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2 Stand der Forschung
Bei der Plasmatechnik handelt es sich um eine Querschnittstechnologie, die ein breites Anwendungsspektrum hat. Sie wird bei der Oberflächenbehandlung zum Aktivieren, Reinigen, Entkeimen, Beschichten, Ätzen oder Nitrieren genutzt [2]. Aufgrund ihres breiten Anwendungspotenzials gehört sie zu einer Schlüsseltechnologie, mit der Innovationslösungen geschaffen werden können. "Sie findet überall dort Anwendung, wo es auf Qualität, Produktivität, Umweltverträglichkeit, Präzision und Flexibilität ankommt" [3]. Plasmaunterstützte Prozesse gewinnen immer mehr an Bedeutung. Dies zeigt auch die jährliche Wachstumsrate der Anbieter der Plasmatechnologie von 15 Prozent [4]. In dieser Diplomarbeit werden Anlagen der Firma Diener electronic verwendet. Auch diese Firma hat sich in den letzten Jahren stark vergrößert. Ihr Atmosphärendruckplasmagerät ist seit etwa einem Jahr auf dem Markt. "Der Markt für Erzeugnisse der industriellen Plasmaoberflächentechnik wird von kleinen und mittelständischen Unternehmen dominiert. Nach Schätzungen des VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.) gibt es rund 30 Firmen in diesem Segment." [5]. den Zu Wettbewerbern am Markt zählen außer der Diener electronic GmbH + Co. KG unter anderem noch: Plasma-finish GmbH, Plasmatreat GmbH, PLASMA ELECTRONIC GmbH, TIGRES Dr. Gerstenberg GmbH, Reinhausen Plasma GmbH, PVA TePla AG und Plasma Technik Grün GmbH. Bei der Plasmatechnik werden unterschiedliche Effekte wie Mikro-Sandstrahlen oder chemische Reaktionen des Plasmas mit dem Werkstoff ausgenutzt [6]. Zurzeit werden Plasmaprozesse überwiegend im Niederdruckbereich durchgeführt. Diese Technologie wird zum Beispiel erfolgreich bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen (Plasmaätzen) und bei Beschichtungsverfahren eingesetzt [7]. Sie ist schon gut erforscht und bekannt. Aber auch die Anwendung von Atmosphärendruckplasmen gewinnt immer mehr an Bedeutung, da keine aufwändige Vakuumtechnik benötigt wird. Es können unpolare Kunststofffolien vor dem Bedrucken mit einem Plasma behandelt werden, damit sie später besser benetzbar bzw. bedruckbar sind. Aber auch andere Werkstoffe wie Holz können mit Atmosphärendruckplasmen behandelt werden. An der Fachhochschule Hildesheim / Holzminden / Göttingen wurde beispielsweise ein Prototyp für die Holzoberflächenmodifikation mittels Atmosphärendruckplasma entwickelt [8].
Das Patent "Method for modifying wooden surfaces by electrical discharges at atmospheric pressure" mit Prof. Dr. rer. nat. habil. Wolfgang Viöl als Erfinder und Anmelder wurde am 01.12.1999 angemeldet [9]. Außerdem gibt es für die Verwendung von Atmosphärendruckplasmen zur Behandlung organischer Stoffe einige Patente wie das Patent "Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung eines Finger- und Fußnagels für eine Beschichtung, insbesondere Lackierung" [10]. Hier könnten auch noch viele weitere Patente und Arbeiten genannt werden. Es ist ein großer Vorteil der Atmosphärendruckplasmatechnologie, dass sie kontinuierlich in einen Prozess der Massenproduktion integrierbar ist. Bei Atmosphärendruck lassen sich verschiedene Plasmen betreiben:
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"klassische Corona-Entladungen mit feinen Drähten oder Spitzen als Elektroden,
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dielektrische Barrieren-Entladungen, oft vereinfacht auch als Corona-Entladungen bezeichnet,
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heiße Bogenentladungen oder elektrische Funken und
- im weiteren Sinne auch Flammen als thermisch aktivierte Plasmen.
Im Gegensatz zu Bogenentladungen oder Flammen zeichnen sich Corona-Entladungen und Barrieren-Entladungen dadurch aus, dass die Gastemperaturen nur geringfügig oberhalb der Umgebungstemperatur liegen" [11]. Die Verwendung von Plasmatechnik im Atmosphärendruckbereich erschließt auch die Entwicklung von tragbaren und kleinen Geräten. Die Plasmatechnik ist eine umwelt- und energieschonende Technologie, da sie beispielsweise bei geringen Prozesstemperaturen arbeitet und für die Oberflächenbehandlung keine Chemikalien mehr eingesetzt werden müssen [12]. Mit wenigen Ressourcen, wie beispielsweise Umgebungsluft, entstehen bemerkenswerte Resultate. Die Literaturrecherche zum Thema "Vergleichende Untersuchungen zu Niederdruckplasma und Atmosphärendruckplasma" hat ergeben, dass es anscheinend noch keine vergleichbaren Untersuchungen gibt. Es existiert allerdings eine Präsentation der Firma Plasmatreat GmbH. In dieser Studie wird auf einer Folie ein Vergleich zum Niederdruckplasma gezogen, jedoch steht hier die Atmosphärendruckplasmatechnologie der Firma im Vordergrund [13]. Im Vorlesungsskript der Vorlesung "Grundlagen und Verfahren der Klebtechnik WS 2005/2006" des Institutes für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF) der RWTH Aachen sind sehr kurz Vor- und Nachteile verschiedener Oberflächenvorbehandlungsverfahren genannt [14].
An der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften der RWTH Aachen wurde eine Dissertation mit dem Titel "Plasmaunterstützte Oberflächenmodifikation von Polypropen" geschrieben [15]. In dieser Arbeit wird auf die Oberflächenmodifikation mittels einer Glimmentladung und einer Barriere-Entladung eingegangen. Dabei steht aber die Veränderung der Eigenschaften des Polypropens im Vordergrund und nicht der Vergleich der beiden Plasmaquellen.
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