EP3801939A1 - Herstellverfahren zur herstellung eines formkörpers mit nanopelz, set zur herstellung eines formkörpers mit nanopelz und formkörper mit nanopelz - Google Patents

Herstellverfahren zur herstellung eines formkörpers mit nanopelz, set zur herstellung eines formkörpers mit nanopelz und formkörper mit nanopelz

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Publication number
EP3801939A1
EP3801939A1 EP19721188.1A EP19721188A EP3801939A1 EP 3801939 A1 EP3801939 A1 EP 3801939A1 EP 19721188 A EP19721188 A EP 19721188A EP 3801939 A1 EP3801939 A1 EP 3801939A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer film
mold insert
polymer
manufacturing
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19721188.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Claudia ZEIGER
Alexander Storz
Andreas STRIEGEL
Maryna KAVALENKA
Matthias Worgull
Hendrik Hölscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karlsruher Institut fuer Technologie KIT filed Critical Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Publication of EP3801939A1 publication Critical patent/EP3801939A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B17/00—Methods preventing fouling
    • B08B17/02—Preventing deposition of fouling or of dust
    • B08B17/06—Preventing deposition of fouling or of dust by giving articles subject to fouling a special shape or arrangement
    • B08B17/065—Preventing deposition of fouling or of dust by giving articles subject to fouling a special shape or arrangement the surface having a microscopic surface pattern to achieve the same effect as a lotus flower
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
    • B29C59/025—Fibrous surfaces with piles or similar fibres substantially perpendicular to the surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C59/04—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing using rollers or endless belts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
    • B29C2059/023—Microembossing

Definitions

  • the invention relates to a production method for producing a shaped article with nanoprint, a set for producing a shaped article with nanopart and a shaped article having a nanopowder.
  • Nanopelz is a material that forms a superhydrophobic surface. It can u.a. for oil / water separation or for underwater friction reduction use.
  • DE 10 2013 109 621 A1 it is known from DE 10 2013 109 621 A1 to produce nanopelt by means of hot drawing.
  • a steel plate which is roughened by sandblasting, heated as a mold insert and pressed while hot on a polymer film.
  • the polymer film is fixed in a preparatory step on a substrate plate.
  • the temperature of the steel plate is above the glass transition temperature of the polymer film.
  • the mold insert is peeled off the surface of the polymer film, pulling micro- and nano-particles out of the polymer which solidify in air and then form the nanoparticle.
  • the process is designed especially on hot stamping machines, whereby the maximum size of nanoprint films is greatly limited, it is only a batch operation possible
  • a disadvantage of the aforementioned prior art is that certain process parameters, such as. Temperature must be maintained very accurately.
  • the Nan opelz can be made only on a few square centimeters and often has irregularities on
  • the mold insert after each use must be laboriously cleaned - so when using sparingly soluble polymers, the steel plate must be re-blasted again.
  • This object is achieved by a manufacturing method for producing a shaped body with nano-fur having the features of claim 1.
  • a first embodiment of the method according to the invention relates to a manufacturing method for the production of nano-fur, by means of at least one mold insert with a predetermined roughness, a contact body with a contact surface and a polymer film.
  • a first step at least a portion of the polymer film is applied to the contact surface of the contact body and thereafter the polymer film is heated at the side facing away from the contact surface to a predetermined temperature.
  • the mold insert is brought into contact with the heated side of the polymer film.
  • the mold insert is pressed or pressed onto the polymer film, wherein the polymer film penetrates into the roughness of the mold insert.
  • polymer film pressed onto the mold insert is allowed to cool and, after cooling, the polymer film is removed from the mold insert, thereby forming the nanopack on the side of the polymer film facing the mold insert.
  • This method relates to a cold drawing of the nanopart or the molding thus formed, which carries this fur. During cold drawing, the film is heated prior to contact with the mold insert.
  • the cold drawing can thus take place in which either the polymer film or at least the side of the polymer film facing the mold insert or the mold insert is heated to a temperature which is above the glass transition temperature T G of the polymer used.
  • the temperature may even be above the melting temperature; what is important is a temperature which corresponds to a softening temperature above which the polymer softens.
  • Temperatures around 130 ° C, for example, have been proven for cold-drawing polyethylene, and temperatures around 160 ° C for polypropylene. In this case, only the upper half of the film is heated, which is then so soft that the polymer can penetrate into the roughness depth of the mold insert and the cavities or inter mediate spaces can fill.
  • the method can provide that the polymer film pressed onto the mold insert is allowed to cool to a temperature which is below the glass transition temperature TG of the polymer film.
  • the cooling takes place by itself and not by a separate cooling.
  • it can be provided that, before the mold insert has cooled, the mold insert is lifted off or raised from the abutment body and, at the same time, a lifting off of the polymer film takes place, which still adheres to the mold insert.
  • the film can then be easily removed from the molding.
  • the embodiment of the invention allows for easier production of Nahopelz.
  • the fact that fewer parts and process steps are necessary, the process is also cheaper than, for example, the hitherto practiced hot drawing.
  • a set for producing nanopelt comprises a polymer film, one or more mold inserts having a surface which has a predetermined roughness, and one or more contact bodies on which the polymer film rests when the mold insert is pressed on.
  • the set can have a heating device, in particular a radiant heater. This can either heat the film directly or indirectly via a previous heating of the mold insert.
  • the roughness of the mold insert may be in a range from 1 ⁇ m to 20 ⁇ m. Depending on the selected roughness or selected roughness depth, different qualities of nanoparticles can be produced. Also, there may be several mold inserts in the set that have different roughnesses. In a further development, the set can provide that the mold insert or the abutment body are plates or rollers. It can also be used as a mold insert and a plate as a plant body or vice versa. Thus, a large-scale or continuous production can take place, and thus, among other things, a roll-to-roll process for an industrial production can be used. The mold insert can be used several times, because due to the intended use of cold drawing no or very little polymer remains stuck in the mold insert.
  • nanopride is produced by hot drawing on one side of the polymer film.
  • the film must first be fixed on a substrate plate, for example made of steel, which may be roughened.
  • This substrate plate is sandblasted and forms the mold insert in the second step, the cold drawing of the second side of the polymer film.
  • the fixing of the polymer film on the substrate plate for hot drawing (film is heated and pressed into the cavities of the rough substrate plate) is thus simultaneously the first step of the subsequent cold drawing.
  • the polymer or Polyethlen polypropy ⁇ used is len.
  • Other polymers are contemplated to have similar or the same properties as the aforementioned polymers.
  • the thickness of the polymer film may be between 200 and several millimeters.
  • a carrier film can be used for stabilization, which is connected to the polymer film.
  • a shaped body which has at least one section with nano-fur is produced by means of the kit according to the invention and by the production method according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a continuous embodiment of the inventive manufacturing method.
  • FIG. 1 shows a sequence of the method according to the invention.
  • a first step a the polymer film 3 is placed on the contact surface 1 a of the plant body 1 and the molded body 2 is placed on the surface of the polymer film 3 facing away from the contact body 1.
  • the contact body 1 and the molded body 2 have a temperature which is below the softening temperature of the polymer of the polymer film 3.
  • the softening temperature may be glass transition temperature T G or the melting temperature.
  • the mold insert 2 is first heated by means of a heating system (eg electrical heating element) above the glass transition temperature Tg of the polymer of the polymer film 3 and placed on the polymer film 3 and pressed with a predetermined force F.
  • a heating system eg electrical heating element
  • the contact pressure resulting from the force typically in the range between 1 MPa and 10 MPa. The force is maintained until Forte 2 has a temperature below the softening temperature of the polymer.
  • the contact body 1 has a temperature which lies below the softening temperature of the polymer of the polymer film 3, so that only the upper half of the polymer film is heated and the lower half is at a temperature corresponding to that of the contact body 1.
  • step c) of the mold insert 2 is lifted from the plant body 1, thereby dissolving the polymer film 3 of the contact surface 1a.
  • step d) film 3 is then removed from the surface 2a of the mold insert 2 and nanopart 4 is formed by pulling the polymer out of the rough surface 2a.
  • FIG. 2 shows a slightly modified embodiment, wherein steps c ') and d') of this embodiment of the method in FIG. 2 are the same as steps c) and d) of the embodiment of the method according to FIG. 1.
  • step a ' The heating of the polymer film 3 by means of a radiant heater 5 is different according to step a '). Again, the contact body 1 remains at a temperature which is below the softening temperature of the polymer of the polymer film 3 and only the surface of the polymer film 3, the contact surface 1a is turned away, is heated. The heating is again carried out to a temperature which is above the softening temperature of the polymer of the polymer film 3. In step b '), the molded body 2 can then be placed and pressed.
  • the roughened surface 2a of the molded body 2 is pressed onto the heated film 3 with the predetermined force F, whereby the heated, softened polymer penetrates into the roughened surface 2a of the mold insert 2.
  • Fig. 3 in a roll-to-roll execution of the set consisting of molded body 2, investment body 1 and polymer film 3, wherein the body 1 and body 2 are both present as rolls.
  • the polymer film 3 is guided from left to right in FIG. 3, wherein it is first heated by means of the radiant heater 5.
  • the steps b '), c') and d ') named in FIG. 2 are then carried out simultaneously or in a continuous process.
  • the roller mold insert 2 moves counterclockwise according to the arrow in FIG. 3, the roller body 1 moves as shown in FIG. 3 in the clockwise direction. After passing between the rollers, the polymer film 3 is then pulled off the molded article 2 downwards and the nanopart 4 is formed.
  • FIG. 4 shows a sequence of steps how a double-sided nanopack 4 can be produced:
  • first of all nanoparticles 4 are produced by hot drawing on one side of the polymer film 3.
  • the film 3 first on a substrate plate 6, for example. Steel, which can be roughened, fixed.
  • the surface of the substrate plate 6 is sandblasted and forms the mold insert 2 in the second step B, the cold drawing of the second side of the polymer film.
  • the polymer film 3 is attached to the substrate plate 6 and this forms in the following second step B, the cold drawing of the second side of the polymer film, a further mold insert to the other mold insert 2, the lie on the other side of the Polymerfo- 3 pressed becomes.
  • the fixing of the polymer film 3 on the substrate plate for hot drawing is at the same time the first step A of the subsequent cold drawing, which takes place as in FIG. 1 (see steps a) -d) there).
  • the double-sided nano fur 4 is shown.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Nanopelz, ein Set zur Herstellung desselben und einen Formkörper bereit. Das erfindungsgemäße Verfahren mittels zumindest eines Formeinsatzes (2) mit einer vorbestimmten Rauheit, eines Anlagekörpers (1) mit einer Anlage-oberfläche (1a) und einer Polymerfolie (3) umfasst die Schritte: a) Auflegen zumindest eines Abschnitts der Polymerfolie (3) auf die Anlageoberfläche (1a) des Anlagekörpers (1); b) Erwärmen der Polymerfolie (3) an der der Anlageoberfläche (1a) abgewandten Seite auf eine vorbestimmte Temperatur; c) Inkontaktbringen des Formeinsatzes (2) mit der erwärmten Seite der Polymerfolie (3) und Anpressen des Formeinsatzes (2) auf die Polymerfolie (3), wobei die Polymerfolie (3) in die Rauheit des Formeinsatzes (2) eindringt; d) abkühlen Lassen der an den Formeinsatz (2) angepressten Polymerfolie (3) und schließlich Abziehen der Polymerfolie (3) von dem Formeinsatz (2) und dadurch Bilden des Nanopelzes (4) auf der dem Formeinsatz (2) zugewandten Seite der Polymerfolie (3).

Description

HERSTELLVERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES FORMKÖRPERS MIT NANOPELZ, SET ZUR HERSTELLUNG EINES FORMKÖRPERS MIT NANOPELZ UND
FORMKÖRPER MIT NANOPELZ
Die Erfindung betrifft ein Herstellverfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit Nanopelz, ein Set zur Herstellung eines Formkörpers mit Nanopelz und einen Formkörper mit einem Nanopelz.
Nanopelz ist ein Material, das eine superhydrophobe Oberfläche bildet. Es lässt sich u.a. zur Öl/Wasser-Trennung oder auch zur Unterwasser-Reibungsreduktion verwenden. So ist aus der DE 10 2013 109 621 A1 bekannt, Nanopelz mittels Heißziehen herzustellen. Dabei wird eine Stahlplatte, die mittels Sandstrahlen aufgeraut ist, als Formeinsatz erhitzt und im heißen Zustand auf eine Polymerfolie gedrückt. Die Polymerfolie wird in einem vorbereitenden Schritt auf einer Substratplatte fixiert. Die Temperatur der Stahlplatte liegt dabei oberhalb der Glasübergangstemperatur der Polymerfolie. Nach dem Aufdrücken wird der Formeinsatz von der Oberfläche der Polymerfolie abgezogen, wobei Mikro- und Nanohärchen aus dem Polymer gezogen werden, die an der Luft erstarren und dann den Nanopelz bilden. Hierbei ist der Prozess insbesondere auf Heißprägemaschinen ausgelegt, womit die maximale Größe von Nanopelz-Folien stark eingeschränkt wird, es ist nur ein Chargenbetrieb möglich
In DE 25 12 772 ist eine Technik zur Herstellung von Polymerbahnen mit faseriger Ober fläche beschrieben, wobei eine Polymerfolie an eine beheizte Ziehfläche angelegt wird, die Folie an der Oberfläche anschmilzt und von der beheizten Ziehfläche abgelöst wird. Dadurch wird ein Faserflor gebildet, der in einem kontinuierlichen Abrollverfahren von der Ziehfläche hergestellt werden kann Es handelt sich um ein sogenanntes Roll-to-roll-Ver- fahren, wobei die Temperatur der Rolle oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers liegt. Das Aufschmelzen der Polymeroberfläche findet durch Kontakt zu der Rolle satt, allerdings muss von außen in den Abstellwinkel zwischen Restfolie und Ziehfläche des Formeinsatzes gekühlt werden, und es bleiben Polymerreste am Formeinsatz hängen.
Nachteilig am vorgenannten Stand der Technik ist, dass bestimmte Prozessparameter, wie bspw. Temperatur sehr genau eingehalten werden müssen. Außerdem kann der Nan opelz nur auf wenigen Quadratzentimetern hergestellt werden und weist häufig Unregelmäßigkeiten auf Ferner muss der Formeinsatz nach jedem Einsatz aufwändig gereinigt werden - so muss bei der Verwendung von schwer löslichen Polymeren die Stahlplatte erneut standgestrahlt werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Herstellverfahren bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile vermeidet und dabei einfach und kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Herstellverfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit Nanopelz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ferner wird die Aufgabe, ein Set zur Herstellung eines Formkörpers mit Nanopelz bereitzustellen, das wenige Teile umfasst und eine kostengünstige Nutzung ermöglicht, durch ein Set mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst.
Die weitere Aufgabe einen Formköper mit superhydrophober Oberfläche bereitzustellen, der einfach und kostengünstig herzustellen ist, wird durch das Verfahren mit den Merkma- len des unabhängigen Anspruchs 10 gelöst.
Weiterbildungen des Herstellverfahrens bzw. Ausführungsformen des Sets und des Form- körpers sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf ein Her- stellverfahren zur Herstellung von Nanopelz, mittels zumindest eines Formeinsatzes mit einer vorbestimmten Rauheit, eines Anlagekörpers mit einer Anlageoberfläche und einer Polymerfolie. In einem ersten Schritt wird zumindest ein Abschnitt der Polymerfolie auf die Anlageoberfläche des Anlagekörpers angelegt und hiernach die Polymerfolie an der der Anlageoberfläche abgewandten Seite auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Ferner erfolgt ein Inkontaktbringen des Formeinsatzes mit der erwärmten Seite der Polymerfolie. Der Formeinsatz wird auf die Polymerfolie angepresst bzw. aufgepresst, wobei die Poly- merfolie in die Rauheit des Formeinsatzes eindringt. Danach wird an den Formeinsatz an- gepresste Polymerfolie abkühlen gelassen und nach dem Abkühlen die Polymerfolie von dem Formeinsatz abgezogen und dadurch der Nanopelz auf der dem Formeinsatz zuge- wandten Seite der Polymerfolie gebildet. Dieses Verfahren bezieht sich auf ein Kaltziehen des so gebildeten Nanopelzes bzw. des Formkörpers, der diesen Pelz trägt. Beim Kaltziehen erfolgt die Erhitzung der Folie vor Kontakt mit dem Formeinsatz.
In einer weiteren Ausführungsform des Herstellverfahrens zur Herstellung von Nanopelz mittels des Formeinsatzes, des Anlagekörpers sowie der Polymerfolie, werden die folgen- den Schritte nacheinander ausgeführt:
- Auflegen zumindest eines Abschnitts der Polymerfolie auf die Anlageoberfläche des An- lagekörpers;
- Erwärmen des Formeinsatzes auf eine vorbestimmte Temperatur;
- Inkontaktbringen des erwärmten Formeinsatzes mit der Polymerfolie und Anpressen des Formeinsatzes auf die Polymerfolie, wobei die Polymerfolie in die Rauheit des Formein- satzes eindringt;
- abkühlen Lassen der an den Formeinsatz angepressten Polymerfolie und des Formein- satzes;
- Abziehen der Polymerfolie von dem Formeinsatz und dadurch Bilden des Nanopelzes auf der dem Formeinsatz zugewandten Seite der Polymerfolie.
Das Kaltziehen kann also erfolgen, in dem entweder die Polymerfolie oder zumindest die dem Formeinsatz zugewandte Seite der Polymerfolie oder der Formeinsatz auf eine Tem- peratur erwärmt wird, die über der Glasübergangstemperatur TG des verwendeten Poly- mers liegt. Je nach Polymer muss die Temperatur sogar über der Schmelztemperatur lie- gen, wichtig ist eine Temperatur, die einer Erweichungstemperatur entspricht, oberhalb derer das Polymer erweicht. Für das Kaltziehen von Polyethylen haben sich beispiels- weise Temperaturen um 130°C bewährt, für Polypropylen Temperaturen um 160°C. Dabei wird nur die obere Hälfte der Folie erwärmt, die dann so weich ist, dass das Polymer in die Rauhigkeitstiefe des Formeinsatzes eindringen kann und die Hohlräume bzw. Zwi schenräume ausfüllen kann.
Das Verfahren kann in dem Schritt abkühlen Lassen vorsehen, dass die an den Formein- satz angepresste Polymerfolie auf eine Temperatur abkühlen gelassen wird, die unter der Glasübergangstemperatur TG der Polymerfolie liegt. Das Abkühlen erfolgt von alleine und nicht durch eine separate Kühlung. In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass vor Abkühlen des Formeinsatzes der Formeinsatz von dem Anlagekörper abgehoben bzw. angehoben wird und damit gleich- zeitig ein Abheben der Polymerfolie erfolgt, die noch an dem Formeinsatz haftet. Dadurch kann die Folie dann einfach von dem Formkörper abgezogen werden. Es ist somit nicht mehr notwendig, dass - wie bisher - zuerst der Formeinsatz von der Folie abgezogen und dann erst die Folie von dem Anlagekörper, an dem sie erst fixiert werden musste, ab- gezogen wird. Beschädigungen durch Abziehen werden damit vermieden, da die ver gleichsweise flexible Folie von dem starren Formeinsatz abgezogen wird. Vorteilhaft ist, dass die Folie unter Anhaften an der Ziehfläche angeschmolzen wird und dass die in der Faserbildung entstehenden Fasern zur Fixierung, Stabilisierung und Er- starrung gekühlt werden, weil die Temperatur des Formeinsatzes unterhalb der Erwei- chungstemperatur (Glasübergangstemperatur bzw. Schmelztemperatur) des Polymers liegt. Es findet eine automatische Kühlung beim Kontakt mit der kälteren Ziehfläche statt. Eine separate Kühlung zur Stabilisierung des Nanopelzes ist nicht notwendig. Ferner blei- ben keine Polymerrückstände auf dem Formeinsatz.
Die erfindungsgemäße Ausführung erlaubt eine einfachere Herstellung von Nahopelz. Dadurch, dass weniger Teile und Verfahrensschritte notwendig sind, ist das Verfahren auch kostengünstiger als bspw. das bisher praktizierte Heißziehen.
Ein Set zur Herstellung von Nanopelz umfasst erfindungsgemäß eine Polymerfolie, einen oder mehrere Formeinsätze mit einer Oberfläche, die eine vorbestimmte Rauheit aufweist, und einen oder mehrere Anlagekörper, auf den die Polymerfolie aufliegt, wenn der Form- einsatz aufgepresst wird. Mit dieser Anordnung kann das Herstellverfahren optimal ausge- führt werden.
In einer Weiterbildung kann das Set eine Heizeinrichtung, insbesondere einen Heizstrahler aufweisen. Dieser kann entweder die Folie direkt oder indirekt über eine vorherige Er- hitzung des Formeinsatzes erwärmen.
In einer weiteren Ausführungsform des Sets kann die Rauheit des Formeinsatzes in ei- nem Bereich von 1 pm bis 20 pm liegen. Je nach gewählter Rauheit bzw. gewählter Rau- heitstiefe können unterschiedliche Qualitäten an Nanopelzen erzeugt werden. Auch kön- nen in dem Set mehrere Formeinsätze vorliegen, die unterschiedliche Rauigkeiten haben. Das Set kann in einer Weiterbildung vorsehen, dass der Formeinsatz bzw. der Anlagekör- per Platten oder Rollen sind. Es können auch eine Rolle als Formeinsatz und eine Platte als Anlagenkörper oder umgekehrt verwendet werden. Damit kann eine großflächige bzw. kontinuierliche Herstellung erfolgen, und so u. a. ein Roll-to-Roll-Prozess für eine industri- elle Herstellung verwendet werden. Der Formeinsatz kann mehrfach verwendet werden, da aufgrund der bestimmungsgemäßen Verwendung des Kaltziehens keine oder nur sehr wenig Polymerreste in dem Formeinsatz hängen bleibt.
Ferner kann ein doppelseitiger Nanopelz erzeugt werden. Hierzu wird zunächst auf der einen Seite der Polymerfolie Nanopelz mittel Heißziehen hergestellt. Dazu muss die Folie zunächst auf einer Substratplatte, bspw. aus Stahl, der angerauht sein kann, fixiert wer- den. Diese Substratplatte ist sandgestrahlt und bildet im zweiten Schritt, dem Kaltziehen der zweiten Seite der Polymerfolie, den Formeinsatz. Das Befestigen der Polymerfolie auf der Substratplatte zum Heißziehen (Folie wird erwärmt und in die Kavitäten der rauen Substratplatte hineingepresst) ist somit gleichzeitig der erste Schritt des anschließenden Kaltziehens.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das verwendete Polymer Polyethlen oder Polypropy^ len ist. Es sind noch weitere Polymere denkbar, die ähnliche oder gleiche Eigenschaften haben, wie die vorgenannten PolymereDie Dicke der Polymerfolie kann zwischen 200pm und mehreren Millimetern betragen. Bei dünneren Folien kann eine Trägerfolie zur Stabili- sierung verwendet werden, die mit der Polymerfolie verbunden ist.
Ein Formkörper, der zumindest einen Abschnitt mit Nanopelz aufweist, wird mittels des er- findungsgemäßen Sets und nach dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren hergestellt.
Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Aus- führungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschrei- bung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegen- stände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein schematischer Ablauf einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah- rens,
Fig. 2 , eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung des erfindungsgemä- ßen Herstellverfahrens, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer kontinuierlichen Ausführung des erfin- dungsgemäßen Herstellverfahrens.
Für die Durchführung wird ein plattenförmiger Anlagekörper 1 mit einer Anlagefläche 1 a, ein plattenförmiger Formkörper 2 mit einer eine bestimmte Rauheit aufweisende Oberflä- che 2a sowie einer Polymerfolie 3 benötigt, wie Fig. 1 und 2 zeigen. In Fig. 1 ist ein Ab- lauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In einem ersten Schritt a) wird die Polymerfolie 3 auf die Anlagefläche 1 a des Anlagekör- pers 1 aufgelegt und der Formkörper 2 auf die von dem Anlagekörper 1 abgewandte Oberfläche der Polymerfolie 3 aufgelegt. Der Anlagekörper 1 sowie der Formkörper 2 wei- sen eine Temperatur auf, die unterhalb der Erweichungstemperatur des Polymers der Po- lymerfolie 3 liegt. Als Erweichungstemperatur kann Glasübergangstemperatur TG oder die Schmelztemperatur in Frage kommen.
In einem weiteren Schritt b) wird der Formeinsatz 2 zunächst mittels eines Heizsystems (z.B. elektrisches Heizelement) über die Glasübergangstemperatur TG des Polymers der Polymerfolie 3 erwärmt und auf die Polymerfolie 3 aufgelegt und aufgepresst mit einer vorbestimmten Kraft F. Der aus der Kraft resultierende Anpressdruck liegt typischerweise im Bereich zwischen 1 MPa und 10 MPa. Die Kraft wird aufrechterhalten, bis der Forein- satz 2 eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Polymers aufweist.
Der Anlagekörper 1 weist dabei durchgehend eine Temperatur auf die unterhalb der Er- weichungstemperatur des Polymers der Polymerfolie 3 liegt, so dass nur die obere Hälfte der Polymerfolie erwärmt wird und die untere Hälfte auf einer Temperatur entsprechend der des Anlagekörpers 1 liegt.
Danach wird in Schritt c) der Formeinsatz 2 von dem Anlagekörper 1 abgehoben, dabei löst sich die Polymerfolie 3 von der Anlageoberfläche 1a. In Schritt d) wird Folie 3 dann von der Oberfläche 2a des Formeinsatzes 2 abgezogen und durch Herausziehen des Polymers aus der rauen Oberfläche 2a Nanopelz 4 gebildet.
In Fig. 2 ist eine leicht veränderte Ausführungsform dargestellt, wobei die Schritte c') und d') dieser Ausführungsform des Verfahrens in Fig. 2 sind gleich den Schritten c) und d) der Ausführungsform des Verfahrens nach Fig. 1.
Unterschiedlich ist gemäß Schritt a') eine vorherige Erwärmung der Polymerfolie 3 mittels eines Heizstrahlers 5. Auch hier verbleibt der Anlagekörper 1 auf einer Temperatur, die unterhalb der Erweichungstemperatur des Polymers der Polymerfolie 3 liegt und nur die Oberfläche der Polymerfolie 3, die der Anlageoberfläche 1a abgewandt ist, wird erwärmt. Die Erwärmung erfolgt wiederum auf eine Temperatur, die oberhalb der Erweichungstem- peratur des Polymers der Polymerfolie 3 liegt. In Schritt b') kann sodann der Formkörper 2 aufgelegt werden und aufgepresst werden.
Die aufgeraute Oberfläche 2a des Formkörpers 2 wird auf die erwärmte Folie 3 mit der vorbestimmten Kraft F aufgepresst wobei das erwärmte, erweichte Polymer in die aufge- raute Oberfläche 2a des Formeinsatzes 2 eindringt. In Fig. 3 in eine Roll-to-Roll-Ausführung des Sets bestehend aus Formkörper 2, Anlage- körper 1 und Polymerfolie 3 gezeigt, wobei Anlagekörper 1 und Formkörper 2 beide als Rollen vorliegen.
Die Polymerfolie 3 wird in der Fig. 3 von links nach rechts geführt, wobei sie zunächst mit- tels des Heizstrahlers 5 erwärmt wird. Die in Fig. 2 benannten Schritte b'), c') und d') wer- den dann gleichzeitig bzw. in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt.
Die Rolle Formeinsatz 2 bewegt sich dabei gemäß dem Pfeil in Fig. 3 entgegen des Uhr- zeigersinns, die Rolle Anlagekörper 1 bewegt sich wie in Fig. 3 dargestellt im Uhrzeiger- sinn. Die Polymerfolie 3 wird nach Durchgang zwischen den Rollen dann von dem Form- körper 2 nach unten hin abgezogen und der Nanopelz 4 bildet sich.
In Fig. 4 ist eine Abfolge an Schritten gezeigt, wie ein doppelseitiger Nanopelz 4 herge- stellt werden kann: Hierzu wird zunächst auf der einen Seite der Polymerfolie 3 Nanopelz 4 mittel Heißziehen hergestellt. Dazu muss die Folie 3 zunächst auf einer Substratplatte 6, bspw. aus Stahl, die angerauht sein kann, fixiert werden. Die Oberfläche der Substratplatte 6 ist sandge- strahlt und bildet im zweiten Schritt B, dem Kaltziehen der zweiten Seite der Polymerfolie, den Formeinsatz 2.
Damit wird die Polymerfolie 3 auf der Substratplatte 6 befestigt und diese bildet im nun folgenden zweiten Schritt B, dem Kaltziehen der zweiten Seite der Polymerfolie, einen weite- ren Formeinsatz zu dem weiteren Formeinsatz 2, der auf die andere Seite der Polymerfo- lie 3 gedrückt wird. Das Befestigen der Polymerfolie 3 auf der Substratplatte zum Heißzie- hen ist gleichzeitig der erste Schritt A des anschließenden Kaltziehens, das wie in Fig. 1 erfolgt (siehe dort Schritte a) -d)). Im letzten Teilbild der Fig. 4 ist der doppelseitige Nano- pelz 4 dargestellt.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Anlagekörper
1 a Anlageoberfläche
2 Formeinsatz
2a Oberfläche Formeinsatz
3 Polymer
4 Nanopelz
5 Heizstrahler
6 Substratplatte

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Herstellverfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit Nanopelz (4), mittels zu- mindest eines Formeinsatzes (2) mit einer vorbestimmten Rauheit, eines Anlagekör- pers (1 ) mit einer Anlageoberfläche (1a) und einer Polymerfolie (3),
umfassend die Schritte
a) Auflegen zumindest eines Abschnitts der Polymerfolie (3) auf die Anlageoberfläche (1a) des Anlagekörpers (1 );
b) Erwärmen der Polymerfolie (3) an der der Anlageoberfläche (1 a) abgewandten Seite auf eine vorbestimmte Temperatur;
c) Inkontaktbringen des Formeinsatzes (2) mit der erwärmten Seite der Polymerfo- lie (3) und Anpressen des Formeinsatzes (2) auf die Polymerfolie (3), wobei die Po- lymerfolie (3) in die Rauheit des Formeinsatzes (2)_eindringt;
d) abkühlen Lassen der an den Formeinsatz (2) angepressten Polymerfolie (3) und schließlich Abziehen der Polymerfolie (3) von dem Formeinsatz (2) und dadurch Bil- den des Nanopelzes (4) auf der dem Formeinsatz (2) zugewandten Seite der Poly- merfolie (3).
2. Herstellverfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit Nanopelz (4), mittels zu- mindest eines Formeinsatzes (2) mit einer vorbestimmten Rauheit, eines Anlagekör- pers (1) mit einer Anlageoberfläche (1a) und einer Polymerfolie (3),
umfassend die Schritte
a') Auflegen zumindest eines Abschnitts der Polymerfolie (3) auf die Anlageoberflä- che (1a) des Anlagekörpers (1 );
b') Erwärmen des Formeinsatzes (2) auf eine vorbestimmte Temperatur;
c') Inkontaktbringen des erwärmten Formeinsatzes (2) mit der Polymerfolie (3) und Anpressen des Formeinsatzes (2) auf die Polymerfolie (3), wobei die Polymerfo- lie (3) in die Rauheit des Formeinsatzes (2) eindringt;
d') abkühlen Lassen der an den Formeinsatz (2) angepressten Polymerfolie (3) und des Formeinsatzes (2) und schließlich Abziehen der Polymerfolie (3) von dem Form- einsatz (2) und dadurch Bilden des Nanopelzes (4) auf der dem Formeinsatz (2) zugewandten Seite der Polymerfolie (3).
3. Herstellverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Polymerfolie (3) oder zumindest die dem Formeinsatz zugewandte Seite der Po- lymerfolie (3) oder der Formeinsatz (2) auf eine Temperatur erwärmt wird, die über der Glasübergangstemperatur TG des verwendeten Polymers liegt.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei im Schritt c) abkühlen Lassen der an den Formeinsatz (2) angepressten Po- lymerfolie (3) auf eine Temperatur, die unter der Erweichungstemperatur der Poly- merfolie (3) liegt.
5. Herstellverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4,
umfassend den Schritt
c") vor Abkühlen des Formeinsatzes (2) Abheben des Formeinsatzes (2) und damit Abheben der Polymerfolie (3).
6. Set zur Herstellung eines Formkörpers mit Nanopelz (4),
umfassend
- eine Polymerfolie (3),
- zumindest einen Formeinsatz (2) mit einer Oberfläche (2a), die eine vorbestimmte Rauheit aufweist, und
- zumindest einen Anlagekörper (1), auf den die Polymerfolie (3) aufliegt, wenn der Formeinsatz aufgepresst wird,
7. Set nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Set eine Heizeinrichtung, insbesondere einen Heizstrahler (5) aufweist.
8. Set nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rauheit des Formeinsatzes (2) in einem Bereich von 1 pm bis 20 pm liegt.
9. Set nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formeinsatz (2) und der Anlagekörper (1 ) Platten oder Rollen sind.
10. Formkörper, der zumindest einen Abschnitt mit Nanopelz (4) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formkörper mittels des Sets nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9 und nach einem Herstellverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 herge- stellt ist.
EP19721188.1A 2018-05-30 2019-04-11 Herstellverfahren zur herstellung eines formkörpers mit nanopelz, set zur herstellung eines formkörpers mit nanopelz und formkörper mit nanopelz Pending EP3801939A1 (de)

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