5. Zusammenfassende Diskussion

Die durchgeführten Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit haben gezeigt, wie unterschiedlich sich ein O₂-Plasma auf verschiedene Kunststoffoberflächen auswirkt.

Die Kunststoffe PE, PC, ABS und PBT können in einer Niederdruckplasmaanlage bei einem Druck von 0,3 mbar aktiviert werden. Dies konnte anhand der Spreitung des Wassertropfens bei der Kontaktwinkelmessung direkt im Anschluss an die Aktivierung beobachtet und gemessen werden.

PMMA konnte mit den zuvor genannten Bedingungen nicht so gut aktiviert werden, wie die bereits angesprochenen Kunststoffe. Die Ergebnisse des Kontaktwinkels, die direkt im Anschluss an die Aktivierung ermittelt wurden, lagen deutlich höher, als bei den übrigen Kunststoffen. Auswirkungen dieser Kontaktwinkelergebnisse auf die Lackhaftung konnten jedoch nicht festgestellt werden. Bei der Zugscherprüfung konnte PMMA nicht berücksichtigt werden, da mit den zur Verfügung stehenden Mitteln keine Zugstäbe hergestellt werden konnten. Somit kann für diesen Kunststoff keine Aussage getroffen werden, ob sich die Ergebnisse der Kontaktwinkelmessung auch auf die Adhäsion des Klebstoffes auswirkt. Die Aussage, dass PMMA nicht mit den verwendeten Bedingungen aktiviert werden kann, stützt sich nur auf die Ergebnisse der Kontaktwinkelmessung.

Bei PP konnte, im Vergleich zu PMMA, mit den durchgeführten Untersuchungen gezeigt werden, dass dieser Kunststoff nicht mit einem O₂-Plasma bei den verwendeten Bedingungen zu aktivieren ist. Die hohen Werte des Kontaktwinkels finden ihre Entsprechung in der praktisch nicht vorhandenen Adhäsion des eingesetzten Klebstoffes bei der Zugscherprüfung. Bei der Gitterschnittprüfung zeigten sich ebenfalls Abplatzungen der Lackschicht, die diese Aussage wiederum untermauern.

In dieser Arbeit hat sich die bereits bekannte Erkenntnis bestätigt, dass eine Plasmaaktivierung zeitnah vor den weiteren Behandlungsschritten durchgeführt werden sollte. Bei allen untersuchten Kunststoffen erhöhte sich der Wert des Kontaktwinkels mit zunehmender Auslagerungsdauer. Die damit verbundene Erniedrigung der Oberflächenenergie zeigte sich bei der Zugscherprüfung und dem Gitterschnitttest.

Die Verringerung der Oberflächenenergie verläuft am stärksten in den ersten 24 Stunden der Auslagerung. In dieser Zeit erhöhte sich der Wert des Kontaktwinkels bei allen untersuchten Kunststoffen sehr stark. Über den weiteren Auslagerungszeitraum blieb der Wert des Kontaktwinkels bei PE, PP, PC, PMMA auf hohem Niveau annähernd konstant. ABS und PBT zeigten den vermuteten Verlauf des kontinuierlichen Anstiegs des Kontaktwinkes über den betrachteten Auslagerungszeitraum.

Der Anstieg des Kontaktwinkes zeigte eine Entsprechung in der Abnahme der Adhäsion des Klebstoffes, was durch die Zugscherprüfung festgestellt werden konnte. Bei PE, PC, ABS und PBT sank die Zugscherfestigkeit über den untersuchten Auslagerungszeitraum kontinuierlich ab, was die Ergebnisse der Kontaktwinkelmessung bestätigt. Obwohl PP und PMMA nicht aktivierbar sind, zeigten auch sie diesen Verlauf.

Bei der Kontaktwinkelmessung haben nur die zuvor für 30 Sekunden aktivierten Proben den Trend der abnehmenden Lackhaftung über den Auslagerungszeitraum gezeigt. Bei den übrigen untersuchten Behandlungszeiten zeigten sich große Schwankungen des Gitterschnittkennwertes über den Auslagerungszeitraum. Dies kann durch die mangelnde Erfahrung des Verfassers dieser Arbeit mit der eingesetzten Methode erklärt werden, da die Vergabe der Kennwerte durch optische Begutachtung und Vergleich erfolgte, was eine gewisse Erfahrung in diesem Gebiet voraussetzt.

Die Wahl des Auslagerungsmediums, in dieser Arbeit wurden PE-Beutel und Alufolie verwendet, zeigten keinen erkennbaren Einfluss auf die Stabilität der plasmaaktivierten Oberflächen. Die Werte des Kontaktwinkels haben gezeigt, dass kein signifikanter Unterschied zwischen den Proben die in PE-Beuteln und denen die in Alufolie gelagert wurden, besteht. Der Einfluss von UV auf die behandelten Kunststoffoberflächen sollte durch die Verwendung der verschiedenen Auslagerungsmedien untersucht werden.

Weiterhin hat sich in dieser Arbeit gezeigt, dass kein erkennbarer Einfluss der Behandlungsdauer vorliegt, obwohl bei unterschiedlichen Behandlungszeiten die Kunststoffoberfläche mehr oder minder stark verändert wird. Durch die Kontaktwinkelmessung hat sich jedoch gezeigt, dass die Werte des Kontaktwinkels nach der Aktivierung sehr dicht beieinander liegen, wodurch kein Einfluss vorliegt.

In dieser Arbeit traten an einigen Stellen Besonderheiten und Abweichungen auf, die genaure Untersuchungen notwendig machen würden.

Bei der Kontaktwinkelmessung hat sich gezeigt, dass der Wert des Kontaktwinkels nach einem Tag Auslagerung sehr stark ansteigt. Somit wären in diesem Zeitraum mehrere Kontaktwinkelmessungen erforderlich, um festzustellen, wie schnell dieser Anstieg vonstatten geht, und wie sich dieser auf die Zugscherung und die Lackhaftung auswirken wird.

Ebenfalls interessant wäre eine Nachmessung mit einer „idealen Oberfläche“. Dadurch könnte herausgefunden werden, wie stark sich Kratzer und Riefen auf die Kontaktwinkelmessergebnisse auswirken. Ausführlich dargestellt ist dies in Kapitel 4.4.

Weiterhin wäre die Verwendung von praxisnahen Lacken interessant. Der in dieser Arbeit verwendete Airbrushlack hat auch auf den nicht aktivierten Proben, je nach Kunststoff, gute Kennwerte erbracht. Da ein Airbrushlack in der Praxis selten verwendet wird, wären Tests mit verschiedenen Nasslacken hilfreich.

Im Fall der Zugscherfestigkeit wurde aufgrund der Vergleichbarkeit der 2-Komponenten-Klebstoff der Firma DELO eingesetzt. Da es sich bei diesem Klebstoff um einen universell einsetzbaren handelt, wäre eine Untersuchung mit kunststoffoptimierten Klebstoffen ebenfalls interessant.

Abschließend kann festgehalten werden, dass die in der Aufgabenstellung (Kap. 1.2) dargelegten Überlegungen mit den ermittelten Messergebnissen bestätigt werden konnten. Eine Auslagerung von plasmabehandelten Kunststoffoberflächen ist aufgrund der vorliegenden Ergebnisse deshalb nicht empfehlenswert. Eine möglichst zeitnahe Vorbehandlung sollte weiterhin durchgeführt werden.

Die eingangs erwähnte Langzeitstabilität plasmaaktivierter Kunststoffoberflächen konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht festgestellt werden.

Quellenverzeichnis

[VOG95]: Gerthsen Physik
Helmut Vogel
Axel Springer Verlag, 20. Auflage, Freising 1995

[DOER94]: Grenzflächen und Kolloidchemie
Hans-Dieter Dörfler
VCH Verlagsgesellschaft, Dresden 1994

[DEL02]: DELO Industrie Klebstoffe
Bond it, Nachschlagewerk zur Klebetechnik

3. Auflage, Landsberg/Lech 2002

[SCHL04]: Grundlagen und Verfahren der Klebetechnik
Markus Schleser, ISF der RWTH Aachen
Skript zur Vorlesung, Aachen 2004

[MEY05]: Charakterisierung Plasmamodifizierter Elastomeroberflächen
Thorsten Meyer

Dissertation, Universität Osnabrück, September 2005

[HEL89]: Werkstoffführer Kunststoffe
Hellerich/Harsch/Hänle
5. Auflage, Carl Hanser Verlag München 1989

[WIKI]: http://de.wikipedia.org