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 T _G 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 T _G 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