10 Mars 2017  |  Technique des plasmas
Publié dans Oberflächen POLYSURFACES 06/2016

Nasschemisch versus trockenchemisch

Simone M. Fischer

Dans les pièces métalliques pulvérisées avec des polymères, dont la surface doit ensuite être usinée, les résidus d’agents de démoulage doivent être éliminés. Que cela s’effectue par voie sèche ou par voie humide, dépend de plusieurs facteurs.

Bei mit Polymeren überspritzten Metallteilen, die in einem weiteren Prozess oberflächentechnisch zu bearbeiten sind, müssen Reste von Formtrennmitteln entfernt werden. Ob dies in einem nass- oder trockenchemischen Reinigungsprozess erfolgt, hängt von verschiedenen Faktoren ab.

Werden Metallteile in einem weiteren Fertigungsschritt mit Polymeren überspritzt, so wird die Form, in der dies durchgeführt wird, in der Regel mit Formtrennmitteln beaufschlagt. Diese können beispielsweise wasserbasierend wachshaltig oder auch wachsfrei sein. Werden die Teile anschliessend werkzeugfallend verbaut oder zerspanend weiterverarbeitet, dann ist es in der Regel unerheblich, ob und mit welchem Formtrennmittel gearbeitet wird. Erfolgt jedoch eine Oberflächenveredelung durch Lackieren oder Bedrucken, wirken sich diese Substanzen haftungsvermindernd aus, und es ist ein Reinigungsschritt erforderlich.
Doch welcher Reinigungsprozess passt zum angestrebten Beschichtungsprozess? Diese Frage lässt sich leider nicht ad hoc beantworten, sondern muss durch Versuchsreihen mit verschiedenen Reinigungsverfahren erarbeitet werden. Egal welches Reinigungsverfahren am Ende des Validierungsprozesses steht, es muss aus wirtschaftlichen Gründen immer der Grundsatz «so sauber wie nötig, nicht so sauber wie möglich» beachtet werden.
 
Blick in die Niederdruckplasma-Kammer während der Feinstreinigung der Laufrollen. (Bilder: plasma technology GmbH)
 
 
Nass oder trocken?
Ist der Reinigungsschritt unumgänglich, so wird zunächst in Richtung nasschemischer Reinigung gedacht, denn die Rückstände der Formtrennstoffe lassen sich häufig mit lösemittelhaltigen Reinigern effektiv entfernen. Allerdings kann es nach einer Nassreinigung, wenn der Trocknungsschritt nicht sachgemäss durchgeführt wurde, in kurzer Zeit zur Bildung von Rost kommen. Dieser wirkt sich ebenfalls ungünstig auf die Lackhaftfestigkeit aus und muss mechanisch entfernt werden.
Ist im Unternehmen bereits eine nasschemische Reinigung im Einsatz, so wird diese in der Regel auch für die weiteren Produkte verwendet. Wird der Reinigungsprozess jedoch neu eingeführt, dann muss in der heutigen Zeit der Blick auch über den Tellerrand hinaus zu den trockenchemischen Prozessen erfolgen, denn REACH, aktuelle VOC-Richtlinie und Mitarbeiterschutz gebieten dies.
Eine gute Alternative bietet die trockenchemische Reinigung von überspritzten Gussteilen im Niederdruckplasma, wenn zuvor eine Grobreinigung erfolgt beziehungsweise wie im genannten Fall die Menge an organischen Verschmutzungen verhältnismässig gering ist. Bei der Feinstreinigung in einer Plasmaatmosphäre bilden sich als Reaktionsprodukte lediglich die leicht flüchtigen Gase CO2und H2O, die beide mit dem durchlaufenden Arbeitsgasstrom aus der Vakuumkammer entfernt werden.
Im aktuellen Fall sollen Rollen nach dem Aufbringen der Lauffläche nach Kundenwunsch lackiert werden. Da diese bisher nicht beschichtet wurden, war ihre Reinigung nicht erforderlich. Die Lackhaftfestigkeit nach den ersten Lackierversuchen war negativ, und somit stand fest, dass ohne einen abgestimmten Reinigungsschritt die Anforderungen nicht zu erfüllen waren. Zunächst wurde manuell eine nasschemische Reinigung durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse schwankten sehr stark, und die Prozesssicherheit war nicht gegeben. Daher wurde als Alternative die Reinigung der Rollen im Niederdruckplasma getestet.
 
Bild 1: Der labs-Test in Ordnung, gut benetzende Oberfläche (links); der labs-Test ist negativ, die applizierte Lackschicht zeigt Benetzungsstörungen (rechts).
 
 
Den Gegner identifizieren
Um zunächst ein Gefühl für die vorhandene Verschmutzung zu erhalten, wurde das Laufrad vor der Plasmafeinstreinigung einem labs-Test unterzogen. Dieser dient dazu lackbenetzungsstörende Substanzen an der Bauteiloberfläche festzustellen. Bei der Versuchsdurchführung werden zunächst die kritischen Flächen des Bauteils mit einem labs-lösenden Lösemittelgemisch auf eine Glasplatte abgespült. Nachdem die Lösemittel abgedunstet sind, wird die Testplatte mit einem Sprühlack lackiert. Zeigt die Lackschicht Benetzungsstörungen und Krater, so befinden sich labs-haltige Substanzen an der Bauteiloberfläche (Bild 1, rechts). Ist diese labs-frei, so ist das Lackbild in Ordnung, das heisst, es bildet sich eine geschlossene Lackschicht (Bild 2, links). Ist es von Interesse, die benetzungsstörende Substanz/en zu kennen, dann kann/können diese mit physikalisch-chemischen Oberflächenanalysen charakterisiert werden.
Die hellen Punkte in Bild 1 zeigen deutlich, dass an der Oberfläche des Laufrades lackbenetzungsstörende Substanzen vorhanden sind, die entfernt werden müssen. Daher wurde eine Versuchsreihe mit unterschiedlichen Einwirkzeiten des Plasmas durchgeführt, um wirklich alle Verunreinigungen zu erfassen und zu entfernen. Die Feinstreinigung im Plasma ist ein Zusammenspiel aus Prozesszeit und -gas, Gaszufuhr und -abfuhr sowie der vorhandenen UV-Strahlung. Durch die Variation der Prozesszeit wurde ein Parametersatz ermittelt, welcher das Ergebnis des nach der Lackierung durchgeführten Gitterschnittes von GT 5 (nicht in Ordnung; Bild 2) auf GT 0 (in Ordnung; Bild 3), dem geforderten Wert, verbessert hat.
 
Bild 2: Die Lackhaftfestigkeit auf der Laufrolle ist im unbehandelten Zustand ungenügend.
Bild 3: Die Oberfläche der Laufrolle wurde im Niederdruckplasma feinstgereinigt. Die Lackhaftfestigkeit ist nun gegeben.
 
 
Rundum und reproduzierbar
Da die Plasmaatmosphäre durch das anliegende Vakuum die Bauteiloberfläche komplett umschliesst, werden die beiden Seiten des Laufrades gleichmässig erfasst. Über das Kammervolumen und die Grösse der Vakuumpumpe wird der Feinstreinigungsschritt so ausgelegt, dass die Rollen im Takt der Lackieranlage zur Verfügung gestellt werden. Die Übergabe kann manuell oder vollautomatisiert durch ein Handling erfolgen.
Die Niederdruckplasmatechnik hat sich bei den Laufrollen für die metallischen Flächen als verlässliches Reinigungsverfahren durchgesetzt. Durch den automatisch ablaufenden Plasmaprozess werden reproduzierbare Ergebnisse erzielt, so dass bereits im Beschichtungsprozess für die Laufrollen alles rund läuft.
 
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