Gerätepark des iLF erweitert |
| Jul 26 2011 |
Atmosphärendruck-Plasma-Vorbehandlungssystem
Seit dem Einzug der Nanotechnologie in den Bereich der Oberflächengestaltung werden zunehmend komplexere Anforderungen an Beschichtungsstoffe gestellt. Die neue Generation von Lacken und Farben sind inzwischen oftmals High-Tech-Produkte, die neben ihren dekorativen und schützenden Eigenschaften zusätzliche Funktionen wie z.B. kratzfest, easy-to-clean, antibakteriell, Eis-abweisend, selbstheilend, korrosionsverhindernd, Raumklima-verbessernd etc. aufweisen sollen. Das iLF bearbeitet seit geraumer Zeit Forschungsvorhaben, die auf die Entwicklung und Verbesserung dieser sog. „Smart Coatings“ abzielen. Solche Smart Coatings können einerseits durch formulierungstechnische Maßnahmen und andererseits durch Nachbehandlungen (z.B. im Plasma) ermöglicht werden. Um diesem neuen, zukunftsträchtigen Forschungsschwerpunkt des iLF noch besser Rechnung tragen zu können, werden auch entsprechend neue Versuchs- und Prüfgeräte benötigt.
Beispielsweise sind Kunststoffoberflächen wie PE, PC oder ABS aufgrund ihrer geringen Oberflächenspannung als Untergrund für Beschichtungsstoffe (insbesondere für die umweltfreundlichen wässrigen) problematisch. Ohne eine vorherige Reinigung und Aktivierung der Kunststoffoberfläche ist es nicht möglich, im nachfolgenden Beschichtungsprozess störungsfreie und gut haftende Lackoberflächen zu erhalten. Häufig wenden sich Industriepartner an das iLF bezüglich einer Klärung von Ursachen für Haftungs-/Benetzungsstörungen bei der Beschichtung von Kunststoffen. Das Nachstellen der Produktionsabläufe unter Laborbedingungen war aber bislang nicht möglich, wenn ein AD-Plasma zur Reinigung und Aktivierung von Kunststoffen (aber auch von metallischen Substraten) verwendet worden war. Solche Defizite galt es zu beseitigen.
Die Normaldruckplasmaanlage lässt sich außer zur Vorbehandlung auch zum Beschichten von Oberflächen einsetzen. Die Abscheidung nanoskaliger Plasmapolymerbeschichtungen kann durch das Einbringen geeigneter Precursor-Moleküle (z. B. Organosilane) in die Plasmaflamme realisiert werden. Die nachfolgenden Abbildungen zeigen die Plasmaflamme der Normaldruckplasmaanlge AS 400 der Firma Plasmatreat sowie die Veränderung der Wasserbenetzbarkeit eines Aluminiumbleches durch eine Plasmapolymerschicht.
Mit der durchgeführten Investition konnte das iLF sein Spektrum an Reinigungs-, Aktivierungs- und Vorbehandlungstechniken erweitern und dem aktuellen Stand der Technik anpassen. Darüber hinaus besteht nun die Möglichkeit, Plasmapolymerschichten z. B. als Diffusionsbarrieren oder als Kratzfestschichten auf metallischen und Kunststoffsubstraten abzuscheiden. Damit kann auch der Forschungsschwerpunkt Plasma-CVD-Schichten am iLF ausgebaut werden.
Im aktuellen Forschungsprojekt MF100034 des BMWi mit der Euronorm GmbH als Projektträger wird ein Plasmabeschichtungsverfahren zur Vor/Nachbehandlung von schmelztauchveredeltem Stahl entwickelt Im Antrag war geplant, die Verfahrenstauglichkeit auf verschieden Plasmaanlagen zu erproben. Dieses setzt die Bereitschaft der Anlagenhersteller voraus und konnte nicht definitiv zugesichert werden. Durch die Investition können diese Versuche größtenteils ebenfalls am iLF durchgeführt werden.
Korrosions-Prüfsystem Constamatic SKBWF – 1000 A-TR
FuE-Arbeiten des iLF befassen sich z.B. mit modernen Fahrzeugbeschichtungen und ihrer Bewertung, u.a. mit der Entwicklung von Prüfverfahren. In der SKBWF 1000 A-TR mit Klimaerweiterung sind neben Salzsprühnebel- und Kondenswassertests auch Abschnitte mit geregeltem Klima und Trocknen/Belüften sowie Kombinations-/Wechselprüfungen mit den vorgenannten Prüfabschnitten möglich.
Diese Kombinationen waren mit den bisher am iLF vorhandenen Korrosionswechseltestgeräten nicht realisierbar, so dass eine gerätetechnische Ergänzung erforderlich wurde.
Mit dem SC/KKWT 1000 kann nicht nur nach speziellen Normen (z.B. VW PV 1210, Nissan NES MO158 + M0007, CCT I, II, IV, SAE J 2334, KWT-DC (ohne Frosten), BOSCH N42AP 108, DIN EN ISO 11997-1, 2) geprüft werden, sondern es können auch Prüfungen kombiniert oder neue, experimentelle Prüfprogramme zusammengestellt werden.
Im Zuge der Einführung neuer Legierungen zählen die Untersuchungen zu Veränderungen durch korrosive / mediale Belastungen zu den wichtigsten bezüglich der industriellen Anwendbarkeit. Mit Hilfe des nun beschafften Korrosionsprüfsystems können präziser als bisher mediale Einflüsse (Salz/ geregelte Feuchte/ Trockenphasen) auf metallische Bauteile untersucht werden.
Damit ist das Gerät für Aufgabenstellungen dieser Art im Hinblick auf kommende und laufende Förderthemen für das iLF eine wertvolle Ergänzung zu den bereits im Haus vorhandenen Untersuchungsmöglichkeiten.
Klima-Prüfschrank WK3-600/70
Zu den FuE-Schwerpunkten des iLF zählen u.a. die Entwicklung und Bewertung von Fahrzeugbeschichtungen und von Beschichtungen für Windenergieanlagen.
Aufgrund der Entstehung immer weiterer Windparks und der Bedeutung des Offshore-Geschäftes für die Energieerzeugung ist es unabdingbar, die Beschichtung von Rotorblättern intensiv zu prüfen und zu kontrollieren.
Im Zuge der wachsenden Bedeutung von Windenergieanlagen (WEA) setzt das Institut für Lacke und Farben e.V im Rahmen eines Vorlaufforschungsvorhabens „Früherkennung von Schäden an Rotorblattbeschichtung“ (Förderkennzeichen: VF 090059 des BMWi) u.a. einen im Klimaschrank befindlichen Prüfstand ein, mit dem es möglich ist, Abschnitte von Rotorblättern und deren Beschichtungen bis zur Materialermüdung unter Einfluss von Biegemomenten und Klimawechselbelastungen zu beanspruchen.
Dieses Beispiel stellt eine der Einsatzvarianten des neuen Klima-Prüfschrankes dar.
Aufgrund der Prüfraumvolumina der vorhandenen Klimaschränke war es im iLF bislang nicht möglich, auch größere Prüfteile (Leichtmetallräder; Rotorblattausschnitte) zu testen. Diese Einschränkung konnte nun erfolgreich beseitigt werden.
Dabei konnte mit dem Klima-Prüfschrank WK3-600/70 (Fa. Weiss) auf vorhandener Technik und vorhandener Erfahrung aufgebaut und der neue, größere Prüfschrank in das bestehendes Betriebssystem integriert werden. Dies ermöglicht den Zugriff auf die laufenden Prüfungen zentral von einem Rechner aus.
Der Versuchsprüfstand ist bereits konstruiert und nach erfolgreichem Probelauf in Betrieb genommen. Derzeit laufen die ersten Versuche an eingeführten Rotorblattbeschichtungen. sind derzeit in Prüfung. Im weiteren Ablauf sind dann Erprobungen auf größer dimensionierten Abschnitten mit Radien ähnlich der Vorderkante des Blattes geplant.
Portables Farbmessgerät BYK-mac 23 mm
Für die verschiedenen Forschungs-, Entwicklungs- und Prüfarbeiten in FuE-Projekten werden regelmäßig begleitende analytische und instrumentelle Untersuchungen erforderlich. In diesem Zusammenhang sollte auch das portable Farbmessgerät neue, erweiterte Arbeitsmöglichkeiten eröffnen.
Mit Hilfe des Messgerätes können beispielsweise im laufenden Forschungsvorhaben M100035 des BMWi „Einflussfaktoren und Bewertungsverfahren der Wetterstabilität von HWF-Pulverlacken“ die begleitenden farbmetrischen Untersuchungen, insbesondere von effektpigmentierten Pulverlacken nach aktuellsten Auswertekriterien vorgenommen werden, da alle Bereiche der Lichtreflexion über die die 6-Winkel-Messgeometrie erfasst werden. Alle Veränderungen, die an den Pigmentoberflächen im Zuge der im Projekt vorgesehen diversen verschiedenen Bewitterungsprüfungen auftreten, werden so beobachtet.
Messgeräte wie das komfortable Mehrwinkel-Farbmessgerät BYK-mac ermöglichen es, entsprechend den Entwicklungstendenzen in der Lackbrache eine immer korrektere physikalisch-farbmetrische Interpretation der Veränderungen während eine Bewitterungsprüfung durchzuführen.
Durch diese Investitionsmaßnahme ist es dem ILF möglich, nahtlos an die bestehenden Farbmesstechniken anzuknüpfen und das vorhandene Know-how auszubauen.
Blasendruck-Tensiometer SITA science line t60/2
Für die verschiedenen Forschungs-, Entwicklungs- und Prüfarbeiten in FuE-Projekten werden regelmäßig begleitende analytische und instrumentelle Untersuchungen erforderlich. In diesem Zusammenhang sollte auch das Blasendruck-Tensiometer neue, erweiterte Arbeitsmöglichkeiten eröffnen.
Das Blasendrucktensiometer SITA science line t60/2erlaubt das Verfolgen von Grenzflächenspannungen in Abhängigkeit von der Zeit („dynamische Oberflächenspannung“) und liefert damit Aussagen zur Beweglichkeit von oberflächenaktiven Verbindungen in einer Flüssigkeitsmatrix. Diese Eigenschaft spielt vor allem bei den modernen und umweltfreundlichen wässrigen Beschichtungsstoffen eine große Rolle, da in vielen Fällen die durch das „Lösemittel“ Wasser bedingte hohe Oberflächenspannung der wässrigen Lackmaterialien durch geeignete Additive abgesenkt werden muss, um eine störungsfreie Benetzung der zu beschichtenden Substarte zu gewährleisten. Eine möglichst schnelle Absenkung der Grenzflächenspannung, d.h. eine hohe Beweglichkeit der Additive, ist besonders bei schnellen industriellen Lackierprozessen die Grundvoraussetzung für qualitativ hochwertige Beschichtungen.
Das Blasendrucktensiometer stellt damit eine wertvolle Ergänzung zu bereits vorhandenen apparativen Möglichkeiten dar, die bereits in der Vergangenheit zur detaillierten Untersuchung und Weiterentwicklung von Beschichtungsstoffformulierungen am Institut genutzt wurden.
Lichtmikroskop mit Autofokus
Für die verschiedenen Forschungs-, Entwicklungs- und Prüfarbeiten in FuE-Projekten werden regelmäßig begleitende analytische und instrumentelle Untersuchungen erforderlich. In diesem Zusammenhang sollte auch das Lichtmikroskop mit Autofokus neue, erweiterte Arbeitsmöglichkeiten eröffnen.
Das neue, motorisierte Messmikroskop BX61 der Firma Olympus stellt eine wesentliche Erweiterung der materialwissenschaftlichen Untersuchungsmöglichkeiten am iLF dar. Durch die elektronische Ansteuerung sowohl der x-y Achse wie auch der z-Achse können große Probenareale mit hoher Auflösung dreidimensional aufgezeichnet werden. Zu einem ersten Einsatz kam das Messsystem bei einem Forschungsprojekt zur Untersuchung der Erosionserscheinungen an Rotorblattoberflächen von Windenergieanlagen. Eine dreidimensionale Darstellung eines Erosionsschadens ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Das Bild setzt sich aus 4 x 5 Bildern in x-y Richtung und aus 25 Bildern in z Richtung zusammen.
Mit dem Messmikroskop BX61 kann das iLF seinen Innovationsvorsprung bezüglich der Beschichtungsentwicklung und -prüfung von Rotorblatt- und anderen innovativen Beschichtungen weiter ausbauen.
Nanoindenter U9829AU
Zur Bewertung der Härte und der Kratz- und Verschleißfestigkeit von Beschichtungen wurde im vorangegangenen Jahr ein Nanoindenter beschafft. Die vielfältigen Messmethoden des Nanoindenters ermöglichen sowohl Härte- als auch zyklische Kratz- und Verschleißtests an neuartigen Beschichtungssystemen.
Eine besondere Herausforderung stellen in Beschichtungssystemen eingesetzte Nanopartikel dar. Aufgrund ihrer Kleinteiligkeit konnten sie bisher nicht optisch untersucht werden. Die einzige Möglichkeit bestand in REM- oder AFM-Untersuchungen als Leistung Dritter.
Die NanoVision-Erweiterung für den Nanoindenter G200 der Firma Agilent erweitert das Spektrum des iLF in den Bereich der Oberflächenabbildung mit nm-Genauigkeit. Dies stellt eine günstige Alternative zu konventionellen, in der Regel als stand-alone Geräte zu betreibende Rasterkraftmikroskope dar. Eine in diesen Geräten notwendige Codierung bzw. Markierung entfällt durch eine genaue Parametrisierung der Probenoberflächen. Im Gegensatz zu einem separaten Rasterkraftmikroskop kann in diesem speziellen Fall die Gesamtheit der Prüfmethodik, bestehen aus Eindringprüfung/Verschleißtests und nm-genaue Abbildung von Oberflächenstrukturen angewandt werden.
Gegenstand aktueller Untersuchungen sind beispielsweise Delaminationsvorgänge an graduellen Plasmapolymerschichten, die im Nanoindenter mittels Ritzversuch belastet wurden. Im Anschluss daran wird die Oberfläche mit der NanoVision-Erweiterung abgerastert. Ein Beispiel hierfür ist in der nachstehenden Abbildung dargestellt.
Die NanoVision-Erweiterung vergrößert die FuE-Möglichkeiten auf dem Gebiet funktionaler Beschichtungen (z.B. Nanolacke und Plasmabeschichtungen) hinsichtlich einer besseren Bewertung oberflächentopographischer Eigenschaften. Hiermit kann das iLF z.B. seine Kompetenz im Rahmen von FuE für kleintonnagige High-End-Beschichtungen, wie sie typischerweise von KMU hergestellt bzw. eingesetzt werden, wesentlich erweitern.
Zuletzt geändert am: Jul 27 2011 um 8:16 AM
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