© Fraunhofer

AKTIVIERUNG UND FUNKTIONALISIERUNG VON POLYMEREN AUF BASIS GEOMETRIEUNABHÄNGIGER PLASMAQUELLENKONZEPTE

25.10.2017 - Parts2Clean – Fachforum und Innovationsforum

© Fraunhofer

AGENDA

Fraunhofer IST

Grundlagen Plasmatechnologie

Kompetenzen des Anwendungszentrums für Plasma und Photonik

Die neue »Disc-Jet«-Plasmaquelle

© Fraunhofer

Fraunhofer-Institut für Schicht-und Oberflächentechnik ISTBienroder Weg 54 E38108 Braunschweig

Anwendungszentrum für Plasma und Photonik des Fraunhofer ISTVon-Ossietzky-Str. 10037085 Göttingen

Dortmunder OberflächencentrumEberhardstraße 1244145 Dortmund

Standorte des Fraunhofer IST

© Fraunhofer

Mitarbeiter

Stammpersonal 125

Auszubildende 3

Kooperation mit IOT 27

Wiss. Hilfskräfte 42

Betriebshaushalt 12,4 Mio €

InstitutsleitungProf. Dr. Günter Bräuer

Leitung des Anwendungszentrums

Prof. apl. Prof. Dr. Wolfgang Viöl

Fraunhofer ISTEckdaten

© Fraunhofer

Anwendungszentrum für Plasma und PhotonikKompetenzen

Atmosphärendruckplasmaquellen und –anlagen

Laser-Plasma-Hybrid-Verfahren

Plasmamedizinische Verfahren

Plasma-Partikeltechnik

Plasmaanalyse und -diagnostik

© Fraunhofer

Erde Wasser Luft Feuer

(99 Prozent des Universums befindet sich im Plasmazustand)

PlasmatechnologieGrundlagen

Festkörper Flüssigkeit Gas

Allgemein bekannt sind diese drei Aggregatzustände:

Folgende Elemente waren den Philosophen bekannt:

Plasma

© Fraunhofer

002,04

a

e

m

m

E

E

-

Nichtgleichgewichtsplasmen

PlasmatechnologieGrundlagen

© Fraunhofer

Nichtthermisches Niedertemperaturplasma

»Heiße Kälte schont Ressourcen.«

Ti T 25 °C

Ti « Te 25000 °C

T = Temperatur der Neutralteilchen

Ti = Temperatur der Ionen

Te = Temperatur der Elektronen

PlasmatechnologieGrundlagen

© Fraunhofer

Kerntechnologie: Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasmen

Sch

ich

tau

ftra

g

Schichtfunktionen

Leitfähigkeit

Antibakteriell

uvm.

Schichtfunktionen

Kratzfestigkeit

Hydrophobierung

uvm.

Kalt-PlasmaspritzenPECVD

Ob

erf

läch

en

-m

od

ifik

ati

on

Einsatzgebiete

Haftung

Feinstreinigung

uvm.

Aktivierung Laser-Plasma-Hybrid

Einsatzgebiete

Mikrostrukturierung

Politur

Feinstreinigung

Kompetenzen Fraunhofer IST / AnwendungszentrumTechnologieübersicht

© Fraunhofer

Fachkompetenzen Plasma und Photonik

Querschnittsaufgaben

Analytik und Diagnostik | Oberflächenanalytik

| Plasmadiagnostik

Quellenkonzeption

(Handgeräte)

| Entladungskonzepte

| Hochspannungsgeneratoren

Anlagen- und Gerätebau | Konstruktion / Fertigung (CE)

| Aktivierung / Funktionalisierung

Laser- und Laser-Plasma-Hybrid-Technologie

| Mikrostrukturierung

| Oberflächenmodifikation

| Reinigung

Biowissenschaften / Plasmamedizin

| Dermatologie

| Hygiene

| Cell-Culturing

Holz und Holzwerkstoffe

| Fügetechnik

| Vergütungsprozesse

Plasma-Partikeltechnik

| Kalt-Plasmaspritzen

| Partikel-Coating

Anwendungszentrum für Plasma und PhotonikÜbersicht Kompetenzen

Leiter: Prof. Dr. Wolfgang Viöl

Innovationsmanager: Dr. Bernd Schieche

© Fraunhofer

Anwendungszentrum für Plasma und PhotonikQuerschnittsaufgaben

Analytik und Diagnostik

Oberflächenanalytik

Plasmadiagnostik

Quellenkonzeption (Handgeräte)

Entladungskonzepte

Hochspannungsgeneratoren

Anlagen- und Gerätebau

Konstruktion / Fertigung (CE)

Aktivierung / Funktionalisierung

© Fraunhofer

Quellenkonzeption (Handgeräte)Entladungskonzepte und Hochspannungsgeneratoren

© Fraunhofer

Anlagen- und GerätebauKonstruktion / Fertigung (CE) und Aktivierung / Funktionalisierung

© Fraunhofer

»Disc-Jet«-PlasmaquelleHomogene 3D-Behandlung komplizierter Geometrien

© Fraunhofer

DBD-Prinzip (Dielectic Barrier Discharge) 30°C

Prozesstemperaturen von 30 bis 60°C ermöglichen Behandlung von temperaturempfindlichen Substraten

Anwendungsbereiche: Aktivierung, Funktionalisierung, Reinigung

Konturgenaue Anpassung der Entladung an Kavitäten und Hinterschneidungen (bis ca. 20 mm)

Generierung reaktiver Spezies direkt auf der Substratoberfläche

Aktueller Arbeitsdurchmesser (Behandlungsfläche) zwischen 20 und 80 mm (aufskalierbar)

Tiefengängigkeit der Gleitentladungen zwischen 1 und 30 mm (Jet sogar bis 60 mm)

Große Bandbreite an Materialbehandlungsmöglichkeiten (Dünnstglas, Polymer- und Metallfolien, Holzwerkstoffe, Furniere, Papier,…)

Prozessgeschwindigkeiten aktuell zwischen 1 bis 35 m/min. realisiert

»Disc-Jet«-PlasmaquelleKonturgenaue, homogene Plasma-Aktivierung

© Fraunhofer

Referenz (ca. 100 x 200 µm) Plasmabehandelt

REM-Aufnahmen einer Aluminiumfolie (mit Walz-Öl) vor und nach dem Reinigungsprozess mittels »Disc-Jet« bei einer Behandlungsgeschwindigkeit von 1 m/min. Die Walz-Riefen der Aluminiumoberfläche sind nach der Plasmabehandlung (Prozessgas Druckluft) wieder deutlich sichtbar.

AnwendungsbeispielEntfetten von Metalloberflächen

© Fraunhofer

Referenz (Cu-oxidiert; 2 x 5 cm) Plasmabehandelt

AnwendungsbeispielReduzierung von Oxidschichten

Reduzierung der Kupferoxidschicht mittels »Disc-Jet« (Prozessgas mit H-Anteil)

© Fraunhofer

Gegenüberstellung der Lackhaftung auf Kunststoff-Profilen nach herkömmlicher bzw. chemischer Vorreinigung und nach Reinigung mittels »Disc-Jet« und Argon als Prozessgas.

Soll-Wert

Referenz-Wert

Aktivierung von Polymer-Extrusionshalbzeugenmittels »Disc-Jet« und Prozessgas Argon

© Fraunhofer

Gegenüberstellung der Lackhaftung auf Kunststoff-Profilen nach herkömmlicher bzw. chemischer Vorreinigung und nach Reinigung mittels »Disc-Jet« und Druckluft als Prozessgas.

Soll-Wert

Referenz-Wert

Aktivierung von Polymer-Extrusionshalbzeugenmittels »Disc-Jet« und Prozessgas Druckluft

© Fraunhofer

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Dr. rer. nat. Bernd SchiecheInnovationsmanager

Anwendungszentrum für Plasma und PhotonikFraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik ISTVon-Ossietzky-Str. 100 | 37085 GöttingenTel. +49 551 3705-219 | Fax. 0551 3705-206bernd.schieche@ist.fraunhofer.dewww.plasmaundphotonik.fraunhofer.de