Titan-Polymer-Verbund



Projekt PolyTitan

Titan und seine Legierungen kommen heutzutage in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz. Von der Medizintechnik, wo Titan als Implantatmaterial nicht mehr wegzudenken ist, bis in die Luftfahrt, wo Titankomponenten aufgrund ihres geringen Gewichts immense Vorteile bieten, erstreckt sich das Einsatzgebiet über diverse Bereiche. 

 

Einen weiteren wichtigen Aspekt beinhaltet in diesem Kontext der Verbund zwischen Titan und Kunststoffen, der zunehmend an Bedeutung gewinnt. So werden in der Medizintechnik Implantate mit Silikonen ummantelt, in der Luftfahrt spielt der Klebeverbund zwischen Titankomponenten und anderen Materialien eine tragende Rolle. Eben dieser Verbund bedeutet allerdings auch die Schwachstelle solcher Systeme, da Titan aufgrund seiner inerten Oberfläche einen schlechten Haftgrund für Kunststoffe darstellt. Die rein chemische Verbindung der Materialien ist unzureichend, sodass ein frühzeitiges Versagen resultiert. Dies kann insbesondere in der Medizintechnik schwerwiegende Folgen haben, da abgelöste Kunsttstoffbeschichtungen ein enormes Risiko bedeuten.

 

Um die Haftung zwischen Titan und Kunststoff zu steigern, soll demnach ein neuer Haftmechanismus entwickelt werden. Hierbei gilt es, die schwache chemische durch eine starke physikalische Haftung zu ersetzen. Dies soll durch gezielte Strukturierung der Titanoberflächen realisiert werden, bei welcher das Erzeugen einer Widerhakenstruktur auf der Oberfläche als Basis für eine starke Haftung dient.

 

Das Entwickeln des Ätzprozesses ist hierbei die wesentliche Komponente des Projektes, da durch Variation der Ätz-Parameter wie Elektrolytzusammensetzung, Temperatur und Durchmischung eine für die Anwendung optimale Widerhakenstruktur geschaffen werden soll. Weiterhin muss durch den Ätzprozess gewährleistet werden, dass die mechanischen Eigenschaften der Bauteile selbst nicht in Mitleidenschaft gezogen werden.

Vergleich einer unbehandelten (links) und einer durch Ätztechnik mit Widerhakenstruktur versehenen Titanoberfläche (rechts)
Vergleich einer unbehandelten (links) und einer durch Ätztechnik mit Widerhakenstruktur versehenen Titanoberfläche (rechts)

In enger Kooperation mit der Technischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel sowie dem Projektpartner Element 22 entwickelt die Phi-Stone AG im Rahmen des Projektes Polytitan eine Ätzanlage für Titanbauteile sowie die dazugehörige Polymer-Beschichtungstechnik.

 

Um den Ätzprozess für vielfältige Anwendungen nutzbar zu machen, muss dieser so konzipiert werden, dass keine Abhängigkeit bezüglich der Bauteilgeometrie vorliegt. Weiterhin muss eine gleichmäßige Strukturierung der Oberflächen gelingen, da eine gleichmäßige Haftung für die industrielle Anwendung unumgänglich ist. Hier kann auf die jahrelange Erfahrung und das Know-How der Technischen Fakultät zurückgegriffen werden.


Im Anschluss an die Strukturierung wird die Polymerbeschichtung durch die Phi-Stone AG aufgebracht. Hierbei gilt es, die Ätzstruktur während des Handlings nicht zu beeinträchtigen, weiterhin muss eine gleichmäßige Beschichtung verschiedenster Bauteilgeometrien gewährleistet werden