Herstellung neuartiger Sperrschichten an elastomeren Dichtungsmaterialien zur Verminderung der Permeation des Kältemittels R744 (CO2)

BMWi IGF 32 EWBR | Laufzeit: 04.2018 – 03.2021 Christian Hanzelmann, ILK Dresden; Frauke Junghans, FILK Freiberg; Anett Müller, Tino Riske, IPF Dresden
  • Kategorien:
  • Dünnbeschichtungen

Ausgangssituation

Der Bedarf an maßgeschneiderten Poly- bzw. Elastomeren für die industrielle Anwendung ist stetig gewachsen. Die Einstellung von speziellen Eigenschaften kann durch eine gezielte Modifizierung der Oberfläche dieser Materialien erfolgen. Verfahren zur Oberflächenmodifizierung sind z. B. die Plasmatechnik (Niederdruck- und Atmosphärendruckplasma), die Gasphasenfluorierung oder die Parylene-Beschichtung. Diese Prozesse bieten die Möglichkeit, spezielle Eigenschaften in einem Veredlungsschritt zu erzielen, ohne die Bulk-Eigenschaften des Ausgangsmaterials zu verändern. Allerdings waren bisher nur wenige Veröffentlichungen oder Untersuchungen bekannt, welche sich mit der gezielten Oberflächenmodifizierung von Dichtungsmaterialien auf Elastomerbasis beschäftigen.

Projektziel

Das Forschungsziel bestand in der Entwicklung und Herstellung von Sperrschichten auf Elastomer-Dichtungsmaterialien als CO₂-Permeationsbarriere verbunden mit der Ermittlung geeigneter Prozessparameter und der Entwicklung einer geeigneten Prozesskette im Labormaßstab.

Lösungsweg

Es wurden zunächst zwei Messverfahren (weiter-)entwickelt – zum einen die Bestimmung der CO₂-Permeation bei flächigem Elastomermaterial und an O-Ringen und zum anderen ein Permeations-Schnelltest, der eine qualitative und quantitative Bewertung der Beschichtungen hinsichtlich Permeation ermöglicht. Mittels der drei zunächst untersuchten Oberflächenmodifizierungsverfahren – Gasphasenfluorierung, ND- und AD-Plasmaverfahren, Parylen-Abscheidung – konnten erste Verbesserungen auf Flächmaterial erreicht werden, allerdings traten Haftungsprobleme auf. Daher wurde das Untersuchungsprogramm um ein weiteres, ursprünglich nicht geplantes Verfahren (EVOH Beschichtung) erweitert.

Ergebnisse | Nutzen

Mit dem Verfahren der EVOH Beschichtung konnte eine signifikante Verbesserung der Permeationsbarriereigenschaften (um 80 bis 90 % für EPDM, HNBR, FKM) bei gleichzeitiger sehr guter Haftung der Beschichtung erzielt werden. Darüber hinaus ist dieses Verfahren als Tauch- oder Sprühverfahren sehr gut in den Fertigungsprozess der Dichtungen einzubinden. Die auf (2-dimensionalem) Elastomerplattenmaterial gewonnenen Ergebnisse konnten auch auf (3D) O-Ring-Dichtungen erfolgreich übertragen werden.

Die Ergebnisse können einen Beitrag leisten, die Kosten für qualitative hochwertige Dichtungen für R744-Kälte- und Klimaanlagen zu senken und damit Hindernisse für den Einsatz des umweltfreundlichen, natürlichen Kältemittels R744 auch im Bereich der PKW-Klimatisierung abzubauen.

   

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Danksagung

Das IGF-Vorhaben 32 EWBR der Forschungsvereinigung DECHEMA e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.

Kontakt

FILK Freiberg Institute gGmbH
Meißner Ring 1-5
D-09599 Freiberg

Fon: +49-(0)3731-366-0
Fax: +49-(0)3731-366-130
E-Mail: mailbox@filkfreiberg.de

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