Функциональные пленки и эффективные покрытия от институтов им. Фраунгофера

На международной выставке ICE Europe, которая прошла 21-23 марта в Мюнхене, Институт технологий и упаковки (IVV) им. Фраунгофера совместно с Институтом прикладных исследований полимеров (IAP) им. Фраунгофера и Институтом межфазных технологий и биотехнологий (IGB) им. Фраунгофера представили решения из области управления процессами нанесения покрытий на пленочные материалы. Под девизом «Функциональные пленки: эффективные процессы нанесения покрытий» были представлены примеры нового применения полуфабрикатов в виде полотен, а также технологии ускоренного измерения изделий.

Оптическая измерительная система для контроля толщины слоя и сшивания покрытий на производственной линии (©фото: Fraunhofer IVV)

Контроль нанесения покрытий in-line

Новая экономичная технология оптического измерения позволит в будущем полностью управлять процессами нанесения покрытия и контролировать качество поверхности изделия. Данная разработка институтов IAP и IVV была впервые представлена на выставке ICE Europe 2017. Автоматическое присоединение измерительной системы к устройству для нанесения покрытий позволяет мониторить эффективность сшивания и толщину слоя органических покрытий непосредственно на производственной линии. Это позволит исключить расслоение, нестабильные технологические свойства полуфабрикатов в виде полотен или повышенную миграцию несшитых компонентов полимеров.

Ускоренное измерение высокобарьерных пленок

Высокобарьерные композиционные полуфабрикаты в виде пленок, которые могут наноситься на гибкие солнечные батареи или электронику по непрерывной технологии из рулона на рулон (roll-to-roll), должны быть максимально непроницаемыми для кислорода и паров воды. Длительные измерения, которые могли занимать несколько месяцев, затрудняли контроль качества и модернизацию процесса. Специалисты Института технологий и упаковки им. Фраунгофера разработали ультрабарьерный измерительный прибор и технологии сопутствующего математического моделирования. Система позволяет в 3-4 раза быстрее определить паропроницаемость по сравнению со стандартными методами и смоделировать процесс проникновения.

Оптимизация за счет атомно-слоевого осаждения

Институт технологий и упаковки им. Фраунгофера создал еще одну новую установку для нанесения покрытий мето- дом атомно-слоевого осаждения. Он позволяет еще больше уменьшить проницаемость пленок. Максимально низкая проницаемость для паров воды и кислорода — залог успешной оптимизации в сфере исследований и разработки высокобарьерных технологий. Достичь ее помогает технология атомно-слоевого осаждения (Atomic Layer Deposition — ALD). Нанесение покрытий по непрерывной технологии из рулона на рулон отличается высокой скоростью и рента- бельностью. До сих пор слои с максимальным на текущий момент барьерным действием получали при создании вакуума. Новая система с технологией ALD, предложенная IVV им. Фраунгофера, обеспечивает существенное улучшение барьерных свойств, чтобы в среднесрочной перспективе удовлетворить требования, предъявляемые для герметизации OLED. IVV им. Фраунгофера использует новую технологию для реализации исследовательских проектов, финансируемых из государственного бюджета, и оказывает поддержку промышленным предприятиям разработкой индивидуальных решений и исследовательскими услугами в сфере разработки технологий и материалов.

Противообледенительные пленки снижают ущерб

Камера искусственного обледенения для изучения процесса замерзания капель воды на противообледенительном покрытии (©фото: Fraunhofer IGB)

Обледенение лопастей роторов ветросиловых установок вызывает дисбаланс. Во избежание повреждений необ- ходимо обогревать роторы или отключать установки. Институт межфазных технологий и биотехнологий им. Фраунгофера разработал различное противообледенительное оснащение для пластмассовых поверхностей. Водоотталкивающие микро- и наноструктурированные покрытия оставляют воду жидкой при температурах ниже нуля и тем самым на 90% снижают образование льда по сравнению с компонентами без таких покрытий. Такой эффект объясняется тем, что на поверхностях изделий не создаются центры кристаллизации воды. Посредством плазменных технологий исследователи осаждают структурированные слои на полимерные пленки из ударопрочного полиуретана.

Инновационный способ представляет интерес не только для ветровой энергетики. Несущие поверхности самолетов и панелей солнечных батарей также можно оклеить данными функциональными покрытиями. Кроме того, противообледенительное оснащение можно наносить прямо на текстильные и полимерные материалы, используемые при производстве одежды для зимних видов спорта, палаток и других изделий, предназначенных для применения вне помещений.

Легкая чистка, нанесение печати, водоотталкивающие ткани

Будь то поверхности, которые почти не загрязняются и легко очищаются, пленки с нанесенной устойчивой печатью или ткани, которые нужно сделать водоотталкивающими безопасным для окружающей среды способом, — всегда, когда поверхностям нужно придать новые свойства, IGB им. Фраунгофера в первую очередь делает ставку на плаз- менные процессы. С их помощью можно снять с поверхностей верхний слой и таким образом очистить их, а затем нанести на них химические вещества или покрытия. Выбирая химические процессы и управляя ими, исследователи IGB им. Фраунгофера могут нужным образом изменять энергию поверхностного натяжения и смачиваемость. Так, тканям можно придать водо- или маслоотталкивающие свойства без образования вредных для окружающей среды побочных продуктов или отходов.

«Умные» полуфабрикаты в рулонах

Характеристики большинства синтетических материалов остаются неизменными, в то время как многие биологи- ческие системы стремятся адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды. По аналогии с таким поведением были разработаны пластики, свойства которых могут «включаться» под воздействием внешних раздражителей. Такие «умные» материалы могут реагировать на множество физических или химических раздражителей, например на изменение температуры, освещения, величины pH или на биомолекулы, к примеру белки. Это достигается за счет специальных полимеров, разработанных институтом IАP.

В дополнение к сырьевым ноу-хау созданы технологии, позволяющие производить «умные» полуфабрикаты в боль- ших объемах в виде полотен. Помимо классических методов, таких как обработка коронным разрядом или плазмой, для придания поверхностям определенных свойств также используют печать — сегментированную или сплошную.