F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R W E R K S T O F F - U N D S T R A H LT E C H N I K I W S

ANTISTATISCHE KUNSTSTOFFBAUTEILE UND -FOLIENdurch Integration von Dünnschichten aus Kohlenstoffnanoröhren

info 200-12a

Fraunhofer-Institut für Werkstoff-

und Strahltechnik IWS

Winterbergstraße 28, 01277 Dresden

Ansprechpartner:

Dr. Jens Liebich

Telefon +49 351 83391-3564

Fax +49 351 83391-3300

jens.liebich@iws.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. Thomas Abendroth

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www.iws.fraunhofer.de

Motivation

Transparente Spritzgussbauteile undKunststofffolien können für neueAnwendungen zugänglich gemachtwerden, indem sie antistatische oderelektrisch leitende Eigenschaften aufweisen. Im Allgemeinen sind Kunststoffe sehr gute Isolatoren undeine hinreichende Leitfähigkeit kannnur über die Zugabe von Additiven,wie z. B. Leitrußen, Kohlenstoff- oderMetallfasern, erreicht werden. Diesführt jedoch zu einer signifikanten Verschlechterung der optischen Eigen-schaften transparenter Kunststoffe, so dass diese in der Regel keine Trans-parenz mehr aufweisen.

Ein am Fraunhofer IWS Dresden neuentwickeltes Verfahren ermöglicht es,Kunststoffoberflächen mit einer elek-

trischen Flächenleitfähigkeit auszurü-sten. Dabei bleiben die mechanischen,chemischen und optischen Eigenschaf-ten weitestgehend unverändert.

Antistatische Kunststoffbauteile

Für die Herstellung antistatischer bzw. elektrisch leitfähiger Kunststoff-bauteile wird eine weniger als 100 nmdünne Schicht aus Kohlenstoffnano-röhren (CNT) auf die Innenseite dergeöffneten Werkzeugkavität beschich-tet. Durch eine einfache Nachbe-handlung werden störende Tenside aus der Beschichtung entfernt. Wäh-rend des Spritzguss-Prozesses durch-dringt die Kunststoffmasse das hoch-poröse CNT-Netzwerk und integriertdieses fest in der Bauteiloberfläche.

Eigenschaften der CNT-Dünnschicht

- hohe Transparenz (Transmission > 90 % im sichtbarenLicht, je nach applizierter Schicht-dicke)

- hohe Oberflächenleitfähigkeit (bis zu 10-2 S, je nach applizierterSchichtdicke)

- feste Einbettung des CNT-Netz-werkes in der Polymeroberfläche

- hohe Flexibilität ohne Verlust derLeitfähigkeit durch die Netzwerk-struktur

Antistatische Kunststofffolien

Bei der Herstellung antistatischer bzw. elektrisch leitfähiger Kunststoff-folien erfolgt die Beschichtung undNachbehandlung der CNT-Dünn-schicht auf einem temporären Substrat beispielsweise einer Metall-folie. Diese beschichtete Metallfoliewird anschließend unter Druck underhöhter Temperatur gegen die zu veredelnde Kunststofffolie kalandriert.Dabei wird das hochporöse CNT-Netz-werk vollständig in die Folienober-fläche integriert.

1

Anwendungsbeispiele

Durch die leitfähige Oberfläche ergeben sich neue Einsatzbereiche für die polymeren Werkstoffe:

- Antistatik / Vermeidung elektro-statischer Aufladungen

- Elektroden für Displays oder Beleuchtung

- Elektroden für Photovoltaik- beheizbare Oberflächen- gedruckte Elektronik- elektrostatische Lackierung

Werkzeugschließen und

pressen

Werkzeugöffnen

Werkzeugbeschichten undnachbehandeln

Kunststoffbauteil oder-granulat einfügen

beschichtetesBauteil

F

F

Kalandrieren TrennenBeschichten Nachbehandeln

CNT-SchichtPET-Folie

temporäresSubstrat

F

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+++

++

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Schematische Darstellung der Verfahrensschritte zur Integration von CNT-Dünnschichten imSpritzguss (oben) und Rolle-zu-Rolle Verfahren (unten)

1 Transparente CNT-PET-Folie mit

antistatischer Oberfläche in der

Mitte der Folie

TransmissionselektronenmikroskopischeAufnahme eines CNT-Netzwerkes

100 nm