Spojte plast a kov pevne a antikoróznym spôsobom
Bezpečné, odolné voči médiám a korózii odolné spojenie medzi kovom a plastom má čoraz väčší význam, najmä pri ľahkých konštrukciách. (Zdroj obrázku: Akro-Plastic)
Hybridné komponenty sú obzvlášť rozšírené v automobilovom priemysle, pretože ideálne kombinujú pozitívne vlastnosti použitých materiálov a otvárajú tiež možnosti redukcie hmotnosti. Okrem riešení z čistého plastu vyrobených z kombinácie termoplastických a organických fóliových alebo UD pások (jednosmerné pásky) majú v dnešnej dobe pevné miesto v mnohých aplikáciách najmä hybridné komponenty, v ktorých sú kovové časti pretlačené plastom.
Tieto komponenty sú veľmi často vystavené zaťaženiu v ohybe. Vonkajšie vrstvy musia absorbovať najväčšie zaťaženie, zatiaľ čo neutrálne vlákno zostáva nezaťažené. Preto sa robia pokusy navrhnúť komponent tak, aby bol čo najpevnejší v okrajových vrstvách. V prípade komponentov, ktoré sú úplne vyrobené z plastu, je možné konštrukciu dosiahnuť iba zahustením alebo rebrovaním okrajových vrstiev a zaberá tak väčší inštalačný priestor.
Spojte plast a kov
Metódou, ktorá šetrí priestor, je konštrukcia hybridného komponentu z kovu a plastu. Kov zaisťuje vysokú tuhosť v okrajovej vrstve a plast svojou nízkou hustotou prispieva k výraznému zníženiu hmotnosti a vďaka svojej húževnatosti prenáša šmyk zavedený do súčasti - za predpokladu optimálneho spojenia kombinácie materiálov.
Aj keď je celý proces dobre zvládnutý z hľadiska výrobnej technológie, slabou stránkou zostáva spojenie medzi plastom a kovom. Ak sa má z dlhodobého hľadiska dosiahnuť vyššia pevnosť kompozitu plast-kov, mohli by sa otvoriť nielen ďalšie oblasti použitia, ale mohli by sa využiť aj výhody existujúcich komponentov.
Plazmatický nanopovlak zaisťuje lepšiu priľnavosť
Základná myšlienka vytvorenia adhézie medzi plastom a kovom nie je nová. Existujú dva zavedené postupy:
V tradičnom postupe sa promotor adhézie nanáša v procese práškového nanášania, takže predbežne upravený kov môže vytvárať adhéziu k rôznym plastom. Pri izbovej teplote sa dosahujú pevnosti až 12 MPa.
Plazmová dýza aplikuje predchodcu. (Zdroj obrázku: Akro-Plastic)
V druhom procese, Nano Molding Technology (NMT), je povrch kovu leptaný vhodnou kyselinou, takže vznikajú malé „krátery“. Tieto sa potom plnia ľahko tečúcimi termoplastickými zmesami, ktoré mechanicky spájajú plast a kov. Týmto sa dosiahnu hodnoty pevnosti až 30 MPa, ale výber materiálov je veľmi obmedzený.
Pred viac ako 20 rokmi zaviedla spoločnosť Plasmatreat z Vestfálska vo Steinhagene predúpravu povrchov plazmou za atmosférického tlaku v priemyselnej výrobe prostredníctvom vývoja plazmových dýz a vynálezu plazmovej technológie Openair. Asi o 10 rokov neskôr spoločnosť s vývojom technológie Plasmaplus uspela aj v prvej sérii aplikácií funkčných plazmových nanopovlakov na svete za normálneho tlaku. Cielený ďalší vývoj tejto technológie vyústil do nových aplikácií, ako je proces plazmového tesnenia (PST). Umožňuje spojenie medzi plastom a kovom s výrazne vyššími pevnosťami a únikmi v porovnaní s konvenčnými procesmi.
Plazmatická polymerizácia prekurzora
V prvom kroku je povrch kovu jemne vyčistený plazmou Openair a potom - pomocou druhej plazmovej dýzy - v procese PST plazmovou polymerizáciou špeciálne vybraného prekurzora opatrený vrstvou podporujúcou adhéziu a chrániacou proti korózii (pozri obrázok 1).
Testovacie zariadenie v kompetenčnom centre pre spracovanie plastov v Niederzissene (zdroj: Akro-Plastic)
V závislosti na použitom prekurzore môže mať vrstva rôzne chemické štruktúry, a preto ju možno prispôsobiť špecifickým požiadavkám aplikácie. Pretože si to vyžaduje know-how z plazmového procesu, ako aj zo strany technológie plastov, spoločnosť nadviazala spoluprácu so spoločnosťou Akro-Plastic, zložkou technických plastov z Niederzissenu, Porýnie-Falcko. Cieľom tejto spolupráce je byť schopný presne preskúmať vplyv prekurzorov a zlúčenín plastov na trvanlivosť spojenia plast-kov. Za týmto účelom zmiešavač nainštaloval kompletnú výrobnú bunku pre hybridné komponenty pozostávajúcu zo vstrekovacieho stroja od spoločnosti Sumitomo SHI Demag, systému PST na kľúč od spoločnosti Plasmatreat a dvoch robotov Kuka. Systém bol integrovaný do existujúceho kompetenčného centra pre spracovanie plastov v závode Niederzissen (pozri obrázok 2).