Kunststoffkomponenten mit funktionalen Oberflächen

Nanoskin

Zielsetzung

Ziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines innovativen Formgebungsverfahrens zur Erzeugung gebrauchsbeständiger Kunststoffkomponenten mit funktionalen Oberflächen (»nanoskin-Prozess«). Der »nanoskin-Prozess« kombi­niert Spritzgieß- und Überflutungstechniken mit der Abformung nano­strukturierter Formenoberflächen und ermöglicht so erstmals die Herstellung von Chemikalien- und kratzbeständigen Kunststoffkomponenten wie entspiegelter Abdeckscheiben für Mobiltelefone, Visiere und Instrumenttafelabdeckungen.

Ermöglicht wird die Verfahrensentwicklung durch die Verknüpfung der verschiedenen Kompetenzen der Partner, und zwar Werkzeug- und Maschinenbau, Werkstoff- und Prozess-KnowHow, Entwicklung und Bereitstellung prozess­angepasster Duroplaste sowie neuartiger atmosphärenplasmabasierter Regenerierungstechniken.

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Vorteile

Der »nanoskin-Prozess« bietet das Potenzial, Kunststoffkomponenten für Anwendungsbereiche wie Automobil, consumer electronics und packaging mit geringer optischer Reflexion, hoher Transmission und hoher Beständigkeit gegen mechanische und chemische Beanspruchungen kosten­günstig und in großer Stückzahl zu fertigen. Dabei wird die Kunststoffkomponente in einem zweistufigen Prozess in einer Anlage spritzgegossen, überflutet und funktionalisiert, wodurch klassische Lackier- und Beschichtungsschritte eingespart werden. Dies führt zu einer erheblichen Zeit-, Energie- und Kostenersparnis. Die Entspiegelung ermöglicht darüber hinaus neue Designfreiheiten.

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Ergebnisse

© Foto Felizitas Gemetz/Fraunhofer IWM

Im Projekts ist es erstmals gelungen, anorganische und organische Schichtmaterialien in einem Hybridprozess derart zu kombinieren, dass eine nanostrukturierte Schicht  mit günstigen Entformungseigenschaften auch gegenüber Polyurethan auf Werkzeugeinsätzen abgeschieden werden konnte. Die Kontur der Formen­wände wurden mit hoher Genauigkeit in ein quervernetztes PU-System über­tra­gen, welches im Gegensatz zu Thermoplasten zu einer erheblichen Verbesserung in der Beständigkeit der Strukturen führt.

Um die Werkzeuge im Prozess regenerieren zu können, wurde ein Konzept für ein Atmosphären-Plasma-basiertes Verfahren entwickelt, das eine in situ-Regenerierung der Werkzeug­oberfläche ermöglicht.

Erste Demonstratoren mit entspiegelten, beständigen Oberflächen wurden bereits hergestellt. Die Projektergebnisse sollen dem Fachpublikum erstmals auf der FAKUMA 2009 vorgestellt werden.

Pressemitteilung vom 1. Mai 2010: Perfekt entspiegelt

 

Mögliche Anwendungen

Durch die inprocess-Funktionalisierung können entspiegelte Abdeckscheiben, Visiere und Sichtfenster kostengünstig und mit verbesserten Gebrauchsmerkmalen produziert werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten liegen in der Erzeugung mattierter Oberflächen mit hoher optischer Anmutung sowie in der medienabweisenden Funktionalisierung von Gefäßinnenwänden.

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Publikationen

Burmeister, F.; Hagen, J.; Denter, J.; Wirth, M.; Fromm, A.; Kleer, G.; Hybrid inorganic-organic functional coatings for injection molding applications; Plasma Processes and Polymers 6 (2009) 1-5 Link

Burmeister, F.; Hagen, J.; Von der Einfachschicht zu funktionalen Hybridschichtaufbauten; Konstruktion 11-12 (2008) IW 15 Link

Burmeister, F.; Kohn, C.; Kuebler, R.; Kleer, G.; Bläsi, B.; Gombert, A.; Applications for TiAlN- and TiO2-coatings with nanoscale surface topography; Surface and Coatings Technology 200/5-6 (2005) 1555–1559 Link

Burmeister, F.; Schäffer, E.; Kleer, G.; Döll, W.; Bläsi, B.; Gombert, A.; Investigation of structured TiAlN- and TiO2-coatings with moth-eye like surface morphologies; Surface and Coatings Technology 200/1-4 (2005) 1088–1092 Link

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Partner

Krauss Maffei Technologies GmbH
www.kraussmaffei.com

Mast Kunststoffe GmbH & Co. KG
www.mast-kunststoffe.de

Rühl Puromer GmbH
www.ruehl-puromer.de

Krallmann Holding + Verwaltungs GmbH
www.krallmann.de

FHR Anlagenbau GmbH
www.fhr.de

Plasmatreat GmbH
www.plasmatreat.de

Hochschule Heilbronn, Polymer-Institut Kunststofftechnik
www.kunststoffe.hs-heilbronn.de

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Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt »nanoskin« mit dem Förderkennzeichen 16IN0502 wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) innerhalb des Rahmenkonzeptes »InnoNet - Förderung von innovativen Netzwerken« gefördert und vom Projektträger VDI/VDE betreut.

Laufzeit: 01.05.2007 bis 30.04.2010

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