Abstract
Die Benetzung von Schmelze-berührenden Maschinenkomponenten sowie die Anhaftung von erstarrtem Kunststoff auf dem Formwerkzeug basiert auf Wechselwirkungen an der Grenzfläche zwischen Kunststoff und Werkzeugmaterial. Ein Ansatz zur Charakterisierung der Benetzbarkeit von Festkörperoberflächen ist die
Bestimmung der freien Oberflächenenergie auf Basis von Kontaktwinkelmessungen. Bisherige Studien ermittelten die freie Oberflächenenergie von verschiedenen Hartstoffschichten meist durch Kontaktwinkelmessungen bei Raumtemperatur oder basierend auf einem statischen Messverfahren, welches nahezu keine Reproduzierbarkeit aufweist. Um die Benetzbarkeit von Hartstoffschichten für die Kunststoffverarbeitung zu bewerten, wurden in dieser Studie dynamische Kontaktwinkelmessungen von zwei Prüfflüssigkeiten auf poliertem Stahl sowie einer Titannitrid- (TiN), zwei Chromnitrid- (CrN) und einer amorphen Kohlenstoffbeschichtung (a-C:H:Si) im Entformungstemperaturbereich
von 60 °C bis 140 °C durchgeführt. Anschließend wurden die freien Oberflächenenergien der Beschichtungen für den betrachteten Temperaturbereich nach der Methode von Owens, Wendt, Rabel und Kaelble bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die CrN-Beschichtungen die geringste freie Oberflächenenergie aufweisen. Im Vergleich zeigte sich für alle Hartstoffschichten eine Abnahme der freien Oberflächenenergie mit sich erhöhender Temperatur. Die chemische Zusammensetzung der Probenoberfläche scheint bei gleichbleibenden Messbedingungen für glatte Oberflächen der bestimmende Faktor für die Höhe der freien Oberflächenenergie zu sein.
The wetting of melt-facing surfaces as well as the sticking of solidified plastic on molding tools is related to surface effects between plastic materials and mold material. One approach to quantify the wetting on solid surfaces is the determination of the free surface energy. Several studies determined the free surface energy of hard
coatings used in polymer processing based on the drop shape analysis. These measurements were, however, mostly conducted at room temperature, which is not comparable to molding temperatures, or were limited to static contact angle measurements, which are nearly non-reproducible. In this study, the wetting of hard coatings used in polymer processing was investigated by measuring the advancing contact angle of two test fluids on a titanium nitride, two differently deposited chromium nitride and one diamond-like carbon coating at relevant demolding temperatures
in the range from 60 °C to 140 °C. The results showed the smallest free surface energy values for the
two chromium nitride coatings. The comparison of all investigated coatings revealed a decline of the free surface
energy with increasing solid temperature. The chemical composition of the material seems to be a determining
factor for smooth surfaces and constant measuring conditions.
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