Adhäsion oder Haftung sorgt für den mechanischen Zusammenhalt von Oberflächen. Haftung und Adhäsion sind dabei in vielen technischen Bereichen von Bedeutung- Haftungsversagen und Adhäsionsprobleme zu Analysieren ist daher ein häufiges Thema in unserem Labor. Dazu gehören Fügeprozesse wie das Kleben, Themen wie Lackhaftung oder die Versiegelung von Verpackungen. Adhäsion kann dabei unterschiedliche Ursachen haben. Sowohl mechanische wie auch chemische Eigenschaften der beteiligten Oberflächen spiele eine Rolle.
Von besonderem Interesse wird die Haftung meist dann, wenn es zu Haftungsproblemen kommt. Ein Haftungsversagen kann beispielsweise auftreten, wenn die Oberflächen kontaminiert sind, oder auch wenn ungeeignete Materialien oder Verfahren eingesetzt werden. Die Möglichkeiten für Fehlerursachen sind dabei vielfältig.
Haftversagen aufgrund einer Kontamination
Bei Beschichtungen wie Lacken aber auch bei Polymerwerkstoffen (z.B. beim Versiegeln von Verpackungen) sind häufig Kontaminationen die Ursache für Haftungsprobleme. Die Analyse solcher Fehler erfordert meist den Einsatz oberflächenanalytischer Verfahren. Typischerweise werden dabei zunächst beide Seiten der delaminierten Grenzfläche untersucht. Ergänzend macht häufig auch die Materialanalyse der angrenzenden Volumina sind, da häufig die genaue Zusammensetzung der verwendeten Rohstoffe nur unzureichend bekannt ist. Auf diese Weise können die im Bereich der Grenzfläche gefundenen Substanzen entweder den eingesetzten Werkstoffen zugeordnet, oder als Kontamination eindeutig identifiziert werden. Silikone oder Fette auf Metalloberflächen können beispielsweise ein Problem für die Lackhaftung darstellen oder auch zu Lackkratern führen.
Haftungsprobleme aufgrund unzureichender Vorbehandlung
Auch eine unzureichende (oder zu intensive) Vorbehandlung kann zu Haftungsproblemen führen. Obgleich keine Kontamination vorhanden ist, kann dadurch die Haftung z.B. einer Beschichtung auf einem Polymersubstrat unzureichend sein. Ein Beispiel dafür sind Polyolefin Oberflächen (PP oder PE) welche bedruckt oder verklebt werden sollen. Diese Oberflächen sind ohne weitere Vorbehandlung sehr Hydrophob und lassen sich nur schwer bedrucken oder verkleben. Als Vorbehandlung kann hier beispielsweise eine Beflammung oder Coronabehandlung zum Einsatz kommen. Diese erzeugt polare Gruppen auf der sonst unpolaren Polymeroberfläche und verbessert so die Benetzung und Haftung von Druckfarbe oder Klebstoff auf der Bauteiloberfläche. Mittels Oberflächenanalytik kann so eine Vorbehandlung quantitativ untersucht und bewertet werden.
Lötprobleme aufgrund von Oxidbildung
Bei Lötfehlern können beispielweise Materialunreinheiten, Oxidschichten oder Diffusionsprozesse während bzw. nach dem Verbinden der Werkstücke die Ursache des Problems sein. Je nach Fragestellung können auch hier Oberflächenanalytische Verfahren dabei helfen die Ursache des Adhäsions- oder Kohäsionsversagens zu ermitteln. Ein Beispiel für eine solche Analyse finden Sie in unserer Fallstudie "Lötfehler-Ursachen erkennen: XPS-Sputter-Tiefenprofile zur Grenzflächen-Analyse"
FAQ zu Haftungsproblemen/Adhäsionsversagen/Enthaftung
Haftungsprobleme entstehen meist durch zwei Hauptursachen: Entweder liegt eine Kontamination der Grenzfläche vor (z. B. durch Silikone, Fette, Trennmittel oder Öle), die eine chemische Bindung verhindert, oder die Oberflächenvorbehandlung (z. B. Plasma, Corona, Primer) war unzureichend bzw. fehlerhaft. Auch Materialunverträglichkeiten oder Diffusionsprozesse aus dem Materialinneren können zu Enthaftungen führen.
Zur Ursachenforschung werden oberflächenanalytische Verfahren eingesetzt. Mittels XPS (Photoelektronenspektroskopie) kann die chemische Zusammensetzung der Bruchstellen quantitativ bestimmt werden, um Oxidationszustände oder Aktivierungsfehler zu finden. Die ToF-SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometrie) ist extrem empfindlich für den Nachweis winzigster Spuren von organischen Kontaminationen (z. B. Tensidreste, Silikone oder Fettsäuren) auf der Delaminationsfläche.
Ja. Verfahren wie die Kontaktwinkelmessung geben einen ersten Hinweis auf die Benetzbarkeit. Für eine genaue Bewertung nutzen wir jedoch spektroskopische Verfahren (XPS), um zu prüfen, ob die gewünschten polaren Gruppen (z. B. Hydroxyl- oder Carboxylgruppen) tatsächlich in ausreichender Dichte auf der Polymeroberfläche erzeugt wurden.
Die Analyse ist materialunabhängig möglich. Wir untersuchen routinemäßig Fehlerbilder auf Kunststoffen (Polymere), Metallen, Glas, Keramik sowie bei Verbundwerkstoffen. Typische Beispiele sind lackierte Bauteile, geklebte Verbindungen, Beschichtungen in der Medizintechnik oder laminierte Folien.
Bei einem Adhäsionsbruch erfolgt die Trennung direkt an der Grenzfläche zwischen zwei Materialien (z. B. Klebstoff löst sich glatt vom Substrat) – hier liegt das Problem oft in der Oberflächenchemie. Bei einem Kohäsionsbruch versagt das Material in sich selbst (z. B. der Klebstoff reißt in der Mitte). Die Analytik hilft dabei, genau zu bestimmen, in welcher Schicht das Versagen stattfand, was oft mit bloßem Auge nicht erkennbar ist.