MXPA03011654A

MXPA03011654A - Cuerpo solido con superficie microestructurada.

Info

Publication number: MXPA03011654A
Application number: MXPA03011654A
Authority: MX
Inventors: Brand Norbert
Original assignee: Roehm Gmbh
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2005-02-22
Also published as: ES2246043T3; EP1495236A1; WO2003087604A1; IL158065A; IL158065A0; EP1495236B1; DE10217111A1; AU2003212385A1; JP2005522644A; JP4681232B2; CA2447217C; CA2447217A1; CN1507544A; CN100356076C; HK1065351A1; US20040155150A1; ZA200309722B; BR0303391A; KR20040100839A; DE50301111D1

Abstract

La presente invencion trata de un cuerpo solido de plastico, vidrio, ceramica o metal que tiene por lo menos parcialmente una superficie microestructurada con hileras orientadas en una direccion preferencial de denticulos transversalmente trapezoidales o cuneiformes, que se caracterizan en que los denticulos tienen alturas (H) minimas y maximas que varian de 0 mm a 2 mm, y las minimas y maximas se siguen unas a otras periodicamente con amplitudes que varian de 0.005 a 20 mm, y el espaciado de las hileras de los denticulos colindantes en relacion de unas con otras es 0.002 mm a 5 mm, haciendose posible que los vortices entre las hileras sean planos, curvos o conicos y que los denticulos transversalmente trapezoidales o cuneiformes tengan un angulo (a) que varia de 15 a 75 degree .

Description

wo 03/087604 Ai i finí f p????? p ???p? mu ini i ii [ÍI mil finí mu IIIÍI inrriiK IIIIIH rm im mi Veroffentlicht: — mit internationalem Recherchenbericht Zur Erklarung der Zweibuchstaben-Codes und der anderen Ab-kürzungen wird auf die Erkldrungen ("Guidance Notes on Co-des artdAbbreviations") am Anfangjeder regularen Ausgabe der PCT-Gazette verwiesen.

Cuerpo sólido con superficie mxcroestructurada Área de la invención La presente invención trata de un cuerpo sólido de plástico, vidrio, cerámica o metal que tiene por lo menos parcialmente una superficie microestructurada con hileras orientadas en una dirección preferencial de dentículos transversalmente trapezoidales o cuneiformes . La invención también trata acerca de los métodos para producir el cuerpo sólido y los posibles usos . Técnica Anterior Los cuerpos sólidos con superficies microestructuradas producidas por medios mecánicos son conocidas por si mismas y siguen el principio físico de reducción de fricción conocido de la naturaleza, tal como a partir de la piel de un tiburón. Por lo tanto en ocasiones de manera trivial también lo denominan "piel de tiburón" . Con la estructuración adecuada, puede observarse una reducción en la resistencia friccional o de fluencia cuando un gas o líquido circula en un estado de turbulencia. DE 36 09 541 Al describe una resistencia a la fluencia reducida por una superficie que tiene una tensión reducida por cizallamiento de pared de un cuerpo que rebosa de manera turbulenta, con canales que corren en la dirección del flujo y están separados entre si por nervaduras formadas con bordes filosos. En este caso las nervaduras no están 2 dispuestas paralelas en hileras continuas sino que respectivamente se desvían unas de otras . EP 0 846 617 A2 describe una superficie para una pared que rebosa de manera turbulenta en una corriente que tiene una dirección principal de circulación, con nervaduras que están alineadas en la dirección de la corriente y separadas lateralmente en relación con la dirección principal de circulación, y cuya altura es 45 a 60% del espaciado de las nervaduras . Las nervaduras tienen forma cuneiforme con un ángulo de cuña de 20 a 50°. Los vórtices entre las hileras pueden tener forma plana o curva. Problema y solución Las superficies descritas en DE 36 09 541 Al tienen la desventaja de que, debido a la configuración alternada de los elementos de nervadura, solamente se pueden producir con dificultad o gran costo y al mismo tiempo su efecto reductor de fricción es tan solo pequeño. Las estructuras descritas en EP 0 846 617 A2 garantizan que la superficie rebose de manera homogénea relativamente con poca fricción. Sin embargo, la disposición normal de la microestructura tiene el efecto de que una capa límite comparativamente sólo delgada se forma entre la superficie y el medio desbordante, líquido o gaseoso, que no es óptimo para la ruptura de la tensión de corte inductora de fricción. Por lo tanto, la corriente puede fácilmente ser 3 interrumpida o posiblemente incluso disiparse. Sobre la base de la técnica, la intención era desarrollar cuerpos sólidos con superficies microestructuradas para obtener adicionalmente una mayor reducción en la resistencia friccional o a la fluencia. El problema se soluciona a través de un cuerpo sólido de plástico, vidrio, cerámica o metal que tiene por lo menos parcialmente una superficie microestructurada con hileras orientadas en una dirección preferencial de dentículos transversalmente trapezoidales o cuneiformes, que se caracteriza en que los dentículos tienen alturas (H) mínimas y máximas que varían en el margen de 0 mm a 2 mm, y las mínimas y máximas se siguen una a la otra periódicamente con longitudes de onda en el margen de 0.005 a 20 mm, y el espaciado de las hileras de los dentículos adyacentes en relación de unas y otras es 0.002 mm a 5 mm, haciendo posible que los vórtices entre las hileras sean planos, curvos o cónicos, y Los dentículos transversalmente trapezoidales o cuneiformes tienen un ángulo de cuña (a) en el margen de 15 a 75° . El cuerpo sólido de conformidad con la invención 4 tiene en particular la ventaja de que, cuando rebosa con un gas o un liquido, tiene poca resistencia friccional o a la fluencia. Esto se obtiene en particular a través de una estructura superficial con hileras de dentículos transversalmente trapezoidales o cuneiformes . Al mismo tiempo, el hecho de que los dentículos tienen alturas (H) máximas y mínimas con margen de 0 mm a 2 mm, y las mínimas y las máximas se siguen unas a otras periódicamente con longitudes de onda de margen de 0.005 a 20 mm, se obtiene el efecto de lograr un rebosamiento inhomogéneo que no se disipa aún durante distancias relativamente largas . De acuerdo con la invención, esto permite que se logre un mejor resultado general en comparación con la técnica anterior. Dibujos La invención es explicada por los siguientes dibujos pero no queda restringida por ellos. Figura la: Representación esquemática vertical de un detalle tomado de una hoja plástica extruida con hileras paralelas, que fluctúan de manera sinusoidal en la altura de los dentículos, de las microestructuras cuneiformes con ángulos de cuña () constantes de aproximadamente 60° y vórtices cónicos . Las microestructuras fluctúan periódicamente en el ancho de la base transversal . El espaciado de los planos 5 transversales A-A, B-B y C-C de entre sí es en cada caso la mitad de una longitud de onda. El perfil de las mínimas y las máximas de las hileras colindantes es desvía por la mitad de una longitud de onda. La flecha indica la dirección de la extrusión. Figura Ib : Los planos transversales A-A, B-B y C-C de la figura la. Los planos transversales A-A, B-B y C-C muestran las alturas (H) mínimas y máximas alternantes de los dentículos que corren en hileras paralelas, los vórtices cónicos y el ancho de base transversal fluctuante. Figura le: Los dentículos con perfil trapezoidal simétrico (izquierda) y el perfil de cuña simétrico (derecha) con altura dibujada (h) , ancho de base transversal (B) y ángulo de cuña (a) en la sección eficaz. Implementacion de la invención La invención trata acerca de un cuerpo sólido de plástico, vidrio, cerámica o metal que tiene por lo menos parcialmente una superficie microestructurada con hileras orientadas en una dirección preferencial de dentículos transversalmente trapezoidales o cuneiformes . Materiales Los preferidos son los plásticos, en particular los 6 plásticos termoendurecibles y en particular se prefieren los termoplásticos . En el caso de los termoplásticos se prefieren los plásticos amorfos . Los plásticos adecuados son por ejemplo: plástico de polimetllmetacrilato, polimetilmetacrilato modificado por choque, plástico de policarbonato, plástico de poliestireno, plástico de estirenoacrilonitrilo, plástico de polietilenotereftalato, plástico de polietilenotereftalato modificado con glicol, plástico de cloruro de polivinilo, plástico de poliolefina transparente, plástico de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) o mezclas de los diferentes termoplásticos. Preferidos son plásticos resistentes a la intemperie como plástico de polimetacrilato y/o plástico de polimetacrilato modificado por choque, plástico de fluoruro de polivinilideno y/o una mezcla de plástico de polimetacrilato y plástico de fluoruro de polivinilideno y/o de plástico de policarbonato. Los plásticos con altos niveles de dureza superficial son adecuados en particular para contrarrestar el desgaste por abrasivos que se ocasiona por el desbordamiento superyacente . Los polímeros de cristal líquido también son adecuados : En el caso de los metales, aluminio y titanio, y 7 además las aleaciones de estos metales y posiblemente también aleaciones de magnesio, se "puede mencionar. Estructuración superficial Los dentículos tienen una altura (H) mínima que varía de 0 mm a menos de 2 mm. La mínima de preferencia varía de 0.001 a 1 mm, en particular de 0.01 a 0.1 mm. Los dentículos tienen una altura (H) máxima que varía de 0 mm a 2 mm. De preferencia de 0.001 a 1 mm, en particular de 0.01 a 0.1 mm. Las alturas máximas por lo general en este caso son mayores que las mínimas . Las máximas de preferencia son de por lo menos 0.001 mm, en particular preferiblemente de por lo menos 0.01 mm mayores que las mínimas. La altura de los dentículos se determina en relación con los vórtices . Si los vórtices tienen un plano de referencia, las alturas de los dentículos fluctúan en relación con los mismos. En la teoría también es posible que los dentículos tengan un plano de referencia y que los vórtices fluctúen en profundidad, por lo que de forma similar se originan alturas fluctuantes de los dentículos. Las mínimas de 0 mm pertenecen al plano de los vórtices. Sin embargo, las mínimas de preferencia son mayores a 0 mm. Las mínimas y máximas se siguen unas a otras periódicamente con longitudes de onda que varían de 0.005 a 20 mm, de preferencia de 0.05 a 5 mm. Se prefiere un perfil 8 de onda sinusoidal . El espaciado de las hileras de dentículos colindantes en relación entre unas y otras es 0.002 mm a 5 ram, de preferencia 0.005 a 0.5 mm, en particular 0.02 a 0.2 mm, siendo posible que los vórtices entre las hileras sean planos, curvados o cónicos. Las hileras de dentículos de preferencia corren paralelas unas a las otras en la dirección preferencial . Los dentículos transversalmente trapezoidales o cuneiformes tienen un ángulo de cuña ( , véase la Figura 1c) que varía de 15 a 75°, de preferencia 30 a 60°, en particular 30 a 45°. Las secciones eficaces trapezoidales o cuneiformes de preferencia son simétricas, pero también es posible que sean ligeramente o muy asimétricas. Sin embargo, lo último es más problemático de llevar a cabo en términos de tecnología de circulación y más difícil de ejecutar en términos de tecnología de producción. En este caso, el ángulo (a' ) opuesto al ángulo (a) es diferente a ( ) , aunque de igual forma debe tener el mismo margen de variación indicado para (a) . En el entendido que no existan menoscabos mayores en la función como resultado, formas provisionales y modificaciones ligeras a partir de dentículos transversalmente trapezoidales o cuneiformes, y también combinaciones de estas clases de formas pueden utilizarse en una superficie. Los dentículos pueden correr rectos en su dirección 9 preferencial o de otro modo en tal forma que oscilen lateralmente alrededor de la dirección preferencial, de preferencia sinusoidalmente . En el caso de un perfil lateral de dentículo que oscila lateralmente alrededor de la dirección preferida, las longitudes de onda de las oscilaciones laterales pueden ser de 0.005 a 20 mm, de preferencia 0.001 a 10 mm y en particular 0.01 a 1 mm. El ángulo de cuña (a) de lo dentículos de preferencia es constante con respecto a una hilera. · Las fluctuaciones periódicas de altura de los dentículos de las hileras colindantes de preferencia están desviadas entre sí de manera alternante, en particular de preferencia una mitad de longitud de onda, en particular una mitad de longitud de onda sinusoidal. Esto tiene la ventaja de que la ocurrencia de oscilaciones resonantes no deseadas y/u oscilaciones acústicas se reduce sustanci lmente . Sobre la base de la presente invención, es evidente para un experto en la técnica que las estructuras superficiales que se explican en el presente se pueden modificar adicionalmente en alguna forma u otra que no se menciona explícitamente sin cambiar de manera sustancial su función. Esas modificaciones deben considerarse incluidas en la invención. Métodos de producción La producción de cuerpos sólidos o partes con 10 formas correspondientes es posible reproduciendo las microestructuras mediante un método de formación primaria, método de reformación, maquinado abrasivo o técnica galvánica, por ejemplo, a través de métodos de estampado, maquinado con remoción de virutas, fundición, radiación hiperenergética (por ejemplo rayos láser) , una técnica de fotograbado, etc. En el caso de los plásticos, los métodos apropiados son aquellos donde una mezcla de polimerización, por ejemplo un jarabe de metilmetacrilato y polimetilmetacrilato, con contenido de un iniciador de polimerización, se reproduce en un molde primario. Esto puede ser, por ejemplo, una placa de cristal con una mxcroestructura negativamente reproducida. Puede ser una ventaja usar un método de coextrusión, en donde la mxcroestructura se imprime en una capa fácilmente grabable, mientras una capa de plástico debajo de la misma asume esencialmente la función de un soporte. EP-A 659 531 revela un método de coextrusión correspondiente para macroestructuras de impresión (lente de Fresnel) , que sin embargo, después de la adaptación de manera que es rutinaria para un experto en la técnica, también es adecuada en principio para las microestructuras . Usos Los cuerpos sólidos de acuerdo con la invención se pueden utilizar como componentes con superficies reductoras 11 de rozamiento para reducir la fricción de corrientes de aire o agua en superficies de naves (aéreas, marítimas o terrestres) o como líneas y tanques para reducir la fricción de las corrientes de líquidos en el caso de líquidos de circulación rápida en líneas y tanques, para reducir la adherencia de los contaminantes en las superficies que requieren protección, como superficies antimicrobianas, como superficies de refracción y/o difusamente dispersivas de luz, como superficies provistas de un recubrimiento antirrefle ante . Además de las propiedades de circulación ventajosas, también se pueden realizar técnicamente los efectos ópticos, hápticos, adhesivos y/o termodinámicos y que se necesitan de preferencia para partes semiacabadas o acabadas de plástico sobre su superficie. Efectos beneficiosos La invención reside en la mejora de la geometría descrita con el requerimiento de que exista una mayor reducción en la fricción de los líquidos o gases circulantes, en particular aire, en la superficie estructurada de acuerdo con la invención, producida por un perfil de altura preferencialmente sinusoidal y/o un perfil lateral sinusoidal de la estructura de canal o dentículo. Esto produce pequeñísimos vórtices locales, que permanecen en gran parte fijos y forman con respecto al líquido circulante pasado una 12 capa límite mejorada en la que las tensiones de corte de inducción al rozamiento se interrumpen mejor y, como resultado, el efecto retardador de fricción del liquido o gas en la superficie se reduce. A causa de la irregularidad comparativamente mayor de la estructura en comparación con las geometrías conocidas, la ocurrencia de oscilaciones resonantes nocivas se reduce significativamente en forma similar. Si hay contaminación, las elevaciones locales (máximas de los dentículos sinusoidales) ofrecen puntos de acoplamiento para abrasión o resistencia a humedecimiento completo de la superficie, por lo mismo una estructura coherente de la capa de contaminación se destruye y se desintegra en islas de contaminación, que por su parte pueden lavarse con facilidad debido a los flancos de los dentículos impregnados. Como resultado, se lleva a cabo un efecto de autolimpieza . Si la superficie es provista de agentes biocidalmente activos, que por ejemplo se aplican como un recubrimiento, coextruidos o introducidos en la composición base, el aumento del área superficial tiene el efecto general de ayudar en la acción de los agentes y mejorarla en comparación con una estructura uniforme . Propiedades ópticas : la estructura de acuerdo con la invención reduce los reflejos de luz en la superficie. Además, se producen en particular la decoración con colores y

Claims

13 efectos de luz a través de la refracción de luz y reemergencia de radiación de la superficie, que pueden ser producidos a partir de un plástico transparente a translúcido y claro o de color. La superficie estructurada ofrece sujeción con agarre particularmente bueno, ya que las elevaciones de los dentículos pueden oprimirse localmente más profundamente en la piel, tela textil, piel, etc. que las estructuras planas sin elevaciones localmente sobresalientes . La estructura de acuerdo con la invención puede ser producida en una forma primario o de reformación o puede ser maquinada en forma con remoción de virutas o con radiación hiperenergética desde una superficie mayormente plana de plásticos amorfos, parcialmente cristalinos, reticulados o no reticulados, de metales y vidrios de lenta fundición. 14

REIVINDICACIONES 1. Un cuerpo sólido de plástico, vidrio, cerámica o metal que tiene por lo menos parcialmente una superficie microestructurada con hileras orientadas en una dirección preferencial de dentículos transversalmente trapezoidales o cuneiformes . Que se caracteriza en que los dentículos tienen alturas (H) mínimas y máximas que varían de 0 mm a 2 mm, y las mínimas y máximas se siguen unas a otras periódicamente con longitudes de onda que varían de 0.005 a 20 mm, y el espaciado de las hileras de dentículos colindantes en relación unas con otras es 0.002 mm a 5 mm, siendo posible que los vórtices entre las hileras sean planos o cónicos, y los dentículos transversalmente trapezoidales o cuneiformes tienen un ángulo de cuña (a) en el margen de 20 a 60° . 2. El cuerpo sólido según la reivindicación 1 se caracteriza en que los dentículos fluctúan adicionalmente cada cierto tiempo en el ancho base de sección eficaz (B) .

3. El cuerpo sólido según las reivindicaciones 1 y 2 que se caracteriza en que el ángulo de cuña (a) de los dentículos es constante con respecto a una hilera. 15

4. El cuerpo sólido según una o más de las reivindicaciones 1 a 3 se caracteriza en que los dentículos tienen un perfil lateralmente oscilante alrededor de la dirección preferida con longitudes de onda de las oscilaciones laterales de 0.005 a 20 mm.

5. El cuerpo sólido según una o más de las reivindicaciones 1 a 4 que se caracteriza en que las fluctuaciones periódicas de altura de los dentículos de hileras colindantes se desvían en relación de unas con otras de forma alternante.

6. El cuerpo sólido según la reivindicación 5 que se caracteriza en que las fluctuaciones de altura de los dentículos de las hileras colindantes se desvían en relación de unas con otras en forma alternante en cada caso una mitad de longitud de onda.

7. Un método para producir cuerpos sólidos según una o más de las reivindicaciones 1 a 6 en una forma conocida por sí misma que reproduce microestructuras mediante un método de formación primaria, método de reformación, maquinado abrasivo o método galvánico, en particular a través de métodos de grabado, maquinado con remoción de virutas, moldeo, moldeo por inyección, radiación iperenergética y/o una técnica de fotograbado.

8. El uso de cuerpos sólidos según una o más de las reivindicaciones 1 a 6 como los componentes con superficies 16 reductoras de rozamiento para reducir la fricción de corrientes de aire o agua en superficies de naves (aéreas, marítimas o terrestres) o como líneas y tanques para reducir la fricción de circulaciones de líquidos en el caso de líquidos de circulación rápida en líneas y tanques, para reducir la adherencia de contaminantes en las superficies que requieren protección, como superficies antimicrobianas, como superficies de refracción y/o difusamente dispersivas de luz, como superficies provistas de un recubrimiento antirrefle ante .