DE2457694A1 - Verfahren zur erzeugung einer kleb- und beschichtungsfaehigen oberflaeche an unpolaren plastwerkstoffen - Google Patents
Verfahren zur erzeugung einer kleb- und beschichtungsfaehigen oberflaeche an unpolaren plastwerkstoffenInfo
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Description
Earl-Marx-Stadt, den/16. OV'. 1.974
Verfahren zur Erzeugung einer kleb- und beschichtungsfälligen
Oberfläche an unpolaren Plastwerkstoffen· \.
Die Erfindung betrifft ein "Verfahren zur Erzeugung.einer'
kleb- und beschichtungsfähigen Oberfläche an unpolaren ,.
Plastwerkstoffen ι vorzugsweise an' Polyf luorcarbonen»
deren antiadhesive Oberfläche·so aktiviert wird ι daß
kraftschlüssige EIebeverbindungen und das Aufbringen
haftfester Überzüge ermöglicht werden. ' . ·
Für die Oberflächenvorbehandlung zur Verbesserung der Eleb- und BeSchichtungsfähigkeit von Plastwerkstoffen ',
sind eine'Vielzahl von Verfahren bekannt» wobei die Ein--'
Wirkungen auf die Plastoberflache mechanischer ι chemischer
oder'^hysikocheiaischer Art sein können. Für unpolare
j tei.lRristalline Plastwerkstoffe, beispielsweise"' '.
Polyf.luorcarbone , ist erfahrungsgemäß die rein" mechani-■·.·■.
sehe Haftgrundvorbereitung völlig unzureichend.
Es ist'bereits bekannt,'bei unpolaren Plastwerkstoffen
durch Oxydation 'der Oberfläche in geeigneten Oxydations- ·
mitteln die Kleb- und EeSchichtungsfähigkeit zu verbes- ':
sernf "beispielsweise wird Polyäthylen mit Hilfe von · · . :
Ohromschwefelsaure oxydiert. Des.weiteren ist bekannt,
daß die Einv/irkung von .Xenonfluorid auf die Oberfläche ;
unpolarer Plastwerkstoffe' deren Hafteigenschaften ver-· ' · bessert. Speziell für die Vorbehandlung der'.Oberflächen .;
von PolyfIuorearbonen zürn Zwecke der. Verklebung ist deren
Behandlung mit metallischem Natrium in wasserfreiem ·
Ammoniak bekannt.' ".··'·.-·. ·. · . . ' ·
Außerdem ist bereits bekannt,' unpolare.Plastwerkstoffe'
vor der Verklebung in einer Korona-\. oder Glimmentladung ..'
■ .·■■'. ■■ '.'■.'■ ■,-.''·■ ". -. 2 -
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—Ρ
bei Drücken zwischen 760 und 10 Torr der Einwirkung niederenergetischer Ladungsträger auszusetzen. Hierbei v/erden in der Oberfläche des Plastwerkstoffes polare . Gruppen·erzeugt ι welche die Verbesserung der Elebfähig^ keit bewirken« Die Klebfähigkeit der Oberfläche' bleibt jedoch unter SauerstOffeinwirkung nur für eine·begrenzte. Zeit, erhalten. \
bei Drücken zwischen 760 und 10 Torr der Einwirkung niederenergetischer Ladungsträger auszusetzen. Hierbei v/erden in der Oberfläche des Plastwerkstoffes polare . Gruppen·erzeugt ι welche die Verbesserung der Elebfähig^ keit bewirken« Die Klebfähigkeit der Oberfläche' bleibt jedoch unter SauerstOffeinwirkung nur für eine·begrenzte. Zeit, erhalten. \
Die. Nachteile der bekannten Verfahren zur Oberflächenbehandlung
antiadhäsiver Plastwerkst.offe zum Zwecke der •Verklebung und Beschichtung.bestehen darin» daß entweder
'nur1jeweils eine der·mechanischen, chemischen oder physikocheinischen
Einwirkungen erzielt, wird oder mehrere Verfahrensvarianteh gekoppelt werden müssen, wobei nach ·
Verklebung der behandelten Oberflächen die Zugfestigkeit
■ der Klebstelle-nicht die Werte des kompakten Piastwerkstoffes
erreicht und aufgebrachte Schichten eine unge-
. nügende Haftfestigkeit besitzen.- Des weiteren führen' ; !
einige Verfahren zu einer zeitlich begrenzten Kleb- und
■BeSchichtungsfähigkeit der Oberfläche und sind .daher für '>
Produkt ions zwecke nur bedingt geeignet. Außerdem-ge st at- -.
ten-die bekannten Verfahren nur in geringem Maße eine selektive Vorbehandlung der Oberfläche und führen zum
'Teil zu Beeinträchtigungen, der Eigenschaften des Plast- .'
Werkstoffes* ■;.■.· ■.'■:..■ ' "; '' - ,;■■''. - . ;
Zv;eck der Erfindung, ist· es, ein Verfahren zur Oberflächen-!
von antiadhäsiven Plastv/erkstoff en zu schaf- -- ί
i um die aufgezeigten.Mängel zu. beseitigen und zu ge-'
währleisten, daß bei Verklebung· dieser Oberflächen die .Zugfestigkeit der Klebestelle die .des kompakton'Plast-Werkstoffes
erreicht.· und bei 'Beschichtung Überzüge genügender
Haftfestigkeit ermöglicht. " ' · " ·, ·■
Der. Erfindung liegt die! Auf gäbe zugrunde·, die Oberfläche
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von unpolaren Plastwerkstoffen,- vorzugsweise iJol;yfluor- "
carboneii, in einem Arbeitsgang ohne Beeinträchtigung der
Eigenschaften des kompakten Materials mechanisch, ehe- ■■
misch und physikochemisch so vorzubehandelnj daß kraftschlüssige
Klebeverb'indungen' mit handelsüblichen Univer—;
salklebstoffen hergestellt und häf tf este Überzüge' auf ge- '.
bracht werden können. ·' ·■ ■ ■ '■- ■ · ■ ■· ·
• '-. ■· - ■■■■ ■ ■ ·".'■ ■■-■.■ v.■'■.-·
Erfindungsgeiaäß wird die Aufgabe dadurch gelöst 5 ■ daß.'.;· .· '
Atom- oder Molekül ionen mit Energien im Kiloelektronen- . *-"
voltbereich bei Vor-, oder Hochyakuumbedingungen ääf die'\
Oberfläche der Plastwerkstoffe ,aufgeschossen werden, ·\νΌ-:
bei in Abhängigkeit von den Yerfahrensparametern'bei- ;·
spielsweise spezifische Ätzstrukturen und.polare Gruppen.' an der Oberfläche erzeugt werden.. Die Oberflächenbehand-r-.
lung erfolgt nach.entsprechender Kodifikation der (Darget-·
elektrode, entweder' in'einer" an sich bekannten Plasma-'
Zerstäubungsvorrichtung, vorzugsweise in eiiäerHochfre-.- -/·■·
quenz-Plasaaazerstäuburigsvorrichtung, bei' Drücken -von
10 J bis 10 {Dorr und Ionenenergien von .1 -bis 5SiIo-.-'.
elektronenvolt oder■in einer an sich.bekannten Ionen- ;
strahl-Zerstäubungsvorrichtung bei Drücken von: iOT6. "bis.
10 J Torr und Ionenenergien von 1 bis .10 Kiloelektrohen-,
.volt, wobei der .Plastwerkstoff als Target geschaltet.ist
und die entsprechende Targetaufladung in geeignete;!? Weise ,. beispielsweise durch Einstrahlung von -Elektronen» kompensiert
wird.-.;. ■ ■ ' ■ .. - ; · -· · .-■- . -.'-.■". :
In weiterer. Ausführung der. Erfindung -kann, bei Vervrendung .;.·
einer Ionenstrahl-Zerstäiibungsvorrichtun'g-.zur· OberfIa-: ■·'·
chenbeharidlung derEinschußwinkel der Ionen-relativ zur :: ■
Oberfläche des Plastwerkst'offes beliebig-variiert werdejä..,
-daß^die entsprechenden■ItζStrukturen, beispielsweise.'
kugelartige Gebilde i die in'. Richtung der einfallendeä;.·,:'·"'
Ionen zeigen', unter, einem ..bestimmten. Winkel'relative zur": ·
Oberfläche, geneigt^ sind. '· .;.· ;-·. ■ .- : · ' ,' -Ί' ^ ■.-.' ;. -'.'■ ■"■;,;
509834/0832
ferner werden zur Oberflächenbehandlung von Plastwerkstoffen
reaktionsträge Ionen, vorzugsweise Edelgasionen
■ wie Argon- oder Krypton-Ionen» oder Ionen von reaktionsfreudigen
Elementen und Verbindungen, beispielsweise von
■ Sauerstoff ι Halogen und. Halogenverbindungen verwendet,
wobei die rea^ftionsfreudigen Ionen gleichzeitig eine
■'chemische Ätalang der Oberfläche bewirken.
■ Des weiteren werden die Behandlungsdauer und die Ionenenergie
so bemessen, daß sich eine, für den jeweiligen \ Verwendungszweck optimale-Rauhtief e auf der Werkstücks-
■ oberfläche ergibt.· Die Leistungsdichte auf der Werk-
.". stücksoberf lache , die. Kühlung des Plastwerk'stückes und
die Behandlungsdauer müssen so aufeinander abgestimmt
. , sein, daß keine temper.aturbedingten Änderungen der Eigenschaften
des Pl'astwerkstoffes entstehen.
ι · ■
In weiterer Ausbildung der Erfindung können mit Hilfe
■ geeigneter Blenden durch gezielte lonenfuhrung,- zum Beispiel
durch entsprechende .,Ablenkung oder fokussierung
der Ionen, und durch geeignete Positionierung oder Be-
■' wegung des Werkstückes ausgewählte Bereiche der Oberfläche
des Plastwerkstoffes geatzt werden. .■ Ferner können Plastwerkstücke .beliebiger Form und Kon-
■ stitution, beispielsweise Platten, Folien, Rohre, Fasern
und Gewebe ■» vorbehandelt, werden.
Des weiteren kann die Bearbeitung der· Oberfläche von
Plastwerkstoffen·in Ionen-Zerstäubungsvorrichtungen sowohl
.kontinuierlich, zum Beispiel in Durchlaufanlagen,
.als auch diskontinuierlich, zum Beispiel im Chargenbe-
~~ fee^ek4—&rj|olgen. Das Verfaliren eignet sich vorzugsweise
zur Oberflächenbehandlung-von Polyfluorcarbonen, insbe-
·. sondere von Polytetrafluoräthylen. So kann beispielsweise
■ . beim Polytetrafluorethylen durch geeignete Wahl der
.· Verfahrensparameter die Vergrößerung der Oberfläche und
die Geometrie der itzfigur.e<n" dem Verwendungszweck angepaßt werden. Beispielsweise wird für nachfolgendes
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Bedrucken dez1 Oberf lache. die Behandlung nach Ausbildung'
einer feinporigen Oberfläche abgebrochen, hingegen wird · für nachfolgende Verklebung oder Aufbringung galvanischer
Überzüge die Behandlung bis zur Herausbildung vön/JLtz-, .."·.·.
figuren im Mikrometerbereich fortgeführt. . ' . · '. ■
Weitere Vorteile der'erfindungsgemäßen, Lösung bestehen
darin, daß unter Verwendung.modifizierter· kommerzieller· .
Plasma-r und: I onenstrahl-Zer st'äubungsvorr ichtungen an. ■ ·.. ·
Oberflächen unpolarer Plastwerkstoffe durch Beschüß mit· '.
hochenergetischen Ionen mechanische,■chemische und physikochemische
Wirkungen in einein Arbeitszyklus erzielt: _".··..
v/erden, die die Kleb- und'Beschich'tungsfähigkeit.dieser ·'·
Oberflächen bedeutend erhöhen, .so daß beispielsweise ·■'.·,·
nach Verklebung die Zugfestigkeit der Klebestelle die -· ?/erte des kompakten Materials erreicht und. eine- hohe ,·
Haftfestigkeit'der .aufgebrachten .Überzüge'-ermöglicht
wird» .' ; ' . ■ .·"-. · ."■- . ;
Diese Oberflächenbearbeitung erfordert keine. Vor- Oder
Nachbehandlung des.Werkstückes vor der. weiteren Ver.ar-· ■..·
.beitung,ermöglicht ohne merklichen Zusatzaufwand eine
selektive Oberflächenbehandlung und führt bei Einsatzentsprechend
dimensionierter Zerstäubungsvorrichtungen · zu hoher Produktivität.' · · ' '
Ferner wird'durch dieses Verfahren eine dauerhafte.Kleb-'
und Beschichtüngsfähigkeit der behandelten Polymeroberfläche
erzielt. '. _■-.-,""·
Die Erfindung soll nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. ' '
In den zugehörigen Zeichnungen 'zeigen:
Fig. 1 Oberflächenbehandlung des Plastwerkstoffes durch
Anordnung als Target/in einer Hochfrequenz-. Plasma-Zerstäubungsvorrichtung ■ ·
■ · \ . ■ " ' - - 6 ,-509834/0832
■ Fig.. 2 Oberflächenbehandlung des Plastwerkstoffes
. "durch Anordnung als-Target in einer Ionenstrahl- '
■Zerstäubungsvorrichtung ' .
' Wie aus Fig.. 1 ersichtlich ist, vurd der Plastwerkstoff
als Target i auf einer gekühlten Hochfrequenzelektrode 2 axt.geerdeter Abschirmung 3 angewendet. Die Hochfrequenzelektrode
2 befindet sich· im Vakuumrezipienten 4 einer
koinmei'ziellen Hochfrequenz-Zerstäübungsyorrichtung. Durch.
Einspeisung von Hochfrequenzenergie und durch Erzeugung eines Magnetfeldes mittels der Spulen -5 wird mit Argon
■J""""iin Druckbereich von 10 bis ΊΟ""-' Torr über dem Plastwerkstoff
1 eine Hochfrequenzgasentladung gezündet.· Aus'
dem sich bildenden Plasma-.6 werden Ionen auf den Plastwerkstoff, beschleunigt. Die mit Energien von 2 bis 3
.. Kiloelektronenvolt und Leistungsdichten von 1 bis 4 Watt
pro Quadratzentime.ter" bei 10 mm Materialöicke auf die ■
Oberfläche des Plastwerkstoffes auftreffenden Ionen
zerstören in der Oberfläche eine Vielzahl von Bindungen und tragen selektiv Material ab. Dadurch entstelie-n an
der Oberfläche des· Werkstückes aktive Zentren sowie mikroskopisch
.kleine. Gruben, Poren, Eegel und !Tadeln, so
daß sowohl .eine·'chemische'als auch eine mechanische Verbindung
des Klebers oder .der aufzubringenden Schicht mit dem Plastwerkstoff gewährleistet wird. Im Falle von "
■' Polytetrafluöräthylen wurden beispielsweise nach einer
Behandlungsdauer von 3 Minuten mit Argonionen und anschließender
Verklebung-mit Epoxydharz (Typ EF 11) im •Stirnabriß 50 bis 10Ofach größere Abrißkräfte gemessen
als bei Verklebung unbehandelter,Proben.
■ Fig.' 2 zeigt in einem weiteren. Ausführungsbeispiel die
Anordnung des Plastwerkstoffes als Target 1 auf der ge-' kühlten und drehbaren Targetelektrode 7 und die Ionenquelle
8\ mit deren Hilfe die Ionen erzeugt und auf das
509834/0832
INSPECTED
Target beschleunigt werden, sowie; eine· an der Target-. -''. \
elektrode 7 -angebrachte Elektronenquelle 9 .zur Kpiapen- .'·'· .'"
sation der Targetaufladung. ■.'·/. ■ ". ■ ■" ■ ' .'- , ": ;
Die genannten Vorrichtungen befinden sich in einem Ya-: ■·
kuumrezipienten1 1 e.iner ronenstrahl-Zerstäübungsvoir.ich- .,
tüng. Durch Beschüß des Plastwerkstoffes 1 mit Argon- ■'
ionenstrahlen ι deren Energie 5' bis 10 Eiloelektrpnenvolt -.'"_;
und die'Leistungsdichte Λ bis 4 Watt pro Quadratzentimeter
bei 10 miE Werkstückdicke und Vakua von 10 biß . ·
./jQ-i? rporr betragen! werden .die bereits im ersten.·Äusführungsbeispiel
dargelegten Veränderungen der Oberfläche des Plastwerkstoffes erreicht. ■ . .--·.. . .".
Darüber hinaus läßt sich bei dieser Verfahrensvariänte der Ioneneinschußwinkel durch Drehung der Targetelektro- ■
de' 7 verändern, so daß gezielt gerichtete It ζ strukturen, zum Beispiel eine entsprechende Neigung der sich, bil- ' ·
denden !Tadeln auf Polytetrafluoräthylenob'erflachen:, erzeugt
\verden können. Bei entsprechender Verklebung er- .
möglicht diese Vorbehandlung der Oberfläche eine weitere Erhöhung der Festigkeit der Klebestelle bei Scherbean-.spruchung
in einer Vorzugsrichtung. ■ ' : - ■-'.
$09834/0832
Claims (1)
- ■ ι · ■ ■ ·Patentansprüche:
, · ■ ■'■ · · ί·1. Verfahren zur Erzeugung einer kleb- und beschichtungsfähige'n Oberfläche an unpolaren Plastwerkstoffen unter Verwendung von Mitteln zur Vakuumerzeugung und zur Erzeugung und Beschleunigung von Ionen» gekennzeichnet dadurch» daß Atom- oder Molekülionen mit Energien im Kiloelektronenvoltbereich unter Vor- oder Ho.chvakuumbedingungen auf die Oberfläche des Plastwerkstoffes aufgeschossen werden. ■ . ."'/2. Verfahren nach Anspruch .1 » gekennzeichnet dadurch» daß die Oberflächenbehandlung in einer PlasmarZerstäu bungsvorrichtung, vorzugsweise einer Hochfrequenz-Plasmazerstäübüngsvorrichtung» bei.Drücken von 10""^ bis 10 Torr und lonenenergien von eins bis fünf "'Kiloelektronenvolt erfolgt und.der Plastwerkstoff als. Targetelektrode geschaltet ist» ■ "· ..3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberflächenbehandlung, in·einer Ionenstrahl- . Zerstäubungsvorrichtung bei Drücken von 10"* .·' bis .'. 10~< Torr und lonenenergien von eins bis zehn ICiIoelektronenvolt erfolgt»-der Piastwerkstoff als Target geschaltet ist' und die Target auf ladung in geeigneter Weise kompensiert wird.- . , ;. './.'- \ '4. Verfahren· nach Anspruch 1 und 3j gekennzeichnet da- ■ . .durch, daß der Einschußwinkel der. Ionen relativ zur Oberfläche des Plastwerkstoffes beliebig variiert -' ";· wird·-,' "· . . / . ■ ' .'■■' ■ " ·.' . .. · ' ■ .■' ■ ·JZerfahr.en nach Anspruch 1 bis 4·, .gekennzeichnet dadurch» daß zur Oberflächenbehandlung von Plastwerk- V-. stoffen re-aktionsträge Ionen.,.·.beispielsweise .Edelgas-' ionen», oder Ionen.reakt.ionsfre.udiger Elemente und.·.·. ' .; ... ■ -2 S09834/0832Verbindungen, beispielsweise Ionen von Sauerstoff, Halogen, und Halogenverbindungen, verwendet v/erden. ·I · - - . ■■-..-.·■ Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Leistungsdichte auf der Oberfläche . des Plastwerkstoffes,'die Kühlung des Werkstoffes, die Ionenenergie' und die Behandlungsdauer des Plastwerkstoffes auf die •Eigens.chafteji des .Plastwerkstof-, fes und die weitere Verwendung der behandelten Oberfläche ,abgestimmt werden. ' . . . ·Verfahren nach Anspruch 1.bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß durch geeignete Ionenführung,, durch Ein- · satz von Blenden, durch geeignete Positionierung oder Bewegung des Werkstoffes eine selektive Behandlung der Oberfläche des Plastwerkstoffes erfolgt.8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7» gekennzeichnet dadurch, daß Plastwerkstoffe beliebiger Form und Konstitution", beispielsweise Plätten,. Folien, Rohre , Fasern und Gewebe,, behandelt werden. ' ·· · .9· Verfahren nach. Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet ,dadurch, daß die Oberflächenbehandlung in Chargen oder ■in einein kontinuierlichen Prozeß erfolgt.10. Verfahren nach Anspruch 1"bis'9* gekennzeichnet dadurch, daß die Oberflächenbehandlung, vorzugsweise anPolyfluorcarbonen, insbesondere Polyten durchgeführt wird. . '- ' . . · ·509834/0832Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DD17657074A DD109891A1 (de) | 1974-02-15 | 1974-02-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2457694A1 true DE2457694A1 (de) | 1975-08-21 |
| DE2457694C2 DE2457694C2 (de) | 1982-04-08 |
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ID=5494626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE19742457694 Expired DE2457694C2 (de) | 1974-02-15 | 1974-12-06 | Verfahren zur Erzeugung einer kleb- und beschichtungsfähigen Oberfläche an unpolaren Plastwerkstoffen |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2457694C2 (de) | 1982-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |