VDI 3823 Blatt 2-2006 Vacuum coating quality assurance - Demands on plastics to be coated.pdf

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1、ICS 25.220.01, 83.080.01 VDI-RICHTLINIEN November 2006 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Qualittssicherung bei der Vakuumbeschichtung von Kunststoffen Anforderungen an die zu beschichtenden Kunststoffe Vacuum coating quality assurance Demands on plastics to be coated VDI 3823 Blatt 2 / Part 2 Ausg. deutsc

2、h/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken as authoritative. VDI-Gesellschaft Werkstofftechnik Fachausschuss Qualittssicherung bei der

3、Vakuumbeschichtung von Kunststoffen VDI-Handbuch Werkstofftechnik VDI-Handbuch Konstruktion VDI-Handbuch Kunststofftechnik VDI-Handbuch Medizintechnik Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet/Reproduction evenfor internaluse notpermittedFrhere Ausgabe:12.04Entwurf, deutsch Forme

4、redition: 12/04 Draft,inGerman onlyZubeziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinAlleRechte vorbehalten /AllrightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2006Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung. 2 1 Geltungsbereich. 2 2 Anforderungen an zu beschichtende Kunststoffe. 3 2

5、.1 Eigenschaften des Grundmaterials 3 2.2 Konstruktive Gestaltung der zu beschichtenden Teile . 5 2.3 Oberflchenzustand . 7 2.3 Verpackung (Lagerung und Transport/ Anlieferung. 8 3 Beschichtbare Kunststoffe 9 Schrifttum . 12 Preliminary note 2 1 Scope 2 2 Demands on plastics to be coated. 3 2.1 Prop

6、erties of the materials 3 2.2 Design of the parts to be coated 5 2.3 Condition of the surface. 7 2.3 Packaging (storage and transport/ delivery. 8 3 Coatable plastics 9 Bibliography 12 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI 3823 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbeh

7、alten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 Vorbemerkung Der Fachausschuss Vakuumbeschichtung von Kunststoffen“ der VDI-Gesellschaft Werkstoff-technik hat diese Richtlinie erarbeitet, um zur Qua-littssicherung bei der Vakuumbeschichtung von Kunststoffen beizutragen. Sie behandelt produkt-

8、spezifische Aspekte des Qualittsmanagements (QM) und dient als Leitfaden fr die Verstndi-gung zwischen den Herstellern von Kunststoffgra-nulat, den Herstellern der zu beschichtenden Kunststoffteile, den Beschichtern und den Anwen-dern der beschichteten Teile. Notwendige Voraus-setzungen fr eine anfo

9、rderungsgerechte Vakuum-beschichtung von Kunststoffen werden verdeut-licht. Auf Grund ihrer wesentlichen Bedeutung fr die Kunststoffbeschichtung werden Vor- und Nachbehandlungsschritte ebenfalls behandelt. Die Richtlinie trgt so zur Qualittssicherung im Sinne der aktuellen Begriffsnormung bei, nmlic

10、h zur Darlegung von QM-Elementen dem Anwender gegenber mit dem Ziel, Vertrauen in die Erfl-lung seiner Qualittsanforderungen zu schaffen. Die Richtlinie umfasst folgende Teile: Blatt 1: Eigenschaften, Anwendungen und Verfahren Blatt 2: Anforderungen an die zu beschichtenden Kunststoffe Blatt 3: Fert

11、igungsablufe und -ttigkeiten Blatt 4: Prfungen an vakuumbeschichteten Kunststoffteilen Aufgabe der Richtlinie VDI 3823 Blatt 2 ist es, zu verdeutlichen, wie sich die Materialeigenschaften, konstruktive Gestaltung, Oberflchenzustand so-wie die Verpackung und die Lagerung der zu be-schichtenden Kunsts

12、toffteile auf die Qualitt der Vakuumbeschichtung auswirken. Preliminary note The Technical Committee “Vacuum Coated Plas-tics” in the VDI-Gesellschaft Werkstofftechnik (VDI Society for Materials Engineering) has pre-pared this guideline in order to contribute to qual-ity assurance in the vacuum coat

13、ing of plastics. It addresses product specific aspects of quality man-agement (QM) and serves as a platform for pro-moting understanding between manufacturers of plastic granules, manufacturers of plastic parts, coaters and those who use these coated parts. It describes the requirements that need to

14、 be fulfilled in order for plastics to be coated in a manner that will satisfy the demands placed upon them. Pre-treatment and after-treatment are dealt with as separate steps because of their essential importance in coating plastics. This guideline therefore con-tributes to quality assurance in the

15、 sense of estab-lishing norms for current terminology, particularly with regard to describing aspects of QM to those who use the coated parts, in order to create greater confidence in the fulfillment quality requirements. This guideline comprises the following parts: Part 1: Characteristics, applica

16、tions and processes Part 2: Demands on plastics to be coated Part 3: Production sequence and job steps Part 4: Testing of Vacuum Coated Plastics The purpose of guideline VDI 3823 Part 2 is toillustrate how the properties of the material, de-sign, surface condition, packaging and storage of the plast

17、ic parts to be coated effect the quality of the vacuum coating. 1 Geltungsbereich Die Beschichtung des Kunststoffs im Vakuum gemeinsam mit den entsprechenden Vor- und Nachbehandlungsschritten bestimmt als letzter Fertigungsschritt im wesentlichen Mae die Eigen-schaften des fertigen Produkts. Die Qua

18、litt der Beschichtung ergibt sich jedoch als das Ergebnis aller vorangegangenen Fertigungsschritte. Wenn den in VDI 3823 Blatt 2 genannten einzel-nen Empfehlungen gefolgt wird, knnen auch die Lieferzeiten des Beschichtungsservice wesentlich verkrzt werden, da Vorbereitung, Beschichtung und Nachbehan

19、dlung effizienter durchgefhrt wer-den knnen. Zur optimalen Auftragsabwicklung ist eine stndi-ge Kommunikation zwischen Kunde und Be-schichtungsservice unbedingt notwendig. 1 Scope As a final step in the production process, the vac-uum coating of plastics, including the correspond-ing pretreatment an

20、d after-treatment steps, deter-mines the properties of the finished product in essential measure. However, the quality of the coating is a result of all of the previous production steps. When the individual recommendations made in VDI 3823 Part 2 are followed, the time required to provide coating se

21、rvices can be appreciably short-ened, since preparation, coating and after-treatment can be performed more efficiently. For coating orders to be filled in an optimal man-ner, continuous communication between the cus-tomer and the coating service is an absolute re-quirement. B55EB1B3E14C22109E918E8EA

22、43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 VDI 3823 Blatt 2 / Part 2 3 2 Anforderungen an zu beschichtende Kunststoffe Alle fr den Beschichtungsvorgang wesentlichen Eigenschaften des Kunststoffs mssen dem Be-schichter bekannt s

23、ein (siehe Abschnitt 2.1 bis Abschnitt 2.3). Ist dies nicht der Fall, wird er zur Fehlervermeidung vor der Beschichtung Rckspra-che mit dem Auftraggeber nehmen. Der Austausch von Checklisten ist empfehlenswert. Das gilt glei-chermaen fr alle vorangegangenen Ver- und Bearbeitungsschritte, einschlieli

24、ch Handhabung, Verpackung, Lagerung und Transport (siehe Ab-schnitt 2.4). 2.1 Eigenschaften des Grundmaterials 2.1.1 Vakuumtauglichkeit Die zu beschichtenden Kunststoffe knnen im Vakuum ausgasen, versprden, aufquellen oder aufschumen. Dadurch werden nicht nur die Ver-wendbarkeit des beschichteten Gr

25、undmaterials, sondern auch der Beschichtungsprozess und das Ergebnis, also die Schichteigenschaften, beein-trchtigt. Besonders zu erwhnen sind Zustze zum Kunststoff, z. B. niedermolekulare Bestandteile, deren Dampfdruck den fr den Prozess typischen Restgasdruck erhht. Das Restgas entsteht durch Ausg

26、asen der Kammerwnde, Halterungen, ande-rer Einbauten und des Kunststoffs selbst in der Prozesskammer sowie durch Lecks, Rckstrmun-gen aus dem Pumpsystem usw. Die durch die Sub-strate eingetragene Luftfeuchtigkeit und freigesetz-te Additive aus dem Polymermaterial stren das Gleichgewicht zwischen Pum

27、pwirkung und anla-genbedingten Gasanteilen. Auer durch Vermei-dung von Zustzen ist es auch mglich, nicht va-kuumtaugliche Kunststoffe nach geeigneter Vor-behandlung, z. B. Auslagerung unter bestimmten Bedingungen (Konditionierung) oder nach Auf-bringen einer Barriereschicht, im Vakuum zu be-schichte

28、n. Bereits vorhandene Vorbeschichtungen mssen ebenfalls vakuumtauglich sein, da sonst schon whrend des Beschichtungsvorgangs Ablsungen auftreten knnen (siehe Abschnitt 2.3.3). 2.1.2 Temperaturstabilitt Alle fr die Beschichtung von Kunststoffen im Vakuum eingesetzten Verfahren fhren zu einer Erwrmung

29、 des zu beschichtenden Teils. Durch diese Erwrmung kann es whrend der Beschich-tung zur Beeinflussung der mechanischen Eigen-schaften auf Grund von Umwandlungsvorgngen sowie zur Vernderung der Teilegeometrie auf Grund von Verzug und umwandlungsbedingten Volumenvernderungen kommen. Die Tempera-tursta

30、bilitt des zu beschichtenden Teils aber wird 2 Demands on plastics to be coated All of the essential properties of plastics for the coating procedure must be known to the coater (see Section 2.1 to Section 2.3). If this is not the case, he is obliged to consult with the customer in order to avoid mi

31、stakes. The exchange of checklists is recommended. This also holds true for all previous steps in the production and finishing processes, including handling, packaging, storage and trans-port (see Section 2.4). 2.1 Properties of the materials 2.1.1 Vacuum compatability The plastics to be coated may

32、be subject to out-gassing in a vacuum, become brittle, swell or foam. As a result, not only the usability of the coated material, but also the coating process and the result, i. e. the properties of the coating, im-paired. Additives to plastics warrant special men-tioned, for example low molecular w

33、eight compo-nents, the steam pressure of which increase the level of residual gas pressure typical for the proc-ess. The residual gas is created by the outgassing of the chamber walls, holders, other installations and the plastic itself in the process chamber, as well as through leaks and backflow f

34、rom the pump system, etc. The humidity brought in by the sub-strates and the additives released from the polymer materials disturb the balance between the effec-tiveness of the pump and the level of gas that re-sults from the equipment. Besides avoiding addi-tives, it is also possible to make plasti

35、cs not suited for vacuum processes vacuum coatable by under-taking the appropriate preconditioning steps, for example conditioning or applying a barrier coat. Any previously applied coatings must also be vac-uum compatible, since debonding may also take place during the coating process (see Sec-tion

36、 2.3.3.). 2.1.2 Temperature stability All of the processes used for coating plastics in a vacuum cause the part to be coated to heat up. This heating can, in the course of the coating process, influence mechanical properties as a result of the conversion processes and cause alterations in the geomet

37、ry of the part through warping and volume changes caused by conversion. The temperature stability of the part to be coated will not only be determined by the type of plastic used but also by the properties and the design of the component B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2

38、012-08 4 VDI 3823 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 nicht allein durch den verwendeten Kunststofftyp sondern auch durch die Eigenschaften und die konstruktive Gestaltung des Bauteils (innere Span-nungen, Wandstrken, bereits aufgebrachte Schich-

39、ten, Abschattungen, eingefgte Materialien und Art des Fgens bei zusammengesetzten Teilen) bestimmt. Bei Bedarf kann durch eine geeignete Prozessfh-rung die Temperaturbelastung whrend der Be-schichtung verringert werden. Der Beschichter ist in der Lage, Hinweise zur Werkstoffauswahl und zur konstrukt

40、iven Gestaltung hinsichtlich einer Verbesserung der Temperaturstabilitt whrend der Beschichtung zu geben. 2.1.3 Empfindlichkeit gegenber Strahlung und Teilchenbeschuss In Abhngigkeit vom eingesetzten Beschichtungs-verfahren (z. B. plasmagesttzt) kann der Kunst-stoff in sehr unterschiedlicher Art und

41、 Weise durch UV-Strahlung und Teilchenbeschuss verndert werden (siehe hierzu VDI 3823 Blatt 1, Bild 4). Diese Materialvernderung kann als Bestandteil des Beschichtungsprozesses genutzt werden (z. B. zur zielgerichteten Vernderung der Oberflche vor der eigentlichen Beschichtung). In beiden Fl-len tri

42、tt bei berschreitung der Grenzwerte eine Schdigung auf (z. B. PMMA, Polycarbonat kn-nen durch UV-Strahlen geschdigt werden). 2.1.4 Festigkeit des Kunststoffs Soll das Kunststoffteil zur Verringerung von Ver-schlei und Reibung mit einer Hartstoffschicht versehen werden, muss der oberflchennahe Be-rei

43、ch eine entsprechende Sttzwirkung fr die Hartstoffschicht aufweisen. Diese Sttzwirkung ist normalerweise nicht vorhanden, da Kunststoffe im Vergleich zu Stahl oder Glas sehr weiche Materia-lien sind. Dadurch kann die Verformung des ober-flchennahen Bereichs whrend der Belastung zu einer nachhaltigen

44、 Schdigung der aufgebrachten Hartstoffschicht fhren. Eine Mglichkeit zur Er-zielung der Sttzwirkung ist das Aufbringen von Zwischenschichten vor (z. B. Lack- oder Galvanik-schichten) oder whrend der Vakuumbeschichtung. Ein anderer Weg in der Optik ist, die Dicke der Schicht bzw. des Schichtsystems s

45、o zu whlen, dass eine Eigenstabilisierung erfolgt. 2.1.5 Biologische und medizinische Anwendungen Prinzipiell drfen keine Gefahren vom Werkstoff fr das in Kontakt befindliche biologische System ausgehen. Die Substrate drfen keinerlei Fremdstoffe unter Anwendungsbedingungen freisetzen. Viele Kunst-(i

46、nternal tension, thickness of the material), previ-ous coating, shadowing, inserted materials and the way in which they are inserted in the case of com-posite parts). If necessary, thermal stress during the coating process can be reduced by conducting the process in a suitable manner. The coater can

47、 provide ad-vice on the choice of materials and the design in order to improve temperature stability during the coating process. 2.1.3 Sensitivity to radiation and particle bombardment Depending on the coating process used (for exam-ple one that is plasma enhanced) the plastic can be altered in very

48、 diverse ways by UV radiation and particle bombardment (cf. VDI 3823 Part 1, Fig-ure 4). It is possible to make use of these altera-tions in the material (for example by manipulating of the surface before it is actually coated) as part of the coating process. In both cases, damage is sus-tained when

49、 threshold values are exceeded (for example PMMA, polycarbonate can be damaged by UV radiation). 2.1.4 Plastic strength If a hard coating is to be applied to the plastic part in order to reduce wear and friction, the area near the surface must provide sufficient support for the hard coating. This support is usually not given, since plastics are very soft materials in comparison to steel or glass. As a result, stress can lead to the deformation of the area