Nanomet


In dem Projekt NanoMet wurde eine Abschirmfolie für elektromagnetische Wellen einer definierten Frequenz zum Schutz von Datenträgern entwickelt. Die Folie kann zu einer Schutzhülle für RFID Bank-, Kredit- oder Chipkarten verarbeitet werden und verhindert sowohl ein unbefugtes Auslesen als auch eine Störung oder Gefährdung der Karten durch elektromagnetische Einflüsse.

 

Die entwickelte Folie ist ein Folienverbund bestehend aus einer Trägerfolie (Substrat), auf der ein leitfähiges Kupfergitter in ein CSP-Polymer-Komposit (CSP - Core Spike Particle) eingebettet wurde. Die Abschirmung des verwendeten Cu-Gitternetzes hat eine mit Cryptalloy vergleichbare Frequenzabschirmung gezeigt.

 

Die Abschirmfolie ist hinreichend transparent und erfüllt somit die Anforderung, die Schrift einer eingesteckten Karte lesen sowie deren Farbe erkennen zu können. Weiterhin ist die Biegbarkeit der Polymerfolie größer als die Flexibilität einer Karte, ähnlich einer Ausweishülle, bei einer Foliendicke unter 0,2 mm. Damit die die Folie nicht an einer üblichen Karte haften bleibt verfügt sie zudem über eine gute Gleitfähigkeit.

 

Die Folie kann auf unterschiedliche Weise verarbeitet werden, beispielsweise ist sie per Ultraschallverfahren schweißbar bei gleichzeitigem Funktionserhalt und im Scheren- und Quetschschnitt schneid- und stanzbar. Gegenüber auf den Markt befindlichen, vergleichbaren Produkten besitzt die Folie die gleiche oder geringere Toxizität/Feinstaubemission.

Wird eine selbstklebenden Trägerfolie eingesetzt, ergeben sich zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten.

 

In der Produktion kann die Folie im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden, was die Hochskalierung für große Bedarfsmengen ermöglicht. Durch die Verarbeitung als flexible Bahnenware können größere Flächen im kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden.

 

Während der Entwicklungsphase der Folie wurden unterschiedliche Methoden der Oberflächenaktivierung erprobt, um die Vernetzung zwischen Substrat und CSP-Polymer-Komposit zu optimieren. Neben Wärmebehandlung durch IR-Bestrahlung kam dabei auch die Plasmabehandlung der Trägerfolie vor der Beschichtung zum Einsatz. Hierbei führte die letztgenannte Methode zu verbesserten Haftbedingungen.

 

Für den kontinuierlichen Prozess von transportierter Folie wurde ein Demonstrator erstellt, welcher ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren nutzt. Die Plasmabehandlung kann auf einer eigens dafür konzipierten Station an der Anlage (Abbildung e)) durchgeführt werden.

Im Anschluss hieran wird das CSPC-Material auf die Trägerfolie aufgetragen. Hierzu wurde ein automatisiertes Zweikartuschensystem entwickelt, welches ein genaues Dosieren der CSPC-Komponenten zulässt (c und d). Eingestellt werden kann hier sowohl die Menge des aufzutragenden Materials, als auch das Verhältnis der beiden Polymer-Komponenten. Das Cu-Gitter wird anschließend mit der noch flüssigen CSPC-Beschichtung zusammengeführt und die Dispersion mit einer Walze zu einer dünnen Schicht verteilt.

Demonstrator: a) Frontansicht; b) Seitenansicht; c) und d) automatisiertes Zweikartuschensystem als Dosiervorrichtung; e) Plasmaeinheit; f) Aufwicklung des fertigen Folienverbundes
Demonstrator: a) Frontansicht; b) Seitenansicht; c) und d) automatisiertes Zweikartuschensystem als Dosiervorrichtung; e) Plasmaeinheit; f) Aufwicklung des fertigen Folienverbundes

 

 

Als weiteres Ziel des Projektes wurde eine schwerentflammbare Folie entwickelt. Hierbei erwies sich Silikon als schwer entflammbar. Durch Zugabe von CSP kann diese Eigenschaft noch verstärkt werden, wie in folgender Abbildung ersichtlich wird: Bei steigendem Gehalt an Additiven (von links nach rechts) reduziert sich die Brennstrecke.

 

Die Folie ist bei einer maximalen Schichtdicke von 1 mm ebenfalls ausreichend fexibel, schneibar und im R2R-Verfahren herstellbar.

Vergleich unterschiedlich hoch gefüllte Silikonproben nach Brennversuch
Vergleich unterschiedlich hoch gefüllte Silikonproben nach Brennversuch

Die Umsetzung des Projekts erfolgte in Kooperation mit den Projektpartnern:

 

Die Max Steier GmbH & Co.KG verfügt über ein breites Know-how in der Anwendung von Folienmaterialien. Von der Firma Steier wurde die Auswahl geeigneter Trägerfolien getroffen und diese bereitgestellt. Desweiteren übernahm sie Tests zur Verarbeitbarkeit der entwickelten Abschirmfolie zu Hüllen und anderen funktionalen Probenmustern.


Von der Firma Teyfel Automation wurde die Maschinentechnik konstruiert und eine Rolle-zu-Rolle-Applikation ermöglicht. Als Maschinengestell wurde eine ausgemusterte Anlage der Fa. Steier verwendet und umgebaut. Ein automatisiertes Zweikartuschensystem als Dosiervorrichtung ermöglicht dabei die Auftragung eines viskosen Mediums, in welchem die Mikrostrukturen dispergiert sind, auf eine mit Plasma vorbehandelte Trägerfolie. Mit Hilfe einer zusätzlich eingebauten Walzvorrichtung können unter Einstellung des Anpressdruckes viskose Medien zu dünnen Filmen einer definierten Schichtstärke verteilt werden.


In der Arbeitsgruppe 'Funktionale Nanomaterialien' der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel wurden die Grundlagen der ZnO-Mikropartikelerzeugung ermittelt, sowie die mechanische und elektrische Charakterisierung der neuartigen Folie vorgenommen.


Die AG Plasmatechnologie der CAU verfügt über langjährige Erfahrung auf den Gebieten der Oberflächenmodifizierung und Beschichtung mittels Niedertemperatur-Plasmaverfahren. Somit konnten geeignete Plasmaverfahren speziell für die angestrebte Anwendung ausgewählt werden. Das Plasma dient dabei zur Aktivierung des Substratmaterials, um eine bessere Adhäsion des Gesamtverbundes zu gewährleisten. Da die verwendeten Substrate aus temperaturempfindlichen Kunststoffen bestehen, wurde die Temperaturbelastung des Substrates untersucht und  unterschiedliche Prozessparametern, wie Leistung, Arbeitsabstand oder Verfahrgeschwindigkeit der Plasmaquelle angepasst.