Zur Erzeugung mikrostrukturierter Oberflächen auf Kunstsoffbahnen konnten entsprechende Versuchsprägeplatten mit ausreichend dimensionierten Prägefeldern im angestrebten Bereich der Strukturgrößen von 25 bis 100 µm und mit Aspektverhältnissen bis etwas über 2:1 entwickelt werden. Eingesetzt wurden dabei sowohl mechanische Verfahren als auch Lasermethoden. Die Anforderungen an die Mikrobearbeitung waren aufgrund der geringen Strukturabmessungen bezogen auf eine verhältnismäßig große Prägefläche als hoch einzuschätzen. Besonders die spanende Bearbeitung wurde bis in den Grenzbereich derzeitig verfügbarer Technologien geführt. Die damit verbundenen technologischen Probleme wie Werkzeugstandzeit, Reproduzierbarkeit und geometrische Genauigkeit konnten weitestgehend gelöst werden. So konnte beispielsweise durch eine hochpräzise Vorbearbeitung zur Erzeugung nahezu optischer Oberflächen der Werkzeugablenkung und damit Abweichungen im Bohrungsraster entgegengewirkt werden. Notwendige Anpassungen an die Anforderungen, wie Antihaft-Oberflächenbeschichtung und Entgraten der Prägeplatten wurden gelöst. Auch mittels des sogenannten "Fly-Cutting"-Verfahrens konnten periodische Mikrostrukturen hergestellt werden. Die dabei nötige Überführung in die Negativstruktur war allerdings technologisch und zeitlich sehr anspruchsvoll.

Die Ergebnisse stellen einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Prozesssicherheit und Weiterentwicklung dieser Strukturierungsvarianten auf Prägewerkzeugen dar.

Die Erzeugung von Mikroprägestrukturen in den Massenkunststoffen Polypropylen und PVC wurde erfolgreich realisiert, wobei der Schwerpunkt der Arbeiten auf der untersuchten PVC-Folie lag. Gute Ergebnisse zeigten dabei Versuchsprägeplatten, die durch eine Laserstrukturierung sowie auch durch ein Mikrobohrverfahren hergestellt worden waren. Es konnten regelmäßig angeordnete Mikrostrukturen in Form von Kegeln mit typischen Strukturbreiten zwischen 25 und 100 µm erzeugt werden. Das angestrebte Aspektverhältnis von etwa 1:1 wurde annähernd erreicht. Bei der Prägung des PVC konnte sogar ein Wert von 2:1 realisiert werden. Die Strukturabbildung war beim PVC genauer und die Prägehöhen größer als beim Polypropylen. Die geprägten Folien zeigen eine signifikante Verringerung der Oberflächenspannung durch den sterischen Effekt der Profilierung.

Die Beschichtung dieser erzeugten Mikrostrukturen mittels Aufrakeln von Lacken war im wesentlichen erfolgreich. Es wurden eine Reihe von siliconbasierten Systemen bzw. mit Fluorverbindungen dotierte Beschichtungsmaterialien getestet. Geeignete Lacke können so appliziert werden, dass alle Strukturelemente, also auch die Kegelspitzen beschichtet werden. Eine begrenzte Strukturverfüllung war dabei teilweise allerdings nicht vermeidbar.

Einige für eine solche Beschichtung getestete Systeme wurden ebenso nach Füllung mit verschiedenen Mikro- bzw. Nanopartikeln hinsichtlich ihrer Applizierbarkeit und Wirkung auf die Oberflächenspannung auf PVC systematisch untersucht. Es konnten so auf den geprägten und beschichteten Strukturen Benetzungswinkel gegenüber Wasser von über 130° erreicht werden. Die Oberflächenspannung unterschritt dabei 25 mN/m (polarer Anteil < 0,5 mN/m). In einigen Fällen wurden ebenso oleophobe Eigenschaften erreicht.

Dagegen konnte mittels zweier spezieller Koronaverfahren, bei denen im Koronaprozess geeignete Substanzen zudosiert werden können, keine Verbesserung der Hydrophobie erzielt werden. Eine weitere Technologievariante, nämlich die vakuumbasierte Plasmapolymerisation wurde erfolgreich getestet. Es wurden wieder Benetzungswinkel von über 130° erreicht. Eine Strukturverfüllung ist dort ausgeschlossen, da es sich um eine Nanobeschichtung handelt.

Es konnte ein Lack als Trägersystem für Beschichtungen auf dem untersuchten PVC gefunden werden, der ein vorteilhaftes Reinigungsverhalten zeigte. Mittels Zugabe verschiedener Dispersoide wurde die Reinigungsfähigkeit bei simulierter Beregnung deutlich erhöht.

Dagegen konnte mit den verwendeten Methoden kein signifikanter Effekt der Prägungen auf das Anschmutz- und Reinigungsverhalten nachgewiesen werden. Dies liegt vor allem daran, dass die Schmutzpartikel zwischen die Prägestrukturen treten können und so schlecht entfernbar sind. Außerdem sind die für Prüfungen üblicherweise verwendeten Standardschmutze in der Regel öl- bzw. rußhaltig und so mit Wasser vergleichsweise schlecht benetzbar.

Ausführende Forschungsstellen:

FSt. 1: Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gGmbH (FILK), Freiberg
FSt. 2: Fraunhofer Institut Werkzeuge und Umformtechnik (IWU), Chemnitz

Das Forschungsvorhaben wurde aus Haushaltmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.

Der ausführliche Abschlussbericht ist im Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen (FILK) verfügbar.