Anwendung dimensionsloser Kennzahlen zur Analyse des variothermen Extrusionsprägeprozesses
Stephan Eilbracht
Das variotherme Extrusionsprägen ist eine vielversprechende Verfahrenstechnik, um Folienoberfl ächen schnell und kostengünstig mit funktionalen Mikrostrukturen zu versehen. Im Vergleich zu konventionellen Stempelprägeverfahren kann ein Vielfaches der Produktionsgeschwindigkeit realisiert werden. Allerdings ist die Prozessführung aus verfahrenstechnischer Sicht deutlich komplexer, da eine Kopplung vieler Prozessparameter vorliegt.
Aus diesem Grund erfolgt in der vorliegenden Arbeit eine systematische Analyse der Prozessgrößen beim variothermen Extrusionsprägen. Es werden Grundlagen erarbeitet, die eine Abschätzung der Eignung eines Prozesspunktes zur Abformung einer vorgegebenen Mikrostruktur in ein vorgegebenes Material erlauben. Hierzu werden die Zusammenhänge zwischen der Prozessführung und den lokalen Zustandsgrößen Druck und Temperatur sowie der Einfl uss der Zeit aufgezeigt und dimensionslose Kennzahlen zur Bewertung von Walzenprägeverfahren abgeleitet. Diese ermöglichen auch a priori eine qualitative Bewertung bzw. Abschätzung der zu erwartenden Abformungsqualität
und einen Vergleich unterschiedlicher Prozesspunkte. Ausführliche Experimente an kegelstumpfartigen Mikrokavitäten identifi zieren die Haupteinflussgrößen im Abformungsprozess. Die Prägezeit dominiert hierbei die Prägeergebnisse.
Die Entformungstemperatur beeinfl usst das Auftreten von verstreckten Strukturen wesentlich. Um ausreichend niedrige Temperaturen während der Entformung zu gewährleisten und trotzdem hohe Temperaturen für eine gute Formfüllung
in der Prägezone zu realisieren, ist eine variotherme Prozessführung von Vorteil. Die in dieser Arbeit abgeformten kegelstumpfartigen Mikrokavitäten können Polyolefi nfolien superhydrophobe Benetzungseigenschaften verleihen. Kontaktwinkel bis 165° und Abrollwinkel von wenigen Grad werden beobachtet. Die in dieser Arbeit vorgestellte Methodik ermöglicht eine Bewertung und Prozessoptimierung für Walzenprägeverfahren. Wesentliche Gedanken können durch die dimensionslose Darstellung auch auf andere Geometrien und Materialien übertragen werden.
