Wenn ein Gecko die Wände hochklettert, gelingt das durch die große Kontaktfläche der hierarchischen und fibrillären Strukturen seiner Füße mit dem Untergrund. Einen ähnlichen Ansatz hat das Fraunhofer IMWS in Halle an der Saale für die Oberflächen von Polymeren umgesetzt, die durch Heißprägen in eine hierarchische Struktur gebracht werden. Dabei werden Prägewerkzeuge aus Aluminiumoxid eingesetzt, die zuvor mit einem Laser und durch ein selbstorganisierendes elektrochemisches Verfahren mikro- und nanostrukturiert wurden.
Das Verfahren eignet sich für die Strukturierung unterschiedlicher Kunststoffe wie thermoplastische Elastomere (TPE), thermoplastische Polyurethane (TPU), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE). Die Prägewerkzeuge lassen sich in bestehende Produktionsverfahren der Kunststoffverarbeitung integrieren. Das Abformen erfolgt bei hohen Temperaturen und niedrigem Druck.
Das Fraunhofer-Team ermittelte die passenden Verarbeitungstemperaturen auf Basis der durch Differenzialkalorimetrie (DSC) erhaltenen Glas-übergangs- und Schmelztemperaturen und untersuchte die Strukturen der Prägewerkzeuge und der Polymeroberfläche mit Rasterelektronenmikroskopie (SEM). Auf nassen Oberflächen aus Keramik, Glas oder Metall ermöglichte die Gecko-Methode eine Erhöhung der Haftkraft um bis zu 85,4 %.
„Ein großer Vorteil ist auch, dass wir unterschiedliche Oberflächenstrukturen und damit neue Materialeigenschaften erzielen können, ohne zusätzliche Elemente wie Additive oder Beschichtungen einzubringen“, erklärt Dr.-Ing. Andrea Friedmann, Gruppenleiterin Biofunktionale Materialien für Medizin und Umwelt am Fraunhofer IMWS. „So können die Werkstoffe sortenrein bleiben, was das spätere Recycling erheblich vereinfacht.“
Autor(en): spa
