Optische Bauteile

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Transparente Kunststoffe werden immer häufiger für optische Anwendungen eingesetzt. Derartige Bauteile aus Kunststoff sind nicht nur in der technischen Optik in den Bereichen der Sensorik, der Medizintechnik, der Fahrzeug- und der Nachrichtentechnik weit verbreitet, sondern bereits auch im Konsumartikelbereich, bei der Herstellung von Brillen, Lupen und einfachen Fotooptiken. Optisch nichtlineare Polymere finden Anwendung in integrierten Bauteilen und in der optischen Schaltungs- und Speichertechnik. Diese Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten ergibt sich aus Merkmalen wie der geringen Dichte, der leichten Formbarkeit und der hohen Schlagzähigkeit der Kunststoffmaterialien. Auch der günstige Preis lässt Polymere gegenüber bisher verwendeten anorganischen Gläsern konkurrenzfähiger erscheinen. Trotz der verbreiteten Anwendung von Kunststoffoptiken können die Polymermaterialien im Vergleich zum Glas noch nicht immer die Ansprüche von Präzisionsoptiken erfüllen. Beim Glas werden die optischen Eigenschaften (Brechungsindex, Dispersion) durch seine Zusammensetzung variiert. So kann z. B. der Brechungsindex in gewissen Grenzen erhöht werden, ohne die Transparenz zu beeinflussen, so dass eine dünnere Linse die gleiche optische Funktion erfüllen kann. Hingegen kann bei den Kunststoffen dieses Ziel bisher nur in deutlich geringerem Maß durch die Anwendung von unterschiedlichen Polymermaterialien erreicht werden (Abb. 1).

Abb. 1: Gegenüberstellung des Brechungsindex und der Dispersion von Glas und optischen Kunststoffen

Die Eigenschaftsoptimierung von Kunststoffen wird durch die Zugabe von Nanopartikeln erreicht. Diese Materialkombination aus transparenten Thermoplasten und Nanopartikeln mit guten optischen Eigenschaften kann über das Compoundieren hergestellt werden. Im weiteren Verfahrensschritt werden die optischen Bauteile aus Nanokompositen im Spritzgussverfahren hergestellt. Trotz des steigenden Interesses und auch einiger Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Nanotechnologie werden bisher keine optischen Bauteile aus thermoplastischen Nanokompositen kommerziell mit dem Compoundierverfahren hergestellt. Die Ursache ist bislang die nur unzureichend mögliche Einarbeitung der Nanopartikel in die Polymermatrix, die zur ungleichmäßigen Verteilung der Nanopartikel und Agglomeratbildung in der Polymermatrix führt. Die Agglomerate erniedrigen die Transparenz wiederum.

Durch die Anwendung von Nanopartikeln mit geeigneter Oberflächenbehandlung und einer präzisen Prozessführung sollte eine optimale Verteilung der Partikel in der Polymermatrix erreicht werden können. Der Brechungsindex des Polymercompounds kann über unterschiedliche Gehalte von Nanopartikeln variiert werden und eine Vermeidung von Agglomeraten während des Compoundierens und Spritzgießens bzw. -prägens.