Entwicklung einer Anlagen- und Prozesstechnik für die Herstellung superhydrophober Oberflächen im Spritzgießverfahren

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In der Biotechnologie, Medizintechnik und Kommunikationstechnologie ist die Nachfrage nach hochwertigen Kunststoffbauteilen mit funktionalen Oberflächen groß. Diese Bauteile werden häufig in einem zweistufigen Prozess hergestellt, der Urformen und Funktionalisieren umfasst. Ein hybrider Prozess, der diese Schritte kombiniert, ist wirtschaftlich attraktiver. Diese Arbeit untersucht den Spritzgießprozess, sowohl konventionell als auch variotherm, hinsichtlich der Abformgenauigkeit und Funktionalität von mikrostrukturierten Kunststoffoberflächen, inspiriert von der Struktur eines Lotusblattes für einen wasserabweisenden Effekt. Die Funktionalität wird durch den Kontaktwinkel bei der Benetzung mit hochreinem Wasser gemessen. Für eine hohe Abformgenauigkeit ist eine dynamische Werkzeugtemperierung entscheidend. Ein System zur externen induktiven Erwärmung von Spritzgießwerkzeugen wurde entwickelt, um variotherme Abformungsuntersuchungen unter reproduzierbaren Bedingungen durchzuführen. Die Ergebnisse zeigen, dass variotherm temperierte Werkzeuge Bauteile mit stark wasserabweisenden Oberflächen erzeugen können. Eine spezielle Mikrostruktur und hohe Werkzeugtemperaturen sind entscheidend für die Funktionalität. Mit variothermer Prozessführung wurden superhydrophobe Oberflächen mit Kontaktwinkeln von bis zu 168° erreicht. Zudem können spitze, verstreckte Mikrostrukturen erzeugt werden, die eine stark wasserabweisende Oberfläche bilden