DE3039411A1 - Verfahren zum ueberziehen der oberflaeche eines elastischen koerpers mit einer zusammenhaengenden schicht - Google Patents
Verfahren zum ueberziehen der oberflaeche eines elastischen koerpers mit einer zusammenhaengenden schichtInfo
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Description
VERFAHREN ZUM UEBERZIEHEN DER OEBERFLAECHE EINES ELASTISCHEN KOERPERS
MIT EINER ZUSAMMENHAENGENDEN SCHICHT
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ueberziehen
der Oberfläche eines elastischen Körpers mit einer zusammen-
hängenden Schicht. Anwendung findet die Erfindung unter anderem auf
die Beschichtung gummielastischer Formkörper, z.B. aus Silikon-Kautschuk, die als Prothesen in organisches Gewebe eingepflanzt werden
sollen. Dabei wird auf den Formkörper zuvor eine Schicht z.B. aus Titan aufgebracht, welche die Gewebeverträglichkeit des Implantats
erhöht. Eine andere Anwendung betrifft Kontaktlinsen, bei denen durch
einen geeigneten absorptionsfreien Ueberzug, z.B. aus Titanoxyd, eine
hydrophile Oberf Fache geschaffen werden soll, um die -Reizwirkung zu
verringern, die von unbeschichteten Kontaktlinsen sonst häufig ausgeübt wird.
Ein Problem, das bei der Beschichtung elastisch verformbarer Körper
stets auftritt, betrifft die Haftfestigkeit der aufgebrachten Schichten. Diese neigen nämlich dazu, bei der späteren Verformung des Körpers
zu reissen bzw. infolge der Relativbewegung zwischen Implantat und umgebendem Gewebe abgerieben werden. .Insbesondere besteht die
Gefahr des Abreibens bei weichen implantierten Prothesen, die einer
häufigen Verformung unterworfen ,werdejjy, q q
Um die Haftfestigkeit und Abriebfestigkeit von im Vakuum aufgebrachten
Schichten zu verbessern, wurden schon verschiedene Massnahmen ergriffen;
z.B. ist es bekannt, dass auf manchen Kunststoffunterlagen durch Kathodenzerstäubung
aufgebrachte Schichten besser haften als durch gewöhnliches Aufdampfen aufgebrachte. Auch die neueren Verfahren des ionenunterstützten
Aufdampfens können angewendet werden,um eine erhöhte Haftfestigkeit
zu erzielen. Ferner kann eine Haftschicht nützlich sein, die zwischen der Unterlage und der die Gewebeverträglichkeit gewährleistenden Schicht
angebracht wird, z.B. eine Kupferschicht als Haftschicht zwischen einer Unterlage aus Silikon-Kautschuk und einer metallischen Titanschicht als
gewebeverträgli eher Schi ent.
Jedoch genügen alle diese bekannten Massnahmen nicht, wenn die elastischen
Körper beim Gebrauch stärkerer und häufiger Beanspruchung durch Verformung unterliegen, wie dies z.B. eben bei Implantaten infolge
Körperbewegungen oft der Fall ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren
anzugeben, das auf der Oberfläche eines elastischen Körpers eine zusammenhängende
Schicht aufzubringen gestattet, welche auch bei starken Verformungen beim späteren Gebrauch weitgehend frei von Rissen bleibt'.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Körper während der Beschichtung gedehnt und dadurch der zu beschichtende Teil seiner Oberfläche
vorübergehend vergrössert wird, und dass die Schicht auf die gegenüber dem späteren normalen Gebrauchszustand des Körpers .vergrösserte
Oberfläche niedergeschlagen wird.
Ueberraschenderweise hat sich gezeigt, dass derart aufgebrachte Schichten
frei von Rissen bleiben, auch wenn Schichten aus demselben Material·,
die auf gleiche Weise lediglich ohne Dehnung des elastischen Körpers
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während des Aufbringens hergestellt wurden, auf gummielastischen Unterlagen
bei Dehnungsbeanspruchung rissig werden und sich dann leicht ablösen. Man kann vermuten, dass infolge der durch die Risse entstandenen
Kerben die Haftung der Schicht für reibende Beanspruchung stark herabgesetzt wird. Betrachtet man die Oberfläche eines nach der Erfindung beschichteten
elastischen Körpers unter dem Mikroskop, erscheint diese als eine Art Schrumpfhaut, d.h. sie besitzt zahllose Falten, ähnlich einem
zusammengeschobenen Tuch. Diese Schrumpfhaut ist aber kerbenfrei und gut zusammenhängend, obwohl der elastische Körper an seiner Oberfläche durch
die Schrumpfhautbildung starken lokalen Spannungen unterworfen ist. (Diese Spannungen v/erden jedoch bei dehnender Beanspruchung infolge Verformung
eher abgebaut als erhöht.)
Was den Grad der während der Aufbringung der Schicht anzuwendenden Dehnung
angeht, ist zu berücksichtigen, in welchem Masse der elastische
Körper durch die Verformung beim späteren Gebrauch einer Dehnung unterliegt.
Die Dehnung während der Beschichtung sollte mindestens gleich gross,
zweckmässigerweise aber etwas grosser gewählt werden, um Rissebildung
durch Ueberdehnung der Schicht beim späteren Gebrauch mit Sicherheit zu vermeiden. Bei gummielastischen Körpern, deren Beschichtung die Erfindung
vor allem im Auge hat, ist im allgemeinen eine Dehnung während der Aufbringung der Schicht von 10% oder mehr zu empfehlen, dies wenigstens in
einer Richtung. Bei bandförmigen oder fadenförmigen Körpern beispielsweise dürfte eine Dehnung allein in Längsrichtung aufgrund der Art der
späteren Beanspruchung durch Verformung meistens genügen. Vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung besonders in jenen Fällen, in denen
die aufzubringenden Schichten selbst nicht genügend duktil sind und deshalb schon bei geringer Ueberdehnung reissen. Andererseits ist auch
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darauf zu achten, dass eine zu starke Dehnung der zu beschichtenden Fläche
während der Beschichtung vermieden wird, z.B. bei optischen Elementen, deren Funktion durch die entstehende unter Umständen zu starke Schrumpfhaut
beeinträchtigt werden könnte (z.B. infolge Streulicht). Grenzt die betreffende Fläche jedoch an ein Medium an, dessen Brechwert von demjenigen
der Schicht nicht allzusehr abweicht - bei Kontaktlinsen kann dies zutreffen - macht sich die Schrumpfhaut nicht störend bemerkbar.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der anliegenden
schematischen Zeichnung näher beschrieben. Die Figur 1 zeigt eine Anordnung, mit welcher die. Beschichtung eines blasenförmigen elastischen
Hohlkörpers in einer Kathodenzerstäubungsanlage unter Vakuum vorgenommen werden kann.
Die Blase 1 befindet sich in einem Vakuumrezipienten 2, der mittels eines
Pumpstutzens 3 mit einer Vakuumpumpe verbindbar ist. Als Quelle für das
Schichtmaterial ist ein schematisch angedeutetes planares Magnetron 4
vorgesehen, dessen Kathode durch Ionenbeschuss zerstäubt wird. Die zu beschichtende
Blase 1 hängt in aufgeblähtem Zustand an einem Röhrchen 5, welches vakuumdicht und drehbar durch die Rezipientenwand hindurchgeführt ist
und während der Beschichtung gedreht werden kanrr, um einen allseitig
gleichmässigen Niederschlag auf dem Substrat zu erzielen. Die Blase t kann. mit einem passenden Medium - bevorzugt mit dem
Arbeitsgas des Magnetrons - gefüllt und gedehnt werden. Es ist zweckmässig,
sie während des Ausptimpens über den Dreiweghahn 6 mit dem Rezipienten
zu verbinden, sodass sie sicher nie übermässigen Druckdifferenzen ausgesetzt
wird. Hach Erreichen des für den Beschichtungsvorgang erforderlichen
Vakuums wird der Dreiweghahn so gedreht, dass die Blase 1 über das
Dosierventil 7 mit einer Gasflasche 8 verbunden wird; in dieser Stellung
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lässt man soviel Gas einströmen, dass der gewünschte Dehnungszustand erreicht
wird.Anschliessend wird der Hahn 6 für alle Wege geschlossen und die Beschichtung des drehenden Substrates durchgeführt. Nach Erreichen der
gewünschten Schichtdicke z.B. OJyum wird das Magnetron abgestellt und die
Blase 1 mittels des Hahns 6 wieder mit den Rezipienten verbunden, während dieser belüftet wird, um den fertig beschichteten Körper zu entnehmen.
Bei der Füllung elastischer Hohlkörper mit einer Flüssigkeit ist eine
sehr wirksame Kühlung während der Beschichtung möglich. Die Flüssigkeit sollte aber einen gegenüber dem gewünschten Druck während der Beschichtung
vernachlässigbaren Dampfdruck haben. Bei Füiiung mit einer Flüssigkeit
sollten Gasblasen (wenn es auf gleichmässige Kühlung der zu beschichtenden
Flächen ankommt) vermieden werden. Auch für das Füllen mit Flüssigkeiten
ist es - wie oben für das Füllen mit einem Gas beschrieben - am einfachsten, den Hohlkörper vorher zu evakuieren und nachfolgend die
Flüssigkeit einströmen zu lassen.
Ein gut geeignetes Verfahren für die Aufbringung der Schicht ist im CH-Patentgesuch
Nr. 006 688/77 beschrieben worden. Auch die schon seit langem bekannten gewöhnlichen Beschichtungsverfahren, wie das Vakuumaufdampfen
aus einem widerständsbeheizten Verdampfungstiegel, die klassische Kathodenzerstäubung, Niederschlagung von Schichten aus der Gasphase und
andere mehr sind brauchbar. Bei der Aufbringung können die bekannten unterstützenden
Massnahmen zur Erzielung einer guten Haftfestigkeit zusätzlich angewendet werden, z.B, eine gute vorherige Reinigung der Substratflächen,
vorausgehende Entgasung durch Erhitzung oder Elektronenbeschuss, tfegstäubung
der obersten Schicht des Substrats durch kathodische Aetzung, Anwendung
einer elektrischen Vorspannung (vorausgesetzt, dass die Substrate
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eine geügende elektrische Leitfähigkeit aufweisen.) Wenn ein elastischer Körper nicht hohl ist, kann das Verfahren nach der
Erfindung trotzdem angewendet werden, sofern eine Dehnung der zu beschichtenden Fläche während der Aufbringung der Schicht auf irgendeine Weise möglich
ist. Z.B. können elastische Folien vor der Beschichtung zu Hohlkörpern (Beuteln) verschwelsst und als solche beschichtet werden und nachher - wenn
gewünscht - wieder zerschnitten werden. Formteile aus elastischen Werkstoffen können zusammen mit Hilfskörpern vorübergehend für die Beschichtung Hohlkörper
bilden. Oft kann ohne Bildung eines Hohlkörpers durch eine passende Haltevorrichtung
eine Dehnung der Oberfläche erreicht werden. Ebene Platten z.B. können durch eine Einspannvorrichtung einer Biegung unterworfen werden, wobei
die konvexe Seite gedehnt wird. Fadenförmige oder bandförmige elastische Substrate können unter Streckung in Längsrichtung an der Bedampfüngsquelle
vorbei geführt werden.
Wie eine Dehnung der zu beschichtenden Fläche bei Kontaktlinsen mit Hilfe
einer besonderen Haltevorrichtung erreicht werden kann, zeigt die Figur 2. Der Linsenkörper 11, der auf seiner konkaven Seite mit einem hydrophilen
Ueberzug versehen werden soll, wird in einen Haltering 12 mit Schulter 13 eingelegt und gegen diese von der konvexen Seite her durch die Platte 14
angepresst; die konkave Fläche erleidet dabei eine Dehnung. Der Grad der Anpressung und damit der Dehnung kann z.B. mittels eines Gewinderings 15
der Platte 14, welcher mit der ebenfalls mit Gewinde versehenen Aussenseite des Halterings 12 zusammenarbeitet, eingestellt werden.
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Claims (6)
1.| Verfahren zum Ueberziehen der Oberfläche eines elastischen Körpers
mit einer zusammenhängenden Schicht, dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper während der Beschichtung gedehnt und dadurch der zu beschichtende Teil seiner Oberfläche vorübergehend
vergrössert wird, und dass die Schicht auf die gegenüber dem späteren normalen Gebrauchszustand des Körpers vergrösserte
Oberfläche niedergeschlagen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,
dass die zu beschichtende Fläche mindestens soviel gedehnt wird wie durch die Verformung beim späteren Gebrauch des elastischen
Körpers.
3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,
dass die zu beschichtende Oberfläche wenigstens in einer Richtung um mindestens 10% gedehnt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, zum Ueberziehen eines elastischen Hohlkörpers,
dadurch -g-ekennzeichnet, <lass der
Körper während der Beschichtung durch eine Gasfüllung entsprechenden Drucks in gedehntem Zustand gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,
dass ein Metallbelag auf die Oberfläche aufgebracht wird.
6. Gemäss Verfahren nach Anspruch 1 mit einer Schicht überzogener
Körper dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Körpers in normalem Gebrauchszustand eine
Schrumpfhaut aufweist.
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ORIGINAL INSPECTED
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