04/04/2017
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van Fraunhofer-IST hebben koude plasma's gegenereerd voor oppervlaktebehandeling van thermische gevoelige materialen. Dankzij een nieuwe techniek zijn verdiepingen of ondersnijdingen geen probleem meer.
Plasma's (elektrisch geladen gasmengsels) worden in de industrie al lange tijd gebruikt om oppervlakken te reinigen of zodanig te bewerken dat materialen zoals lakken of lijmen er beter aan hechten. Het voordeel hiervan is dat kan worden afgezien van chemische voorbehandeling met oplosmiddelen of andere stoffen. Dat bespaart geld en is milieuvriendelijk.
Het probleem hierbij was, dat alleen vlakke oppervlakken konden worden behandeld; het plasma glijdt over verdiepingen, holle ruimten of ondersnijdingen heen. Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) hebben twee plasmamethoden met elkaar gecombineerd (plasmajet en glijontlading) om ook driedimensionale onderdelen effectief te kunnen bewerken.
Optimaal voor kunststoffen en hout
In het inwendige van de plasmajet, die in wezen uit een elektrode en een spuitneus (nozzle) bestaat, wordt met wisselspanning een koud plasma opgewekt. Naar gelang de behoefte worden verschillende gassen of gasmengsels gebruikt.
De hoge elektrische spanning van de elektrode zorgt er voor, dat negatief geladen elektronen het atoomschild verlaten terwijl de grotere, positief geladen ionen achterblijven. Het gas wordt geleidend en daarmee een energetisch plasma.
Omdat de plus- en de minpool van de elektrode continu wisselen, bewegen de ionen zich nauwelijks en zetten weinig energie in warmte om. Ze bewegen alleen een beetje heen en weer. De temperatuur blijft op deze manier laag, 30°C tot 60°C. Dit is optimaal voor de behandeling van hittegevoelige materialen zoals kunststoffen en hout.
Holle ruimten, verdiepingen en ondersnijdingen
Vervolgens worden de vrije elektronen met een spuitneus op het onderdeel geblazen. Omdat het materiaaloppervlak niet geleidend is, kunnen ze niet met elkaar reageren. Daarom kaatsen ze terug naar de onderzijde van de jet. Hierdoor ontstaan kleine bliksems, de zogeheten glijontladingen, die zich concentrisch om de neus heen tussen de onderzijde van het apparaat en het onderdeel uitbreiden.
De vorm van deze uitbreiding herinnert aan een CD, vandaar de naam Disc-Jet. Het resultaat is een gelijkmatige behandeling van het totale oppervlak, inclusief verdiepingen, holle ruimten en ondersnijdingen.
Fysisch en chemisch
De plasmastraal werkt niet alleen fysisch, doordat het oppervlak licht wordt opgeruwd, waardoor opgedragen stoffen beter hechten, maar ook chemisch De instabiele atomen en moleculen van het plasma zijn namelijk zeer reactief.
Gebruikt men bijvoorbeeld lucht als plasmagas, dan maken de afzonderlijke zuurstofatomen waterstofatomen uit het kunststof oppervlak los en maken daarmee een betere hechting van lakken of lijmen mogelijk.