Témata
Reklama

Nové typy povlaků umí zázraky

Když začátkem devadesátých let představil würzburský ústav pro výzkum silikátů Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) první anorganicko-organické hybridní polymery s označením Ormocer, vytvořené modifikovaným procesem sol-gel, netušili ani jejich vynálezci, že stojí na prahu materiálů se zázračnými vlastnostmi pro povrchové inženýrství.

Povlakové materiály Ormocer (název je akronymem z ORganically MOdified CERamics) vznikly na molekulárním stavebním principu ve spojení funkčních skupin, jejichž základem je anorganicky nebo organicky vázaný křemík a metaloxidové skupiny kovů, jako jsou hliník, titan, zirkon a další. Každá z těchto skupin významnou měrou ovlivňuje určité výsledné vlastnosti povlaku. Anorganické síťoví silikátové povahy skla a keramiky určuje tvrdost, chemickou a teplotní odolnost, měrnou hmotnost, index lomu a optické vlastnosti. Funkční organické metaloxidové skupiny blízké silikonům umožňují řídit vnější hydrofilní, hydrofobní, antistatické a nečistoty odpuzující vlastnosti vrstev, adhezi k substrátu a bariérové efekty, zatímco organické polymerní síťování má vliv na pružnost, houževnatost a zpracovatelnost různými, a to velmi odlišnými technologiemi.
Vyrábějí se nanotechnologickými procesy kombinací hydrolýzy, polykondenzace a procesu sol-gel se složením upraveným na míru budoucím aplikacím. Pro povlaky se připravují ve formě transparentních laků převážně na rozpouštědlové a většinou alkoholové bázi, povlaky na vodné bázi jsou před dokončením vývoje a pracuje se i na práškových lacích. Povlaky lze dále vybarvovat organickými barvivy, jejichž tepelná stabilita sice není vysoká, umožňují však docilovat nejen zajímavých barevných efektů, ale i fotochromie, fluorescence aj. Dnes jsou k dispozici i kompaktní materiály, strukturovatelné materiály pro mikrotechniku, membrány, vlákna a nejnověji i dutá vlákna. Největšího rozšíření dosáhly funkční vrstvy neuvěřitelných kombinací vlastností - jsou odolné vůči poškrábání, zamlžování, jsou antistatické, antireflexní, hydrofilní, hydrofobní, oleofobní, vodivé, nevodivé, dielektrické, optoelektronické atd.
Reklama
Reklama

Proti poškrábání a opotřebení

Povlaky Ormocer v provedení Abrasil mají odolnost vůči poškrábání a opotřebení blízkou sklu. U transparentních organických polymerů používaných k optickým aplikacím, např. polymetylmetakrylátu (PMMA neboli plexisklo), polykarbonátu (PC) nebo v blízké budoucnosti i cykloolefinových kopolymerů (COC), lze bezbarvými laky Abrasil v tloušťce vrstvy několik µm zvýšit jejich odolnost vůči otěru 2- až 10násobně. První praktickou aplikací se staly lehké a cenově výhodné čtecí lupy nejrůznějších tvarů a velikostí, vyráběné německou firmou Eschenbach Optik GmbH velkosériově vstřikováním z polykarbonátu. Ve spolupráci s firmou Rupp und Hubrach Brillenglas se připravují úpravy brýlových skel.
Na svou obrovskou příležitost povlaky tohoto typu čekají v aplikaci na automobilová skla - čelní a reflektorová skla z polykarbonátu. Dva velcí světoví výrobci PC plastů Bayer AG (Makrolon) a General Electric Plastics (Lexan) totiž spojili své síly a vytvořili ve velmi krátké době společný podnik Exatec GmbH k výrobě lehkých PC skel pro automobilový průmysl s povlaky odolnými proti opotřebení a s antiadhezivními účinky. Mělo by jít o multifunkční povlak, kde dominuje odolnost vůči opotřebení ve spojení s protizamlžovacími (antifogging) a antireflexními účinky. Bližší informace se očekávají v říjnu na veletrhu plastů K 2001 v Düsseldorfu.

Antistatické a antiadhezivní povlaky

Povlaky typu Cleanosil (příp. ve spojení s perfluorosilany) mají silné odpuzující, hydrofobní a oleofobní účinky vůči vodě, olejům, tukům nebo špíně na všech substrátech včetně plastů a dřeva. Cílem je snížení povrchového napětí na povrchu substrátu na hodnoty 13 - 20 mN.m-1 (povrchové napětí vody je 73 mN.m-1, oleje 23 mN.m-1), na němž částice svírají s povrchem vysoký kontaktní úhel, nedovolující smáčení. Možností aplikace těchto povlaků je ochrana proti graffiti, které na povrchu neulpívají, nepronikají pod povrch materiálu a snadno se čistí. Antistatické vrstvy povlaku Cleanosil účinně chrání proti ulpívání prachu na plastových výrobcích a elektrostatickému výboji. Úpravy hybridními polymery zlepšují i bariérové účinky plastů, především permeabilitu kyslíku u fóliových obalových materiálů jako jsou PP a PET; na druhé straně je jimi možno vytvořit i paropropustné membrány. Do značné míry lze bariérovými povlaky zlepšit chování PVC jako obalového materiálu, a to především snížením emise a migrace změkčovadel PVC (na bázi ftalátů) z obalu do potravin a migrace přírodních barviv (karotinoidů) i syntetických barviv do obalu.

Dekorace skla

Možnosti vybarvování skla v tavenině jsou v některých odstínech omezené a stávající dodatečné barevné úpravy čirého skla mají nízkou odolnost vůči otěru a opotřebení. Ormocerové povlaky přitom lze nanášet různými technikami - máčením, stříkáním, stěrkou, válci, sítotiskem, tamponovým tiskem a tiskem mikrodávkovacími čerpadly kapkami objemu 0,5 nl, průtokem 1 µl.s-1 se šířkou čar 0,2 - 1,5 mm. Slibné jsou i zkoušky vícebarevného inkoustového tisku a tisku piezoelektrickými tiskovými hlavami.
Barevné dekorace povlaky Decosil mají ohromné možnosti barevného spektra pro použití na plochém i dutém skle vrstvou transparentních laků o tloušťce několika µm, které se vytvrzují fotochemicky UV nebo IR zářením či tepelně, při relativně nízkých teplotách do 200 °C (optimálně do 130 °C) s ohledem na tepelnou stálost barviv. Pro malé série není technologie ekonomická, protože výroba laků v malých objemech je drahá a úprava skla je spojena s investičními nároky. Značný zájem je však o potisk velkých sérií nápojového skla.
Dekorace jsou téměř nerozeznatelné od skla vybarveného v tavenině, vrstvy mají dobrou adhezi ke sklu (stupeň B 5 - 4 podle ASTM D 3359), jsou odolné vůči korozi podle DIN 50017 a ISO EN 9227 (DIN 50021), vůči opotřebení (1,0 - 3,4 % podle DIN 52347) a snáší mytí v automatických myčkách.
Do úprav skla patří i antireflexní úpravy, které zvyšují propustnost skla a snižují jeho odrazivost podle vlnové délky (až o 8 % u 600 nm). Této úpravy se využívá u stavebního skla, solárních a fotovoltaických kolektorů, u přístrojů a obrazovek.

Optoelektronické povlaky

Příznivé elektrické a optické vlastnosti, které lze vytvořit kombinací funkčních skupin a selektivní polymerací, spolu s dobrými dielektrickými vlastnostmi a hydrofobním chováním tenkých filmů povlaků Ormocer umožňují vytvořit elektronické obvody s čipovými strukturami, opticky ovládané spínací obvody, dielektrika pro GHz pásmo, displeje a velmi ploché polymerní baterie s dobrou iontovou vodivostí Li+/H+ pro nové mobilní telefony a palmtopy. Výhodou je nízká vytvrzovací teplota povlaků, která nevyžaduje použití dražších vysokoteplotních polymerů jako nosného substrátu pro obvody.
Optoelektronické vrstvy se připravují fotolitograficky, laserovým popisováním (při ? 257 a 360 nm), laserovou ablací (při ? 248 nm), sítotiskem, tamponovým tiskem a tiskem mikrodávkovacími čerpadly.

Povlaky pro korozní ochranu kovů

Transparentní povlaky Ormocer s reaktivními skupinami, které jsou schopny se chemicky vázat na povrch kovu a jsou odolné vůči opotřebení, poskytují i ve vrstvách tloušťky několika µm dobrou a trvalou korozní ochranu kovů.
Ve srovnání s drahým rhodiováním nebo PVD napařováním je zajímavá levná ochrana stříbrných předmětů a šperků. Při zkouškách tenkých transparentních kovových PVD vrstev, kdy po zkoušce abraze podle ASTM D 1044 (Taber Test) v délce 100 cyklů a po následujících korozních zkouškách podle ISO EN 9227 (zkouška v solné mlze) byly PVD povlaky zcela nevyhovující, povlaky Ormocer vykázaly pouze lehkou ztrátu lesku. Rovněž po zkoušce na černání v roztoku polysulfidu amonného po dobu 24 hodin jsou stříbrné šperky s novými povlaky beze stop koroze.

Fasádní barvy šetří energii

Zavedení hybridních polymerů Ormocer do fasádních barev vytváří svým vodu a nečistoty odpuzujícím účinkem suché povrchy staveb bez výskytu plísní a řas a povrchy se sníženým vyzařováním energie. Vazba hybridního polymeru na určité typy pigmentů a jejich pojivo způsobuje, že až 70 % vyzářené energie ve formě infračerveného záření se odrazí zpět do objektu. Běžné fasádní systémy mají hodnoty emise ? = 0,9 (v relevantní oblasti IR spektra), zatímco systémy s polymerem Ormocer mají ? = 0,3 i méně. Snížení spotřeby energie při ? = 0,3 je 9,1 % (u světlých fasád) a 11,4 % (u tmavých fasád). Podle ústavu Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ve Freiburgu, který se podílí na sdruženém projektu Inovativní fasádní povlakové systémy, byly jako pigmenty vyzkoušeny hliníkové vločky, slídové vločky a nadouvané keramické mikrokuličky.

Kompaktní materiály

Poslední novinkou hybridních polymerů je vývoj kompaktních materiálů, které se zpracovávají vstřikováním jako termoplasty především na komponenty pro mikrotechniku, a výroba vláken. Dutá mechanicky stabilní vlákna z nanoporézního SiO2 na bázi prekurzoru Ormocer s řízenými vlastnostmi mají řízenou permeabilitu pro plyny a umožňují separaci plynného dusíku a vodíku.

Keramický polymer na dentální výplně

Ve srovnání s povlaky je komerčně nejrozšířenější aplikací využití polymerů Ormocer na dentální výplně Admira a dentální pojiva Admira Bond, vyráběné firmou Voco GmbH a nahrazující kontroverzní amalgámové výplně. Nové estetické dentální materiály jsou plně biokompatibilní, s tvrdostí keramického materiálu, vykazují nejnižší smrštění (pod 2 % obj.) a nejvyšší adhezi k zubní hmotě ze všech nových polymerních výplní. Podstatou výplní je vytvoření skloionomerního cementu vytvrzujícího účinkem UV záření za 20 s. Vytvrzení pojiva na vzduchu probíhá světlem za 30 s.

Aplikace realizačním střediskem

Jak se v takových případech stává, odešli z ISC tři z nositelů know-how a začali s jeho realizací na vlastní pěst. Kvůli zachování know-how polymerů Ormocer v místě jeho vzniku, pro další možnosti objevování nekončícího potenciálu aplikací a pro poradenství vytvořil ústav ISC v roce 2000 vlastní aplikační středisko T_O_P Oberflächen GmbH ve Würzburgu, které také vyrábí laky a povlaky průmyslově. Zde se v poloprovozním měřítku povlaky aplikují, vytvářejí se vzorky dekorace skla a potisk skla mikrodávkovacími čerpadly na plochém skle 200 x 300 mm a na válcových skleněných objektech do průměru 200 mm i za rotace.
Posláním střediska je také zachování a rozvíjení technologického náskoku zázraku, kterým jsou metaloxidové křemíkové hybridní polymery Ormocer.
Reklama
Vydání #6
Kód článku: 10611
Datum: 06. 06. 2001
Rubrika: Výroba / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

Laserové řešení pro plastikářský průmysl

Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

Průmyslové využití nejvýkonnějších laserů

Již několik desetiletí jsme svědky postupného nabývání významu a upevňování pozice laserů nejen v průmyslových provozech, ale i ve zdravotnictví, metrologii a mnoha dalších oblastech. Na stránkách tohoto vydání je uvedeno hned několik možností jejich využití, všechny jsou však velmi vzdálené možnostem laserů vyvíjených v centru HiLASE. V Dolních Břežanech u Prahy totiž vyvíjejí „superlasery“.

Související články
Cyklické zkoušky pro reálnější simulace

Životnost, trvanlivost, odolnost, ale i třeba degradace jsou důležitými pojmy, pokud se bavíme o životním cyklu jakékoliv součásti. Kupující nebo odběratel požaduje záruky, že právě obdržený díl, zařízení či konstrukce bude fungovat předem stanovenou dobu, navíc je-li ve hře také otázka bezpečnosti. Udělení certifikace či určení doby trvanlivosti často předcházejí různé zkoušky. Důležitou skupinou z nich jsou urychlené korozní zkoušky. Nejen jimi se v úzké spolupráci s průmyslem zabývají ve vědecko-technickém parku v Kralupech nad Vltavou.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
20 milionů lakovaných klik pro všechny značky automobilů

Moderní doba přináší moderní technologie také do automobilového průmyslu i samotných automobilů. Bezdotykové otvírání např. zadních dveří se již u některých modelů automobilů různých značek objevuje, avšak doba ještě nedospěla k úplnému odstranění vnějších klik k mechanickému otevírání vozu. Společnost WITTE Automotive se orientuje na výrobu zámků a zámkových aretací pro automobily snad všech světových výrobců. V novém závodě v Ostrově u Karlových Varů nedávno uvedla do provozu také velmi moderní lakovací linku právě pro vnější lakované kliky automobilů.

Interdisciplinární studentské projekty

Profesor Stanislav Hosnedl před dvanácti lety přišel s ideou realizace týmových studentských konstrukčních a designérských projektů. Z původní studentské akce na Fakultě strojní ZČU v Plzni se rozrostla spolupráce napříč čtyřmi zdejšími fakultami, dvěma zahraničními univerzitami a patnácti tuzemskými a zahraničními firmami. Celým tímto vším prošlo při řešení 36 témat na 980 studentů. Letošní dvanáctý ročník byl opět v celé řadě aspektů výjimečný.

Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Ambiciózní projekt: Vývoj a výzkum nanomateriálů

Jedním z nejrychleji se rozvíjejících oborů současnosti jsou obory zabývající se nanomateriály a nanotechnologiemi. Tato velmi perspektivní disciplína nachází široké uplatnění ve všech oborech lidské činnosti. Jde však o vědní obor velmi mladý, takže principy výroby, aplikací a jejich zkoušení nejsou dosud dostatečně popsány. A to byl právě impulz pro vznik Ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace v Liberci.

Polyetylenové povlaky proti korozi oceli

Práškové povlakování oceli proti korozi zahrnuje řadu technologických postupů, jejichž vývoj probíhal po několik minulých desetiletí. Kromě dosažení spolehlivé a dlouhodobé ochrany proti korozi se zásadní motivací pro rozvoj práškových technologií stal tlak na zlepšování životního prostředí. Cílem tak bylo nahrazovat protikorozní nátěry obsahující ekologicky nepřijatelná rozpouštědla.

Achema 2012 také veletrhem strojů, materiálů a těsnění

Největší světová přehlídka chemické techniky, chemických zařízení, biotechnologií a technologií, konaná jednou za tři roky, je i největším veletrhem strojírenství, armatur, čerpadel, potrubí a kompresorů včetně konstrukčních materiálů, těsnění a ovládání.

Ekonomická řešení čištění - základní faktor úspěchu

Kvalitní čištění dílů je v průmyslu stále důležitější. Většina firem klade hlavní důraz na výrobu. Samozřejmě nelze přehlížet vazby mezi výrobním procesem a čištěním. Výrobce čisticích zařízení Pero AG proto svým zákazníkům nabízí vedle moderních technologií i komplexní poradenství pro ekonomiku a efektivitu čisticích procesů. Přesvědčit se o tom, a získat informace o aktuálních inovacích, mohli návštěvníci zákaznických dnů Pero 2018.

Perfektní povrchová úprava

Ten, kdo vytváří povlaky, může dosáhnout bezvadných výsledků pouze důkladnou předpřípravou povlakovaného povrchu. Také za tímto účelem investovala firma Bot Oberflächentechnik z Kulmbachu do nového zařízení – a dosáhla tak nakonec fascinujících výsledků.

Kompaktní řešení Zapoj a spusť

Surffinisher je inovační metoda inline omílání vysoce kvalitních, geometricky složitých součástí během výrobního cyklu , která otevírá nové možnosti pro automatizované, vysoce přesné obrábění definovaných ploch jednotlivých součástí. Kompaktní omílací systém Zapoj a spusť lze snadno integrovat do výrobních linek.

Automatické selektivní nebo celoplošné obrábění

Ať se jedná o odhrotování, broušení, hlazení, zaoblování nebo leštění, dnes musejí být na kvalitu plněny velmi vysoké požadavky. Konkurenční tlak pak současně vyžaduje minimalizaci nákladů na zpracování. Tyto požadavky lze splnit inovativní technologií surf-finishing společnosti Rösler. K manipulaci s obrobky během bezdotykového, plně automatického procesu omílání jsou používány roboty. To umožňuje nejen celoplošně, nýbrž i selektivně, spolehlivě a efektivně obrábět geometricky složité součásti. Tato revoluční inovace v omílání byla poprvé prezentována na veletrhu AMB 13. až 17. září ve Stuttgartu.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit