Plasmatechnologie trifft auf Spritzgießen: Neue Prozesskette für stabile PUR-Haftung auf PP

Hochwertige Kunststoffbauteile für den Automobil-Außenbereich erfordern zuverlässigen Schutz vor Steinschlag, UV-Einfluss und mechanischer Beanspruchung – gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz. 

Als Werkstoff für diese Spritzgusskomponenten ist aufgrund von Kosten- und CO2-Vorteilen vor allem Polypropylen (PP) attraktiv, bereitet jedoch bei der Lackhaftung Schwierigkeiten. Polyurethan (PUR)-Beschichtungssysteme, die höchsten Qualitätsansprüchen genügen, können ohne geeignete Vorbehandlung nicht aufgebracht werden, da PUR auf PP nicht zuverlässig haftet.

Genau hier setzt das gemeinsame Konzept von NMB und Plasmatreat für das PUR In-Mold Coating an. Es sieht vor, das Bauteil unmittelbar nach dem Spritzgießen mit Plasma zu aktivieren und anschließend inline mit dem PUR-System zu beschichten. Um die Spritzgussoberfläche für bestmögliche Adhäsionseigenschaften zu modifizieren, erfolgt die Plasmavorbehandlung unter Atmosphärendruck mit Einsatz von Druckluft und Strom. Bislang getrennte Schritte – Vorbehandlung und Beschichtung – lassen sich so in einem effizienten, materialschonenden Ablauf zusammenführen.

Der Fokus der Forschungseinrichtung lag auf der Prozessentwicklung – von der anwendungsnahen Anlagenumgebung bis zur datenbasierten Auswertung. Hierfür stand im NMB-Technikum die komplette Anlagentechnik zur Verfügung, sowohl eine Atmosphärendruck-Plasmatechnologie-Laborzelle (Openair-Plasma® System von Plasmatreat) inklusive linearer Handhabung und autarkem PUR-Panel-Werkzeug, als auch eine industrienahe Wendeplatten-Spritzgießmaschine mit PUR System. Diese Infrastruktur ermöglicht es, Versuche vom Labor schnell in realistische Prozessbedingungen zu übertragen.

In Aktivierungsversuchen wurden zentrale Parameter der Plasmatechnologie, wie Düsenabstand und Verfahrgeschwindigkeit, systematisch variiert. Anschließend wurde die Haftfestigkeit über Abzugsversuche (Pull-off Tests) quantifiziert. Ergänzend wurden Oberflächenänderungen über Kontaktwinkelmessungen und weitere Charakterisierungen bewertet, um Aktivierung und Haftmechanismen nachvollziehbar zu machen. 

Als Ergebnis konnte ein erstes Optimum der untersuchten Parameter bestimmt werden. Es zeigte sich eine deutlich verbesserte PUR‑Haftung auf PP, sichtbar auch im Bruchbild. Während unbehandelte Proben keine tragfähige Haftung zeigen, weisen plasmaaktivierte Proben ein duktiles Bruchverhalten mit kohäsivem Versagen in der PP‑Schicht auf – ein starker Indikator für eine wirksame Grenzflächenaktivierung.

Plasmatreat beschäftigte sich mit der Anpassung ihrer Atmosphärendruck-Plasmatechnologie für die Vorbehandlung großer Sichtbauteile. Hierfür wurde eine neuartige Düse mit einer Behandlungsbreite bis 450 mm entwickelt, die eine großflächige Oberfläche schnell und vollflächig aktivieren kann. Zudem eignet sie sich für robotergestützte Prozesse in hohen Taktzeiten. Für die industrielle Reproduzierbarkeit sorgt eine Plasma Control Unit, die relevante Parameter kontrolliert und so die Prozesssicherheit unterstützt. 

Die Ergebnisse der Kooperation zwischen der außeruniversitären Forschungseinrichtung und dem Weltmarktführer in der atmosphärischen Plasmatechnologie zeigen, dass die Inline-Vorbehandlung mit Atmosphärendruck-Plasmatechnologie das PUR In-Mold Coating auf Polypropylen industrienah ermöglich. Damit steht der Industrie ein Ansatz zur Verfügung, der kostengünstige Materialien wie PP (und dessen Rezyklate) mit hochwertigen PUR-Oberflächen reproduzierbar kombinierbar macht – bei reduzierter thermischer Belastung und ohne nasschemische Primer. Das ist insbesondere für Anwender interessant, die PP wegen seiner wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile einsetzen und dabei eine langfristig stabile PUR-Beschichtung realisieren möchten.

Für weitergehende Informationen verweisen wir auf unseren Artikel in der Fachzeitschrift Plastics Insights (Hanser Verlag) in der Ausgabe 2/2026.