Nahtloses Mikroprägen von Werkstoffbahnen

Mikrostrukturierte Oberflächen weisen erweiterte funktionale Eigenschaften auf. Dadurch kann beispielsweise die Reibung hoch belasteter Bauteile in Serienproduktionen vermindert werden.

Stand der Technik

Aktuell wird die Strukturierung mittels nasschemischem Ätzen oder Ultrakurzpulslasern aufgebracht. Diese Verfahren bergen jedoch Nachteile: Sie sind teilweise umweltschädlich und werden ab einer Strukturgröße von 10 Mikrometern unpräzise. Vor allem die Laserverfahren sind zudem teuer und zeitaufwändig.

Technologie

Wissenschaftler vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) am KIT haben ein mechanisches Rolle-zu-Rolle-Verfahren zur Mikrostrukturierung von Polymerfolien oder Vliesstoffen entwickelt, welches eine kontinuierliche Oberflächenstrukturierung durch Walzen ermöglicht. Dabei wird das gewünschte Prägemuster zuerst mithilfe des LIGA-Verfahrens (Lithographie, Galvanik, Abformung) und einer Maske nahtlos auf eine Prägehülse aufgetragen. Die Hülse wird dann auf eine Walze montiert und dient somit als Prägewerkzeug. Die Werkstoffbahn wird über den Abwickler zur Vorheizung geführt und auf eine spezifische Temperatur erwärmt. Durch die Prägewalze wird dann mit Hilfe einer Gegenwalze das Muster auf die Werkstoffbahn aufgebracht. Bei Vliesstoffen wird mechanisch aufgelockert und der Prägevorgang wiederholt. So ist bei der Bearbeitung von Vliesstoffen eine hierarchische Strukturierung möglich. Durch das Rolle-zu-Rolle-Verfahren können verschiedene Materialien strukturiert werden, z.B. thermoplastische Vliesstoffe, Standard- und technische Polymere oder Hochleistungs-Kunststofffolien. Damit erschließen sich neue, vielfältige Einsatzbereiche.

Vorteile

Das mechanische Verfahren ist umweltfreundlicher als momentan eingesetzte chemische Alternativen und kann für Strukturgrößen unter 5 Mikrometern eingesetzt werden. Die nahtlos angefertigte Prägehülse ermöglicht ein kontinuierliches Prägemuster ohne Nahtabdruck. Zudem ist die Rolle-zu-Rolle-Prägung für die großflächige Verarbeitung von Material bei hohen Geschwindigkeiten und somit für die industrielle Fertigung geeignet.

Optionen für Unternehmen

Am Institut ist ein Prototyp vorhanden, der die nahtlose und hierarchische Mikrostrukturierung von Polypropylen-Fasern gezeigt hat. Das KIT sucht Partner für mögliche Kooperationen oder die Prozessweiterentwicklung.