Plasma-Oberflächenbehandlung von Flachsgeweben zur Verbesserung ihrer Imprägnierbarkeit

Abstract

Thema der Arbeit ist die Vorbehandlung von Naturfasergeweben mit Atmosphärendruck-Plasma, um die Imprägnierbarkeit der Gewebe aufgrund plasmachemischer Veränderungen an deren Oberflächen zu verbessern. Hintergrund ist eine zunehmende Nutzung von Naturfasern als alternatives Verstärkungsmaterial in faserverstärkten Kunststoffen. Um der Absicht einer geringeren Umweltbelastung bei der Verwendung natürlicher Materialien Rechnung zu tragen, wurde hier auf den Einsatz nasschemischer Methoden verzichtet. Stattdessen wurde Plasma als trockenchemische Alternative verwendet. Für die Behandlungen wurde eine dielektrische Barriereentladung genutzt, mit der temperaturschonende Behandlungen im oberflächennahen Bereich von Materialien möglich sind. In der Arbeit wurden der Plasma-Behandlungsprozess entwickelt und grundlegende Untersuchungen an den behandelten Fasern durchgeführt. Zudem wurden verschiedene in-situ-Analysen zur weitergehenden Erklärung von Behandlungseffekten genutzt. Es zeigte sich unter anderem, dass eine beidseitig homogene Behandlung der genutzten Flachsgewebe durch geringfügige Anpassungen des Prozesses in einem Prozessschritt möglich ist. Durch einen kombinatorischen Wechselwirkungsmechanismus mit dem Plasma konnte die Benetzbarkeit und Kapillarität der Gewebe dabei deutlich erhöht werden. Mit Hilfe der Berechnung von elektrischen Feldern im Behandlungsraum konnten die Behandlungsergebnisse überdies weitergehend gedeutet werden. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden daraufhin in einer modellhaften Beschreibung zusammengefasst, mit der die Veränderungen im Aufnahmeverhalten der Gewebe infolge der Plasmabehandlungen dargestellt werden können. Die Behandlungseffekte spiegelten sich ebenfalls in einer gesteigerten Aufnahme von Epoxidharz, folglich einem verbesserten Imprägnierverhalten, wieder. Zudem wurde gezeigt, dass verbesserte Kennwerte bei Verbundwerkstoffen erreicht werden können, wenn die Flachsgewebe zuvor plasmabehandelt werden.