Strukturierung technischer Elastomererzeugnisse im Spritzgießverfahren

Über die gezielte Veränderung von Oberflächen können Design, Optik oder Haptik von Produkten definiert werden. Die Übertragung natürlicher Oberflächenstrukturen auf technische Formteile verspricht dabei die Reproduktion von Effekten, welche die Natur in Millionen Jahren evolutionär entwickelt hat. Die Strukturierung technischer Bauteiloberflächen nach natürlichem Vorbild bietet damit ökonomische und ökologische Vorteile. Allerdings sind diese Strukturen meist mikro- oder nanoskalig, eine Fertigung ist daher bislang wirtschaftlich aufwendig oder die erzeugte Strukturen sind nicht widerstandsfähig genug für einen Serieneinsatz. Elastomere Werkstoffe weisen aufgrund ihres vielfältigen Eigenschaftsprofils ein breites Anwendungsspektrum in den unterschiedlichsten Industriezweigen auf. Im Hinblick auf die Abformung von Mikrostrukturen in einem vollautomatisierbaren Spritzgießprozess bieten Elastomere aufgrund ihres Verarbeitungs- und Gebrauchsverhaltens Vorteile gegenüber den bislang betrachteten thermoplastischen Werkstoffen. In dieser Arbeit werden zwei Verfahren zur Fertigung technischer Formteile aus Elastomeren mit einer Strukturierung zum Zwecke der Funktionalisierung nach natürlichen Vorbildern vorgestellt und untersucht. Dabei werden die unterschiedlichen Einflüsse der Prozessparameter sowie der formgebenden Strukturierung auf die Zielgröße der Abformgüte für beide Prozesse erarbeitet. Durch die Abformung von auf der Werkzeugkavitätsoberfläche eingebrachten Mikrokavitäten werden Formteiloberflächen nach dem Vorbild des Lotusblattes strukturiert, um einen wasserabweisenden/selbstreinigenden Effekt zu erzielen. Der die Funktionalität beschreibende Kontaktwinkel kann bei Nutzung geeigneter Strukturen und Prozessparametern um 40° und damit in den superhydrophoben Bereich gesteigert werden. Aufgrund der elastischen Eigenschaften von Elastomeren sind die abgeformten Strukturen widerstandsfähig gegenüber mechanischen Beanspruchungen im Gebrauch. Auf den Innenoberflächen von elastomeren Hohlkörpern werden außerdem durch die Nutzung einer modifizierten Fluidinjektionstechnik mit strukturierten Projektilen Riblet-Oberfläche in Anlehnung an die Haifischhaut erzeugt. Durch die Variation der Prozessparameter der Projektilinjektionstechnik lässt sich die Abformungsqualität der Strukturen stark beeinflussen.