TITK: Nanostrukturierte Kunststoffoberflächen mit reflexionsverminderten Eigenschaften

Die Entwicklung ist auf die breitbandige Entspiegelung und auf die Erhöhung der Transparenz von Folien ausgerichtet und zielt in erster Linie auf den Einsatz als Deckschicht in Solarzellen.

Es wurde eine Technologie erprobt, die es ermöglicht, direkt im Folienherstellungsprozess großflächig Nanostrukturen mittels oberflächenmodifizierter Glättwalzen so zu erzeugen, dass ohne zusätzliche Schichtkomponenten lichtleitende bzw. lichtlenkende Eigenschaften und bei Bedarf andere funktionelle Eigenschaften ausgebildet werden. Die nanoskalige Oberflächenstrukturen bewegen sich in einer Größenordnung, die kleiner ist als die Lichtwellenlängen.

Die Untersuchungen wurden auf Basis strukturierter Metallfolien (Shim) durchgeführt, die auf der Glättwalze beim Extrusionsprägen befestigt wurden. Die Shims bestehen bevorzugt aus Nickel und werden durch elektrochemische (galvanische) Abscheidung auf einem Substrat mit der Masterstruktur gewonnen. Nach dem Abziehen des Shims vom Substrat besitzt dieser eine Oberfläche mit einem Negativabbild der Masterstruktur und kann als Abformvorlage für Replikationsprozesse genutzt werden. Nanostrukturierte Master wurden durch Plasmaätzen oder lithographische Verfahren hergestellt.

AFM-Messungen und REM-Aufnahmen bestätigen, dass durch das Extrusionsprägen die nanofeine Oberflächentopographie der Walzen mit hoher Genauigkeit und ausgeprägter Tiefenwirkung auf die Folie abgeformt wird. Die Oberflächentopographie der hergestellten Folien besitzt einen periodischen Aufbau mit einer Strukturbreite von 300 nm und einer -tiefe von 250 nm.

Durch die erzielte sogenannte „Mottenaugenstruktur“ wird im gesamten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes (380 bis 780 nm) die Transmission im Durchschnitt um 4 % verbessert. Bereits durch eine einseitige Strukturierung von PET-Folien mit einer Dicke von 300 µm kann so die Lichtdurchlässigkeit auf ein hohes Niveau von durchschnittlich 92 % angehoben werden.

Als potenzielle Einsatzfelder für das entwickelte Verfahren kommen neben der optischen Anwendung alle diejenigen in Frage, bei denen durch oberflächliche Mikro- und Nanostrukturierung von Kunststoffbauteilen funktionelle, für den geplanten Anwendungszweck erforderliche Oberflächeneigenschaften erzeugt werden müssen.

Weitere Forschungsergebnisse sowie das Dienstleitungsangebot der Ostthüringischen Materialprüfgesellschaft für Textil- und Kunststoffe mbH (OMPG) werden auf der Fakuma 2014 am Messestand B3-3201 der OMPG vorgestellt.

b>Weitere Informationen: www.ompg.de, www.titk.de

Fakuma 2014, Friedrichshafen, 14.-18.10.2014, Halle B3, Stand 3201

Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK e.V.), Rudolstadt

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