Welche Materialien und Geometrien eignen sich zur Plasmabehandlung?

In Niederdruckplasmen, die bei vermindertem Druck arbeiten, können sämtliche Feststoffe behandelt werden, soweit sie vakuumtauglich sind:

• Metalle
• die meisten Polymere
• Materialien biologischer Herkunft und viele weitere organische und anorganische Substanzen.

Vorteile der Niederdrucktechnik sind die unübertroffene Schichthomogenität sowie der extrem geringe Chemikalieneinsatz. Mit Plasmaverfahren, aber insbesondere Niederdruckverfahren, lassen sich selbst chemisch inerte Materialien wie Teflon^® modifizieren und für eine Weiterverarbeitung (z. B. Verklebung) zugänglich machen

Es gibt jedoch materialbedingte Grenzen, wenn Stoffe im Plasma zu stark angegriffen werden, sei es chemisch oder durch (UV-)Strahlung wie im Falle des Kunststoffs Polyoxymethylen (POM).

• Formkörper (Gefässe)

Die meisten Produkte sollen dreidimensional und flächendeckend beschichtet werden. Eine entscheidende Rolle für die Behandlungshomogenität spielt die Spaltgängigkeit des verwendeten Plasmas.

• Flachmaterialien (Folien, Gewebe, Vliese, Membranen)

2-D-Körper wie Folien lassen sich verhältnismässig einfach bearbeiten. Gewebe, Vliese und Membranen sind in Plasmen ebenfalls bearbeitbar, doch können wir hier, je nach Anwendungsfall, auf die Tiefenwirkung des Plasmas gezielt Einfluss nehmen: Sei es, dass eine Funktionalität nur an der Oberfläche gewünscht ist, sei es, dass auch das Volumenmaterial dieselben Eigenschaften besitzen soll. Zur Bearbeitung von Bahnware steht am Fraunhofer IGB eine Anlage für halbkontinuierliche Behandlung zur Verfügung.

• Rohre und Schlauchwaren

Rohre und Schläuche behandeln wir ebenfalls  in Plasmen  – nicht nur aussenseitig, sondern auch inwendig. Physikalisch stösst man an Grenzen, wenn die lichte Weite (Lumen) bei inwendiger Behandlung deutlich unter einem Millimeter liegt. Hier ergeben sich Verfahrens- und Materialabhängigkeiten, die einen entsprechenden Entwicklungsaufwand erfordern. Am Fraunhofer IGB haben wir bereits Materialien mit Lumina unter 200 µm innenseitig behandelt.

• Fasern und Garne

Wir behandeln des Weiteren Fasern und Garne als quasi 1-D-Körper: Hierzu verfügen wir über kontinuierliche Anlagen, die zwar mit Niederdruckplasmen arbeiten, bei denen es jedoch dank Schleusensystemen möglich ist, die Fasern »von-Luft-zu-Luft« zu führen. Dadurch kann das System beispielsweise direkt hinter eine bestehende Faserproduktionsanlage geschaltet werden (Inline-Betrieb).

• Granulate und Pulver

Schließlich gibt es noch Granulate und Pulver (Mikro- bis Nanopartikelgrösse). Je kleiner die Korngrösse des Materials ist, umso schwieriger wird die Bearbeitung. Dies liegt an der Aufladung des Materials im Plasma, durch die sich die Teilchen deutlich schlechter kontrollieren und prozessieren lassen. Durch gezielte Anpassungen ist jedoch auch hier eine Plasmabehandlung möglich. Momentan arbeiten wir an der Modifizierung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nanotubes, CNT).