Puma Wälzkolben-Vakuumpumpe als Gasumwälzpumpe an einer Fluorierungsanlage (Bild: Busch)
Seit annähernd 25 Jahren fertigt Fluor Technik System, Lauterbach, Fluorierungsanlagen nach Kundenwunsch. Dies betrifft neben der Hardware auch die Programmsteuerung, die auf die zu fluorierenden Teile abgestimmt ist. So lassen sich veränderte Benetzungsverhalten, Haftungseigenschaften, Reibung oder Klebrigkeit sowie Barriereeigenschaften von Kunststoffen erzielen. Die Kunden stammen aus Branchen wie etwa der Automobilindustrie, Medizintechnik, sowie der Luft- und Raumfahrttechnik.
Die häufigste Form ist die Adhäsionsfluorierung. Diese ermöglicht eine Kunststoffoberfläche so zu verändern, dass sich ihre Polarität erhöht. Dadurch bietet die Oberfläche eine größere Kontaktfläche und haftet somit besser. Dies ist notwendig, um beispielsweise Schichten gleichmäßig zu verbinden oder Lackierungen, Beflockungen oder eine verbesserte Haftung eines Klebers vorzubereiten. Außerdem wird das Fluorierungsverfahren zum Hydrophilieren eingesetzt. Dadurch lassen sich Oberflächen gleichmäßig benetzen, was das Bedrucken erleichtert oder das Trocknen begünstigt, beispielsweise bei Geschirrspüler-Einsätzen. Das Unternehmen kann annähernd alle Kunststoffe sowie Gummi und Silikon fluorieren.
Schematischer Ablauf eines Fluorierungsprozesses (Bildquelle: Busch)
Der Fluorierungsprozess erfolgt entweder in Offline-Anlagen mit einer Prozesskammer, die jeweils mit einer Charge bestückt wird, oder in Inline-Anlagen, die Kunststoffbahnen kontinuierlich während des Durchlaufens fluorieren. Das Fluorierungsmittel ist ein Gasgemisch aus 10 Prozent Fluor und 90 Prozent Stickstoff. Dabei verändert das reaktive Fluorgas die Oberflächeneigenschaften, indem es in der Oberfläche partiell Wasserstoff- durch Fluoratome ersetzt. Die Fluorierung ist somit eine chemische Reaktion und keine Beschichtungsart. Die Eindringtiefe der Fluoratome in das Substrat liegt im molekularen Bereich von etwa 10-15 nm. Die Eigenschaften des Basismaterials und dessen Maße bleiben durch das Fluor unverändert. Es beeinflusst langzeitstabil lediglich die Oberflächenenergie und Polarität. Durch eine gezielte Prozesssteuerung lassen sich die Fluorierungs-Ergebnisse auf das Ausgangspolymer und die geplante Anwendung abstimmen.
Vakuumpumpen erhöhen Prozesssicherheit
Puma Wälzkolben-Vakuumpumpe als Gasumwälzpumpe an einer Fluorierungsanlage (Bildquelle: Busch)
Die grundsätzlichen Prozessparameter sind die Verweilzeit in der Prozesskammer, die Temperatur und die durch den Druck bestimmte Fluorkonzentration. Diese Parameter fließen in die automatische Prozesssteuerung als sogenanntes Rezept ein. So erhalten die zu fluorierenden Teile je nach Ausgangsmaterial und gewünschter Oberflächeneigenschaft in einem nachvollziehbaren Prozess ein eigenes Rezept.
„Das Herzstück einer Fluorierungsanlage ist die Vakuumtechnik“, sagt Bernd Möller, Geschäftsführer von Fluor Technik System, „denn von ihrer Zuverlässigkeit hängt die Qualität der behandelten Teile ab.“ In den Fluorierungsanlagen seines Unternehmens setzt er Vakuumsysteme von Busch, Maulburg, ein. Diese lassen sich trocken betreiben, das heißt, ohne Betriebsmittel in den Verdichtungsräumen. Als Vorpumpe dient jeweils eine Cobra-NS-Schrauben-Vakuumpumpe, der eine Panda-Wälzkolben-Vakuumpumpe als Booster nachgeschaltet ist. Die Schrauben-Vakuumpumpen wurden von Busch für die Halbleiterindustrie entwickelt. Sie bieten eine hohe Prozesssicherheit und durch ihr Schraubenprofil erreichen sie kurze Evakuierungszeiten. Sie sind hermetisch dicht und verhindern so, dass Fluorgas entweicht.
Die Schrauben-Vakuumpumpe dient als Vorpumpe und ermgölicht eine hohe Prozesssicherheit und kurze Evakuierungszeiten. (Bildquelle: Busch)
Beide Vakuumpumpen inklusive der Antriebsmotoren sind wassergekühlt, wodurch sich die Betriebstemperatur justieren lässt. Überwachungsorgane melden zudem schnell eine auftretende Störung. Sie messen permanent die Temperaturen der Vakuumpumpen, des Betriebsmittels in den Getrieben und des Kühlwassers. Außerdem überwachen sie die Kühlwassermenge und die Stickstoffmenge zum Spülen der Pumpe nach Prozessende.
Die Vakuumsysteme sind je nach Arbeitszeiten zwischen acht und 24 Stunden in Betrieb. Die Getriebe der Schrauben-Vakuumpumpen, wie auch der Wälzkolben-Vakuumpumpen, werden mit perfluoriertem Polyether geschmiert. Somit kann sich das reaktive Fluor nicht mit dem Betriebsmittel verbinden. Bei rechteckigen Vakuumreaktoren ist zudem eine Gasumwälzung in der Prozesskammer notwendig. So kann das Fluorgas alle Bereiche gleichmäßig ausfüllen und ermöglicht so eine homogene Oberflächenvorbehandlung. Dabei kommen ebenfalls wassergekühlte Puma-Wälzkolben-Vakuumpumpen zum Einsatz, die unabhängig vom Vakuumsystem arbeiten. Fluor Technik System erhält die angepassten Vakuumsysteme von Busch anschlussfertig geliefert.
Fluor Technik System: Halle/Stand 05/A01
Busch: Halle/Stand 09/E23
