DE3027531C2

DE3027531C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen von Teilen, insbesondere der Innenflächen von Kunststoff-Kraftstoff-Behältern

Info

Publication number: DE3027531C2
Application number: DE19803027531
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dipl.-Chem. 3180 Wolfsburg Laatsch; Karl-Heinz Dipl.-Phys. Dr. 3171 Weyhausen Sonnenberg
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1980-07-19
Filing date: 1980-07-19
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE3027531A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Im Vordergrund steht bei der Erfindung die « Behandlung der Innenflächen von Kraftstoffbehältern aus Polyäthylen oder einem ähnliche Eigenschaften aufweisenden Kunststoff. Derartige Kraftstoffbehälter sind an sich zwar günstig hinsichtlich ihrer Herstellung (sie können relativ einfach kompliziert gestalteten Hohlräumen in Kraftfahrzeugen angepaßt werden) und hinsichtlich ihrer Festigkeitseigenschaften, erfordern aber zur Erzielung einer vernachlässigbaren Permeationsrate für den Kraftstoff eine zusätzliche Behandlung ihrer Innenflächen, die auf die Erzeugung einer Barriereschicht hinausläuft. Bekannte Verfahren zur Erzeugung einer derartigen Barriereschicht sind das Fluorieren oder Sulfonieren, wobei unter Einhaltung bestimmter Temperatur- und Zeitbedingungen reaktive Materialien in den Behälter eingeführt werden. Nach Beendigung dieser eigentlichen Behandlung der Oberflächen muß eine Neutralisation vorgenommen werden. Die bekannten Verfahren sind demgemäß nicht nur relativ umständlich und schon deshalb für eine Serienfertigung wenig geeignet, sondern erfordern umfangreiche Entsorgungsvorkehrungen und Einrichtungen, um Gesundheitsschäden bei den Werkern und unerwünschte Umweltbelastungen zu vermeiden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das bei vertretbarem Aufwand Serien- und umweltfreundlich ist

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß das zur Oberflächenbehandlung dienende Medium unter normalen Druck- und Temperaturbedingungen inert ist und erst innerhalb des Unterdruckbehälters, also innerhalb der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, durch Energiezufuhr und damit verbundene Abgabe von Radikalen aktiviert wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in einfachen Steuermöglichkeiten für die Parameter des Verfahrens, also Druck in der Unterdruckkammer, Dosierung des Mediums, Intensität der zugeführten Energie und Dauer der Energiezufuhr. So ist es mit einfachen Mitteln gemäß Patentanspruch 2 auch möglich, durch Aufsplittung der für die Oberflächenbehandlung jeweils erforderlichen Menge des Mediums in mehrere Teilmengen, die teils vor dem Zünden des Plasmas, teils während der Aufrechterhaltung des Plasmazustands zugegeben werden, günstige Verhältnisse für das Zünden des Plasmas zu schaffen, also einen unerwünscht hohen Druck in der Unterdruckkammer während des Zündens zu vermeiden.

Die Beendigung des Plasmazustands läßt sich zeitlich genau gemäß Patentanspruch 3 durch einen Druckstoß in der Unterdruckkammer festlegen, der durch Einführung eines inerten Gases, vorzugsweise des Mediums selbst, erzeugt wird.

Die Patentansprüche 4, 5 und 6 beschreiben bevorzugte Ausbildungen einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wenn dort auf den Fall eines Hohlkörpers, also beispielsweise eines Kraftstofftanks, als Teil, dessen Oberflächen zu behandeln sind, Bezug genommen wird und auch in den bisherigen Ausführungen ein in dieser Weise ausgebildetes Teil in den Vordergrund gestellt wurde, bedeutet dies doch keine Beschränkung der Erfindung auf behälterartige Teile. Die zu behandelnden Oberflächen können auch beispielsweise flächigen Teilen, wie Folien, zugehören, die in eine besondere Unterdruckkammer so eingebracht sind, daß sie den durch die Energiezufuhr aus dem Medium gebildeten Radikalen frei ausgesetzt sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels für eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens erläutert.

Bei dem zu behandelnden Teil handelt es sich um einen Kraftstoffbehälter 1 für ein Kraftfahrzeug, der aus Polyäthylen besteht und dessen Innenflächen 2 zur Erzielung einer höheren Dichtigkeit gegenüber Kraftstoff mit einer Barriereschicht versehen werden müssen. Über die Leitung 3 steht der Kraftstoffbehälter 1 in dichter Verbindung mit der Vakuumpumpe 4, der die Kontrolleinheit 5 für die Dosierung des bei 6 zugeführten Mediums und die Drucksteuereinheit 7 nachgeschaltet sind.

Da in der durch den Behälter 1 gebildeten Vakuumkammer ein relativ großer Unterdruck, etwa IO-³ bis 10~² mbar, herrscht, so daß die Druckdifferenz zwischen Innendruck im Behälter 1 und Atmosphärendruck zu Beschädigungen des Behälters 1 führen kann, ist dieser in die weitere Kammer 8 eingebracht, die über die Leitung 9 ebenfalls mit der Vakuumpumpe 4 in

Verbindung steht; der Druck in der weiteren Kammer 8 wird über den Bestandteil T der Drucksteuereinheit 7 auf einem Wert gehalten, der zwischen dem Atmosphärendruck und dem Druck im Behälter 1 liegt, beispielsweise bei dem zehnfachen Wert des Drucks innerhalb des Behälters 1.

Bei 10 und 11 sind an den Hochfrequenz-Generator 12 angeschlossene Kondensatorplatten gezeichnet, die zur Energiezufuhr zu dem innerhalb des Behälters 1 befindlichen Medium dienen. Der Generator J 2 wird seinerseits von der Drucksteuereinheit 7 im die Energiezufuhr zum Kondensator 10, 11 einschaltenden bzw. erhöhenden Sinne dann angesteuert, wenn der Druck im Behälter 1 einen zum Zünden des Plasmas geeigneten, vorgegebenen We^rt angenommen hat.

Der Zeitaufwand für die Erzeugung einer ausreichenden Barriereschicht an den Oberflächen 2 beträgt — unter Vernachlässigung der Zeiten für das Einsetzen und den Ausbau des Behälters 1 — nur mehrere Sekunden. Die außerhalb des Behältnis 1 bzw. der weiteren Kammer 8 liegenden Bestandteile der Einrichtung sind für sich erprobter Stand der Technik.

Als Medium für die Oberflächenbehandlung von Teilen aus Kunststoff mit den Eigenschaften von Polyäthylen eignen sich halogenierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere fluorierte (z. B. Tetrafluormethan) oder fluoriert-chlorierte Kohlenwasserstoffe (z. B. Pentafluormonochlorethan) oder aber fluorierte Schwefelverbindungen (z. B. Schwefelhexafluorid). Es handelt sich also um Medien, die nach ihrer Aktivierung in einer Kunststoffkette den Ersatz von Wasserstoffatomen durch Fluor bewirken und vor Erreichen des Plasmazustandes problemlos zu handhaben sind.

In dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kondensatorplatten 10 und 11 außerhalb des Behälters 1 in der weiteren Kammer 8 angeordnet. Sofern bei dieser Energieübertragung durch die Wände des Behälters 1 hindurch thermische Probleme auftreten, müssen die Kondensatorplatten innerhalb des Behälters 1 angeordnet oder es muß für Energiezufuhr auf anderem Wege Sorge getragen werden.

Im Prinzip läßt sich der Plasmazustand auch bei normalem Druck erzielen. Dann sind aber der Bedarf an dem Medium und der Energieaufwand größer und es treten Entsorgungsprobleme auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von Oberflächen von Teilen, insbesondere der Innenflächen von Kraftstoffbehältern aus Polyäthylen, mit einem unter Normalbedingungen inerten Medium, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium eine fluorierte Schwefelverbindung oder ein Halogenkohlenwasserstoff in eine auch die Oberfläche (2) enthaltende Unterdruckkammer (1) eingeführt und durch Energiezufuhr bei reduziertem Druck in der Unterdruckkammer (1) in den Plasmazustand gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zünden des Plasmas nur ein Teil der erforderlichen Menge des Mediums und die Restmenge nach dem Zünden des Plasmas eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmazustand beendet wird durch einen Druckstoß in der Unterdruckkammer (1), der durch Einführung eines inerten Gases, insbesondere des Mediums, in die Unterdruckkammer (1) erzeugt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem einen Hohlkörper (1) bildenden Teil der Hohlkörper (1) die Unterdruckkammer ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) in eine weitere Kammer (8) eingesetzt ist, in der ein niedrigerer Unterdruck als in dem Hohlkörper (1) herrscht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der weiteren Kammer (8) Kondensatorplatten (10, 11) zur Energiezufuhr vorgesehen sind.