Der Messgerätehersteller DataPhysics Instruments hat sein Produktportfolio um das mobile Kontaktwinkelmessgerät PCA 200 erweitert. Das PCA 200 ist ein kompaktes, autonomes Messgerät, welches Kontaktwinkel und die Oberflächenenergie mit nur einem Knopfdruck bestimmen kann. „Das PCA 200 stellt eine bedeutende Ergänzung unseres Portfolios dar“, so Sebastian Schaubach, Chief Innovation Manager bei DataPhysics Instruments. „Mit dem PCA 200 können wir nun ein Handgerät anbieten. Sein kompaktes Design macht es zum perfekten Begleiter für die Qualitätskontrolle fester Oberflächen in der Produktion und Wareneinganskontrolle.“

Alternative zu Testtinten: quantitative Analysen von Oberflächen

Für die Charakterisierung der oberflächenchemischen Eigenschaften eines Werkstücks hat sich die Messung der Oberflächenenergie etabliert. Die Oberflächenenergie beschreibt, wie leicht sich eine feste Oberfläche benetzen lässt. In der Produktion und Qualitätskontrolle von Oberflächen werden für solche Benetzungstests häufig sogenannte Testtinten eingesetzt. Mit Hilfe dieser Testtinten können die Benetzungseigenschaften von festen Oberflächen allerdings nur subjektiv eingeschätzt werden.

Mit dem mobilen Kontaktwinkelmessgeräts PCA 200 lässt sich die Oberflächenenergie anhand von Kontaktwinkelmessungen mit zwei Testflüssigkeiten genaustens bestimmen. Eine solche Messung bietet gegenüber Testtinten signifikante Vorteile: das Verfahren ist objektiv, quantitativ, reproduzierbar und liefert zusätzliche Informationen, da die Oberflächenenergie in polare und disperse Anteile gegliedert wird. Dies lässt Aussagen darüber zu, ob die Oberfläche mit wässrigen oder ölbasierten Flüssigkeiten besser benetzbar ist oder wie gut die Oberfläche an einer anderen haften kann.

Zerstörungsfreie Prüfung großer Oberflächen direkt vor Ort in der Produktion

In der Produktion und der Qualitätskontrolle stoßen traditionelle Labormessgeräte für die genaue, quantitative Charakterisierung von Oberflächen an ihre Grenzen. Fertigungsteile sind oft zu groß und zu schwer, um sie mit einem solchen Labormessgerät zu analysieren.

Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil des mobilen Kontaktwinkelmessgeräts PCA 200: Dank seines kompakten Designs, kann es die Oberflächenenergie auf großen Oberflächen zerstörungsfrei bestimmen. So kann man Fertigungsteile, wie zum Beispiel Autowindschutzscheiben, Karosserieteile, großflächige Wafer oder Verbundwerkstoffe nach der Messung mit dem PCA 200 und einer einfachen Reinigung in die Produktion zurückführen, ohne dass sie Schaden nehmen.

Passt in jede Tasche: autonomes Messgerät für die Bestimmung der Oberflächenenergie

Das PCA 200 ist komplett autonom und kabellos nutzbar. Mit einem leistungsstarken Akku ist es für einen Arbeitstag bestens gerüstet. Zusätzlich reicht jede Füllung der Flüssigkeitskartuschen für über 1.000 Messungen. Auf dem integrierten Touchscreen zeigt das PCA 200 vor der Messung ein Live-Vorschaubild der zu analysierenden Oberfläche an. Diese Funktion erlaubt eine visuelle Überprüfung, um sicherzustellen, dass die Messung genau an der richtigen Stelle stattfindet.

Das PCA 200 dosiert beide Testflüssigkeiten gleichzeitig auf die Oberfläche. So ist die Bestimmung der Oberflächenenergie mit einem einzigen Knopfdruck möglich, wodurch die Effizienz der Arbeitsabläufe gesteigert wird. Nach der Messung zeigt das Gerät auf dem Display in Sekundenschnelle die Ergebnisse an, was eine unmittelbare Auswertung ermöglicht. So lassen sich direkt vor Ort in der Produktion Aussagen über die Qualität einer Beschichtung oder die Probenreinheit treffen. Die Identifizierung der Proben erfolgt dabei über den integrierten Barcode/QR-Codescanner oder ein Ziffernfeld auf den Touchscreen.

Das Gerät kann zusätzlich ganz einfach über einen USB-C-Anschluss mit einem PC verbunden werden. Auf einer übersichtlichen Benutzeroberfläche, die in jedem gängigen Webbrowser aufgerufen werden kann, lassen sich Geräteeinstellungen vornehmen und Messergebnisse exportieren. Außerdem bietet DataPhysics Instruments mit der Experten-Software dpiMAX eine perfekte Ergänzung für erweiterte Analysen und eine systematische Datenverwaltung an.

Hintergrund: Oberflächenenergie im Detail

Die Oberflächenenergie ermöglicht es, das Benetzungsverhalten einer festen Oberfläche genau zu charakterisieren. Dabei deutet eine höhere Oberflächenenergie generell auf eine bessere Benetzung und eine bessere Haftung hin. Außerdem indiziert eine hohe Oberflächenenergie, dass die Oberfläche z.B. gut gereinigt und fettfrei ist. Flüssigkeitstropfen zerfließen typischerweise auf solchen Oberflächen. Glas, Keramik und viele Metalle sind Beispiele für Materialien, deren Oberflächen naturgemäß eine hohe Oberflächenenergie aufweisen.

Eine niedrige Oberflächenenergie weist auf eine schlechte Benetzung und eine schlechtere Haftung hin. Flüssigkeitstropfen liegen kugelförmig auf solchen Oberflächen. Viele Kunststoffe weisen originär eine niedrige Oberflächenenergie auf, bevor sie „aktiviert“ werden.

Je nach Anwendungsbereich ist eine hohe oder niedrige Oberflächenenergie wünschenswert. Materialien lassen besser bedrucken oder bekleben, wenn sie eine hohe Oberflächenenergie haben. Badkeramik oder Windschutzscheiben hingegen sollen eine möglichst geringe Oberflächenenergie haben, damit dort Flüssigkeiten leicht abperlen können.