Kategorie-Archiv: Oberflächentechnik

Oberflächenveredelung in der Industrie

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Engineering (© fotomek - Fotolia.com)
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Jedes Material besitzt bestimmte spezifische Eigenschaften. Diese verschiedenen Eigenschaften werden in der verarbeitenden Industrie dazu genutzt, Waren und Güter eines bestimmten Qualitätsstandards zu fertigen. Allerdings werden die Ansprüche an die Materialien aufgrund neuer Entwicklungen und Ideen immer größer, sodass deren herkömmlichen Eigenschaften allein nicht mehr ausreichen. Hier kommt in vielen Fällen die Oberflächenveredelung ins Spiel und bei modernsten Anwendungen in großem Umfang die dazugehörige Dünnschichttechnologie. weiterlesen Oberflächenveredelung in der Industrie→

Sol Gel Beschichtung

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Die Sol Gel Beschichtung – Ein Verfahren zur Vergütung von Oberflächen

Das Sol Gel Verfahren dient der Herstellung von nichtmetallischen anorganischen oder hybridpolymeren Materialien zur Beschichtung von Oberflächen. Ausgangsprodukt für die Beschichtungen sind kolloidale Dispersionen – auch Solen genannt. Diese kolloidalen Dispersionen bestehen aus Nanopartikeln der Größe 1 – 100 nm. Diese sind in Wasser oder organischen Lösungsmitteln dispergiert. Dabei lautet das Grundziel vom Verfahren, eine flüssige Sole in ein festes Gel zu überführen. Diese Art der Beschichtung von Oberflächen ist aufgrund der Vielzahl an Ausgangsprodukten und der sehr günstigen Prozessbedingungen so individuell einsetzbar wie keine andere Beschichtungstechnologie. Die Eigenschaften der späteren Beschichtung sind im Grunde genommen von den Eigenschaften der Moleküle der Sole abhängig.
Der erste Schritt des Sol Gel Prozesses stellt normalerweise die säure- oder basenkatalysierte Hydrolyse von Metallalkoholaten dar. Bei dieser Reaktion spalten sich Alkoholmoleküle ab und es entstehen MOH Gruppe. Kurz danach oder noch währen dieser Reaktion reagieren die MOH Moleküle miteinander und kondensieren unter Abspaltung von Wasser. Der entstehende Dimer kann dann in einer anschließenden Polymerisationsreaktion zu einem Trimer, Tetramer oder Oligomer entstehen – dies geht so lange bis sich ein fester Partikel gebildet hat.
Von Gel kann man dann sprechen, wenn sich zwischen den Behälterwänden eine Art Netzwerk aus Partikeln gebildet hat. Dieses viskose Sol Gel hat sich dabei in eine viskoelastische Gesamtheit gewandelt – eine Art Festkörper mit eingeschlossenen Lösungsmitteln.
Das Gel wird anschließend getrocknet – Erfolgt die Trocknung bei Umgebungsbedingungen, so bildet sich Xerogel. Dieses Xerogel kann in einem weiteren Verfahrensschritt auf der Oberfläche eingebrannt werden. Dabei schreitet die Kondensation fort und es entsteht ein hochvernetzter Lackfilm. Wird das Gel dagegen bei erhöhtem Druck und Temperatur getrocknet so werden Porenflüssigkeiten in einen überkritischen Zustand versetzt und verschwinden aus den Zwischenräumen – es entsteht Aerogel.
Die Beschichtungstechniken, mit denen die Sole auf die Oberfläche gebracht wird, sind je nach Anwendung einsetzbar. Eher niedrigviskose Sole eignet sich für die Tauchbeschichtung. Hier wird das zu beschichtende Material eingetaucht und herausgezogen. Schon während des Herausziehens aggregieren die Solepartikel und es entsteht ein fester Gelfilm. Dabei laufen quasi die oben beschriebenen Reaktionen ab.
Zusätzlich kann die Sol Gel Beschichtung noch mittels Schleuderbeschichtung oder Filmtrocknung aufgetragen werden.

Kunststoffbeschichtung

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Von einer Kunststoffbeschichtung spricht man, wenn eine fest haftenden Schicht Kunststoff auf die Oberfläche eines Werkstückes aufgebracht wird. Der entsprechende Vorgang sowie die aufgetragene Schicht selbst wird auch als Beschichtung (engl. coating) bezeichnet.Die Kunststoffbeschichtungstechnik zählt zu den wichtigsten Fertigungstechniken zur Veredelung von Oberflächen. Überall da, wo Oberflächen der typischen Trägermaterialien wie Metall, Holz oder Kunststoff veredelt werden, findet sie Anwendung. Die angestrebten Oberflächeneigenschaften können dabei sowohl funktionaler oder dekorativer Art sein.

Kunststoffbeschichtungen werden auf ihre spezielle Funktionen im Fertigungsprozeß oder im späteren Einsatz hin entwickelt, angewendet und genutzt. Die Entscheidung für die Anwendung oder Entwicklung einer Oberflächenveredelung durch Beschichtungen mit Kunststoff muss deshalb in dreierlei Hinsicht geprüft und abgesichert werden. Die Kunststoffbeschichtung soll erstens einen möglichst wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Herstellungsprozess ermöglichen. Sie soll zweitens die funktionalen Eigenschaften für die beabsichtigte Anwendung haben. Die Kunststoffbeschichtung soll drittens die gewünschten dekorativen Eigenschaften der Oberflächen erreichen.

Die Optimierung der Anwendungsfunktionen steht am häufigsten im Vordergrund. Hier sind je nach Anwendung Funktionen wie gute Antihafteigenschaften, Traktionserhöhung, Verschleißfestigkeit, Korrosionsfestigkeit, Temperaturbeständigkeit, bestimmte Barriereeigenschaften, sowie elektrische Isolierung und Durchschlagsfestigkeit gefordert.

Nach eingesetzten Kunststoffen und ihren funktionalen Eigenschaften in der Anwendung geordnet, kann man folgende Beschichtungen unterscheiden.

EP ( Epoxidharz) ist von hoher Festigkeit und chemisch beständig.

ECTFE (Copolymer von Ethylen und Chlortrifluorethylen), auch als Halar bekannt, zeichnet sich aus durch gute thermische, chemische und dielektrische Eigenschaften swoie Korrosionsfestigkeit, Gleitfähigkeit, Abriebfestigkeit und gute Barriere-Eigenschaften.

PE (Polyäthylen) ist chemisch beständig, schlag- und stoßfest, verformbar, elektrisch isolierend, korrosionsfest, UV-beständig und hat gute Gleiteigenschaften.

PVDF (Polyvinylidenfluorid), auch unter Kynar bekannt, ist chemisch beständig, mechanisch fest, feuer-, witterungs- und UV-beständig.

Nylon Kunststoffbeschichtungen sorgen für Korrosionsschutz und weisen gute Dichteigenschaften auf.

PA (Polyamid), auch unter Rilsan im Handel, hat eine hohe Elastizität, ist abriebfest und chemikalienbeständig.

PEEK (Polyetheretherketon) zeichnet sich durch gute chemische Beständigkeit aus , und ist darüber hinaus korrosionsbeständig und diffusionsarm.

PFA (Perfluoralkoxy) verbessert die Antihaft- und Gleiteigenschaften, es erhöht die chemische Beständigkeit des beschichteten Trägermaterials.

PTFE (Polyetrafluorethylen), auch unter Xylan, Teflon, SilverStone oder SilverStone Supra bekannt, hat gute Antihaft- und Gleiteigenschaften und ist chemisch beständig.

PPS (Polypenylensulfid) hat eine hohe Wärmebeständigkeit, ein sehr gutes Antihaft-Verhalten und eine gute Abriebfestigkeit.

PTFE Beschichtung: Beschreibung und Einsatzbereiche

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Polytetrafluorethylen (Kurz PTFE, gelegentlich Polytetrafluorethen) ist ein teilkristallines Polymer, zusammengesetzt aus Fluor- und Kohlenstoffatomen. Das Tetrafluoroethylen Molekül ist mit dem des einfachen Ethylens, welches die Basis für den Kunststoff Polyethylen bildet, identisch. Jedoch sind die Wasserstoffatome des Ethylens beim TFE durch Fluoratome ersetzt.

Einsatzbereich von PTFE Beschichtung


Antihaft Beschichtung für Kochgeschirr:

Die bekannteste Anwendung von PTFE Beschichtung ist wahrscheinlich die Antihaft-Beschichtung von Pfannen und Töpfen. Das PTFE selbst haftet auf den Oberflächen, weil das Metall angeraut wird, beispielsweise durch mechanische Prozesse wie das Sandstrahlen oder durch eine chemische Behandlung mit Säuren. Dann wird das PTFE mittels hohem Druck auf die Oberflächen aufgetragen. Gehalten wird es von den zahllosen kleinen Unebenheiten in der Metalloberfläche. Die Bindung des Materials erfolgt somit nur mechanisch, nicht chemisch, daher sind die beschichteten Oberflächen meist nur wenig kratzresistent. Die Oberseite der PTFE Beschichtung bleibt jedoch glatt. Sie verhindert so ein Anbacken des Gargutes.

Auch im industriellen Bereich gibt es jedoch zahlreiche Anwendungen, z.B. als Antihaft Beschichtung für Textilien in der Industrie der Funktionskleidung oder in Formen, die bei der Kunststoffbearbeitung (Herstellung von Formteilen aus Kunststoff bzw. Faserverstärkte Materialien wie GFK und CFK, aber auch in der Dachsanierung, zur Dachbeschichtung miteiner elastischen Acryl Dispersionsbeschichtung.

Im Zusammenhang mit sogenannten „Teflonpfannen“ wird auch häufig ein gesundheitlicher Verdacht auf Krebserregung der Substanzen der Beschichtung geäußert. Aber die gefährlichen fluorierten Verbindungen treten nur bei einer starken Überhitzung des Geschirrs auf (ab Temperaturen von 202 bis 360 °C, je nach Angabenquelle). Deshalb sollte eine beschichtete Pfanne nicht länger als ca. drei Minuten im Leerzustand erhitzt werden. Und im Fall eines Einsatzes auf Induktionsherdplatten wird vom Bundesinstitut für Risikobewertung sogar von einer Erhitzung leerer Pfannen gänzlich abgeraten, da diese zu schnell die kritischen Temperaturen erreichen. Kratzer in der PTFE-Beschichteten Oberfläche sind jedoch ebenso unbedenklich, wie abgelöste Beschichtungspartikel, denn diese werden ohne Gesundheits Konsequenzen wieder ausgeschieden.

Funktionskleidung:

In hauchdünnen Beschichtungen finden PTFE-Folien auch unter der Handelsmarke Gore-Tex (des Chemiekonzerns DuPont de Nemours) Verwendung, als sogenanntes Gore-Tex-Laminat. Dessen Membran besitzt feine Poren, die zu klein sind, um Wasser in flüssiger Form durch zulassen, aber für Wasserdampf durchlässig sind. Daraus werden „atmungsaktive“, aber Wasser- und winddichte Kleidungsstücke hergestellt (z. B. Jacken, Schuhe und sogar Socken), die trotz hoher Dichte das Entweichen der Hautfeuchtigkeit möglich machen.

Antibakterielle Oberflächen

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Gefahren durch Bakterien und Keime lauern überall, angefangen beim heimischen Kühlschrank, über Türgriffe und Angriffsflächen im Sportcenter, Computertastaturen und Spielzeugoberflächen im Kindergarten bis hin zu den superresistenten, gefährlichen Keimen in Kliniken und Krankenhäusern.

Die antiseptischen Eigenschaften von Kupfer, Silber, Emaille und funktionalisierten Sol-Gel-Systemen, also keimtötende Oberflächenbeschichtungen, werden eingesetzt, um in den vielfältigen Bereichen unseres Lebens mehr Sicherheit vor schädlichen Bakterien und Keimen zu erreichen.

So lassen sich mit Hilfe von Kupfer entsprechende Materialeigenschaften und Oberflächenbeschichtungen realisieren. Die Oligodynamie, die schädigenden Wirkungen von metallischen Kationen auf die Lebenskraft organischer Zellen, wird benutzt, um beispielsweise medizintechnische Kunststoffe sowie die Oberflächenbeschichtung von Kühlschränken keimabtötend zu gestalten. Glas, Metall, Plast oder diverse Naturmaterialien lassen sich mit Hilfe effektiver Nano-Technologien mit einer hochdichten Beschichtung versehen.

Neben der antiseptischen Wirkung des Kupfers wird diese Eigenschaft auch bei Silber benutzt. Antibakterielle / antimikrobielle Oberflächen realisiert man durch nanotechnologisches Beschichten oder die Beimischung von Silberpartikeln bei der Produktion verschiedenster Werkstoffen bis hin zu Textilien. Silberionen werden freigesetzt und entfalten ihre antibakterielle Wirkung kontinuierlich.

Die Ausstattung von Gegenständen mit keimtötenden Eigenschaften wird auch mit modernsten Emaillierungsverfahren erreicht. Speziell Aluminium oder Stahl werden mit effizienter moderner Technologie emailliert. Neben der antibakteriellen Beschichtung, die ihrer hohen Dichte wegen auch extrem kratzfest, korrosions, wetter- und temperaturbeständig sowie weitgehend chemisch resistent ist, lassen sich bei Emaille viele Einfärbungen realisieren.

Eine antibakterielle Beschichtung kann transparent und glasähnlich sein. Sie ist mittels verschiedener Verfahren applizierbar. Auch unterschiedlich matte bis hochglänzende und dekorative Oberflächenstrukturen lassen sich erzielen, beim Berühren können diese Oberflächen mit einer weichen, warmen Anmutung versehen werden.

Die nanotechnologischen Verfahren , beispielsweise das Sprühen oder Tauchen, sind flexibel und kostengünstig.

Hygienisch, sinnvoll und effektiv sind die erzielbaren antibakteriellen Materialeigenschaften und Oberflächenbeschichtungen in nahezu allen Bereichen unseres Lebens.