Kunststoff-Innovationen in der Elektronik/Energietechnik

Abstandssensoren und dynamisches Kurvenlicht im Auto, Bewegungsmelder in der Gebäudetechnik, Mikrolinsen in CD-und DVD-Playern, hochintegrierte Minihörhilfen – die Reihe ließe sich beliebig fortsetzen. Alle Entwicklungen haben eine entscheidende Gemeinsamkeit, ohne Kunststoffe geht es nicht. Innovative Lösungen für Werkstoffe und Technologien sowie für Funktionalität und Design sind gefragt. Auch das KuZ beschäftigt sich mit verschiedenen Themen auf diesem Gebiet. Ein Beispiel aus unserem breitgefächerten Portfolio sind Forschungsarbeiten für Mikrobrennstoffzellen aus Kunststoff.

Forschung zur Nutzung neuer Energieressourcen
Die Realisierung einer geschlossenen Fertigungskette für Mikrobrennstoffzellen wurde innerhalb eines Verbundprojektes im KuZ bearbeitet. Brennstoffzellen erzielen gegenüber Gerätebatterien deutlich höhere Energiedichten und zeichnen sich durch eine wesentlich bessere Umweltbilanz aus. Das Fehlen einer kostengünstigen Produktionstechnologie ist jedoch ein entscheidendes Hindernis für die Markteinführung. Ein Prozessschritt bei der Herstellung von wasserstoffbetriebenen Mikrobrennstoffzellen ist die Fertigung der Anodenseite, über deren Flow-Field-Strukturen der Wasserstoff zu der Ionenaustausch- membran geleitet wird. Im Kunststoff-Zentrum wurde die Eignung des Heißprägeverfahrens zur Strukturierung der Anodenseite untersucht.

Heißprägen von Mikrostrukturen für Mikroenergiesysteme
Das Heißprägen wird als spezielles Pressverfahren vorwiegend zur Herstellung von Kunststoffbauteilen mit fein- und mikrostrukturierten Oberflächen eingesetzt. Es ist im Vergleich zu bestehenden Replikationstechnologien ein einfaches Verfahren mit wenigen Verarbeitungsparametern und Prozess- schritten. Zu den Vorteilen des Heißprägens gehören:

• gute Formfüllung,
• Verarbeitbarkeit dünner Substrate,
• sehr kurze Fließwege und
• geringe Formgebungsgeschwindigkeiten, die aus der variothermen Prozessführung resultieren.

Es lassen sich Strukturen mit hohen Aspektverhältnissen, homogener Füllung und mit geringen inneren Spannungen erstellen. Das unter Vakuum durchführbare Heißprägen eignet sich aufgrund der vergleichsweise geringen Werkzeugkosten besonders für die Fertigung von Prototypen und Kleinserien.

Zur Durchführung der Heißprägeversuche wurde ein Prägewerkzeug durch galvanische Abformung erzeugt. Die für Flow-Field-Strukturen erforderlichen stegartigen Konturen sind durch Längen von 400, Breiten von 50 und Höhen von 70 µm gekennzeichnet. Nach den gewonnenen Erkenntnissen wurde die Eignung des Heißprägens aufgrund der sehr guten Strukturausbildung für die Fertigung von Komponenten für Mikrobrennstoffzellen nachgewiesen.