Autor: Larissa Jorina Kutscha

Die hochgefüllten duroplastischen Faserformmassen der Bulk Molding Compounds (BMC) werden seit vielen Jahren für die großserielle Herstellung von Scheinwerferreflektoren eingesetzt. Das preislich attraktive BMC besitzt einige materialseitige Vorteile, insbesondere den der Einstellbarkeit einer sogenannten "Nullschwindung", wodurch es für den Einsatz für Spiegelanwendungen im Bereich Optik prädestiniert ist. Der hohe Faser- und Füllstoffgehalt führt jedoch zu einer Verschlechterung der im Spritzgießprozess erzielbaren Oberflächenqualität, so dass diese werkzeugfallend nicht den Anforderungen einer abbildenden Spiegelfäche (Ra < 20nm) entspricht. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines werkzeuggebundenen Beschichtungsverfahrens, bei dem Oberflächendefekte durch das Aufbringen einer UV-vernetzenden Polymerschicht auf das BMC kompensiert und die hochpräzise Oberfläche des Formeinsatzes abgebildet werden kann. Neben der hohen Reaktivität und den vorteilhaften Umwelteigenschaften, ermöglicht die Nutzung von kationisch UV-vernetzenden Expoxiden als Beschichtungsmaterial die Verringung thermisch eingebrachter Spanungen in den Schichtverbund. Im Rahmen dieser Arbeit wird zunächst das verwendete UV-Epoxid im Hinblick auf die Wirkzusammenhänge zwischen den Bestrahlungsparametern, der Temperaturentwicklung und den makroskopischen Eigenschaften des aushärteten Polymers untersucht. Auf Basis der Ergebnisse wird die Aushärtung mit hohen Intensitäten empfohlen, da diese zuhöheren Reaktionsgeschwindigkeiten und zu einer homogeneren Aushärtung führen, allerdings bei gleichzeitig höherer Schwindung, geringerer Elastizität und höherem Temperatureintrag. Ein Einfluss der Bestrahlungsparameter auf die Haftung im Schichtverbund und die erreichbare Oberflächenqualität konnte nicht ermittelt werden. Es konnte jedoch nachgewiesen werden, dass ein Zusammenhang zwischen dem Verntzungsgrad des BMC und dessen Oberflächenspannung besteht. Ein geringerer Vernetzungsgrad bewirkt zudem eine höhere Verbundfestigkeit zwischen Beschichtung und BMC-Substrat, während sich die Aufrauung der BMC-Oberfläche negativ auf die Schichthaftung auswirkt. Anhand der erreichbaren gemittelten Flächenrauheit von unter 20 nm selbst bei stark aufgerauten Substratoberflächen kann festgehalten werden, dass das Verfahren grundsätzlich dazu geeignet ist, die für abbildende Spiegelflächen geforderte Oberflächenqualität auf BMC bei geringen Zykluszeiten und in einem robusten Prozessfenster zu erzielen.

Die hochgefüllten duroplastischen Faserformmassen der Bulk Molding Compounds (BMC) werden seit vielen Jahren für die großserielle Herstellung von Scheinwerferreflektoren eingesetzt. Das preislich attraktive BMC besitzt einige materialseitige Vorteile, insbesondere den der Einstellbarkeit einer sogenannten "Nullschwindung", wodurch es für den Einsatz für Spiegelanwendungen im Bereich Optik prädestiniert ist. Der hohe Faser- und Füllstoffgehalt führt jedoch zu einer Verschlechterung der im Spritzgießprozess erzielbaren Oberflächenqualität, so dass diese werkzeugfallend nicht den Anforderungen einer abbildenden Spiegelfäche (Ra < 20nm) entspricht. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines werkzeuggebundenen Beschichtungsverfahrens, bei dem Oberflächendefekte durch das Aufbringen einer UV-vernetzenden Polymerschicht auf das BMC kompensiert und die hochpräzise Oberfläche des Formeinsatzes abgebildet werden kann. Neben der hohen Reaktivität und den vorteilhaften Umwelteigenschaften, ermöglicht die Nutzung von kationisch UV-vernetzenden Expoxiden als Beschichtungsmaterial die Verringung thermisch eingebrachter Spanungen in den Schichtverbund. Im Rahmen dieser Arbeit wird zunächst das verwendete UV-Epoxid im Hinblick auf die Wirkzusammenhänge zwischen den Bestrahlungsparametern, der Temperaturentwicklung und den makroskopischen Eigenschaften des aushärteten Polymers untersucht. Auf Basis der Ergebnisse wird die Aushärtung mit hohen Intensitäten empfohlen, da diese zuhöheren Reaktionsgeschwindigkeiten und zu einer homogeneren Aushärtung führen, allerdings bei gleichzeitig höherer Schwindung, geringerer Elastizität und höherem Temperatureintrag. Ein Einfluss der Bestrahlungsparameter auf die Haftung im Schichtverbund und die erreichbare Oberflächenqualität konnte nicht ermittelt werden. Es konnte jedoch nachgewiesen werden, dass ein Zusammenhang zwischen dem Verntzungsgrad des BMC und dessen Oberflächenspannung besteht. Ein geringerer Vernetzungsgrad bewirkt zudem eine höhere Verbundfestigkeit zwischen Beschichtung und BMC-Substrat, während sich die Aufrauung der BMC-Oberfläche negativ auf die Schichthaftung auswirkt. Anhand der erreichbaren gemittelten Flächenrauheit von unter 20 nm selbst bei stark aufgerauten Substratoberflächen kann festgehalten werden, dass das Verfahren grundsätzlich dazu geeignet ist, die für abbildende Spiegelflächen geforderte Oberflächenqualität auf BMC bei geringen Zykluszeiten und in einem robusten Prozessfenster zu erzielen.

Die hochgefüllten duroplastischen Faserformmassen der Bulk Molding Compounds (BMC) werden seit vielen Jahren für die großserielle Herstellung von Scheinwerferreflektoren eingesetzt. Das preislich attraktive BMC besitzt einige materialseitige Vorteile, insbesondere den der Einstellbarkeit einer sogenannten "Nullschwindung", wodurch es für den Einsatz für Spiegelanwendungen im Bereich Optik prädestiniert ist. Der hohe Faser- und Füllstoffgehalt führt jedoch zu einer Verschlechterung der im Spritzgießprozess erzielbaren Oberflächenqualität, so dass diese werkzeugfallend nicht den Anforderungen einer abbildenden Spiegelfäche (Ra < 20nm) entspricht. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines werkzeuggebundenen Beschichtungsverfahrens, bei dem Oberflächendefekte durch das Aufbringen einer UV-vernetzenden Polymerschicht auf das BMC kompensiert und die hochpräzise Oberfläche des Formeinsatzes abgebildet werden kann. Neben der hohen Reaktivität und den vorteilhaften Umwelteigenschaften, ermöglicht die Nutzung von kationisch UV-vernetzenden Expoxiden als Beschichtungsmaterial die Verringung thermisch eingebrachter Spanungen in den Schichtverbund. Im Rahmen dieser Arbeit wird zunächst das verwendete UV-Epoxid im Hinblick auf die Wirkzusammenhänge zwischen den Bestrahlungsparametern, der Temperaturentwicklung und den makroskopischen Eigenschaften des aushärteten Polymers untersucht. Auf Basis der Ergebnisse wird die Aushärtung mit hohen Intensitäten empfohlen, da diese zuhöheren Reaktionsgeschwindigkeiten und zu einer homogeneren Aushärtung führen, allerdings bei gleichzeitig höherer Schwindung, geringerer Elastizität und höherem Temperatureintrag. Ein Einfluss der Bestrahlungsparameter auf die Haftung im Schichtverbund und die erreichbare Oberflächenqualität konnte nicht ermittelt werden. Es konnte jedoch nachgewiesen werden, dass ein Zusammenhang zwischen dem Verntzungsgrad des BMC und dessen Oberflächenspannung besteht. Ein geringerer Vernetzungsgrad bewirkt zudem eine höhere Verbundfestigkeit zwischen Beschichtung und BMC-Substrat, während sich die Aufrauung der BMC-Oberfläche negativ auf die Schichthaftung auswirkt. Anhand der erreichbaren gemittelten Flächenrauheit von unter 20 nm selbst bei stark aufgerauten Substratoberflächen kann festgehalten werden, dass das Verfahren grundsätzlich dazu geeignet ist, die für abbildende Spiegelflächen geforderte Oberflächenqualität auf BMC bei geringen Zykluszeiten und in einem robusten Prozessfenster zu erzielen.