Analyse des Fließverhaltens wärmeleitfähiger Duroplaste im Spritzgießverfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dietmar Drummer
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491900621

Mit steigender Leistung der heutigen elektrischen Geräte und gleichzeitig reduzierter Baugröße ist die Wärmebilanz von Elektronikbauteilen zur Herausforderung gewor-den, da immer mehr Wärme erzeugt wird und aus dem System ausgeleitet werden muss. Ein konkretes Beispiel dafür ist die hohe Anforderung an die Wärmeabfuhr für Einhausungen von Elektromotoren, die eine hohe Leistung besitzen und auch im Dauerbetrieb bei verschiedensten Umgebungstemperaturen funktional bleiben müssen. Entsprechende Einhausungen werden aus duroplastischen Formmassen auf Epoxidharzbasis gefertigt. Neben den notwendigen klassischen Eigenschaften, wie der elektrischen Isolationsfähigkeit, rückt somit die Wärmeleitfähigkeit des duroplastischen Isolationswerkstoffs zunehmend in den Fokus der Anwender.Ein wesentliches Hindernis für die Anwendung dieser Materialien ist, dass eine Vorhersage über die lokale Wärmeleitfähigkeit im Bauteil schwer zu treffen ist, weil hier das grundlegende Verständnis über das Fließverhalten sowie die resultierte Füllstofforientierung beim Spritzgießen fehlt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch ein neuartiges Messwerkzeug, die richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf Werkstoffzusammensetzung, Fertigungsprozess und Konstruktion eines Bauteils systematisch zu untersuchen. Im Fokus steht hierbei eine Vertiefung vom Verständnis über die Füllstofforientierung in Folge des Fließverhaltens beim Formfüllen. Dafür wird das Messwerkzeug nach dem Mooney-Konzept konstruiert, mit dem das Fließverhalten der Schmelze zum ersten Mal unter praxisnahen Randbedingungen online charak-terisiert werden kann. Mittels im Werkzeug integrierter Ultraschall- und dielektrischer Sensoren wird der Aushärteverlauf direkt im Prozess beobachtet und zum ersten Mal die Analyse der Beziehung zwischen der Aushärtungsgeschwindigkeit und dem Fließverhalten im Prozess ermöglicht. Außerdem ist vorgesehen, mit Hilfe magnetischer Füllstoffe und eines Teslameters die Füllstofforientierung direkt im Werkzeug zu ermitteln. Mit der innovativen Messtechnik werden im Rahmen des Vorhabens die werkstoff- und prozessabhängigen Einflüsse auf das Fließverhalten grundsätzlich untersucht. Werkstofflich stehen hierbei Einflussfaktoren wie Füllstoffgeometrie, Füllstoffanteil und Wärmeleitfähigkeit der Füllstoffe im Mittelpunkt. Fokus der Prozessuntersuchung liegt in der Prozesswärmebilanz und der Scherwirkung in der Formmasse. Dafür sollen die wesentlichen Einflussfaktoren wie Aggregattemperatur, Werkzeugtemperatur und Einspritzgeschwindigkeit auf das Strömungsverhalten grundlegend untersucht werden. Auf Basis der gewonnenen Kenntnisse vom Fließverhalten soll eine bessere werkstoff- und prozessgerechte Auslegung wärmleitfähiger Duroplaste im Spritzgießprozess realisiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen