Elektrisch leitfähige Kunststoffe ermöglichen es, leitfähige Funktionsbauteile kostengünstig und einfach direkt im Mehrkomponentenspritzgießen herzustellen. Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen wurde zusammen mit der Siemens AG, Erlangen, ein Hybridmaterial auf Basis von Polyamid entwickelt, das über eine hohe, homogene elektrische Leitfähigkeit – annähernd die von Stahl – verfügt. Damit steht ein spritzgießfähiger Werkstoff zur Verfügung, der auch für hoch leitfähige Anwendungen wie integrierte Leiterstrukturen oder Steckverbindungen, aber auch zur elektromagnetischen Abschirmung und zur gezielten Kühlung von elektronischen Geräten eingesetzt werden kann. Das Hybridmaterial wird bereits in einer ersten Serienanwendung als LKW-Seitenbegrenzungsleuchte von der Hella Lighting Finland Oy, Salo, Finnland, erfolgreich eingesetzt.
Die hohe Leitfähigkeit wird durch den besonderen Synergieeffekt zwischen zwei Füllstoffen ermöglicht, die in eine thermoplastische Matrix eingearbeitet werden: zum einen Kupferkurzfasern, zum anderen eine niedrig schmelzende Metalllegierung, die während der Verarbeitung schmelzeflüssig vorliegt.
Derzeit wird am IKV die Verarbeitung des Hybridmaterials im Mehrkomponentenspritzgießen näher untersucht. Neben einer guten Fließfähigkeit von Leiterbahnen bei konstanter Leitfähigkeit zeigt das Hybridmaterial eine akzeptable Verbundfestigkeit zu anderen Polymeren, insbesondere zu Polyamid-Werkstoffen.
Mikro- und nanoskalige elektrisch leitfähige Füllstoffe
Aufgrund der bisherigen guten Ergebnisse wurde inzwischen darauf aufbauend ein weiteres Forschungsvorhaben gestartet, bei dem der Forschungsschwerpunkt am IKV auf der weiteren Entwicklung neuer elektrisch leitfähiger Hybridmaterialien liegt. Die IKV-Forscher prüfen hierbei, ob mikro- und nanoskalige elektrisch leitfähige Füllstoffe in einer polymeren Matrix synergetisch zu kombinieren sind. Dabei bilden Stahl- und Carbonfasern mit ihrem hohen Aspektverhältnis (Längen-/Durchmesser-Verhältnis) das leitfähige Grundgerüst. Nanoskalige Füllstoffe, wie Carbon-Nanotubes (CNTs) und Leitruße, liegen dagegen fein verteilt im Kunststoff vor. Dies führt zu einer Zunahme an leitfähigen Pfaden in der isolierenden Kunststoffmatrix. Als polymere Matrices werden zunächst Polyamid und Polypropylen untersucht.
Ziele des Forschungsvorhabens sind erstens die Steigerung der Leitfähigkeit, zweitens die Verbesserung der Homogenität der Leitfähigkeit und drittens das Erreichen einer vergleichbaren Leitfähigkeit bei einem geringeren Füllgrad und somit besseren mechanischen Eigenschaften.
Jüngste Entwicklungen auf dem Gebiet der elektrisch leitfähigen Hybridmaterialien gehören auch zu den Themen der IKV-Fachtagung „Kunststoff und Metall im Verbund – Entwicklungsperspektiven für Hybridanwendungen“. Sie findet am 25. und 26. Mai 2011 in Aachen statt. Weitere Themen dieser Fachtagung sind das hybride Mehrkomponentenspritzgießen sowie das An- und Umspritzen metallischer Einleger.
