IKV: Superhydrophobe Oberflächen auf komplexen Spritzgießbauteilen

Wassertropfen auf einer superhydrophoben, dreidimensional geformten Oberfläche (Bild: IKV)

Das Thema „Superhydrophobe Oberflächen auf komplexen Spritzgießbauteilen“ ist ein besonderes Highlight des diesjährigen IKV-Kolloquiums.

Superhydrophobe Oberflächen mit selbstreinigender Wirkung bieten ein großes Potenzial für neue Produkte in den verschiedensten Anwendungen, beispielsweise in der Bio- und Medizintechnik oder im Verpackungsbereich. Es existieren inzwischen unterschiedliche Verfahren, mit denen durch Strukturieren einer Materialoberfläche im Mikro- und Nanometerbereich Oberflächen mit selbstreinigender Wirkung hergestellt werden können. Ein gemeinsamer Nachteil dieser Verfahren ist jedoch, dass die Funktionalisierung der Oberfläche in nachgeschalteten Prozessschritten nach der Formteilherstellung erfolgt.

Urformen und Funktionalisieren in einem Schritt
Für eine wirtschaftliche Produktion großer Stückzahlen ist es aber erwünscht, die Funktionalisierung der Oberfläche direkt in den Urformprozess des Bauteils zu integrieren. Dazu wurde am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) im Rahmen eines Projekts des Exzellenzclusters "Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer" an der RWTH Aachen eine Anlagen- und Prozesstechnik für die Herstellung superhydrophober Oberflächen im Spritzgießverfahren entwickelt.

Im ersten Schritt konnte gezeigt werden, dass durch die gezielte Verstreckung von kegelförmigen Mikrostrukturen zu einer Härchenoberfläche stark wasserabweisende Oberflächen auf planen Bauteiloberflächen hergestellt werden können. Daraufhin wurde dieses Verfahren auf dreidimensionale Oberflächen übertragen. Dazu wurde vom Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT), Aachen, ein mittels Ultrakurzpulslaser strukturierter Formeinsatz mit halbkugelförmiger Oberfläche bereitgestellt. Die zur präzisen Abformung der Strukturen im Spritzgießprozess erforderliche variotherme Werkzeugtemperierung wird durch die Technologie der laserbasierten Erwärmung realisiert.

Als Demonstratorbauteil wird damit ein schüsselförmiges Gefäß hergestellt, das nach der Befüllung mit Wasser wieder restlos entleert werden kann. Die Herstellung dieses Bauteils mit 3-D-Geometrie und einer funktionalen Oberfläche erfolgt dabei in einem einzigen Prozessschritt in einem massentauglichen Verfahren. Denkbare Anwendungen der superhydrophoben Oberflächen liegen beispielsweise in der Medizintechnik. Hier ist die hochpräzise Dosierung von Medikamenten gefordert, was durch die Oberflächen sichergestellt werden kann.

Die Herstellung des Demonstrators wird beim 26. Internationalen Kunststofftechnischen Kolloquium am 7. und 8. März 2012 in Aachen bei der Institutsbesichtigung des IKV an der laufenden Anlage vorgeführt.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

26. Int. Kunststofftechnisches Kolloquium, 7.-8. März 2012, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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