Vorstellung INKA

Institut für nanotechnische Kunststoff-Anwendungen

Prof. Dr. Clemens Holzer, clemens.holzer@fhnw.ch, Fachhochschule Nordwestschweiz, Hochschule für Technik, 5210 Windisch

Institut für nanotechnische Kunststoff-Anwendungen

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Forschungsumfeld INKA

Institut für Kunststofftechnik

IKTInstitut für Produkt- und Produktionsengineering

IPPE

Labor für Mikro- undNanotechnologie

FHNW-HLSMuttenz

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Research areas• Micro- and nanofabrication technologies• X-ray optical devices and nanostructuring• Silicon based nanomaterials• Molecular nanoscience• Nanomagnetic structures

Personnel (Dec. 2005)• 19 scientists,

11 thereof on permanent positions • 10 technicians,

7 thereof on permanent positions• 11 PhD students • A total of 11 nationalities in the group

Partners: Research contracts 2005 existed with • 32+ academic partners (universities and institutes) • 2 Univ. of applied science (FH Aargau, NTB)• 12 industrial companies (CH, D, F, GB)

Finances (external, 2005)• Funding obtained from KTI, BBW, EU,

industry• SNF contributes to 8 PhD student’s

salaries

Output (2005)• 50 scientific papers (peer review)• 137 talks and posters (56 thereof “invited”)• 2 patent applications• 2 PhDs granted, 2 diploma thesis completed

LMN - facts and figures 2005

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11 nm-Linien

11 nm breite Linien in Silizium, hergestellt mittels Röntgen-Interferenz-Lithografie. Weltweit die feinste Struktur!

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Hochschule für Technik

Studierende– Diplom- und Ba-Studiengänge ca. 1150– NDS/MAS ca. 100

Mitarbeitende (head count)– Dozierende 107– Lehrbeauftragte 160– Mittelbau 106– Angestellte 59

Finanzen– Total Aufwand ca. CHF 66 Mio. – Total Ertrag Dritte ca. CHF 30 Mio.– Globalbeitrag ca. CHF 36 Mio

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IKT - Team

Kompetenzen:Maschinenbau, Leichtbau, Kunststoffverarbeitung, Polymerchemie, Polymeranalytik, Composites, Produktentwicklung, Industriedesign.

4 Professoren

3 Wissenschaftliche Mitarbeiter

2 Laborleiter / Laboranten

7 Assistenten

1 Industrie Designer

1 Administration (teilzeit)

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Komplementäre Ausrüstung 1

Kunststofflabor• 4 Spritzgussmaschinen bis zu 600 kN

Schliesskraft inkl. umfangreicher Messtechnik

• Compoundier-Extruder• Tiefziehmaschine• Hochdruckkapillarrheometer• Zugprüfmaschine

Compositlabor• Formenbau und Prototypen-Labor• RTM (Resin transfer molding)-Anlage• Heisspresse• Wickelmaschine• Temperieranlagen

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Komplementäre Ausrüstung 2

Analytiklabor• Fourier Transformation Infrarot

Spektroskopie• Differential Scanning Kalorimeter• Thermal Gravimetric Analysis• Rheometer• Raster Elektronen Mikroskop• Atomic Force Mikroskop• Tensiometer, Kontaktwinkelmessgerät

Engineering• 3D CAD Software (CatiaV5)• Finite Elemente Software (Nastran,

Ansys, LS Dyna)• ESAComp• 18 Knoten Cluster

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Schreib-Etui

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Roboterarm

• Der Carbon Roboter ist leichter als der Aluminium-Roboter

• Dadurch kann sich der Carbon-Roboter schneller bewegen

• Der Carbon-Roboter ist ca. 1.5 mal produktiver als der Aluminium-Roboter

• Der Carbon-Roboter ist jedoch teurer als der Aluminium-Roboter

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Motorboot

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KATZ

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Kompetenzbereiche IPPE

Institut für Produkt- und Produktionsengineering - IPPE

Breite Palette an maschinentechnischen Kompetenzen:

• Micro-Highspeedcutting

• Laserengraving

• Rapid Prototyping

• Freiformdatenverarbeitung

• Finit-Elemente Analysen

• Fertigungskonzepte

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IPPE

Laserengraving

Micro-Highspeedcutting

Formeneinsatz Zahnrad Ø 2.1 mm / 0.85 mm Herstellzeit: 5 min

Mikrofräser 0.05 mm

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Arbeitsschwerpunkte INKA

• Nanopartikel-Additive für neue Funktionen in Kunststoffen

• Funktionalisierung von Polymer-Oberflächen durch Mikro- und Nanostrukturierung

• Design und Herstellung von Kunststoff-Nanobauteilen

• Ausbildung

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Projekte

• Projektthemen: – Entformung von Spritzgussteilen mit strukturierten

Oberflächen– Aufbereitung von speziellen Füllstoffen– Entwicklung neuer Prozesse im Bereich Prägen– Beschichten …

• Projektpartner aus den Bereichen – Medizin / Biotechnologie– Lebensmittel– Textil– Industrie– Messtechnik …

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Kalibrierchip für Rastersondenmikroskope Periode: 150 nmPartner: Nanosurf AG, Liestal

Füllung von Mikro-Kavitäten mittels CD-SpritzgussPartner: Bayer AG (D)

Lokale chemische/biochemische Oberflächen-Funktionalisierung von ETFE-Folien. Linienbreite: 100 nm

Sub-Mikrometer Oberflächen-Strukturierung von Synthesefasern für Textilien.Partner: EMPA St. GallenAnwendung: z.B. Markenschutz

Anwendungsbeispiele aus Forschungsprojekten

Spritzgegossene Kunststoffoberflächen mit verbessertem AbtropfverhaltenPartner: RIC AGAnwendung: Medizinische Analysegeräte

Nanosilber für antibakterielle KunststoffePartner: HeiQ, FHNW-HLS, EMPA St. GallenAnwendung: Textilfasern, medizinische Artikel

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Nanocomposites Herstellung

Polym

er

Prozess-

parameter

Modifizierte Nanopartikel NanocompositeCompounding Verarbeitung

Prozess-

parameter

Polym

er

Prüfung

Simulation

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Silber - Nanocomposite

HeiQ

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Antimikrobieller Effekt von Nano-Silber

Effekt von Nano-Silber-Composites mit verschiedenen Konzentrationen auf das Wachstum von Escheria coli Bakterien nach 24 h

HeiQ

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Vorgehen bei Modifizierung mit Nano-Additiven

Ziel:• Gezielte Eigenschaftsoptimierung von Thermoplasten mittels

Nano-AdditivenzB. CNT, Schichtsilikate

Vorgehen:• Materialauswahl

• Compoundierung

• Probekörper herstellen

• physik. / chem. Charakterisierung

• 0 - Serie / Scale up

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Prozess Nanostrukturierung

Werkzeug-herstellung Spritzguss SG-Teil mit

Nanostruktur

Silizium

ev. Nickel

Polym

er

Prozess-

Param

eter

HerstellungStruktur

Prozess-

Param

eter

Prüfung

Simulation

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REM - grobe und feine Strukturen

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Kontaktwinkel

Flüssigkeit 1 Flüssigkeit 2

glatte Oberfläche 66° 70°

100 nm-Linien 120° 134°

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Mikrofluidik

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Dekorativer Effekt durch Hologramme