Einfluss der Substrattemperatur auf die Haftung schmelzgeschichteter Prüfkörper aus thermoplastischem Polyurethan auf aminosilanen Haftvermittlerschichten

Aufgrund ihrer Eigenschaft, der Lokalisation mechanischer Spannungen – im Gegensatz zu mechanischen Fügetechniken – entgegenzuwirken, gewinnen stoffschlüssige Fügetechniken auch im Bereich des Fügens an spröden Komponenten im Bereich des Sanitärbaus, der Herstellung von Gebrauchsporzellan oder in der Displaytechnik immer mehr an Bedeutung. Besonders erstrebenswert ist in diesem Zusammenhang eine Kombination aus sehr harten und spröden Stoffeigenschaften einer Glasoberfläche oder einer glasierten Oberfläche mit den weich-elastischen Eigenschaften eines thermoplastischen Elastomers. Prinzipiell lassen sich derartige Verbunde durch das direkte Anspritzen an die anorganische Komponente etwa in einem Spritzguss- oder in einem nachdruckfreien Spritzprägeprozess erreichen. Aufgrund der Notwendigkeit einer Form mit entsprechend enger Fertigungstoleranz und den daraus resultierenden hohen Werkzeugkosten erscheinen drucklose Schmelzschichtverfahren, bei denen eine extrudierte thermoplastische Schmelze direkt auf dem Substrat aufgetragen wird, als Fertigungsverfahren zielführend. Sie eröffnen zudem durch eine hohe Gestaltungsfreiheit der angedruckten Komponente innovative Fertigungs-möglichkeiten für hybride Prototypen und neue Reparaturtechnologien. Für den drucklosen Prozess der Materialextrusion auf einer mit einem Aminosilan versehenen anorganischen Oberfläche ist vor allem die Oberflächentemperatur entscheidend. Erst bei hinreichend hoher Temperatur – ähnlich wie beim Heißkleben – kann eine ausreichend starke Molekülbewegung für die mechanische Adhäsion und zusätzlich beim Einsatz von Aminosilanen vermehrt Interaktion mit den funktionellen Gruppen des Haftvermittlers erreicht werden. Weiterhin ist die thermische Zersetzung der primären und sekundären Amine in höheren Temperaturbereichen bei einer Bewertung des Druckprozesses zu berücksichtigen. Für eine Betrachtung des Einflusses der Oberflächentemperatur während des Schmelzschichtvorgangs und eine Bewertung der resultierenden Haftung wurden emaillierte Stahlproben zunächst mit einer amorphen SiO2-Beschichtung versehen und im Folgenden mit einem Aminosilan nasschemisch beschichtet. Im Nachgang wurden diese Oberflächen bei unterschiedlichen Druckbetttemperaturen Prüfkörper aus thermoplastischem Polyurethan mittels fused layer manufacturing (FLM) gedruckt. Abschließend erfolgte eine mechanische Charakterisierung der Verbindungsfestigkeit in einem Kopfzugversuch.