IKV: Fertigung widerstandsfähiger superhydrophober Oberflächen

Superhydrophobe LSR-Oberfläche - (Bild: IKV).

Die Bionik lehrt uns, dass durch die Evolution hoch entwickelte Lösungen aus der Natur in die Technik übertragbar sind. Phänomene wie der Lotuseffekt können zur Produktoptimierung genutzt werden. Für die Kunststoff- und Kautschukverarbeitung ist unter anderem eine Funktionalisierung der Formteiloberflächen interessant, die zur Unbenetzbarkeit und Selbstreinigung führt. Diese Produktoberflächen werden bislang über technologisch und wirtschaftlich aufwendige Veredelungsverfahren wie Ätz- oder Beschichtungsprozesse oder Plasmabehandlungen erzielt.

Formgebung und Funktionalisierung von Elastomeren in einem Schuss
Ein neu entwickeltes Spritzgießverfahren erlaubt nun die Herstellung von superhydrophoben Oberflächen aus Kautschuken in einem einstufigen Prozess ohne Modifizierung oder Additivierung des Ausgangspolymers. Die superhydrophoben Oberflächen nach dem Vorbild des Lotusblatts werden über mikrostrukturierte Werkzeugkavitäten erzeugt. Das Verfahren vereint insbesondere Urformung und Funktionalisierung und ist deshalb wirtschaftlich besonders interessant.

Kautschuke zeichnen sich insbesondere durch die Langlebigkeit der Oberflächenfunktionalisierung aus. Im Gegensatz zu vergleichsweise spröden Mikrostrukturen aus thermoplastischen Werkstoffen brechen elastomere Mikrostrukturen bei mechanischer Belastung nicht ab, sondern stellen sich nach Entlastung in ihren Ursprungszustand zurück. Die Funktionalität der Oberfläche bleibt so erhalten. Bei der Verarbeitung von Elastomeren kann zudem auf eine aufwendige variotherme Temperierung verzichtet werden. Denn im Vergleich zur Thermoplastverarbeitung entsteht bei der Abformung von Mikrostrukturen mit elastomeren Werkstoffen durch die invertierte Temperaturführung während der Formgebung eine thermische Expansion.

Das auf einer LSR-Spritzgießmaschine der Klöckner Desma Elastomertechnik GmbH vorgestellte Verfahren erlaubt die Verbesserung bestehender Produkte ebenso wie die Entwicklung neuer Produkte. Unterstützt wird das IKV durch Material der Momentive Performance Materials GmbH. Das Verfahren ist besonders interessant für medizintechnische Anwendungen, da z.B. eine vollständige Entleerung von Probebehältern möglich würde. Auch bei Isolatoren wäre die Anwendung denkbar, da durch den Selbstreinigungseffekt Stromüberschläge vermieden werden könnten. Im Gebrauch stark verschmutzende Griffflächen, beispielsweise an Werkzeugen, wären wegen der Kombination aus Soft-Touch und guter Reinigungsfähigkeit weitere mögliche Anwendungen. Mit einer geeigneten Mikrostrukturierung und Prozessführung ist es am IKV gelungen, den Kontaktwinkel von Oberflächen um bis zu 40° auf über 150° zu erhöhen. Durch die Verwendung elastomerer Materialien ist diese Funktionalisierung widerstandsfähig gegenüber mechanischen Beanspruchungen.

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

27. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 19.-20.03.2014, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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