Beitrag zur Herstellung 3-dimensionaler Kunststoffscheiben mit integrierter Funktion zur Veränderung der Transparenz durch Elektrochromie

Ziel dieser Arbeit ist es Möglichkeiten der Kunststoffverarbeitung aufzuzeigen, um feste 3D Bauteile mit elektrochromen (EC) Eigenschaften herzustellen. Die momentanen EC Anwendungen reduzieren sich fast ausschließlich auf plane Fensterscheiben aus Glas für die Gebäudeverglasung. Vereinzelt gibt oder gab es aber auch Anwendungen im Flugzeug- und Automobilbau. Die Anforderungen bezüglich des Schaltverhaltens sind in den erwähnten Bereichen sehr hoch und führen zu einer kostenintensiven Produktion. Am Anfang der Arbeit wird gezeigt, welche grundsätzlichen Materialkombinationen für ein EC-System auf Basis von Kunststoffsubstraten möglich sind. Zudem werden die Funktionsweise der Elektrochromie und verschiedene bekannte Beschichtungsverfahren zur Herstellung des EC Schichtsystems erläutert. Hieraus werden die für diese Arbeit wichtigen Fragestellungen der kostengünstigen Herstellung eines planen EC-Systems auf Kunststoffsubstraten und der Einfluss der Weiterverarbeitung der planen ECSysteme hin zu einem 3D festen System abgeleitet. Insbesondere zählen hierzu Untersuchungen zur gleichmäßigen Beschichtung vom EC Material sowie der verwendeten Elektrolyten und der Einfluss des Thermoformens auf den EC Schichtverbund. Für die Herstellung des EC Schichtsystems werden Polycarbonat (PC), die Elektrodenschicht Indiumzinnoxid (ITO), das EC-Material PEDOT/PSS, ein Polyelektrolyt und ein Polymerelektrolyt sowie Titanoxid als Ionenspeicherschicht ausgewählt. Es folgt die Entwicklung eines diskontinuierlichen und eines kontinuierlichen Herstellprozesses. Im nächsten Schritt wird das gefertigte EC-System thermisch belastet und umgeformt. Hier werden die einzelnen Schichten und das Gesamtsystem bei Trocknungstemperatur und Umformtemperatur von PC betrachtet. Durch die thermische Belastung und die Umformung bilden sich Risse in den Metalloxidschichten und führen beim ITO zum Anstieg des Oberflächenwiderstandes und somit zumindest beim Einsatz eines Polyelektrolyten zu langsameren Schaltzeiten. Des Weiteren wird PEDOT/PSS beim thermischen Umformen minimal dunkler, was bei thermogeformten EC-Systemen später ein dunkleres Erscheinungsbild hervorruft. Der Polyelektrolyt ist für das Thermoformen nicht geeignet, da er beim Umformen starke Blasenbildung aufzeigt. Der Polymerelektrolyt ist thermoformbar, neigt aber ebenfalls zur Blasenbildung. Zudem stellt sich heraus, dass thermogeformte Systeme tendenziell niedrigere Transparenzwerte im oxidierten und reduzierten Zustand aufzeigen.