabelle 1) weiter unten.
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Für
eine ganz besonders bevorzugte erfindungsgemäß zu
verwendende plasmapolymere Schicht sind die Bindungsenergielagen
weiter unten tabellarisch angegeben (siehe Tabelle 1).
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Die
für die erfindungsgemäß zu verwendende
plasmapolymere Schicht auf der dem Lack abgewandten Seite angegebenen
Bindungsenergielagen (bzw. – verschiebungen) stehen im
Zusammenhang mit den Stoffmengenverhältnissen und den Anteilen
der anwesenden Elemente in der plasmapolymeren Schicht.
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Regelmäßig
gilt für die Stoffmengenverhältnisse in der erfindungsgemäß vorhandenen
bevorzugten plasmapolymeren Trennschicht auf der dem Lack abgewandten
Seite (z. B. als Bestandteil eines erfindungsgemäßen
Schichtmaterials):
| 0,75 | < n(O):n(Si) < | 1,25 |
| 1,50 | < n(C):n(Si) < | 2,50 |
| 1,50 | < n(C):n(O) < | 2,50 |
| 2,25 | < n(H):n(C) < | 3,00. |
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Vorzugsweise
gilt für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren
Schicht auf der dem Lack abgewandten Seite jedoch:
| 1,00 | < n(O):n(Si) < | 1,25 |
| 2,00 | < n(C):n(Si) < | 2,50 |
| 1,60 | < n(C):n(O) < | 2,30 |
| 2,40 | < n(H):n(C) < | 3,00. |
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Ganz
besonders bevorzugt gilt für die Stoffmengenverhältnisse
in der plasmapolymeren Schicht auf der dem Lack abgewandten Seite:
| 1,05 | < n(O):n(Si) < | 1,23 |
| 2,10 | < n(C):n(Si) < | 2,23 |
| 1,70 | < n(C):n(O) < | 2,00 |
| 2,60 | < n(H):n(C) < | 3,00. |
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Hierbei
beziehen sich die Stoffmengenverhältnisse aller Atompaarungen
ohne Wasserstoff auf ESCA-Messungen bei Einstellungen, welche für
ein wiederum als Standard eingesetztes trimethylsiloxy-terminiertes
Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität
von 350 mm2/s bei 25°C und einer Dichte
von 0,97 g/mL bei 25°C Stoffmengenverhältnisse
von n(O):n(Si) = 1,02, n(C):n(Si) = 2,35 und n(C):n(O) = 2,29 ergeben.
Das Verhältnis zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff bezieht
sich auf Ergebnisse der klassischen chemischen Elementaranalyse.
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Hinsichtlich
der Stoffmengenanteile der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff
gilt bevorzugt, dass die plasmapolymere Schicht, bezogen auf 100
Atom-% für die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und
Kohlenstoff, enthält:
| Silicium: | 20
(bevorzugt 22) bis 28 Atom-% |
| Sauerstoff: | 22
bis 30 Atom-% |
| Kohlenstoff: | 42
bis 55 Atom-%. |
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Bevorzugt
ist es aber, wenn die plasmapolymere Schicht auf der dem Lack abgewandten
Seite, bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente
Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff, enthält:
| Silicium: | 22
bis 26 Atom-% |
| Sauerstoff: | 24
bis 29 Atom-% |
| Kohlenstoff: | 47
bis 51 Atom-%. |
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Hierbei
beziehen sich die Atom-%-Angaben auf ESCA-Messungen bei Einstellungen,
welche für ein wiederum als Standard eingesetztes trimethylsiloxyterminiertes
Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität
von 350 mm2/s bei 25°C und einer
Dichte von 0,97 g/mL bei 25°C für Silicium 22,9
Atom-%, für Sauerstoff 23,4 Atom-% und für Kohlenstoff
53,75 Atom-% ergeben; hinsichtlich der Toleranzen vgl. Tabelle 1,
unten.
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Unter
Berücksichtigung bevorzugter Gewichtsanteile und Stoffmengenverhältnisse
ist die Verwendung einer plasmapolymeren Schicht besonders bevorzugt,
die, bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente
Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff, enthält:
| Silicium: | 22
bis 28 Atom-% |
| Sauerstoff: | 22
bis 30 Atom-% |
| Kohlenstoff: | 42
bis 55 Atom-%, |
wobei für die Stoffmengenverhältnisse
in der plasmapolymeren Schicht auf der dem Lack abgewandten Seite gilt:
| 0,75 | < n(O):n(Si) < | 1,25 |
| 1,50 | < n(C):n(Si) < | 2,50 |
| 1,50 | < n(C):n(O) < | 2,50 |
| 2,25 | < n(H):n(C) < | 3,00
und |
wobei im ESCA-Spektrum der plasmapolymeren Schicht
auf der dem Lack abgewandten Seite, im Vergleich mit einem trimethylsiloxy-terminierten
Polydimethylsiloxan (PDMS) mit einer kinematischen Viskosität
von 350 mm
2/s bei 25°C und einer
Dichte von 0,97 g/mL bei 25°C,
der Si 2p Peak einen
Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,44 eV zu höheren
oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist, und
der O
1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,50 eV
zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben
ist.
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Hinsichtlich
der ESCA-Messbedingungen und dem gewählten Standard gilt
hierbei das oben Gesagte entsprechend.
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Eine
ganz besonders bevorzugte plasmapolymere Schicht enthält
auf der dem Lack abgewandten Seite, bezogen auf 100 Atom-% für
die Summe der Elemente Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff:
| Silicium: | 22
bis 26 Atom-% |
| Sauerstoff: | 24
bis 29 Atom-% |
| Kohlenstoff: | 47
bis 51 Atom-%, |
wobei für die Stoffmengenverhältnisse
in der plasmapolymeren Schicht auf der dem Lack abgewandten Seite gilt:
| 1,00 | < n(O):n(Si) < | 1,25 |
| 2,00 | < n(C):n(Si) < | 2,50 |
| 1,60 | < n(C):n(O) < | 2,30 |
| 2,40 | < n(H):n(C) < | 3,00
und |
wobei im besagten ESCA-Spektrum
der Si 2p
Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um maximal 0,40 eV zu
höheren oder niedrigeren Bindungsenergien verschoben ist,
und
der 0 1s Peak einen Bindungsenergiewert besitzt, der um
maximal 0,40 eV zu höheren oder niedrigeren Bindungsenergien
verschoben ist.
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Erfindungsgemäß zu
verwendende plasmapolymere Schichten sind insbesondere in ihren
bevorzugten Ausgestaltungen hydrolysebeständig, elastisch
und damit rissfrei dehnbar bis zu Dehnungen von >25% (in bevorzugten Ausgestaltungen >50%). Die erfindungsgemäß zu
verwendenden plasmapolymeren Schichten besitzen Antihafteigenschaften
und sind somit als Trennschicht hervorragend geeignet.
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Teil
der Erfindung ist auch eine Lack-Träger-Anordnung, die
einen erfindungsgemäßen Schichtverbund und einen
Träger umfasst, wobei die Trennschicht zwischen dem Träger
und der Lackschicht angeordnet ist.
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Selbstverständlich
gelten die weiter oben als bevorzugt gekennzeichneten plasmapolymerem
Schichten (Trennschichten) auch für diese Ausführungsform
der Erfindung als entsprechend bevorzugt.
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Der
Vorteil an dieser Zusammensetzung ist, dass durch den vorhandenen
Träger die Handhabung des erfindungsgemäßen
Schichtverbundes erleichtert wird. Der Träger kann dabei
vielfältig ausgestaltet sein (vgl. dazu weiter unten).
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Bevorzugt
ist eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung,
wobei die Haftfestigkeit zwischen der Trennschicht und dem Lack
nach Aushärtung des Lackes größer ist
als die Haftfestigkeit zwischen der Trennschicht und dem Träger.
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Vorteil
der erfindungsgemäß einzusetzenden Trennschicht
ist, dass sie durch den Fachmann leicht so ausgestaltet werden kann,
dass sie nur eine geringe Haftung zum Träger entwickelt
und andererseits eine sehr gute Haftung zu dem aufgetragenen Lackmaterial
ermöglicht. Sie kann leicht jeweils so ausgestaltet werden, dass
sie von den unterschiedlichen Lackformulierungen gut benetzt wird
und keine Störung der Lackoberfläche verursacht.
So kann sichergestellt werden, dass derart lackierte Bauteile eine
hochwertige Oberfläche aufweisen und nicht nachbearbeitet
werden müssen.
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Die
Haftfestigkeit einer Beschichtung kann nach DIN 971-1: 1996-09 bestimmt
werden und ist definiert als „Gesamtheit der Bindekräfte
zwischen einer Beschichtung und ihrem Untergrund".
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Durch
die genannten Haftfestigkeitsverhältnisse besteht eine
Sollbruchstelle zwischen der Trennschicht und dem Träger
für die Trennung. Dadurch wird es ermöglicht,
durch Einsatz der bevorzugten erfindungsgemäßen
Lack-Träger-Anordnung Formen rückstandsfrei zu
belassen, nachdem ein mit der Lackschicht versehener Gegenstand
der Form entnommen wurde.
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Bevorzugt
ist in diesem Zusammenhang, dass der Träger nicht die Form
selber ist, sondern beispielsweise eine Folie, so dass der lackierte
Gegenstand noch mit der Folie aus der Form entnommen werden kann.
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In
beiden Fällen (mit und ohne Folie als Träger)
ist es so, dass Reinigungs- und Nachbearbeitungsschritte wie z.
B. Spachteln vollständig oder im Wesentlichen unterbleiben
können. Auch entfällt aufgrund der auf dem Lack
verbleibenden Trennschicht eine aufwendige Oberflächenbearbeitung
der Lackoberfläche. Die Form muss nicht mehr mit Trennmittel
belegt werden, insbesondere dann, wenn sie nicht selbst der Träger
ist, sondern stattdessen eine dehnfähige Folie verwendet
wird, die mindestens einseitig mit einer oben beschriebenen erfindungsgemäß einzusetzenden
dehnfähigen plasmapolymeren Trennschicht versehen ist.
Sie wird in die Form eingebracht und der geometrischen Gestalt der
Formteiloberfläche angepasst (z. B. durch Tiefziehen).
Dabei wird die beschichtete Folie gedehnt. Erfindungsgemäß befindet
sich dabei die erfindungsgemäße zu verwendende
Trennschicht zwischen der Folie (= Träger) und dem Lack.
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Wenn
nun beispielsweise, nachdem die erfindungsgemäße
Lack-Träger-Anordnung mit einer Folie als Träger
in eine Form eingebracht worden ist, Fasern und/oder Harz auf die
Lackschicht aufgetragen werden und mit dieser beispielsweise durch
Aushärtung verbunden werden, kann die dehnfähige
Folie (Träger) bei der Entnahme aus der Form noch auf der
Trennschicht verbleiben. In diesem Falle dient sie noch als zusätzlicher Schutz
für die Lackschicht und kann auf Wunsch leicht von dieser
entfernt werden. Gleichzeitig wird die Lackoberfläche durch
die erfindungsgemäß einzusetzende Trennschicht,
die auf der Lackoberfläche verbleibt, veredelt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform ist eine erfindungsgemäße
Lack-Träger-Anordnung, wobei die Trennschicht bzw. die
plasmapolymere Schicht eine Gradientenschicht ist und/oder eine
an den Träger angrenzende Dehäsivzone und eine
an die Lackschicht angrenzende Ahäsivzone sowie gegebenenfalls
eine Übergangszone umfasst, wobei die Adhäsiv-
und die Dehäsivzone stofflich unterschiedlich zusammengesetzt sind.
Die Dehäsivzone der Trennschicht bzw. plasmapolymeren Schicht
haftet („Haftfestigkeit") dabei am Träger schlechter
als die Adhäsivzone der Trennschicht bzw. der plasmapolymeren
Schicht an der Lackschicht.
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In
diesem Zusammenhang sei betont, dass hier wie auch in den nachfolgenden
als bevorzugt beschriebenen Ausführungsformen selbstverständlich
die erfindungsgemäß einzusetzende Trennschicht
bevorzugt ihren weiter oben beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungsformen
eingesetzt wird. Weiterhin sei angemerkt, dass ausdrücklich
zu unterscheiden ist zwischen „Zonen" und Schichten. Während
es zwischen Schichten eine eindeutig definierbare Grenzschicht gibt,
ist dies bei den Zonen nicht der Fall, da hier ein unscharfer Übergang
im Grenzbereich vorliegt.
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Im
Rahmen des Abscheidungsprozesses der plasmapolymeren Schicht ist
es möglich, die Abscheidungsparameter z. B. über
die Gaszusammensetzung so zu steuern, dass die plasmapolymere Schicht
eine Adhäsiv- und eine Dehäsivzone umfasst; vergleiche
auch weiter oben, Durch die entsprechende Wahl der Abscheidungsparameter
ist es möglich, die Adhäsionseigenschaften der
Adhäsiv- und der Dehäsivzone gegenüber
den an die Trennschicht angrenzenden Oberflächen (von Trägerfolie
und Lack) genau einzustellen.
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Bevorzugt
ist vielfach eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung
bei der die plasmapolymere Trennschicht nicht als Gradientenschicht
ausgeführt wird, damit die elastischen Eigenschaften der
Trennschicht voll entfaltet werden können. Eine besonders
hohe Elastizität der plasmapolymeren Schicht wird insbesondere
dann benötigt, wenn die plasmapolymere Schicht direkt auf
eine präpolymere (später elastische) Schicht eines
Trägers aufgebracht wird (zu entsprechenden Herstellverfahren
siehe unten). Durch den plasmapolymeren Beschichtungsprozess wird
eine ausreichende Anbindung an den Lack bzw. an den Träger
erreicht.
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Weiter
bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung,
in der die plasmapolymere Schicht trägerseitig einen vormals
flüssigen Precursor als integralen Bestandteil umfasst.
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Eine
besonders gute Qualität der Dehäsiveigenschaften
der plasmapolymeren Schicht (als Trennschicht oder Bestandteil einer
Trennschicht) lässt sich beispielsweise dadurch erreichen,
dass der zu beschichtende dehnfähige Träger oder
ein anderes zu beschichtendes Substrat vor dem Einbringen in eine
Vakuumkammer (beim Niederdruckplasma) dünn mit einem flüssigen
Precursor benetzt wird, an den folgende Anforderungen gestellt werden:
- – Er sollte im gewählten
Druckbereich (beispielsweise bei 0,025 mbar) nicht zu wesentlichen
Teilen verdampfen.
- – Er sollte eine trennaktive Substanz oder ein Trennmittel
sein (z. B. ein Silikonöl wie AK35 bis AK10000 der Firma
Wacker Chemie).
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Trennaktiv
bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die trennaktive Substanz in
Abhängigkeit von Oberflächeneigenschaften des
Trägers und der plasmapolymeren Trennschicht (wie sie ohne
den Einsatz der trennaktiven Substanz wären) die Haftfestigkeit
herabsetzt gegenüber dem Zustand, wenn die trennaktive Substanz
nicht eingesetzt worden wäre.
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Der
Fachmann wird den flüssigen Precursor vorzugsweise an die
Chemie der plasmapolymeren Schicht (als Trennschicht oder Bestandteil
einer Trennschicht) anpassen, und der Precursor sollte bevorzugt so
dünn aufgetragen werden (z. B. 10 bis 200 nm), dass der
Precursor durch den anschließenden Plasmaprozess zumindest
teilseise ein Teil der plasmapolymeren Schicht wird. Für
spezielle Anwendungen ist es besonders bevorzugt, wenn der zunächst
flüssige Precursor vollständig in die plasmapolymere
Schicht integriert wird.
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Der
flüssige Precursor wird auf den Träger bevorzugt
durch Tauchen, Sprühen oder Rakeln aufgebracht. Die Vernetzungsintensität
des vormals flüssigen Precursors ermöglicht die
Einstellung der Dehäsionskraft. Für den Anwendungsfall
ist es in aller Regel unerheblich ob nach der Trennung Rückstände
des zumindest vormals flüssigen Precursors auf dem Träger
verbleiben. Daher ist es auch möglich als flüssigen
Precursor ein klassisches Trennmittel zu verwenden, es ist lediglich
darauf zu achten, dass die anschließend aufgebrachte plasmapolymere
Schicht fehlstellenfrei bleibt, damit kein Trennmittel den Lackfilm
beeinflussen kann.
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Es
versteht sich, dass der flüssige Precursor auch auf andere
Weise Bestandteil der plasmapolymeren Schicht werden kann, wobei
anstelle des bevorzugt dehnfähigen Trägers, welche
Bestandteil der erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
ist, ein anderes Substrat (eine Glas- oder Metallform, ein starrer
Kunststoffträger) eingesetzt und die plasmapolymere Schicht
mit integriertem flüssigen Precursor nach Herstellung von diesem
Substrat abgetrennt wird.
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Der
flüssige Precursor wird beispielsweise im ersten Schritt
einer Plasmapolymerisation den aktiven Bestandteilen des Plasmas
(Elektronen, Protonen, Ionen etc.) ausgesetzt. Dadurch findet üblicherweise
sowohl eine Vernetzung der Precursor-Moleküle untereinander
(bevorzugt zu einem dreidimensionalen Polymergerüst) statt
als auch eine mit derjenigen Schicht, die aus der Gasphase abgeschieden
wird. Der zunächst flüssige Precursor wird also
zum integralen Bestandteil der plasmapolymeren Schicht und kann
damit auch anschließend mit dieser vom Träger
wieder entfernt werden.
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Der
Fachmann wird für spezielle Anwendungen die Art des flüssigen
Precursors und die Beschichtungsdicke auf dem Substrat, sowie die
nachfolgenden Schritte der plasmapolymeren Abscheidung so aufeinander
abstimmen, dass eine weitgehende Integration, bis hin zu einer vollständigen
Integration des zunächst flüssigen Precursors
in die plasmapolymere Schicht erfolgt. Dies ist nach Entfernung
der Schicht vom Substrat z. B. mit Kontaktwinkelmessung auf der
Substratvorderseite überprüfbar. Auch mit ESCA
(XPS) lassen sich gegebenenfalls Precursorrückstände
auf dem Substrat nachweisen.
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Durch
das Einsetzen eines flüssigen Precursors kann gegebenenfalls
die Gesamtbeschichtungszeit im Plasma reduziert werden.
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Wurde
ein flüssiger Precursor eingesetzt (siehe oben), verliert
dieser durch die oben beschriebene Vernetzung je nach Verfahrensführung
seine Eigenschaft als flüssiges Trennmittel. Er wird integraler
Teil der plasmapolymeren Schicht. Dadurch erlangt auch er eine entsprechende
Temperaturstabilität.
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Wie
schon werter oben angedeutet ist der eigentliche Träger
bevorzugt eine Schicht bzw. eine Folie (Trägerfolie), basierend
auf oder bestehend aus thermoplastischen Kunststoffen und/oder Gummi
und/oder Elastomeren und/oder thermoplastischen Elastomeren, insbesondere
thermoplastischem Polyurethan (TPU), Polyester wie Polyethylenterephthalat
(PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT), Polyolefinen wie Polypropylen
(PP), Polyethylen (PE) oder Polystyrol (PS), Silikon, Polyvinylchlorid
(PVC), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM),
Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polypropylenether (PPE), Polysulfon (PSU),
Polyamidimid (PAI), Styrol-Butadien-Copolymer (SB), Styrol-Acrylnitril-Copolymer
(SAN), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS), Celluloseacetat
(CA). Viskose, Polybenzimidazol (PBI), Polyphenylensulfid (PPS),
Polyetherketonketon (PEK), Polyetheretherketone (PEEK), Polyaramide,
und/oder Fluorpolymere, inklusive Fluorelastomere (FKM), wie Polyvinylidenfluorid
(PVDF), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Hexafluorpropylenvinylidenfluorid-Copolymer,
Tetrafluorethylenperfluor(alkyloxyvinylether)-Copolymer (PFA), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Terpolymer
(THV) Ethylen-Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Terpolymer (EFEP)
oder Polytetrafluorethylen (PTFE).
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Wie
aus dem oben Gesagten hervorgeht ist eine erfindungsgemäße
Lack-Träger-Anordnung bevorzugt, wobei sich die Trennschicht
- (i) im wesentlichen rückstandsfrei
und/oder
- (ii) ohne Hinterlassen von Resten der plasmapolymeren Schicht
von dem Träger ablösen lässt,
wobei
die Trennschicht mittelbar oder unmittelbar an der Lackschicht haften
bleibt.
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Bevorzugt
ist eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung,
bei der die Trennschicht (vorzugsweise gemeinsam mit dem Lack) von
dem Träger mechanisch abziehbar, mechanisch abschälbar
oder in sonstiger Weise (mechanisch oder in sonstiger Weise) enthaftbar
oder ablösbar ist. Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße
Lack-Träger-Anordnung, bei der sich die Trennschicht vollständig
rückstandsfrei von dem Träger ablösen
lässt.
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Da
in erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnungen
eine Trennschicht enthalten ist, welche eine plasmapolymere Schicht
ist oder umfasst, die sich durch eine besonders hohe Flexibilität
auszeichnet, ist in den erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnungen
die Trennschicht regelmäßig besonders leicht und
vollständig mechanisch vom Träger enthaftbar.
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Vorzugsweise
umfasst der Träger/die Trägerfolie eine oder mehrere
Schichten aus polymerem Material oder besteht aus einer oder mehreren
Schichten aus polymerem Material. Bevorzugt werden dehnfähige Kunststofffolien
eingesetzt. Hier kommen beispielsweise Tiefziehfolien, Stretchfolien,
thermoplastische Elastomerfolien und Kaschierfolien in Betracht.
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Für
Hochtemperaturanwendungen ist Polyimid ein besonders geeignetes
polymeres Material zur Herstellung einer Trägerfolie. Ein
kommerziell verfügbares, besonders als Trägermaterial
geeignetes Polyimid ist Kapton®;
außerdem besonders geeignet sind Polyetheretherketone (PEEK),
Polyaramide, Polyamid/-imid (PAI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherketonketon
(PEK), Polybenzimidazol (PBI), Polyphenylensulfid (PPS) oder Fluorpolymere
wie beispielsweise Hexafluorpropylenvinylidenfluorid-Copolymer (FKM)
oder Tetrafluorethylenperfluor(alkyloxyvinylether)-Copolymer (PFA),
wobei die Polymere gegebenenfalls mit geeigneten Füllstoffen
versehen sein können.
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Als
Material für einen Kautschuk (als Träger) ist
z. B. Silikonkautschuk hervorragend geeignet.
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Auch
die Trennschicht einer erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
kann aus einer, zwei oder mehreren Schichten zusammengesetzt sein,
wobei allerdings eine an die Trägerfolie angrenzende plasmapolymere
Schicht (wie oben beschrieben) erfindungsgemäß immer
vorhanden ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung einer
erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
umfasst die Trennschicht (a) eine plasmapolymere, erste Schicht
sowie (b) zumindest abschnittsweise (z. B. inselartig) eine zwischen
der plasmapolymeren Schicht und dem Träger angeordnete
zweite Schicht (bevorzugt ebenfalls plasmapolymere). Eine inselartige
zweite Schicht kann die erforderlichen Ablösekräfte
(Haftkraft und Schälkraft) erniedrigen. Nach der Benutzung
der Lack-Träger-Anordnung kann nach der ggf. nötigen
Entfernung von Resten dieser Schicht der Träger wieder
verwendet werden.
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Vorzugsweise
besitzt die plasmapolymere Schicht einer erfindungsgemäßen
Lack-Träger-Anordnung oder eines erfindungsgemäßen
Schichtverbundes, d. h. die plasmapolymere Schicht, aus der die
Trennschicht besteht oder welche neben einer oder mehreren weiteren
Schichten in der Trennschicht enthalten ist, eine Dicke im Bereich
von 1 bis 2000 nm.
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Für
viele Anwendungen kann ein erfindungsgemäßer Schichtverbund
oder eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung
bevorzugt sein, wobei die Lackschicht eine Elastizität
besitzt, die größer oder gleich der Elastizität
der Trennschicht ist. Dies beugt insbesondere Beschädigungen
des Lacks während der Verarbeitung (wie z. B. beim Tiefziehen)
vor.
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Bevorzugt
ist eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung,
wobei der Träger eine erste tragende Schicht und eine zweite
tragende Schicht umfasst, wobei die erste tragende Schicht auf ihrer
von der Trennschicht abgewandten Seite mit der zweiten tragenden
Schicht verbunden ist.
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Besonders
bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung,
wobei die zweite tragende Schicht eine geringere Elastizität
und/oder eine größere Dicke besitzt als die erste
tragende Schicht.
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Mit
diesen bevorzugten Ausgestaltungsformen lässt sich das
Trägerschichtsystem ideal an das Lackübertragungsverfahren,
das eingesetzt werden soll, anpassen.
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Bevorzugt
ist eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung,
bei der die Trennschicht und/oder die Trägerschicht durchlässig
sind für UV-Licht und/oder sichtbares Licht ist. Auf diese
Art kann der Lack je nach Übertragungsablauf auch durch
die jeweiligen Schichten hindurch (UV-)Licht-gehärtet werden.
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Bevorzugt
ist auch eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung,
wobei der Träger auf seiner der Trennschicht zugewandten
Seite dreidimensional strukturiert ist. Wenn die Trennschicht auf
den Träger abgeschieden wird, stellt die Trennschichtoberfläche
nach Trennung vom Träger ein Negativ der Trägeroberfläche dar.
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Da
die Trennschicht regelmäßig auf dem Lack verbleibt,
ist es so möglich, gewünschte Oberflächeneffekte
bzw. -strukturen zu erzeugen. Zu nennen in diesem Zusammenhang sind
beispielsweise Entspiegelung, Mattierung, Riblettstrukturen, lotusartige
Oberflächen, Deicing-Oberflächen, Hologrammstrukturen
etc.
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Weiterhin
ist für viele Anwendungen ein erfindungsgemäßer
Schichtverbund oder eine erfindungsgemäße Lack-Träger-Anordnung
bevorzugt, wobei die Lackschicht auf der von der Trennschicht abgewandten Seite
eine rückstandsfrei abziehbare Schutzfolie umfasst. Somit
ist es möglich, dass der Lack vor dem eigentlichen Auftrag
auf das Substrat geschützt bleibt.
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Dabei
kann allein oder in Kombination mit der Schutzfolie es auch bevorzugt
sein, dass auf die (teilweise) ausgehärteten Lacke mit
einer Klebstoff- oder Dichtstoffschicht vorgesehen ist. Somit ist
es möglich, den gegebenenfalls fertig ausgehärteten
Lack auf ein Substrat aufzukleben. Dies erhöht primär
die Freiheit in der Materialauswahl sowohl für den Lack
als auch für den Kleb- bzw. Dichtstoff. Darüber
hinaus kann der Kleb- bzw. Dichtstoff so gewählt werden,
dass er eine optimale Haftung zum jeweiligen Substrat ermöglicht.
Hierbei ist es auch möglich, wiederabziehbare Lackschichten
zu applizieren.
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Bevorzugt
ist die Schutzfolie eine Schicht bestehend aus oder basierend auf
thermoplastischen Kunststoffen, Verbundfolien, Sperrfolien (z. B.
um den Feuchtigkeitszutritt zu unterdrücken) jeweils ggf.
mit Releasebeschichtung und/oder Silikonpapieren
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Ein
erfindungsgemäßer Schichtverbund oder eine erfindungsgemäße
Lack-Träger-Anordnung kann in Fertigungsstätten
angefertigt werden, welche von den Fertigungsstätten des
Anwenders räumlich weit getrennt sind. In Kenntnis der
mit einer Trennschicht und einer Trägerfolie zu versehenden
Substrate kann ein erfindungsgemäßer Schichtverbund
so ausgelegt werden, dass die Trennschicht und die Trägerfolie
des Schichtverbundes ein Anpressen und temperaturunterstütztes
Festhaften des Lackes und (mittelbar) der Trennschicht auf der Substratoberfläche
ermöglichen.
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Am
leichtesten gelingt die Herstellung einer plasmapolymeren Schicht,
wie sie in einer erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
bzw. in einem erfindungsgemäßen Schichtverbund
vorgesehen ist, mittels eines Niederdruck-Plasma-polymerisationsverfahrens.
Hierfür wird ein Vakuumreaktor eingesetzt, der mit Hilfe von
Vakuumpumpen mindestens soweit evakuiert wird, dass bei einer gewählten
Arbeitsgasmenge der gewünschte Arbeitsdruck gehalten werden
kann, insbesondere wenn das Plasma gezündet wird. Der Fachmann wird
zudem darauf achten, dass die Gasatmosphäre möglichst
wenig von Restwasser (Feuchtigkeit; der Wasserpartialdruck muss
niedrig sein) gestört wird, welches an den Reaktorwänden
oder auf diesen befindlichen Beschichtungen haftet (inneres Leck).
Ferner wird er sicherstellen, dass die gesamte äußere
Leckrate der verwendeten Kammer kleiner als 1% der dem Prozess zuzuführenden
Sauerstoffmenge ist. Eine stabile, niedrige Leckrate kann beispielsweise
mittels eines Lecktesters oder eines Massenspektrometers nachgewiesen
und gefunden werden. Innere Lecks lassen sich durch ausreichend
lange Evakuierungszeiten (mind. ½ Std.) oder durch ein
Ausheizen der Kammer minimieren und ebenfalls mittels eines Massenspektrometers
nachweisen. Die hier beschriebene strenge Vorgehensweise, die zeit-
und kostenaufwendig ist, ist zur Herstellung gewöhnlicher
Easy-to-clean – Beschichtungen nicht notwendig oder geeignet,
da hier der Einbau von größeren Mengen an Sauerstoff
innerhalb einer gewissen Bandbreite akzeptiert oder sogar gewünscht
wird.
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Geeignete
Substratoberflächen können direkt, d. h. ohne
Vorbehandlung beschichtet werden, es sind allerdings auch Vorbehandlungsschritte
bzw.
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Vorbeschichtungsschritte
z. B. zur Reinigung, Aktivierung oder Plasmapolymerisation möglich.
Wie bereits erwähnt, können als geeignete Substratoberflächen
insbesondere Polymeroberflächen eingesetzt werden.
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Als
Arbeitsgase für die Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schicht werden siliciumorganische Monomere (zur
Bedeutung dieses Begriffes siehe oben), wie Hexamethyldisiloxan (HMDSO),
Octamethyltrisiloxan, Tetramethylsilan (TMS) oder Vinyltrimethylsilan
(VTMS), eingesetzt. Besonders bevorzugt ist HMDSO, da es in sich
bereits über die erste Si – O – Si -
Einheit verfügt, bereits mit Methylgruppen abgesättigt
ist und einen vergleichsweise hohen Dampfdruck besitzt. Vorzugsweise
wird dieses Monomer zusammen mit Sauerstoff verarbeitet. Sauerstoff
als zusätzliches Arbeitsgas ermöglicht nicht nur
die Zugabe des gewünschten Sauerstoffanteiles, sondern
ermöglicht auch eine plasmachemische "Verbrennung" der
vom HMDSO abgespaltenen organischen Bruchstücke.
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Das
Plasma kann grundsätzlich mit Hilfe der verschiedensten
Frequenzen gezündet werden, allerdings wird vorzugsweise
ein so genanntes strukturerhaltendes Plasma gewählt. Dies
bedeutet, dass das zugeführte Monomer, beispielsweise HMDSO,
nicht vollständig im Plasma fragmentiert, sondern so milde
Plasma-Prozessparameter gewählt werden, dass beispielsweise
pro Monomermolekül nur eine (beliebige) Methylgruppe abgespalten
wird. Dadurch kann ein methylreiches Si-O-Netzwerk entstehen. Ein
solches Material kann durch hohes Ionenbombardement stark geschädigt
oder gestört werden, so dass HF-Frequenzen (13,56 MHz)
bevorzugt sind und das Substrat vorzugsweise nicht auf der Elektrode
befestigt wird. Bei der Verwendung von GHz-Frequenzen ist zu berücksichtigen,
dass die Fragmentierung in derart erzeugten Plasmen hoch ist und
daher besondere Vorsicht geboten ist.
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Für
die Leistung in Bezug auf die zugeführte Gasmenge wird
vorzugsweise ein Arbeitsbereich gewählt, bei dem im Monomerüberschuss
gearbeitet wird. Es steht somit mehr Arbeitsgas zur Verfügung,
als mit der zugeführten Plasmaleistung verarbeitet werden
kann. Der Fachmann erkennt dies beispielsweise daran, dass eine
Erhöhung der zugeführten Leistung zu einer deutlichen
Steigerung der Abscheiderate führt. Zur Einstellung des
Gasmengenverhältnisses, beispielsweise von HMDSO zu Sauerstoff,
sind die nachfolgenden Beispiele als Hilfestellung zu betrachten;
eine allgemeingültige Arbeitsvorschrift ist hierfür
nicht erstellbar, da bei der Plasmapolymerisation die Einstellungen
der Prozessparameter u. a. stets sehr stark von der verwendeten Plasma-Anlage
abhängen. Der Fachmann wird jedoch immer einen deutlichen Überschuss
an HMDSO wählen. Die Leistung ist unter Berücksichtigung
der jeweiligen Gesamtgasmenge einzustellen. Hierbei ist es hilfreich,
in Vorversuchen den Wasserrandwinkel auf sehr glatten, ebenen beschichteten
Probekörpern, beispielsweise einem Silicium-Wafer, zu messen.
Messwerte im Bereich von 100° signalisieren üblicherweise
einen interessanten Arbeitsbereich, wobei allerdings durch Untersuchungen
im Rasterelektronenmikroskop oder mit Hilfe von AFM-Messungen bevorzugt
sicher zu stellen ist, dass die hergestellte Substanz auf dem Untergrund zu
keinem nennenswerten Rauhigkeitsanstieg (Ra < 1 nm) führt.
Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, ist ein Arbeitsbereich
gefunden, der mit Hilfe von XPS-Messungen näher charakterisiert
und optimiert werden kann.
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Die
Beschichtungszeit wird so eingerichtet, dass die gewünschte
Schichtdicke der plasmapolymeren Schicht (als Bestandteil einer
erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
bzw. eines erfindungsgemäßen Schichtverbundes)
erreicht wird.
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Vorzugsweise
werden zur Abscheidung großvolumige Anlagen benutzt, da
es hiermit wesentlich einfacher ist, strukturerhaltende Plasmapolymerisationsbedingungen
einzustellen, als auch das richtige Gasverhältnis, die
notwendige Leistung und das Verhältnis von zugeführter
Gasmenge zur Leckrate. Außerdem können in solchen
Anlagen sehr einfach Trägerfolien homogen beschichtet werden.
Darüber hinaus erlauben solche Anlagen auch die gleichzeitige
Beschichtung einer Vielzahl von Trägern die nicht als Bahnware
vorliegen.
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Die
Herstellung der plasmapolymeren Schicht kann wahlweise mittels Niederdruck-
oder Atmosphärendruck-Plasmapolymerisation durchgeführt
werden. Kommen Atmosphärendruckplasmen zur Anwendung, so
ist der Einfluss von Fremdgasen, wie Luft oder Luftfeuchtigkeit,
möglichst gänzlich zu eliminieren.
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Alternativ
zu dem vorstehend geschilderten Verfahren zur Herstellung eines
erfindungsgemäßen Schichtverbundes kann entsprechend
den weiter oben angegebenen Prozessabläufen auch wie folgt
vorgegangen werden:
- – Bereitstellen
eines sehr glatten Substratmaterials,
- – Belegen des Trägermaterials mit einer dünnen
Schicht einer Flüssigkeit (zu den besonderen Ausgestaltungen
siehe weiter oben)
- – Aufbringen einer plasmapolymeren Schicht (Nanofolie)
auf der Schicht der Flüssigkeit (welche sich auf dem Substratmaterial
befindet) unter Einsatz eines Plasmaverfahrens (Atmosphärendruckplasma
oder Niederdruckplasma, siehe oben),
- – Gegebenenfalls Aktivieren der Oberfläche
der hergestellten plasmapolymeren Schicht,
- – Beschichten der plasmapolymeren Schicht mit einer
aushärtbaren bzw. vernetzbaren Substanz(Lack)
- – Gegebenenfalls Abdecken des Lacks,
- – Teilweises Aushärten bzw. Teilvernetzen
des Lacks,
- – Ablösen des Schichtverbundes, umfassend
plasmapolymere Schicht und den Lack vom Trägermaterial.
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Teil
der Erfindung ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäß zur
Verwendung vorgesehenen plasmapolymeren Trennschicht, eines erfindungsgemäßen
Schichtverbundes oder einer erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
bei der Übertragung von Lack auf ein Substrat.
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Dabei
ist bevorzugt, wenn die plasmapolymere Schicht nach der Übertragung
des Lackes dauerhaft auf diesem verbleibt.
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Teil
der Erfindung ist auch die Verwendung einer im erfindungsgemäßen
Schichtverbund zur Verwendung vorgesehenen plasmapolymeren Schicht,
des erfindungsgemäßen Schichtverbundes oder der
erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
bei der Herstellung faserverstärkter Kunststoffe, der Erzeugung
topographischer Oberflächenstrukturen, der Lackierung metallischer
Oberflächen, bei der Ausbesserung von Lack oder bei der
Herstellung lackierter Kunststoff- oder Verbundstoffbauteile.
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Auch
zur topographischen Gestaltung wurden weiter oben bereits Ausführungen
gemacht. Hier sei noch angemerkt, dass die topographischen Strukturen
sowohl im Mikrometer- als auch im Nanometermaßstab erzeugt
werden können. Unter dem Maßstab ist dabei der
durchschnittliche Abstand zwischen den jeweiligen topographischen
Maxima (Spitzen) auf der Oberflächenstruktur zueinander
zu verstehen. Beispielhaft seinen hier genannt: Riblettstrukturen,
Mottenaugenstrukturen und „Lotus"-Strukturen. Dabei können
die Strukturen regelmäßiger oder unregelmäßiger
Natur sein.
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Die
erfindungsgemäße Lackierung (Lackübertragung)
metallischer Oberflächen kann z. B. im Fahrzeug-, Luftfahrzeug-,
Schiffbau und allgemeinen Maschinenbau eingesetzt werden. In diesem
Fall ist es häufig sinnvoll, zusätzlich bzw. ausschließlich
einen Lackprimer und/oder eine Grundierung an der jeweiligen zu
lackierenden Oberfläche einzusetzen. Insbesondere kann
diese Art der Lackierung bei metallverarbeitenden Verfahren, wie
z. B. für Band- und Strangverfahren oder für Umformen
(DIN 8580–8588) im Kalt- und Warmverfahren eingesetzt werden.
Bandware wird auch als Walzware bezeichnet. Hierzu gehören
z. B. Bleche und Flachstahl. Bei Strangware handelt es sich um Material,
welches durch Matrizen gezogen ist bzw. gepresst worden ist. Hierzug
gehören z. B. Aluminumrohre und -profile.
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Bei
der Band-, bzw. Strangbeschichtung wird der Träger (bevorzugt
eine Lackträgerfolie) nach der Materialherstellung aufgebracht
und ggf. in einem nachfolgenden Ofen direkt ausgehärtet.
Der Träger kann zum Oberflächenschutz noch bis
zum Gebrauch auf der Oberfläche verbleiben. Durch diese Vorgehensweise
ergeben sich eine Reihe von Vorteilen: hochwertige Oberflächen
müssen nicht mit einer Schutzfolie versehen werden; die
Oberflächen müssen nicht mehr vor Ort gereinigt
werden, um sie lackieren zu können; die Oberflächen sind
gegen Korrosion, Oxydation und bedingt gegen zerkratzen geschützt.
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Die
Vorteile für das Umformen nach DIN 8580–8588 seinen
am Beispiel des Siegens (Kantens) erläutert: Metallisches
Grundmaterial wird mit der Lackübertragungsfolie versehen.
Im Regelfall wird der Lack (bzw. der Primer oder die Grundierung)
noch nicht ausgehärtet, so dass beim Biegen/Kanten des
Verbundmaterials der gesamte Materialverbund um- bzw. verformt wird.
Dabei ist die Metalloberfläche vor Verschmutzungen und bedingt
vor mechanischer Beschädigung geschützt. Darüber
hinaus kann der noch nicht ausgehärtete Lack spannungs-
und rißfrei gedehnt werden. Anschließend kann
der Lack beispielsweise in einem Ofen ausgehärtet werden.
Während der Verarbeitung können ferner Verarbeitungshilfsmittel,
wie z. B. Gleitmittel bedenkenlos eingesetzt werden, da die Lackoberfläche
durch die Trägerfolie noch geschützt ist.
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Hier
liegt bei der erfindungsgemäßen Verwendung der
Vorteil insbesondere darin, dass in den jeweiligen Betrieben die
Lackierung vereinfacht ist, sowie dass die Lackierung von Bandmaterialien
möglich ist.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung bei der Ausbesserung
von Lack kann beispielsweise zum Ausbessern von kleinen Schadstellen
an Möbeln oder Autos eingesetzt werden. Hier liegt der
Vorteil in der äußerst einfachen Handhabung für
die Reparatur ohne Spritzverfahren.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung bei der Herstellung
von Kunststoffbauteilen umfasst selbstverständlich auch
die Herstellung von Dekorbauteilen. Zum Beispiel sind hier Kunststoffbauteile
für den Automobilinnenbereich für die PUR(Polyurethan)-Hinterspritzung
zu nennen. Dabei werden PUR-Schäumformen mit dem erfindungsgemäßen
Schichtverbund bzw. der erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
ausgelegt und mit PUR hinterschäumt. Dabei kann ein für
das RIM (re-injection molding) entwickelter Lack verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung bei der Herstellung
lackierter Verbundstoffbauteile kommt beispielsweise bei der Herstellung
von faserverstärkten Kunststoffbauteilen zum Einsatz:
Hier
bieten sich feste Träger insbesondere dehnbare Polymerfolien
(beispielsweise TPU- oder Elastomerfolien, welche als Hilfsmittel
zum Entformen von Kunststoffformteilen wie epoxidhaltige Kunststoffe
und Faserverbundwerkstoffe, beispielsweise CFK(Kohlefaser verstärkte
Kunststoffe)- oder GFK(Glasfaser verstärkte Kunststoffe)-Bauteile
Thermoplaste oder Polyurthan Anwendung finden).
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Vorzugsweise
erfolgt die Herstellung in einer Form, in der in einem Arbeitsgang
die Aushärtung des Faserverbundwerkstoffes und die Lackierung
erfolgen. Durch die erfindungsgemäße Verwendung
ist eine rückstandsfreie Entformung möglich. Es
kann auch eine Lackhaftung von höchster Güte (Gitterschnittkennwert GT
0 nach ISO 2409) erreicht werden.
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Dabei
entfallen die sehr aufwendigen Oberflächenbehandlungen
von Werkzeugformen (vgl. weiter oben). Stattdessen können
wie weiter oben beschrieben Oberflächenstrukturen auf dem
Träger bereitgestellt werden. Es werden die Kosten für
die Oberflächenbehandlung und auch die Zeit für
die Herstellung einer Form reduziert. Im einfachsten Fall einer
glatten Oberfläche kann eine Polymerfolie in der Regel
ohne zusätzliche Glättung eingesetzt werden. Für
eine andere Oberflächenstruktur kann der Träger
beispielsweise geprägt werden (vgl. auch weiter oben).
Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren dadurch, dass der Träger sofern er als Folie
ausgestaltet ist, zunächst auf der lackierten Oberfläche
verbleiben kann und damit eine zusätzliche Schutzfolie
beispielsweise für Lager und Transport darstellen kann.
Eine schematische Darstellung der Herstellung eines Verbundwerkstoffes
unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
ist in der 25 dargestellt.
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Dabei
ist bei Bezugszeichen 1 schematisch die Plasmabeschichtung des Trägers,
der als Folie ausgestaltet ist, dargestellt. Bezugszeichen 2 zeigt
die Folie mit Trennschicht, die bei Bezugszeichen 3 als tiefgezogene
Folie bereits in der Form vorliegt. Bezugszeichen 4 zeigt schematisch
den aufgetragenen Lack, Bezugszeichen 5 das Einbringen der Fasern
auf den Lack. Nachfolgend erfolgt der Auftrag eines aushärtbaren Materials
(z. B. eines Harzes) und die Aushärtung (Bezugszeichen
6) des aufgetragenen aushärtbaren Materials. Der gesamte
Schichtaufbau kann aus der Form entnommen werden (Bezugszeichen
7), worauf wie bei Bezugszeichen 8 gezeigt, die ursprüngliche
Trägerfolie abgezogen werden kann.
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Eine
weitere Möglichkeit besteht darin, die mit dem erfindungsgemäßen
Schichtverbund versehene dehnfähige Folie (Träger)
direkt mit einem dehnfähigen Lack (z. B. PUR-Lack oder
teilvernetzter Lack) zu versehen, welcher an seiner offenen Oberfläche
ggf. aktiviert ist bzw. wird. Eine solche Verbundfolie kann wiederum
in die Form eingebracht und der Formoberfläche angepasst
werden. Anschließend wird wie bereits oben beschrieben
weiter gearbeitet. Nach der Bauteilherstellung verbleibt der dehnfähige
Lack bzw. der jetzt vollständig ausgehärtete Lack
auf dessen Oberfläche, die beschichtete Trägerfolie
kann leicht abgezogen werden.
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Das
Verfahren kann besonders gut beim Vakuuminfusionsverfahren und beim
Spritzpressen angewendet werden.
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Die
Anwendung ist selbstverständlich nicht auf CFK- bzw. GFK-Bauteile
eingeschränkt, sondern kann grundsätzlich bei
der Herstellung von Kunststoffbauteilen aber auch von Metall-Bauteilen,
welche nach der Beschichtung umgeformt werden, Verwendung finden.
Es bestehen ferner keine Einschränkungen hinsichtlich der
verwendeten Fasern.
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Entsprechend
dem Vorgesagten ist Teil der Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Schichtverbundes oder
einer erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung,
umfassend die Schritte:
- a) Bereitstellen (i)
eines wenigstens teilweise ausgehärteten Lackes, gegebenenfalls
umfassend einen Funktionsbestandteil, oder (ii) gegebenenfalls eines
Trägers (bevorzugt wie oben als bevorzugt beschrieben),
- b) Abscheiden einer erfindungsgemäß zu verwendenden
plasmapolymeren Trennschicht, auf (i) den wenigstens teilweise ausgehärteten
Lack oder (ii) gegebenenfalls auf den Träger jeweils mittels
eines Plasmapolymerisationsverfahrens,
- c) Beschichten nach dem Schritt b) den Schichtverbund mit (i)
gegebenenfalls einem Träger (bevorzugt wie oben als bevorzugt
beschrieben), oder (ii) gegebenenfalls eines erfindungsgemäßen
Trägers und
- d) gegebenenfalls Beschichten mit einer Schutzfolie.
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Teil
der Erfindung ist darüber hinaus auch ein Verfahren zum Übertragen
von Lack auf ein Substrat, umfassend die Schritte:
- a) Bereitstellen eines Substrates,
- b) Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Schichtverbundes
oder einer erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
und
- c) Übertragen des Lackes mittels des Schichtverbundes
oder der Lack-Träger-Anordnung auf das Substrat.
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Teil
der Erfindung ist darüber hinaus auch ein Verfahren zum
Herstellen eines lackierten Gegentandes, umfassend die Schritte:
- a) Bereitstellen eines erfindungsgemäßen
Schichtverbundes oder einer erfindungsgemäßen
Lack-Träger-Anordnung und
- b) Auftragen eines Substrates auf die Lackschicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher
erläutert:
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Beispiel 1:
-
Herstellung
plasmapolymerer Schichten zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen
Lack-Träger-Anordnung oder in einem erfindungsgemäßen
Schichtverbund:
-
Zur
Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schicht A wurden die nachfolgenden Prozessparameter
verwendet:
| Gasfluss
O2: | 12
Sccm |
| Gasfluss
HMDSO: | 50
Sccm |
| Leistung
(W): | 450 |
| Zeit
(sec.): | 2700 |
| Druck
(mbar): | 0,02 |
-
Hier
wurde vor der Durchführung sicher gestellt, dass die Leckrate
(äußere Lecks) der benutzten Vakuumkammer deutlich
kleiner als 2 × 10–3 mbar
L/sec ist. Ferner wurde die interne Leckrate mit Hilfe eines Massenspektrometers überprüft.
Dabei wurde darauf geachtet, dass der Prozess erst gestartet wurde, als
bei hoher Empfindlichkeit des Spektrometers der Messwert für
die Masse 18 (Wasser) stark gesunken und dann konstant war.
-
Zur
Herstellung der erfindungsgemäß anzusetzenden
plasmapolymeren Schicht B wurden die nachfolgenden Prozessparameter
verwendet:
| Gasfluss
O2: | 12
Sccm |
| Gasfluss
HMDSO: | 50
Sccm |
| Leistung
(W): | 450 |
| Zeit
(sec.): | 3000 |
| Druck
(mbar): | 0,02 |
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Nach
der Herstellung der plasmapolymeren Schicht auf einem Objektträger
aus Quarzglas (als für die Zwecke der vorliegenden Untersuchung
gewähltes Beispiel eines sehr glatten Substrates, von dem
die plasmapolymere Schicht wieder abgelöst werden kann)
und Abschalten des Plasmas wurde die Gasatmosphäre schnellstmöglich
durch Wasserstoff ersetzt und danach die Saugleistung reduziert,
so dass ein deutlicher Druckanstieg auf ca. 0,2 mbar zu beobachten
war. Dieser Zustand wurde bei konstantem Wasserstofffluss über
5 min aufrecht erhalten, um eventuell vorhandenen Radikalen die
Absättigung mit Wasserstoff zu ermöglichen.
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Die
beigefügten 1 bis 6 zeigen.
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1 Verlauf
des Brechungsindex als Funktion der Wellenlänge
-
2 Transmissionsverlauf
eines mit einer erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schicht beschichteten Quarzglases im Vergleich zu
einem unbeschichteten Quarzglas und einem mit PDMS-Öl (hier
ca. 200 nm AK50, Wacker Chemie) beschichteten Quarzglas im Wellenlängenbereich
190 bis 250 nm
-
3 FTIR-Spektrum
der erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren
Schicht
-
4 FTIR-Spektrum
der erfindungsgemäß zu verwendenden plasmapolymeren
Schicht (Detailansicht)
-
5 FTIR-Vergleichsspektrum
einer Easy-to-clean Schicht
-
6 FTIR-Vergleichsspektrum
einer Easy-to-clean Schicht (Detailansicht)
-
Beispiel 2:
-
Ferner
wurde auf analoge Weise ein sehr gut dehnfähiges Gummimaterial
(EPDM) mit einer plasmapolymeren Schicht versehen und anschließend über
Dehnungsversuche die Bruchdehnung der Beschichtung mit Hilfe einer
mikroskopischen Beobachtung bestimmt. Hierbei stellte sich heraus,
dass bei Raumtemperatur eine Bruchdehnfähigkeit von ca.
30% gegeben war. Vergleiche hierzu 7 und 8.
-
7 Mikroskopische
Darstellung (200-fache Vergrößerung) des beschichteten
Gummimaterials ohne Belastung.
-
8 Mikroskopische
Darstellung (200-fache Vergrößerung) des beschichteten
Gummimaterials nach Dehnung um ca. 40%.
-
Das
in 8 zu erkennende Rissnetzwerk stellt sich senkrecht
zur Zugrichtung dar; mit zunehmender Dehnung wird das Netzwerk ausgeprägter,
die Risse wachsen nur langsam in der Breite.
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Beispiel 3:
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Herstellung
einer plasmapolymeren Schicht (z. B. zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Lack-Träger-Anordnung
oder einem erfindungsgemäßen Schichtverbund):
Eine
zweite Möglichkeit zur Herstellung des erfindungsgemäßen
plasmapolymeren Produktes ist durch die folgenden Prozessparameter
gegeben:
| Gasfluss
O2: | 36
Sccm |
| Gasfluss
HMDSO: | 170
Sccm |
| Leistung
(W): | 1600 |
| Zeit
(sec.): | 600 |
| Druck
(mbar): | 0,025 |
-
Auch
hier wurde vor der Durchführung sicher gestellt, dass die
Leckrate (äußere Lecks) der benutzten Vakuumkammer
deutlich kleiner als 2 × 10–3 mbar
L/sec ist. Ferner wurde die interne Leckrate mit Hilfe eines Massenspektrometers überprüft.
Dabei wurde darauf geachtet, dass der Prozess erst gestartet wurde,
als bei hoher Empfindlichkeit des Spektrometers der Messwert für
die Masse 18 (Wasser) stark gesunken und dann konstant war.
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Eine
Wasserstoffnachbehandlung wurde nicht vorgenommen.
-
Beispiel 4:
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ESCA-Messungen:
-
Es
wurden von den erfindungsgemäß zu verwendenden
plasmapolymeren Schichten "A" und "B", welche gemäß Beispiel
1 hergestellt wurden, sowie von einem Referenzmaterial und einem
Vergleichsprodukt ESCA-Spektren aufgenommen und ausgewertet. Die
Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt, in
der Bezug genommen wird auf die Bindungsenergieanlagen der Signale
und die Halbwertsbreiten (FWHM = Full width at half maximum) der
einzelnen Peaks. Als Vergleichsprodukt wurde eine plasmapolymere
Easy-to-clean-Beschichtung gemäß
DE 101 31 156 A1 gewählt.
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Die
ESCA-Untersuchungen wurden mit dem Spektrometer KRATOS AXIS Ultra
der Fa. Kratos Analytical durchgeführt. Die Analysekammer
war mit einer Röntgenquelle für monochromatisierte
Al Kα – Strahlung, einer
Elektronenquelle als Neutralisator und einem Quadrupolmassenspektrometer
ausgerüstet. Weiterhin verfügte die Anlage über
eine magnetische Linse, welche die Photoelektronen über
einen Eintrittsschlitz in einen Halbkugelanalysator fokussierte.
Durch Kalibrierung wurde der aliphatische Anteil des C 1s Peaks
auf 285,0 eV gesetzt. Während der Messung zeigte die Oberflächennormale
auf den Eintrittsschlitz des Halbkugelanalysators.
-
Die
Passenergie betrug bei der Bestimmung der Stoffmengenverhältnisse
jeweils 160 eV, die entsprechenden Spektren werden als Übersichtsspektren
bezeichnet. Bei der Bestimmung der Peak-Parameter betrug die Passenergie
jeweils 20 eV.
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Die
genannten Messbedingungen sind bevorzugt, um eine weitgehende Unabhängigkeit
vom Spektrometertyp zu ermöglichen und um erfindungsgemäße
plasmapolymere Produkte zu identifizieren.
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Als
Referenzmaterial wurde das Polydimethylsiloxan Silikonöl
DMS-T23E der Firma Gelest Inc. (Morrisville, USA) verwendet. Dieses
trimethylsiloxy-terminierte Silikonöl besitzt eine kinematische
Viskosität von 350 mm2/s (±10%)
und eine Dichte von 0,970 g/mL bei 25°C sowie ein mittleres
Molekulargewicht von ca. 13 650 g/mol. Das ausgewählte
Material zeichnet sich durch einen extrem geringen Anteil an verdampfbaren
Bestandteilen aus: nach 24 Stunden bei 125°C und 10–5 Torr Vakuum wurden weniger als
0,01% flüchtige Anteile nachgewiesen (nach ASTM-E595-85
und NASA SP-R0022A). Es wurde mit Hilfe eines Spin-Coating-Prozesses
als 40 bzw. 50 nm dicke Schicht auf einen Siliziumwafer aufgetragen;
dabei wurde als Lösemittel Hexamethyldisiloxan verwendet.
-
Die
gemessenen Spektren sind – für die Übersichtsspektren
exemplarisch jeweils eins – als 9 bis 12 (Übersichtsspektren),
sowie 13 bis 25 (Detailspektren)
angefügt. Es zeigen:
-
9 XPS-Übersichtsspektrum
des DMS-T23E
-
10 XPS-Übersichtsspektrum
einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren
Schicht A
-
11 XPS-Übersichtsspektrum
einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren
Schicht B
-
12 XPS-Übersichtsspektrum
der Easy-to-clean-Beschichtung gemäß
DE 101 31 156 A1 (Vergleich)
-
13 XPS-Detailspektrum
des O 1s Peaks des DMS-T23E
-
14 XPS-Detailspektrum
des C 1s Peaks des DMS-T23E
-
15 XPS-Detailspektrum
des Si 2p Peaks des DMS-T23E
-
16 XPS-Detailspektrum
des O 1s Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schicht A
-
17 XPS-Detailspektrum
des C 1s Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schicht A
-
18 XPS-Detailspektrum
des Si 2p Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schicht A
-
19 XPS-Detailspektrum
des O 1s Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schicht B
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20 XPS-Detailspektrum
des C 1s Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schicht B
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21 XPS-Detailspektrum
des Si 2p Peaks einer erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schicht B
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22 XPS-Detailspektrum
des O 1s Peaks der Easy-to-clean-Beschichtung gemäß
DE 101 31 156 A1 (Vergleich)
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23 XPS-Detailspektrum
des C 1s Peaks der Easy-to-clean-Beschichtung gemäß
DE 101 31 156 A1 (Vergleich)
-
24 XPS-Detailspektrum
des Si 2p Peaks der Easy-to-clean-Beschichtung gemäß
DE 101 31 156 A1 (Vergleich)
-
Für
die Übersichtsspektren wurden vier bis sechs Messungen
an unterschiedlichen Positionen auf den Proben durchgeführt.
In Tabelle 1 sind für die Stoffmengenverhältnisse
mit ± die maximalen Abweichungen vom Mittelwert der durchgeführten
Messungen angegeben.
| | O
1s
Menge in at%
Energiemax. [eV]
FWHM [eV] | C
1s
Menge in at%
Energiemax. [eV]
FWHM [eV] | Si
2p
Menge in at%
Energiemax. [eV]
FWHM [eV] | Stoffmengenverhältnisse |
| PDMS-Öl DMS-T23E
(Referenz) | 23,4 ± 0,3
532,46 1,01 | 53,75 ± 0,35
285,0 1,00 | 22,9 ± 0,3
102,69 1,19 | O/Si
= 1,02 ± 0,03 C/Si = 2,35 ± 0,03 C/O = 2,29 ± 0,04 |
| Erfindungsgemäß einzusetzende plasmapolymere Schicht
A | 27,2 ± 0,7
532,71 1,29 | 48,8 ± 0,7
285,0 1,15 | 24,02 ± 0,3
102,77 1,77 | O/Si
= 1,13 ± 0,03 C/Si = 2,03 ± 0,05 C/O = 1,80 ± 0,07 |
| Erfindungsgemäß einzusetzende plasmapolymere Schicht
B | 26,0 ± 0,2
532, 58 1,37 | 50,2 ± 0,1
285,0 1,35 | 23,8 ± 0,2
102,61 1,90 | O/Si
= 1,10 ± 0,02 C/Si = 2,11 ± 0,01 C/O = 1,93 ± 0,02 |
| Easy-to-clean-Beschichtung
(gemäß DE
101 31156 A1 ) (Vergleich) | 30,7 ± 0,5
532,64 1,22 | 44,7 ± 0,6
285,0 1,18 | 24,6 ± 0,4
103,14 1,75 | O/Si
= 1,25 ± 0,02 C/Si = 1,82 ± 0,05 C/O = 1,46 ± 0,04 |
Tabelle
1: Ergebnisse der ESCA-Messungen
-
Die
erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren
Schichten, welche der ESCA-Messung unterzogen wurden, besitzen im
Vergleich mit einer typischen Easy-to-clean-Beschichtung gemäß
DE 101 31 156 A1 eine
um ca. 0,37 bis 0,53 eV zu niedrigerer Energie verschobene Bindungsenergielage
des Si 2p – Peaks. Diese Beobachtungen entsprechen einer
Erhöhung des Anteils sekundärer Silicium-Atome
(das heißt des Anteils an Silicium-Atomen mit genau zwei
benachbarten O-Atomen) im Vergleich zu der Easy-to-clean-Beschichtung.
-
Vermutlich
ist die Erhöhung des Anteils an sekundären Silicium-Atomen
ein Grund für die erhöhte Elastizität
und Flexibilität der erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schichten im Vergleich mit der Easy-to-clean-Beschichtung
gemäß
DE
101 31 156 A1 , bei der eine stärkere Dominanz
von tertiären Silicium-Atomen vorliegt.
-
Aus
dem Vergleich der ESCA-Spektren der erfindungsgemäß einzusetzenden
plasmapolymeren Schichten und der Easy-to-clean-Beschichtung ergibt
sich, dass die mechanischen Eigenschaften Elastizität und
Flexibilität direkt verknüpft sind mit der Struktur
des jeweiligen Plasmapolymers.
-
Die
erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren
Schichten sind kohlenstoffreicher und sauerstoffärmer als
die Easy-to-clean-Beschichtung. Damit ergeben sich zwangsläufig
weniger Vernetzungspunkte. Die Zusammensetzung nähert sich
der eines Silikonöles an, ist aber gegenüber diesem,
ebenso wie gegenüber klassischen Silikonelastomeren, stärker
vernetzt (mehr Sauerstoff, weniger Kohlenstoff). Deshalb kann man
von einer elastomeren plasmapolymeren Struktur ausgehen (bei hohem
Wasserstoffgehalt).
-
Beispiel 5:
-
Lackgießen
(zur Herstellung von Zierteilen für den Automobil-Innenbereich)
Eine im erforderlichen UV-Bereich transparente Lacktransferfolie
wurde mit einer plasmapolymeren Schicht gemäß dem
Beispiel 1 und mit einer weiteren plasmapolymeren Schicht gemäß dem
Beispiel 3 beschichtet. Nachfolgend wurde die plasmapolymere Trennschicht
jeweils mit einem UV-härtenden Lack beschichtet und dieser
teilvernetzt. Dieses Schichtsystem wurde durch Tiefziehen in einen
transparenten Formdeckel eingepasst. Ein Bauteil mit hochwertiger
Optik, hier eine Armaturenleiste mit Furnierholz als sichtbare Oberfläche,
wurde durch anschließendes Lackgießen und UV-Härten
(durch die Lacktransferfolie, die plasmapolymere Trennschicht und
den Formdeckel hindurch) mittels eines UV-härtenden Lackes
mit dem Lack auf der plasmapolymeren Trennschicht verbunden.
-
Bei
diesem Verfahren wird die benötigte passgenaue Einpassung
des Folienausschnittes in die Form auch durch den Druck des – nach
kurzer Evakurierung der Form – eingegossenen Lacks unterstützt.
-
Bei
beiden eingesetzten Trennschichten erhielt das Bauteil eine hochwertige
Lackoberfläche, die nicht mehr nachbearbeitet werden musste.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10034737 [0004]
- - DE 10131156 A1 [0013, 0014, 0015, 0026, 0134, 0143, 0153, 0154, 0155, 0156, 0157, 0158]
- - US 5230929 A [0014]
- - WO 99/22878 [0014]
- - EP 960958 A2 [0014]
- - DE 10056564 A1 [0014]
- - EP 1123991 A2 [0014]
- - EP 1260606 A2 [0014]
- - DE 10047124 A1 [0014]
- - DE 102004026479 [0017, 0018]
- - DE 10353530 [0017, 0018]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Plasma
Polymerization" by H. Yasuda, Academic Press, Inc., (1985) [0016]