Spritzgießbarer hochleitfähiger Faserverbundkunststoff „Hot Polymer CF 273“

Nachdem das Eidgenössische Volkswirtschaftsdepartement EVD, Bundesamt für Berufsbildung und Technologie BBT, Förderagentur für Innovation KTI der Rominger Kunststofftechnik GmbH einen Innovationsscheck für die Weiterentwicklung des thermisch leitfähigen Faserverbundkunststoffes „Hot Polymer CF 273“ ausgestellt hat, fand nun an der Interstaatlichen Hochschule Buchs (NTB) am 20. Jan. 2012 eine weitere Projektbesprechung statt.

Wie elektrische amorphe Isolatoren, so sind auch Kunststoffe schlechte Wärmeleiter. Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen im ungefüllten Zustand liegt im Bereich von 0,1 W/mK bis 0,5 W/mK.
Im Vergleich zu den Metallen somit um ein Vielfaches niedriger.
(Metalle: 10 – 400 W/mK).

Kunststoffe sind elektrische Isolatoren mit Leitfähigkeiten im Bereich von 10-16 S. Durch das Das Zugeben von elektrisch leitfähigen Füllstoffen zu einer Kunststoffmatrix ermöglicht eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit.
Kunststoffe sind somit im ungefüllten Zustand schlechte Wärmeleiter und elektrische Isolatoren.

Durch Zugabe von leitfähigen Füllstoffen nimmt die thermische und elektrische Leitfähigkeit gemeinsam zu. Viele technische Anwendungen erfordern jedoch eine hohe Wärmeableitung bei gleichzeitiger elektrischer Isolation.

Ein Kunststoff mit neuen Eigenschaften
Ein spritzgiessbarer thermoplastischer Kunststoff, der einerseits Wärme leicht ableitet, andererseits aber elektrisch isolierend wirkt. Eine ideale Kombination für PCs und besonders Laptops, die sich heute noch zu sehr erwärmen bzw. deswegen gekühlt werden müssen. Messungen am Lüfterausgang ergeben Messwerte über 70°C. Generell kommen sämtliche bestehende Kunststoffanwendungen die über eine verbesserte Wärmeabfuhr bei gleichzeitiger elektrischer Isolation verfügen müssen in Frage.  
Medizintechnik: Für Gehäuseverschalungen wie z.B. Pumpengehäuse für die Absaugung von Blut und Sekret, Kunststoff-Wannen für Lichttherapien, wärmeleitfähige Tubes uvm.

Summary
Ein thermisch hochleitfähiger, elektrisch jedoch isolierender Kunststoff stellt zweierlei dar:
a) eine kostengünstige Alternative/Substitut zu Metallapplikationen und
b) einen Innovationssprung zu bestehenden Kunststoffsystemen.

Ein mögliches Anwendungsbeispiel von vielen:
Die Laptop-Gehäuse von Mac sind aufgrund der Wärmeproblematik bei den Kunststoffgehäusen (Wärme wird gebunkert) aus gut leitendem Aluminium.
Die Idee ist funktional gesehen gut und macht durchaus Sinn, doch preislich nicht, denn die Herstellung der Aluminiumverschalung ist enorm aufwändig, teuer und nicht gegen Oxidation gefeit. Der leitfähige Kunststoff kann dagegen mit der geeigneten Verarbeitungstechnologie vollautomatisch, schnell, günstig und oxidationsfrei zu Laptop-Gehäusen verarbeitet werden.

Stationen, bisherige Ergebnisse und Ausblick
Die Situationsanalyse inkl. Marktanalyse mit integrierter Patentrecherche hinsichtlich bestehender Systeme ist bereits abgeschlossen.
Das Fazit war, dass keine Patentverletzung zu erwarten ist und dass keine der bestehenden Kunststoffmatrix-Systeme (wie z.B. mit Bornitrid) nicht mal annähernd diese Anforderungen erfüllt. Die Interstaatliche Hochschule Buchs (Prof. Dr. Bernard und Prof. Dr. Affolter), die Semadeni AG (Herr Patrick Semadeni), Herr Silvio Gächter (Diplomarbeit 2011, IBZ eidg. anerkannte Höhere Fachschule) sowie Fallstudien der IBZ leiteten die entscheidenden Entwicklungsschritte ein. Als Meilensteine können genannt werden: Der Nachweis der Spritzgiessbarkeit trotz sehr hohen Füllgraden. Bessere technisch-wirtschaftliche Wertigkeit im Vergleich mit anderen leitfähigen Materialien.

Kontaktadresse:
Rominger Kunststofftechnik GmbH, Bleick 3b, CH-6313 Edlibach, Switzerland
Internet: http://www.kunststofftechnik.ch

Bildquellen: Lars Rominger
Abb. 1:  Schematische Darstellung der magnetischen Eigenschaften, der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit sowie der mechanischen Eigenschaften vom Füllstoffgehalt.

Abb. 2: Chemisch geätzter Anschliff eines thermisch leitfähig modifizierten Kunststoffes mit Kupferzusatz. Rasterelektronenmikroskop (REM) – Betrachtung der Kunststoffstruktur und der Füllstoff – Matrix – Anbindung.

Rückfragehinweis: innovativ@dieIdee.eu

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