In vielen Branchen steigt die Nachfrage nach thermisch leitfähigen Thermoplasten. Das gilt vor allem für den Automobilbau, die Elektro-/Elektronikindustrie und die Lichttechnik. Ein Grund dafür ist die Miniaturisierung elektrischer und […]
An einfachen Kühlkörpern lässt sich zeigen, dass bereits leicht erhöhte Wärmeleitfähigkeiten genügen, um die Temperatur in Kunststoff-Bauteilen stark zu senken und einen Wärmestau zu verringern. Die Temperatur hängt zudem mit wachsender thermischer Leitfähigkeit des Kunststoffs zunehmend von der Konvektion ab. Dadurch wird die Wärmeabfuhr durch die umgebende Luft der bestimmende Faktor. (Abb.: Lanxess)
In vielen Branchen steigt die Nachfrage nach thermisch leitfähigen Thermoplasten. Das gilt vor allem für den Automobilbau, die Elektro-/Elektronikindustrie und die Lichttechnik. Ein Grund dafür ist die Miniaturisierung elektrischer und elektronischer Baugruppen, die eine stärkere Wärmeentwicklung in Geräten zur Folge hat. Außerdem wollen viele Verarbeiter die großen Designfreiheiten und Vorteile in puncto Verarbeitung und Wirtschaftlichkeit nutzen, die Thermoplaste gegenüber Metallen oft bieten.
Die Lanxess AG, Köln, baut daher ihre Polyamid-Produktreihe Durethan TC (thermally conductive) für das thermische Management von Geräten aus. „Die Compounds sind je nach Einsatzfokus gezielt mit weiteren Eigenschaften ausgestattet, die den jeweiligen Anwendungen zugutekommen. Dazu gehören etwa eine hohe Flammwidrigkeit, ein gutes mechanisches Verhalten, eine gute Beständigkeit gegen Wärmealterung oder eine hohe Lichtreflexion“, erklärt Christof Boden. Der Experte in der Anwendungsentwicklung von Lanxess sieht noch einen weiteren Vorzug der Konstruktionswerkstoffe: „Durch ihren hohen Gehalt an Wärmeleitpartikeln ist ihre Dichte vergleichsweise hoch, so dass sie sich angenehm anfühlen und Bauteile mit metallähnlicher Wertanmutung ergeben.“
Hohe Lichtreflexion und Flammwidrigkeit
Ein Highlight des TC-Sortiments ist ein neues PA 6, das eine gute Wärmeleitfähigkeit mit einer hohen Lichtreflexion, Flammwidrigkeit und Kriechstromfestigkeit vereint. Die Wärmeleitfähigkeit ist wegen der mineralischen Füllpartikel richtungsabhängig und liegt in Fließrichtung der Schmelze bei 2,5 Watt pro Meter und Kelvin (Nanoflash-Verfahren). Das Versuchsprodukt ist halogenfrei flammgeschützt und erfüllt den Brandschutztest nach der US-Norm UL 94 (Underwriter Laboratories Inc.) mit der besten Klassifizierung V-0 (0,75 mm). Hervorzuheben sind auch die Ergebnisse in Glühdrahtprüfungen nach IEC 60695-2-12/13: Beispielsweise wird beim GWFI-Test (Glow Wire Flammability Index) mit 960 °C die bestmögliche Einstufung (0,75 mm) erreicht. Mit einem CTI A-Wert (Comparative Tracking Index, IEC 60112) von 600 V ist das Compound besonders kriechstromfest. Trotz des hohen Gehaltes an Wärmeleitpartikeln lässt es sich ähnlich gut verarbeiten wie mit Glasfasern hochgefüllte PA 6-Typen und neigt wie diese nur wenig zur Abrasion des Werkzeugs. Das Einsatzspektrum reicht von Kühlkörpern und Trägerprofilen für LED-Lampen über LED-Kühlrippen für Pkw-Scheinwerfer bis hin zu Gehäusen und Zellhaltern für Batteriesysteme.
Alternative zu Bornitrid- oder Aluminiumoxid-gefüllten Compounds
Zur TC-Produktreihe gehören auch zwei leichtfließende, mit 65 bzw. 75 Gewichtsprozent eines speziellen Wärmeleitminerals gefüllte PA 6-Compounds. Durethan BTC65H3.0EF und BTC75H3.0EF haben in Fließrichtung eine thermische Leitfähigkeit von 1,3 bzw. 1,7 Watt pro Meter und Kelvin. Sie leiten die Wärme nahezu isotrop, also in alle Richtungen fast gleich. Beide Werkstoffe bieten ein günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis. „Wir sehen sie als Alternative zu PA 6-Typen mit Bornitrid oder Aluminiumoxid als Wärmeleitfüllstoff. Denn sie führen Wärme ähnlich gut ab wie zum Beispiel Aluminiumoxid-Systeme“, sagt Boden. Im Vergleich zu Polyamiden mit Bornitrid-Additivierung weisen sie ein höheres mechanisches Eigenschaftsniveau auf.
Flammwidrigkeit nach DIN EN 45545
Teil des TC-Sortiments ist außerdem das leichtfließende, halogenfrei flammgeschützte Durethan DPBM65XFM30. Das glasfaser- und mineralgefüllte Compound zielt auf Anwendungen mit moderateren Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit. Eine Stärke ist seine hohe Flammwidrigkeit. So hat es eine V-0-Listung nach UL 94 (0,75 mm). „Außerdem besteht es die Prüfungen der europäischen Norm DIN EN 45545 zum Brandschutz in Schienenfahrzeugen mit der bestmöglichen Einstufung Hazard Level 3 für spezifische Anwendungen wie Drosselspulen, Spannungstransformatoren, Wicklungen, Schaltschütze und Schalter“, so Boden. Weitere mögliche Anwendungen sind u. a. Mittelspannungs-Isolierteile, Magnetventile und Hochstrom-Leitungsschutzschalter.
Servicepaket für Anwender
Lanxess unterstützt Kunden unter dem Markennamen HiAnt durch umfangreiche Serviceleistungen bei der Entwicklung wärmeleitender Kunststoffteile. „Wir untersuchen zum Beispiel, wo in einer Baugruppe Wärmemaxima – so genannte Hotspots – entstehen und geben Ratschläge, welche Komponenten am besten wärmeleitend ausgelegt werden. Außerdem beraten wir bei der entsprechenden Materialauswahl, unterbreiten Konstruktionsvorschläge und simulieren das Wärmeleitverhalten“, erläutert Boden. Experten des Spezialchemie-Konzerns helfen, das Bauteildesign so zu optimieren, dass wärmebelastete Bereiche möglichst außen liegen und die Wärmeabfuhr etwa durch Kühlrippen gesteigert wird. Für die Konstruktion der Bauteile wurden weiterhin Richtlinien erstellt, die das besondere Verhalten hochgefüllter Materialien etwa in puncto Mechanik und Verarbeitung berücksichtigen.
