Nanostrukturierte Formwerkzeuge für Kunststoffe
Kunststoffbauteile werden oft durch Spritzgießen hergestellt, ein gängiges, kostengünstiges und durchsatzstarkes Verfahren. Zudem kommen verschiedene chemische Techniken zum Einsatz, um die Oberfläche der Teile mit mikro- und nanostrukturierten Mustern zu versehen. Mittels der EU-Finanzhilfen des Projekts PLAST4FUTURE (Injection moulding production technology for multi-functional nano-structured plastic components enabled by nanoimprint lithography)entwickelten Wissenschaftler ein Verfahren auf Grundlage der Nanoprägelithografie, um Freiformoberflächen von Spritzgusswerkzeugen und Werkzeugeinsätze aus Stahl zu strukturieren. Die Nanoprägelithografie ist ein Verfahren, mit dem Muster durch mechanische Umformung erzeugt werden. Durch Formen und Spritzwerkzeuge mit strukturierten Oberflächen wird der Herstellungsvorgang stark vereinfacht. Des Weiteren wird die Kontamination des Rohmaterials mit Zusatzstoffen wir Pigmenten minimiert, was die Wiederverwertbarkeit erhöht und so die zur Herstellung des Rohmaterials erforderliche Energie stark senkt. Die in ihren jeweiligen Bereichen führenden PLAST4FUTURE-Industriepartner entwickelten drei hochmoderne Demonstratoren für Fahrzeug-, Beleuchtungs- und Funktionsspielzeugfarbanwendungen, um eine Vorstellung von der Technologie zu vermitteln. Inspiriert von Schmetterlingsflügeln funktioniert die PLAST4FUTURE-Technologie durch Verstärkung der lateralen Auflösung auf Freiformflächen bis in Größenordnungen von Mikrometern und Nanometern. Die Technologie ermöglicht die Funktionalität von Kunststoffoberflächen mit Hilfe von Topografie anstelle von Chemie. Auf diese Weise wird die Einführung neuer Produkte auf den Markt vereinfacht sowie die sicherere Fertigung und Verwendung unterstützt. Die patentierte Technologie gestattet außerdem die direkt im Spritzgussprozess erfolgende Herstellung von Kunststoffprodukten mit funktionalisierten Oberflächen, wodurch die Oberflächenbehandlung nach der Fertigung weggelassen werden kann. Bei einem der Demonstratoren bestand die dem Projekt PLAST4FUTURE zugrundeliegende Idee im Einsatz struktureller Farbe, welche eine Kunststoffproduktion mit weniger Materialien ermöglicht und außerdem das Recycling gemäß einer Cradle-to-Cradle-Produktionsphilosophie ermöglicht. Das Projektteam stellte eine Siliziumform mit einer großen Anzahl von Nanolöchern her und formte dann den Kunststoff und schichtete eine dünne Aluminiumschicht auf die Oberseite. Resultat war ein farbiger Kunststoff ohne Pigmente, und die Farbe konnte durch Veränderung des Nanolochdurchmessers über das gesamte sichtbare Spektrum hinweg abgestimmt werden. Über die Farbgebung hinaus untersuchte das Projektteam außerdem, wie man dem Kunststoff Antibeschlags- und Hydrophobiefunktionen verleiht. PLAST4FUTURE erschuf eine Fertigungskette zur Herstellung hochwertiger Kunststoffprodukte mit funktionellen Oberflächen mittels des kostengünstigen Spritzgießens. Die Technologie wird für viele Industriezweige die Fertigung nanostrukturierter Kunststoffteile stark vereinfachen und der EU einen großen Anteil des wachsenden globalen Marktes sichern.
Schlüsselbegriffe
nanostrukturiert, Kunststoffkomponenten, Spritzguss, PLAST4FUTURE, Nanoprägelithografie
