Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Beschichtung neuartiger Polymere für optische Anwendungen

Neue transparente Polymere sind eine wichtige Basis für die Entwicklung optischer Systeme. Meist wird erst durch Beschichtungen die endgültige Funktionalität der Oberflächen erreicht. Spezifische Eigenschaften der Polymere, wie geringe Oberflächenhärte, Neigung zu Feuchte- und Gasabsorption und zu UV-Degradation beeinflussen die Beschichtbarkeit, die Lebensdauer und bestimmen den sinnvollen Einsatzbereich der Materialien. Im Fokus des Projektes stehen neue Kunststoffmaterialien, die bereits für Anwendungen in den Bereichen Kamerasysteme, Beleuchtungsoptik und Fahrzeugbau sowie in der Medizintechnik angefragt werden. Die Materialien zeichnen sich teils durch eine ungewöhnlich hohe Brechzahl aus, eine andere Gruppe ist besonders transparent bis in den ultravioletten Spektralbereich.

Ziel des Vorhabens ist es, die Wechselwirkungen beschichtungstypischer Plasmabedingungen mit speziellen für die Optik geeigneten Polymeroberflächen grundlagenwissenschaftlich zu verstehen und Handlungsanweisungen für Beschichtungsprozesse abzuleiten. Es werden Empfehlungen bezüglich vorteilhafter Anwendungsbedingungen für die Polymere erarbeitet und gleichzeitig deren Grenzen aufgezeigt. Optimierte Beschichtungsbedingungen werden an optischen Modellsystemen erprobt und nachgewiesen. Es wird versucht, materialübergreifend allgemeinere Schlussfolgerungen für die Beschichtbarkeit der untersuchten Materialklassen zu ziehen, und diese wissenschaftlich zu belegen.

KMU aus den Bereichen Kunststofftechnik, Materialentwicklung und Beschichtungsdienstleister können auf dieses Wissen direkt zurückgreifen, die Vorteile dieser neuartigen Kunststoffmaterialien gezielt ausnutzen sowie eventuelle Einschränkungen bei der Herstellung, Beschichtung und Anwendung berücksichtigen. Beschichtete Komponenten aus den untersuchten Materialien werden in zahlreichen innovativen Produkten, wie z. B. in Kamerasyst. für Kommunikationssyst. sowie in den Bereichen Medizintechnik, Messtechnik und Beleuchtung Anwendung finden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Vorhabens wurden insgesamt 12 neuere transparente Polymere untersucht. Dabei wurden solche Eigenschaften betrachtet, die für Vorteile und Limitierungen bei der Vakuumbeschichtung verantwortlich sind. Im Ergebnis liegt eine Datenbank vor, die Angaben zu optischen Eigenschaften, Wasseraufnahme, Oberflächenhärte, umfasst, sowie das Verhalten der Materialien unter UV-Strahlung und Wärme klassifiziert. Ein wesentlicher Teil des Projektes war die Untersuchung und Bewertung des Verhaltens der Polymere direkt in Plasma-Beschichtungsprozessen. Das Vermögen, Oxide fest an die Polymeroberflächen anzubinden, ist entscheidend für die Herstellung stabiler optischer Schichten. Es konnte gezeigt werden, dass das neue Cyclopolyolefin APEL eine vergleichbar gute Beschichtbarkeit wie ZEONEX aufweist, dabei aber eine höhere UV-Beständigkeit aufweist. Silikone dagegen können auf klassische Weise nicht entspiegelt werden, was ein Nachteil darstellt. Die hochbrechenden Polymere EP und OKP wurden im direkten Vergleich mit PC untersucht.

Auf den EP-Polymeren sowie auf OKP-1 konnte mit den auch für PC optimalen Systemen und Abscheideparametern eine ausgezeichnete Schichthaftung erreicht werden.

Besonders für Firmen, die Kamerasysteme und Objektive entwickeln, ist das erarbeitete Wissen direkt einsetzbar, um geeignete Materialien für die jeweiligen Anforderungen richtig auszuwählen. Die besondere Eignung der höherbrechenden neuen Polymere hat im Fall einer Produktentwicklung im Medizin-Technikbereich bereits zum Ersatz von PC durch das neue verbesserte Material geführt. Das erarbeitete Wissen wurde umfangreich publiziert, u.a. in drei wissenschaftlichen Artikeln und mehreren Fachvorträgen.