In dieser Arbeit wurden eine Reihe unterschiedlicher Methoden angewendet, um die Adhäsion von Polyurethan(PU)-Schäumen auf verschiedenen Thermoplasten (TP) zu untersuchen. Auf die Eigenschaften der Grenzschicht und den Einfluss der beteiligten Materialien wurde hierbei besonderes Augenmerk gelenkt. Bei den Untersuchungen fanden drei verschiedene PU-Schaum-Systeme (PU-a, PU-b und PU-c) sowie fünf verschiedene TP Materialien Verwendung. Die PU-Schäume basierten auf 4,4/-Diphenylmethan Diisocyanat (MDI) und Polyether Polyolen (basierend auf Polypropylen- and Polyethylen-Oxiden (PPO und PEO)) mit geringen Anteilen aus Polystyren-co-Acrylonitril Dispersionen. Die PU-Schaum-Systeme unterschieden sich nur in den zugegeben Additiven und dem Wassergehalt. Die Mischungen erhielten dadurch verschiedene Reaktivitäten, d.h. PU-a war das langsamste und PU-c das schnellste System. Die TP-Materialien waren unterschiedliche Blends aus Polycarbonat (PC), Poly(styrene-co-maleic anhydride) (SMA), acrylonitrile butadiene styrene polymer (ABS) und silicone acrylate rubber (SAR) sowie zusätzlich ein Copolymer aus SMA. Ferner waren zwei TP-Materialien Glassfiber-Fasern zugesetzt worden. Für die Untersuchungen wurden die PU-Schäume direkt auf vorgefertigten TP-Platten synthetisiert. Die Stärke der Adhäsion der PU-Schäume auf den TP-Platten wurde mittels Peel-Test bestimmt. Zur Bestimmung der Langzeitstabilität wurden die Proben in einer Klimakammer unter wechselnden äußeren Bedingungen (bis zu 80% relative Feuchte) gelagert und erneut untersucht. Vor der Klimabehandlung zeigten die Systeme PU-a und PU-b mit Abzugskräften von 6 + 0.5 N bei allen TP-Materialien die beste Adhäsion. Das System PU-c zeigte nur bei dem SMA-TP gute Adhäsion und lag sonst bei einer Kraft von 2 + 0.5 N. Die geringere Adhäsion des PU-c Schaumsystems kann auf die höhere Reaktivität zurückgeführt werden, d.h. die Oberfläche wird nicht mehr so gut benetzt und die Zeit, die zur Diffusion zur Verfügung steht, wird verringert. Der Peel-Test zeigte bei den Proben mit guter Adhäsion ein kohäsives Versagen, d.h. ein Reißen der PU-Schicht. Bei geringerer Adhäsionsstärke wurde die PU-Schicht vollständig von der TP-Platte abgezogen (adhäsives Versagen). In Verbindung mit SMA-TP zeigten die Proben PU-a und PU-b auch nach der Klimabehandlung kohäsives Versagen, während die Proben mit den anderen TP-Materialien nun - wie beim System PU-c - adhäsives Versagen zeigten. Die gute Adhäsion auf SMA-TP kann durch eine chemische Reaktion mit Isocyanat hervorgerufen worden sein. Untersuchungen mit FTIR-ATR haben gezeigt, das reines MA mit Isocyanate zu Imiden reagieren kann. Messungen mittels AFM (Atomic force microscopy), XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) und ToF-SIMS (time of flight secondary ion mass spectrometry) haben gezeigt, dass auch bei adhäsivem Versagen Reste von PU-Schaum auf der TP-Oberfläche verblieben und die Oberflächeneigenschaften prägten. Die Grenzschicht des PU-Schaumes zum TP-Material besteht aus einem dünnen PU-Film, der mit TEM (transmission electron microscopy) und NR (neutron reflection) näher untersucht wurde. Es wurde hier eine Struktur aus 300 bis 400 nm dicken Schichten parallel zur Oberfläche gefunden. |