KUZ: Effiziente Funktionsintegration in Kunststoffbauteilen

05.05.2022

Das Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) zeigt in der nächsten Woche auf der Kuteno Entwicklungen zum Thema Funktionsintegration für Elektronikanwendungen. Im Fokus stehen dabei integrierte EMV-Funktionalität bei Leichtbau-Gehäusen sowie verbesserte Antistatik in Sandwich-Bauteilen aus Kunststoff.

Gute elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) von Geräten zeichnet sich dadurch aus, dass durch eine ausreichende Abschirmwirkung andere Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte gestört werden. Dies gilt ebenso für das abgeschirmte Gerät selbst.

Leichtbau-Gehäuseprototyp mit integrierter elektromagnetischer Abschirmwirkung. (Foto: KUZ)

Leichtbau-Gehäuseprototyp mit integrierter elektromagnetischer Abschirmwirkung. (Foto: KUZ)

In einem Verbundprojekt hat das KUZ elektromagnetisch abschirmende Folien direkt in den Spritzgießprozess implementiert. Es wurden verschiedene Konzepte für einen EMV-gerechten Gehäuseprototypen entwickelt. Dabei entstanden material- und verfahrensgerechte Lösungskonzepte für PP und PA 6 zur Realisierung der Abschirmwirkung in einer Gehäusestruktur. Die Verarbeitbarkeit hybrider Materialsysteme und deren Kombinationen wurde in Machbarkeitsstudien hinsichtlich ihrer geometrischen und technologischen Grenzen untersucht.

Die Kombination von Thermoplasten mit flexiblen, dehnbaren Multi-Layer-Foliensystemen stand dabei im Fokus. Ebenso wurde durch den Einsatz chemischer Treibmittel das Leichtbaupotenzial dieser Gehäusevarianten gesteigert. Neben der Gewichtsreduktion gegenüber Metallgehäusen von mindestens 50 % konnte die Dichte durch das chemische Schäumen zusätzlich, gegenüber dem Kompaktspritzgießen, um 10 bis 15 % reduziert werden.

Dieser neuartige Ansatz stellt eine effiziente Alternative zu traditionellen Lösungen dar, bei denen Gehäuse aus Metall hergestellt werden oder Spritzgussbauteile im Nachgang metallisch beschichtet werden. Der Einsatz von Multi-Layer-Foliensystemen und die Implementierung der EMV-Funktionalität unmittelbar im Spritzgießprozess ohne Nachbearbeitung reduzieren den Produktionsaufwand.

Die isolierenden Eigenschaften von Kunststoffen bieten gute Voraussetzung für deren Anwendungen im elektrotechnischen Bereich. Der hohe spezifische Oberflächenwiderstand kann jedoch auch negative Auswirkungen haben. Durch Ladungstrennung akkumulieren hohe Spannungen an Kunststoffoberflächen und können so zu elektrischen Entladungen im Kilovoltbereich führen. Um dies zu verhindern werden Antistatika eingesetzt. Permanente Antistatika müssen in einer hohen Konzentration dosiert werden um Wirkung zu zeigen. Migrierende Antistatika sind zwar preislich günstiger, wirken jedoch nicht dauerhaft und nur unter bestimmten Umständen.

In einem Forschungsprojekt wurde untersucht, wie mit Hilfe des Sandwichspritzgusses die Nachteile der migrierenden Antistatika reduziert und deren Einsatzgebiet erweitert werden kann. Durch das Einbringen der Antistatika in die Kernkomponente des Bauteils lässt sich eine gezielte gesteuerte Migration einstellen. Durch den lokal begrenzten Einsatz der Antistatika lassen sich zusätzlich Materialkosten sparen und die mechanischen Eigenschaften der Bauteile werden nicht negativ beeinflusst. Zusätzlich kann die Wirkungsdauer migrierender Antistatika durch die Sandwichbauweise verlängert werden.

Elektrische Prüfungen an Kunststoffen

Kunststoffteile vereinen in der Elektrotechnik eine zunehmende Anzahl von Funktionen. Funktionalisierte Kunststoff-Bauteile sind dabei unter anderem Isolatoren, Wärmeleitelemente und Userinterfaces. Zum Sicherstellen der bestimmungsgemäßen Funktion und der Sicherheit der Anwendung bedarf es verschiedener Prüfungen. Im akkreditierten Prüflabor widmet sich das KUZ der Prüfung funktionalisierter Kunststoffteile und in anwendungsorientierten Forschungsprojekten der Weiterentwicklung verschiedenster elektrischer Prüfmethoden. Aktuelle Schwerpunktthemen sind unter anderem: Weiterentwicklung eines Prüfverfahrens zur Kriechstromfestigkeit, Weiterentwicklung der Durchschlagfestigkeits-Prüfung, Oberflächen- und Durchgangwiderstände von funktionalisierten Bauteilen sowie Brennbarkeitsprüfungen von Kunststoffgehäusen.

www.kuz-leipzig.de

© Kunststoff-Profi Verlag GmbH & Co. KG, Bad Homburg

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