Bestimmung der Oberflächenspannung

Mit Testtinten kann die Oberflächenenergie (OFE) / Oberflächenspannung (OFS) von Festkörpern aus Kunststoff – Metall – Glas – Keramik und anderen ermittelt werden. Damit soll besonders auch die Haftmöglichkeit der Oberflächen für Bedruckung – Verklebung – Lackierung anhand des Benetzungsbildes bestimmt werden.

Die Bestimmung der Oberflächenspannung erfolgt durch Auftragen der Testtinten auf die zu bewertenden Oberflächen als Strich von wenigen Zentimetern Länge und Beobachtung des Verhaltens des Tintenstrichs.

Zieht sich der Strich innerhalb 2 oder 4 Sekunden – je nach Tintenspezifikation – zusammen, ist die OFS der Prüffläche niedriger als die der Testtinte.

Umgekehrt würde das Auseinanderfließen der Strichmarke zeigen, dass die OFS der aufgetragenen Tinte niedriger ist als die der Oberfläche.

Bleibt der Strich innerhalb der Beobachtungszeit unverändert stehen, ist der Wert der OFS genau erreicht oder etwas höher.

Bestimmung der Oberflächenspannung

In diesem Anwendungsbeispiel wird mit Testtinte PINK aus 10 ml Flaschen mit Wattestäbchen geprüft. Nehmen Sie nach jedem Gebrauch ein neues Wattestäbchen.
In diesem Anwendungsbeispiel wird mit Teststift PINK 38 Jumbo die Oberflächenspannung auf schwarzem PE-Kunstoff geprüft.

Sauberkeit von Werkstoffen

Die Begriffe Sauberkeit und Reinheit von Werkstoffen bedürfen einer näheren Definition. Da die Werkstoffe, ob als Formteile oder Folien,  in ihrer Oberfläche vorliegen, kann hier der Begriff Sauberkeit angebracht sein, da Reinheit von Werkstoffen sich auf den Aufbau, also auch das innere Gefüge eines Gesamtkörpers beziehen kann.

Verschmutzungen von Werkstoffen können mehrere Ursachen haben und sich in vielerlei Formen darstellen. Es werden einmal partikuläre Verschmutzungen zu betrachten sein, wie auch filmische Verschmutzungen. Erstere werden als Einzelpunkte vorliegen und unregelmäßig und in Abständen angeordnet sein. Filmische Verschmutzungen hingegen bedecken völlig oder partiell flächig die Oberflächen und können zwar, wenn sauber auch als rein beschrieben werden, was einer jeweiligen Definition,  z.B. der Oberflächenspannung / Oberflächenenergie,  zu unterliegen hätte.


Sie können sich aber nicht auf das innere Gefüge des Werkstückes beziehen, was allenfalls nur durch die Reinheit beschrieben werden kann. Da es die Oberflächen sind, die einer weiteren Bearbeitung unterliegen, sind auch die Sauberkeitszustände zu definieren, was im Allgemeinen mit dem Begriff der Oberflächenspannung möglich.


Zweierlei Prüfungsverfahren ergänzen sich

Die Bearbeitung betrifft beispielsweise Bedruckung, Lackierung und Verklebung. Die Verfahren hierzu sind als einfache Lösung die Prüfung der Oberflächen mit Testtinten und die Kontaktwinkelmessung. Erstere ist einfach handhabbar und damit praxisbezogen, da in den Produktionsprozessen der Tintenauftrag auf die Prüfflächen problemlos erfolgen kann. Letztere benötigt einen apparativen Aufwand. Sie kann die Komponenten der Oberflächenspannung in polar und dispersiv getrennt darstellen.

Die Testtintenprüfung zeigt nur die Summe der beiden Werte, was für eine Beurteilung der Oberflächen zumeist ausreichend ist. Beide Verfahren können nicht berührungslos oder kontinuierlich angewendet werden. Letzteres bedeutet, dass bei Herstellungsprozessen, wie gerade bei den Folien, die Messungen nur im Ruhezustand, also nicht an laufenden Bahnen, durchgeführt werden können. In Ausnahmefällen könnte eine Messung nur bei sehr geringer Geschwindigkeit erfolgen. Die Begriffe Sauberkeit und Reinheit können wahlweise verwendet werden, wobei die Sauberkeit stets nur auf die Oberflächen anwendbar ist. Sie sollten aber besser nicht gemischt verwendet werden, weil dies zu Irritationen führen  kann.


Vorbehandlung mit erhöhter Oberflächenspannung

Der Begriff Vorbehandlung bezieht sich überliefert auf die Reinigung von Oberflächen mit mechanischen Mitteln,  vor allem dem Waschen mit oder ohne Lösemittel. Vorbehandlung wird seit einigen Jahrzehnten auch mit physikalischer Behandlung mittels Corona, Plasma und Beflammung eingesetzt, wobei die Oberflächen durch elektrische Einwirkung so verändert werden, dass deren polaren Anteile stark erhöht werden, wodurch sich die Oberflächenspannung erhöht und die Haftfähigkeit damit erheblich verbessert.

Beispielsweise können die Kunststoffe aus Polyolefinen, deren natürliche Werte der Oberflächenspannung bei 30 mN/m liegen, relativ einfach auf Werte von oberhalb 45 mN/m gebracht werden, was für Bedruckung und Klebung, Lackierung sehr gute Haftwerte liefert. Diese Werte können durch die ursprünglichen Verfahren der Reinigung keineswegs erreicht werden, wobei zu sehen ist, dass für eine brauchbare Vorbehandlung mit den physikalischen Verfahren eine Vorreinigung der mechanischen Weise zumeist erforderlich ist. Dies trifft vor allem auf Metalloberflächen zu, die z.B. mit Ölen, die bei der Herstellung der Folien oder Formteile eingesetzt werden, verschmutzt sind.

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

21.03.2019