Eine Oberflächenvorbehandlung mit Atmosphärendruckplasma zur Steigerung der Adhäsionsfähigkeit von Kunststoff ist für viele Hersteller das Mittel der Wahl. Ein neues Einsatzgebiet von Openair-Plasma hat die Plasmatreat GmbH, Weltmarktführer für atmosphärische Plasmatechnologie, gemeinsam mit dem Forschungsinstitut Neue Materialien Bayreuth (NMB) GmbH auf der K-Messe 2025 aufgezeigt.
Polyurethan-Lacksysteme (PUR) sind im Automobil-Bereich bereits bei der Herstellung von Exterieur-Teilen wie Motorhauben oder Frontschürzen etabliert. PUR-Lack schützt die Kunststoffbauteile vor Umwelteinflüssen, absorbiert Kräfte und zeigt selbstheilende Eigenschaften bei mechanischen Beschädigungen. Mit dem Trend, Bauteile im Hinblick auf Kosteneinsparungen und Recyclingfähigkeit aus günstigen Monomaterialien wie Polypropylen (PP) zu fertigen, entstehen jedoch neue Herausforderungen. PP ist ein unpolarer Werkstoff, auf dem eine qualitativ hochwertige und langanhaltende Haftung von Lackbeschichtung unmöglich ist. Eine Vorbehandlung ist bei PP unerlässlich. Herkömmliche Vorbehandlungsmethoden wie die Beflammung oder der Einsatz von chemischen Haftvermittlern erhöhen zwar die Haftfestigkeit, bringen allerdings erhebliche Nachteile mit sich. Dazu zählen unter anderem ein hoher Wärmeeintrag, der zu Schäden am Bauteil führen kann, erforderliche zusätzliche Arbeitsschutz- und Umweltmassnahmen sowie unterbrochene Prozesse aufgrund von Handlings- und Trocknungszeiten. Die Plasmatechnologie als alternative Vorbehandlungsmethode hebelt allein durch die technologischen Merkmale diese Nachteile aus.
Vollautomatischer, schneller Inline-Prozess
Der von Plasmaspezialist Plasmatreat GmbH und dem Forschungsinstitut Neue Materialien Bayreuth (NMB) GmbH gemeinsam entwickelte neue Ansatz zeigt, wie ein effizienter, wirksamer und umweltschonender PUR In-Mold Coating-Prozess der Zukunft aussehen kann. Es werden Kunststoffbauteile gefertigt, die direkt nach dem Spritzgussprozess mit einer speziell entwickelten breiten Plasmadüse behandelt werden: Präzise und mit hoher Geschwindigkeit kann die robotergeführte Düse die grossflächige Vorbehandlung der Kunststoffbauteile mit Openair-Plasma vornehmen. Unmittelbar danach erfolgt das Überfluten mit PUR-Lack in derselben Anlage. Zur Überwachung der Plasmabehandlung hat Plasmatreat die Plasma Control Unit (PCU) entwickelt. Eine Steuerungseinheit mit integrierten Qualitätssicherungsmodulen überwacht kontinuierlich alle Parameter des Plasmaprozesses und stellt die Funktionalität sowie die Reproduzierbarkeit sicher. Dieses Fertigungsverfahren vereint Spritzguss, Plasmavorbehandlung und PUR-Lackierung zu einem vollautomatischen Inline-Prozess und vermeidet zusätzliche Logistik, Reinigung oder Wartezeiten.
Neue Perspektiven für die Industrie
Diese neue Einsatzmöglichkeit von Plasma überzeugt im Vergleich zu anderen Oberflächenvorbehandlungsverfahren mit zahlreichen Vorteilen. Eine Vorbehandlung mit Openair-Plasma erhöht die Oberflächenenergie von unpolaren Kunststoffen wie PP und ermöglicht dadurch eine dauerhaft zuverlässige Adhäsion des PUR-Lacks. Das prozesssichere Verfahren „Plasma“ sorgt für gleichmässige Ergebnisse und reproduzierbare Qualität, selbst bei komplexen Bauteilgeometrien. Im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren der Beflammung ist das Bauteil einem deutlich geringeren Wärmeeintrag ausgesetzt, was Beschädigungen vermeidet. Beim Einsatz von Plasma kann demnach auch die Materialstärke des Kunststoffbauteils verringert werden, was zu Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus ist das Verfahren sehr flexibel, die Plasmavorbehandlung kann sowohl grossflächig als auch selektiv vorgenommen werden und die breite Plasmadüse passt sich mit entsprechender Schnelligkeit an die hohen Geschwindigkeiten im Prozess an. Ein weiterer Pluspunkt liegt im Umweltschutz: Der Prozess kommt ohne chemische Lösungsmittel aus und setzt keine VOC-Emissionen frei. Da die Bauteile ohne Trocknungszeiten oder zusätzliche Reinigungsschritte direkt weiterverarbeitet werden können, erreicht PUR In-Mold Coating kurze Taktzeiten und hohe Stückzahlen.
„Die Zusammenarbeit von NMB und Plasmatreat geht auf konkrete Anfragen aus der Automobilindustrie zurück. Unsere Lösung zeigt, wie sich Ressourcenschonung Effizienz und höchste Produktqualität vereinen lassen. Mit Plasma im PUR In-Mold Coating Prozess eröffnen wir der Automobilindustrie und weiteren Branchen, wie der Haushaltsgeräteindustrie, völlig neue Perspektiven“, meint Lukas Buske, Geschäftsführer bei der Plasmatreat GmbH.