Tropfenkondensation auf strukturierten Polymerfolien: Kondensationsmechanismen, Polymereigenschaften und Oberflächenmodifikation
Marieke Christmann-Ahlers
Vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Tropfenkondensation auf strukturierten Polymeren für die Verwendung in Polymerfilmwärmeübertragern. Durch die Kombination von dünner Wärmeübertragungsfläche und erhöhtem Wärmeübergangskoeffizienten durch Tropfenkondensation wird eine Optimierung des Wärmedurchgangs angestrebt. Die Arbeitsschwerpunkte beinhalten neben der Erarbeitung eines grundsätzlichen Verständnisses zur Tropfenkondensation die Untersuchung von Polymereigenschaften und die Hydrophobierung der Oberflächen durch Strukturierungsverfahren. Sie werden durch eine allgemeine ökonomische Betrachtung ergänzt.
Im Zuge der Erarbeitung der theoretischen Grundlagen zur Tropfenkondensation wird eine neue Korrelation zur Definition der Nukleationsstellendichte erarbeitet. Als eine der initialen Größen der Tropfenkondensation verbindet diese die Prozessparameter, intrinsische Benetzbarkeit und Stabilität der Tropfenkondensation auf strukturierten Oberflächen. Kondensationsversuche auf Säulenfeldern in einem Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) geben Aufschluss über die notwendige Oberflächenbeschaffenheit.
In Werkstofftests werden die Polymere PEEK, PEKK, PES, PSU und PPS bezüglich ihrer Kriech-, Druck- und Dampfbeständigkeit sowie ihrer Quell- und Benetzungseigenschaften untersucht. Insbesondere PEEK sticht durch solides Materialverhalten hervor.
Um die Benetzungseigenschaften zu optimieren, werden die Polymere sowohl in einem Prägeverfahren als auch durch reaktives Ionenätzen strukturiert. Anschließende Kondensationsexperimente sind für die geätzten Polymeroberflächen vielversprechend. Deren Degradationsverhalten ist jedoch noch verbesserungswürdig und die Flächenherstellung stark größenlimitiert. Auf geprägten Polymeren konnte sich gewünschte Tropfenkondensation nicht einstellen. Gründe dafür waren sowohl in der Matrizenherstellung und resultierenden Strukturen als auch beim Entformungsprozess durch starke Adhäsion zu finden.
