DE4103959A1

DE4103959A1 - Verfahren zur herstellung von beschichteten werkstuecken

Info

Publication number: DE4103959A1
Application number: DE19914103959
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Strohbeck; Ulrich Dipl Ing Hoffmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1991-02-09
Filing date: 1991-02-09
Publication date: 1992-08-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Werkstücken aus ganz oder in Teil bereichen elektrisch nichtleitenden Werkstoffen, ins besondere Kunststoffen, bei dem zunächst die elek trische Leitfähigkeit der zu beschichtenden Bereiche der Werkstückoberfläche erhöht wird und anschließend eine elektrostatische Beschichtung durchgeführt wird.

Herstellungsverfahren dieser Art sind bereits bekannt und beispielsweise in der EP-OS 3 09 286 beschrieben. Während das elektrostatische Beschichten metallischer Werkstücke, entweder mit Naßlack- oder mit Pulverlack materialien weite Verbreitung gefunden hat, bestehen beim elektrostatischen Beschichten von elektrisch nicht leitenden Werkstoffen, beispielsweise Kunststoffen, in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten, die aus dieser fehlenden elektrischen Leitfähigkeit resultieren.

Metallische Werkstücke sind elektrisch leitfähig und ihre Oberflächen können daher auf ein beliebiges, de finiertes Potential gelegt werden. In der Regel wird hierfür das Erdpotential gewählt, so daß die me tallischen Werkstücke einen elektrischen Gegenpol zu dem hochspannungsführenden Sprühorgan sowie zu den ent sprechend elektrisch aufgeladenen Beschichtungsparti keln bilden. Dies erlaubt ein gezieltes Ausnutzen der elektrischen Feldkräfte für den Transport der partikel zum Werkstück bzw. der Coulombschen Anziehungskraft bei der Abscheidung der Partikel auf dem Werkstück.

Elektrisch nichtleitende Materialien können demgegen über nicht auf ein definiertes Potential gelegt werden, so daß sie ohne zusätzliche Maßnahmen nicht elektro statisch beschichtbar sind. Solche Maßnahmen verfolgen den Zweck, den zu beschichtenden Werkstückoberflächen entweder auf Dauer oder aber zumindest temporär eine höhere elektrische Leitfähigkeit zu verleihen als sie dem Substratmaterial ursprünglich zu eigen ist. Hierzu werden die Oberflächen der Werkstücke mit speziellen Medien, wie beispielsweise mit ruß- oder mit graphit haltigen Leitlacken oder mit Materialien, wie sie in der eingangs genannten Druckschrift beschrieben sind, beschichtet.

Häufig ist mit einer solchen Vorbehandlung aber eine nachteilige Beeinflussung der Eigenschaften der Werk stückoberfläche verbunden, die den Anwendungsbereich dieser Art der Vorbehandlung begrenzt. Derartige leit fähigkeitserhöhende Maßnahmen sind beispielsweise nicht anwendbar bei Werkstücken, deren Oberfläche in Teilbe reichen völlig unverändert bleiben muß, wie dies zum Beispiel bei Leiterbahnen auf elektrisch nichtleitenden Substraten der Fall ist.

Eine andere Möglichkeit, Nichtleiter elektrostatisch beschichtbar zu machen, besteht darin, lediglich die nicht zu beschichtenden Rückseiten bzw. Innenflächen der Werkstücke an ein definiertes Potential, in den meisten Fällen Erdpotential, zu legen. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe entsprechend geformter elektrisch leitender Werkstückaufnahmevorrichtungen bzw. -masken erfolgen. Der Erfolg dieser Maßnahmen hängt aber sehr stark von der Werkstückgeometrie und der Art des Nicht leiters sowie von der Art des Beschichtungsmaterials und des elektrostatischen Beschichtungsverfahrens ab. Wegen der häufig sehr kritischen Anforderungen an die Fertigungssicherheiten werden solche Maßnahmen daher nur in Ausnahmefällen eingesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der ein gangs genannten Art so auszubilden, daß unerwünschte Veränderungen der Werkstückoberflächen bzw. ihrer Eigen schaften vermieden werden und dadurch den Anwendungs bereich elektrostatischer Beschichtungsverfahren we sentlich zu erweitern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Indem erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß dem elektro statischen Beschichtungsvorgang eine kontrollierte Oxi dation der zu beschichtenden nichtleitenden Oberflächen bereiche vorausgeht, werden die polaren Anteile der Molekülgruppen an den betreffenden Werkstückoberflächen erhöht. Durch diesen Effekt sowie durch die bei diesem Vorgang entstehenden Spaltprodukte wird die elektrische Leitfähigkeit der so vorbehandelten Werkstückober flächen erhöht, so daß diese Flächen einen elektrischen Gegenpol zum hochspannungsführenden Sprühorgan sowie zu den aufgeladenen Partikeln des Beschichtungsmaterials bilden können.

Die kontrollierte Oxidation der nichtleitenden Werk stückoberflächen kann dabei auf besonders vorteilhafte Weise durch die in den weiteren Patentansprüchen ange gebenen Verfahren ausgelöst werden. Bei diesen Ver fahren handelt es sich zum einen um das Ätzen dieser Werkstückoberflächen mit einem hoch ionisierten Gas, welches durch die elektrische Entladung über einen Hoch frequenzgenerator aus Luftmolekülen bei Atmosphären druck entsteht, die sogenannte Coronaentladung, oder aus einer Gasentladung bei Unterdruck, einer sogenann ten Plasmaentladung. Zum anderen kann die Vorbehandlung der Werkstückoberfläche mit einer oxidierenden Flamme oder durch Ätzen mit einer oxidierenden Säure erfolgen. Für den nachfolgenden Beschichtungsvorgang sind rein elektrostatische Sprühverfahren, elektrostatikunter stützte mechanische Zerstäubungsverfahren und elektro statische Pulversprühverfahren gleichermaßen geeignet, d. h. es können sowohl Naßlack- als auch Pulverlackmate rialien verwendet werden.

Derartige Vorbehandlungsverfahren für Oberflächen von Werkstücken aus Kunststoff sind im Prinzip zwar bereits bekannt, werden aber bislang nur zur Aktivierung dieser Oberflächen eingesetzt, um sie haftungsbereit für me chanisch aufgebrachte Beschichtungen, Aufdrucke oder Verklebungen zu machen. So ist beispielsweise aus der DE-OS 35 06 242 ein Verfahren zur Herstellung von Selbstklebebändern bekannt, bei dem zur Erzielung einer besseren Bedruckbarkeit eine Vorbehandlung der Ober fläche des Klebebandes mittels elektrischer Ladungen, d. h. eine Corona-Behandlung, durchgeführt wird. Eine Verwendung dieser Methoden als Vorbehandlung für eine elektrostatische Beschichtung ist dagegen bei diesem bekannten Verfahren nicht vorgesehen.

Der mit der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vor gesehenen oxidierenden Vorbehandlung erzielbare Ober flächenwiderstand liegt bei ansonsten elektrisch nicht leitenden Kunststoffen in der Größenordnung von 10¹⁰ bis 10¹² Ohm, gemessen gemäß DIN 53 482. Dieser Wert ist dabei abhängig von der Wahl des Vorbehandlungsver fahrens, den Prozeßbedingungen, insbesondere der Ein wirkdauer und der Intensität der oxidierenden Behand lung, sowie von den Eigenschaften des behandelten Nichtleitermaterials.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es ferner möglich, nur einzelne Oberflächenbereiche zu behandeln und so beispielsweise eine netzartige Struk tur erhöhter elektrischer Leitfähigkeit zu erzeugen. Hierdurch lassen sich sowohl funktionelle als auch de korative Oberflächeneffekte erzielen.

In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung wurden Isolations-Glasfaser-EP-Platten mit den Abmessungen 600 mm × 450 mm × 1,5 mm, deren Ober flächenwiderstand gemäß DIN 53 482 zunächst 10¹³ bis 10¹⁴ Ohm, bei einer Spannung von 18 kV und einer Fre quenz von 20 kHz einer Corona-Entladung ausgesetzt. Die Leistung der etwa 60 mm breiten Quarzelektrode lag im Fall dieser Werkstücke zwischen 20 und 100 W. Durch die ca. 1 min. dauernde Vorbehandlung pro Werkstück, bei der die Quarzelektrode in Form von parallelen Bahnen über die Werkstückoberfläche geführt wurde, erniedrigte sich der Oberflächenwiderstand auf 10¹¹ bis 10¹³ Ohm, wiederum nach DIN 53 482 gemessen. Bei der anschließenden elektrostatischen Beschichtung mit einem lösungsmittelhaltigen Beschichtungsmaterial, die mit einer elektrostatischen Hochrotationsglocke durchge führt wurde, wurde eine gleichmäßige Beschichtung er zielt. Auf Referenzwerkstücken mit gleichen Abmessun gen, jedoch ohne eine Corona-Vorbehandlung, wurde dage gen eine unvollständige Beschichtung erzielt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von beschichteten Werk stücken aus ganz oder in Teilbereichen elektrisch nichtleitenden Werkstoffen, insbesondere Kunst stoffen, bei dem zunächst die elektrische Leit fähigkeit der zu beschichtenden Bereiche der Werk stückoberfläche erhöht wird und anschließend eine elektrostatische Beschichtung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der elek trischen Leitfähigkeit durch eine kontrollierte Oxidationsreaktion erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation durch Ätzen der zu behandelnden Werkstückoberflächen mit einem hoch ionisierten Gas erfolgt, das über einen elektrischen Entladungs vorgang erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung als Coronaentladung bei Atmo sphärendruck erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung als Plasmaentladung im Unterdruck erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung mit einer oxidieren den Flamme erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation durch Ätzen mit einer oxidieren den Säure erfolgt.