Untersuchung der UVC-Bestrahlung als Oberflächenvorbehandlungsmethode von Polycarbonaten zur Erzeugung einer Verbundhaftung zu Flüssigsilikonkautschuken

Das Mehrkomponentenspritzgießen ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung von funktionenintegrierten Hart/Weich-Verbunden aus Thermoplasten und Flüssigsilikonkautschuken. Häufig stellt jedoch die unzureichende Haftung beider Komponenten zueinander eine Herausforderung dar. Insbesondere für Polycarbonat als Hartkomponente ist die Auswahl an haftungsmodifizierten Flüssigsilikonkautschuken eingeschränkt. Abhilfe kann hier eine Oberflächenvorbehandlung schaffen, um gezielt funktionelle Gruppen in die Oberfläche einzubringen, welche die Polarität erhöhen und als Ankopplungspunkte für den Haftvermittler dienen. In dieser Arbeit wurde die UVC/Ozon-Bestrahlung von BPA-Polycarbonat zur Haftvermittlung zu selbsthaftenden Flüssigsilikonkautschuken hinsichtlich Beständigkeit und Prozess-Eigenschafts-Korrelationen untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Aktivierung bei Raumtemperatur für mindestens 36 Monate beständig ist. Temperaturen über 120°C und insbesondere Anwesenheit von Wasser wirken sich hingegen bereits nach wenigen Tagen schädigend aus. Vergleichbare Ergebnisse liegen für die Beständigkeit der Haftverbunde vor. Als maßgebliche Bedingung für die Erzeugung von kohäsivem Verbundversagen in der Weichkomponente konnte die Bestrahlungsdosis ermittelt werden. Dies erlaubt eine Übertragung der Ergebnisse auf abweichende Geometrien von Bauteilen und Strahlungsquellen sowie Bestrahlungsabständen bei Kenntnis der wirkenden Bestrahlungsstärke. Mithilfe von Photometern können diese Gegebenheiten messtechnisch einfach ermittelt werden. Oberflächenanalysen mittels Kontaktwinkel-, FTIR-ATR- und ToF-SIMS-Messungen zeigten, dass infolge der kurzzeitigen UVC/Ozon-Bestrahlung eine erhöhte Konzentration an sauerstoffhaltigen Verbindungen (insbesondere OHGruppen) in der Polycarbonatoberfläche erzeugt wird. Diese gehen aus Hauptkettenspaltungen sowie Photo-Fries-Umlagerungen bis in Tiefen von wenigen Mikrometern hervor. Die Entstehung dieser Verbindungen wird chemisch für den Effekt der Haftvermittlung verantwortlich gemacht.
Die gewonnenen Ergebnisse tragen dazu bei, dass die UVC/Ozon-Bestrahlung zukünftig für die Herstellung von Polycarbonat/LSR-Verbunden genutzt werden kann. Durch eine einfache Integration in einen Mehrkomponentenspritzgießprozess sowie die Kenntnis zum Zusammenhang zwischen Bestrahlungsdosis und Haftung kann das Verfahren in Praxisanwendungen übertragen werden.