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Material

Entwicklung maßgeschneiderter Compounds
Neben klassischen Thermoplasten wie Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyestern, Polyamiden, Polycarbonaten oder Styrolcopolymeren sowie deren Blends forschen wir an der Entwicklung von Biopolymeren, Wood Polymer Composites (WPC), Hochleistungskunststoffen, Nanocomposites und thermoplastischen Elastomeren (TPE).

Prozess

Verarbeitung und Weiterbearbeitung von Kunststoffprodukten
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.

Messtechnik

Fehler entdecken und Gefahren minimieren
In der Kunststoffindustrie werden unterschiedliche Prüfmethoden zur Prozessüberwachung und Bauteilprüfung eingesetzt. Sie helfen bei der Schadensanalyse, Qualitätskontrolle und Produktüberwachung. 

Kreislaufwirtschaft

Auch im Abfall stecken wertvolle Rohstoffe
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.

Digitalisierung

Analog war gestern – Industrie 4.0 ist die Zukunft
Die Digitalisierung ist ein Eckpfeiler der modernen Industrie. Sie birgt ein enormes Potenzial, um die Leistungen in der Produktion deutlich zu steigern und damit die Wettbewerbsfähigkeit in Deutschland zu stärken.

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Oberflächentechnik

Oftmals hängt die Produktqualität von einer entscheidenden Größe ab – der Qualität der Oberfläche. Diese durch die richtigen Einstellungen im Verarbeitungsprozess zu erzielen, stellt häufig eine Herausforderung dar. Stippenbildung, Schlieren, Kratzer oder sogar eine falsche Auslegung der Oberfläche können aber bereits in der Entwicklungsphase vermieden werden.

In der Kunststoffverarbeitung gibt es zudem zahlreiche weitere Beispiele für Grenzflächenphänomene. Hierzu zählen Oberflächenbehandlungen zur Steigerung der Benetzung von Lacken, Beschichtungen und Klebstoffen, Adhäsionskräfte beim Kleben und Lackieren, das Entformungsverhalten beim Spritzgießen, Schmelzrückstände beim Heizelementschweißen sowie Reib- und Verschleißeigenschaften von Kunststoffen. Alle diese Phänomene lassen sich durch Charakterisierung der mechanischen Oberflächenstruktur, der chemisch-physikalischen Oberflächeneigenschaften, Materialzusammensetzung und der Adhäsionskräfte beschreiben und somit auch durch die Veränderung dieser Parameter gezielt beeinflussen. Neben den Forschungs- und Dienstleistungstätigkeiten in den beschriebenen Schwerpunkten wird der Transfer der Ergebnisse durch Fachtagungen, Kurse und Lehrgänge abgerundet.

Durch unsere umfangreiche Ausstattung sowie unser breites Know-How helfen wir Ihnen gerne weiter. Informieren Sie sich hier über unsere Aktivitäten in diesem Bereich.
 

M.Sc. Michael Heilig
Gruppenleiter | Kleben und Oberflächentechnik
Würzburg
m.heilig@skz.de

Dienstleistungen

Adhäsions- und Haftfestigkeitsprüfungen

Für Lacke, Farben, Beschichtung oder Klebstoffe stellt die Benetzung sowie die Adhäsion zu Substraten ein entscheidendes Qualitätskriterium dar. Wir prüfen im Auftrag unserer Kunden Verbundfestigkeiten von Beschichtungs- und Klebsystemen, um geeignete anwendungsspezifische Materialkombinationen zur ermitteln. 

Beschichten und Lackieren

Oberflächenbeschichtungen werden hauptsächlich zum Schutz, für dekorative oder funktionelle Zwecke eingesetzt. In den meisten Fällen ist es aber eine Kombination dieser. Der Begriff „Funktionelle Beschichtungen“ beschreibt ein System, das neben den klassischen Eigenschaften (Schutz, Dekoration) auch andere funktionelle Eigenschaften besitzt. Am EZD ist sowohl das Knowhow als auch die Ausstattung vorhanden, um die Lackformulierungen zu modifizieren, die neuen Lacke zu applizieren und die fertigen Schichten zu analysieren. Somit kann die komplette Prozesskette des Beschichtungsprozesses abgedeckt werden. Dies gilt sowohl für Nasslack als auch für Pulverbeschichtungen.

Kontakt:
Andreas Schneider (EZD) | +49 9287 99880-16 | a.schneider@skz.de

Grenzflächenphänomene

Neben dem Lackieren, Beschichten und Kleben gibt es in der Kunststoffverarbeitung zahlreiche weitere Beispiele für Grenzflächenphänomene. Das Entformungsverhalten beim Spritzgießen, Schmelzrückstände am Heizelement beim Kunststoffschweißen oder Wandgleiten bei der Kunststoffextrusion stellen nur einen Auszug dar. Wir bieten Ihnen entsprechend Unterstützung bei Fragestellungen hinsichtlich Grenzflächenphänomenen an.

Oberflächenanalyse

Die Kenntnis über den Zustand einer Kunststoffoberfläche ist essenziell, um Oberflächen zu funktionalisieren oder mögliche Oberflächenfehler zu detektieren. Am SKZ stehen eine Vielzahl an Mess- und Prüfmethoden zur Charakterisierung der Oberflächenstruktur und Topografie, der Chemie der Oberfläche mit funktionellen Gruppen sowie viele weitere mechanische und physikalische Oberflächeneigenschaften zur Verfügung.

Oberflächenbehandlung

Die Benetzung und Adhäsion von Kunststoffen durch Farben, Lacken, Beschichtungen und Klebstoffen kann durch verschiedene Oberflächenbehandlungen gesteigert werden. Hierbei wird zwischen mechanischen sowie chemischen und physikalischen Oberflächenbehandlungsmethoden unterschieden. Am SKZ stehen verschiedene Behandlungsverfahren für Vorversuche zur Verfügung. 

Qualitätssicherung und Inline-Prüfverfahren

Am SKZ werden nicht nur Laborprüfungen hinsichtlich der Oberflächenanalyse eingesetzt, sondern auch stetig Inline-Qualitätssicherungsmethoden entwickelt und validiert. Wir unterstützen Sie bei der der Auswahl, Beschaffung und Entwicklung von Inline-, Online- oder Atline-Messverfahren hinsichtlich Farbe, Glanz oder Oberflächendefekten aller Art.

Reibung und Verschleiß

Für viele Anwendungsbereiche sind die tribologischen Eigenschaften von Kunststoffen von zentraler Bedeutung. Die Kenntnis über das Reibungs- und Verschleißverhalten ist für mechanisch bewegte Systeme unabdingbar. Anforderungen, die dabei häufig an die Materialien gestellt werden, sind ein niedriger Reibkoeffizient für einen geringen Energieverbrauch und eine gute Verschleißfestigkeit, um Wartungsintervalle zu verlängern. Diese Kenngrößen können durch anwendungsnahe Systemprüfungen oder Standardmessverfahren bestimmt werden.

Weiterbildung und Networking

Als Experten auf dem Gebiet der Kunstststofftechnik sind wir bestrebt, unser jahrzehntelang erworbenes Wissen an unsere Kunden weiterzugeben. Von der Materialentwicklung über Fertigungsprozesse bis hin zur Anwendung verschiedener Prüf- und Messmethoden – in unseren zahlreichen praxisorientierten Kursen erwerben Sie als Teilnehmer das nötige Wissen im Umgang mit dem Werkstoff Kunststoff. Dies beginnt bei der Wahl der richtigen Werstoffe und der Einhaltung fertigungsgerechter Konstruktionsregeln, ersteckt sich über die richtige Handhabung von Geräten und Maschinen zur Herstellung und Bearbeitung von Kunststoffbauteilen und endet beim richtigen Verständnis von Qualitätskriterien und dem damit verbundenen Einsatz von Prüf- und Messwerkzeugen.
Die Zusammenführung von Menschen aus unterschiedlichen Bereichen des Unternehmens sowie aus unterschiedlichen Brachen zum Austausch von Erfahrungen und fachlichem Know-how steht neben der reinen Wissensvermittlung für uns ebenfalls an vorderster Stelle. Unsere zahlreichen Fachveranstaltungen bilden dabei den idealen Ort für einen freien Austausch von Gedanken. Renommierte Referenten aus unterschiedlichsten Branchen und exzellente Fachvorträge machen die SKZ-Fachtagungen zu beliebten Treffpunkten innerhalb der Kunststoffbranche.

Zum Bereich Bildung

Technische Ausstattung zur Oberflächentechnik

Kontaktwinkel und Oberflächenenergie

Für die Charakterisierung der Benetzungseigenschaften von Farben, Lacke und Substraten stehen verschiedene Charakterisierungsmethoden zur Verfügung.

  • Tropfenkonturanalyse-System DSA30 für automatische Kontaktwinkelmessung und Messungen von hängenden Flüssigkeitstropfen (DIN EN ISO 19403, DIN 55660)
  • Hochtemperatur-Dosiersystem für Kontaktwinkelmessungen für den Temperaturbereich von 50 °C bis 400 °C
  • Mobiles Kontaktwinkelmessgerät MSA: Kontaktwinkelmessungen mit Wasser und Diiodmethan
  • Tensiometer: Messung der Grenz- und Oberflächenspannung von Flüssigkeiten mit der Plattenmethode
Oberflächenbeschichtung

Zur Oberflächenbeschichtung mit Fokus Pulverbeschichtung und Nasslackierung stehen nachfolgende Beschichtungsverfahren und Peripherie zur Verfügung. Es kann die komplette Bandbreite an Substraten (Metall, Kunststoff, Glas, Keramik etc.) beschichtet werden.

  • Pulverbeschichtungssystem: Handpistole mit Corona-Aufladung
  • Rakelsystem und Sprühapplikation für Nasslackbeschichtung: 
  • Ultraschallschichtdickenmessgerät: Messbereich 13 - 1.000 μm
  • Kratzbeständigkeit, Wasch- und Scheuerbeständigkeit
  • Elektrische Leitfähigkeit
  • Haftzugprüfgeräte für automatische Abreißversuch zur Beurteilung der Adhäsion/Kohäsion von Beschichtungen 

Kontakt:
Andreas Schneider (EZD) | +49 9287 99880-16 | a.schneider@skz.de

Farb- und Glanzmessungen

Zur Farbmessung am fertigen Bauteil stehen am SKZ unterschiedliche Messgeräte zur Verfügung.

  • Laborgeräte mit d/8°-Kugelgeometrie (Messungen im Auflicht- und Durchlichtverfahren)
  • Messgeräte mit 45/0° Geometrie
  • Inline-Farbmessgerät (45/0°) mit integriertem Temperatursensor
  • Inline UV-VIS Spektralphotometer
  • Glanzmessgerät (20° / 60° / 85°)
     

Kontakt:
Dr. Linda Mittelberg | +49 931 4104-458 | l.mittelberg@skz.de

Mikroskopie und chemische Oberflächenanalytik
  • Auflicht- und Durchlichtmikroskope
  • Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS/ESCA)
  • Molekülspektroskopie (FT-IR, Raman)
  • Elektronenmikroskopie (REM-EDX/ESEM)
Oberflächentopografie

Die Oberflächentopografie, Rauheit und Welligkeit von Kunststoffoberflächen sind für viele Verarbeitungsprozesse oder Reibprozesse ein entscheidendes Qualitätsmerkmal. Zur Charakterisierung von Oberflächentopografie, der Rauheit, Welligkeit oder Oberflächenstrukturen sowie -Formen stehen am SKZ folgende Prüfmöglichkeiten bereit:

  • Optisches 3D-Profilometer S neox: Betriebsarten aktiv beleuchtete Fokusvariation, Konfokal und (Weißlicht-)Interferometrie (DIN EN ISO 25178, DIN EN ISO 21920)
  • Konfokaler Laser-Scanner (SurfScan)
  • Taktiles Rauheitsmessgerät (Profilometer, DIN EN ISO 21920, DIN EN ISO 4287)
  • Rasterkraftmikroskop (AFM)
  • Linienscanner
Oberflächenbehandlung für Kunststoffe

Zur mechanischen, physikalischen und chemischen Vorbehandlung von Kunststoffoberflächen steht ein automatisierter Vorbehandlungsstand und folgende Geräte für Versuchsreihen zur Verfügung.

  • Niederdruckplasma (verschiedene Gase und Precursoren möglich)
  • Atmosphärendruckplasma (rotierende und statische Düsen)
  • Corona
  • Beflammen
  • VUV-Strahler
  • UV-Laser
  • CO2-Laser
  • Strahlen
  • Primern
Probenpräparation

Oftmals ist zur Charakterisierung von Substraten und Prüfkörpern eine vorhergehende Probenpräparation erforderlich. Hier können nachfolgende Verfahren zum Einsatz kommen.

  • Mikrotom für Schnittpräparationen
  • Schleif- und Polierautomat
  • Harzeinbettsystem
  • Sägen
  • Wasserstrahlscheiden
Reibung, Verschleiß und Abrieb

Reib-, Kratz- und Abriebeigenschaften sind als Systemeigenschaften stark von den Prüf- und Umgebungsbedingungen abhängig. Aus diesem Grund stehen am SKZ eine Vielzahl an Prüfmöglichkeiten zur Verfügung. Sprechen Sie uns hinsichtlich Ihrer spezifischen Prüfaufgabe gerne an!

  • Tribometer
  • Taber-Abraser
  • UST®-Universal Surface Tester
  • Dyna -SPA®
  • Abrex®
  • Martindale
  • Crockmeter
  • Automatisches Waschbarkeits- und Scheuerprüfgerät (ISO 11988, ASTM D 4213, ASTM D 2486)
  • Automatisches Haftzugprüfgerat (DIN EN ISO 16276-1, DIN EN ISO 4624, ASTM D4541)
  • Rakelsystem inklusive Härteprüfstab (ISO 1518) und Trockenzeit-Rekorder (ISO 9117-4)
Veröffentlichungen

Aktuelle Forschungsprojekte und Veröffentlichungen

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3 Fragen – 3 Antworten zur Oberflächentechnik

Welches Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung von Kunststoffen ist das beste?

Die Wahl des richtigen Oberflächenvorbehandlungsverfahrens lässt sich nicht pauschal beantworten. Hier spielen verschiedene Faktoren eine Rolle, welche für das konkrete Bauteil berücksichtigt werden müssen. Zunächst einmal die Substratgröße: Wird das Bauteil unter einer Behandlungseinheit hindurchbewegt oder statisch behandelt? Zudem sind das Material sowie der Reinigungszustand der Oberfläche wichtig. Anschließend müssen die Geometrie und der Behandlungsbereich definiert werden. Komplexe Strukturen und Hinterschneidungen haben andere Anforderungen wie planare große Flächen. Gibt es bestehende Behandlungsinfrastrukturen, welche Anschlüsse sind vorhanden, welche Behandlungsgeschwindigkeiten sollen realisiert werden? Dies und vieles mehr gilt es zu berücksichtigen. Wir unterstützen Sie gerne unabhängig bei der Auswahl und Beratung.

Wie lange hält meine Oberflächenvorbehandlung an und wie kann ich das bewerten?

So vielfältig wie die Materialien, Oberflächenvorbehandlungen und Prozessparameter sind, so vielfältig sind auch die möglichen Weiterverarbeitungsfenster nach den Aktivierungen. Im Material können Additive, insbesondere Verarbeitungshilfsmittel, nach der Aktivierung an die Oberfläche migrieren und erzeugte Funktionalitäten blockieren. Ähnlich verhält es sich mit der Luftfeuchtigkeit aus der Umgebung, welche sich auf der aktivierten Oberfläche niederschlagen kann. Die aktivierte Oberfläche wird eben nicht nur vom Lack, Druckfarbe oder Klebstoff gut benetzt, sondern auch von Wasser. Hinzu kommen mögliche Staubablagerungen. Ebenso sind aktivierte Oberflächen und deren funktionelle Gruppen an der Oberfläche energetisch ungünstig, wodurch sich diese Funktionalitäten über die Zeit durch Polymerkettenrotationen in das Bulkmaterial drehen und damit nicht mehr für Bindungen zur Verfügung stehen. Dieser Effekt ist material-, zeit- und temperaturabhängig und wird auch als „Hydrophobic Recovery Effect“ bezeichnet. Um eine grobe Vorstellung zu bekommen, werden oftmals Kontaktwinkelmessungen durchgeführt, welche die Benetzung der Oberfläche durch die freie Oberflächenenergie mit polaren und dispersen Anteilen charakterisieren. Wesentlich präziser, aber auch kostenintensiver sind chemische Analysen wie XPS-Messungen. Wir empfehlen daher, eine Überprüfung der Weiterverarbeitbarkeit am konkreten Bauteil im eigenen Weiterverarbeitungsprozess vorzunehmen, um verlässliche Aussagen treffen zu können.

Welche Kennzahlen kann ich für meine Kunststoff-Oberfläche ermitteln?

Um diese Frage zu beantworten, muss die Frage nach der Funktionalität des Bauteils bzw. der Oberfläche gestellt werden. Dient die Oberfläche einem dekorativen Zweck, sind Farbe, Glanz und Oberflächentopografie relevant, da nur so die „Appearance“ beschrieben werden kann. Entsprechend werden somit auch Fehlstellen und Oberflächendefekte ermittelt, wobei gerade bei der Oberflächentopografie die verschiedensten Verfahren zur Verfügung stehen, je nachdem ob die Oberfläche spiegelglatt oder aufgeraut ist. Soll die Oberfläche dagegen bedruckt, lackiert oder geklebt werden, ist zunächst einmal die Benetzung der Oberfläche interessant, welche als notwendige Bedingung angesehen wird und beispielsweise durch Kontaktwinkelmessungen geprüft wird. Wesentlich präziser sind dann chemische Analysen, um beispielsweise quantitativ funktionelle Gruppen zu detektieren. Analog können viele weitere Funktionen der Oberfläche durch Oberflächenwiederstände, Reibeigenschaften oder Härte charakterisiert werden. Sprechen Sie uns gerne bei Bedarf an! 

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Studien- und Abschlussarbeiten beim SKZ

Im Rahmen eines Studiums können die erforderlichen Studien- oder Abschlussarbeiten beim SKZ absolviert werden.

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