Mit Thermoplasten aus der Isolation

Klaus Diebold ist Fachjournalistin Schwarzenbruck

An Kunststoffe werden einige grundsätzliche, für die Elektrotechnik wichtige Anforderungen gestellt: Ausgezeichnete Isolationseigenschaften, hohe Durchschlag- und Kriechstromfestigkeit, zuverlässige Alterungsbeständigkeit, halogenfreie Flammwidrigkeit und häufig eine antistatische Ausrüstung.

Darüber hinaus sind für Gehäuseanwendungen in Sektoren wie der Energietechnik oder Meß-, Steuer- und Regeltechnik ausreichende Schlagzähigkeit, Wärmeformbeständigkeit und Dimensionsstabilität ebenso erforderlich wie Chemikalienbeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Zudem müssen die Materialien wie das Produkt bestimmte Normen erfüllen und damit verbundene Tests bestehen.

Heute ergänzen eine Vielzahl spritzgießbarer, speziell modifizierter Materialtypen mit verbesserter Leistung die von Anfang an verwendeten Werkstoffe wie Duroplaste und Gießharze. Eine eigene Gruppe bilden dabei die thermoplastischen Elastomere, welche die gummielastischen Eigenschaften von Elastomeren mit der Möglichkeit der einfachen Verarbeitung von Thermoplasten verbinden.

Mehr als jede andere Branche ist die Informations- und Telekommunikationstechnik auf Kunststoffe, überwiegend Thermoplaste, angewiesen. Ortsfeste und mobile Telefone, Notebooks, Monitore sowie Faxgeräte – um nur einige Beispiele zu nennen – brauchen produktive Werkstoffe für die Massenproduktion von Gehäusen und Innenteilen. Dazu zählen ganze Schaltungsbaugruppen und auch bewegte Komponenten, wie Festplatten- und CD-Rom-Laufwerke.

Für Thermoplaste spricht zudem ihre Flexibilität in Sachen Gestaltung, denn gerade hier ist das Produktdesign ein entscheidender Erfolgsfaktor für den Verkauf wie für die Ergonomie. Dazu gehören auch Kriterien wie Farb- und Vergilbungsbeständigkeit, Oberflächenbrillanz sowie Kratzfestigkeit; nicht weniger wichtige Forderungen sind mechanische und chemische Beständigkeit, Schlagzähigkeit und Steifigkeit sowie ein günstiges Gleit- und Verschleißverhalten.

Bei derartigen Gehäusen entscheiden sich Konstrukteur und Designer meist für ABS, ASA, SAN, schlagfestes Polystyrol (SB), PMMA, PC oder PC-Blends. Sie müssen zur elektromagnetischen Abschirmung metallisierbar sein oder aus metallgefülltem Material bestehen. Abgeschirmt werden kann aber auch mit entsprechenden Folien.

Für dünnwandige Komponenten kommen häufig Flüssigkristall-Polymere (LCP) zum Einsatz. Sie ermöglichen selbst feinste Strukturen, wie die winzigen Kontakststifte in IC-Packages.

Feinwerktechnische Komponenten von Antrieben sind meist aus glasfaserverstärktem oder gleitmodifiziertem PA, PBT oder POM. Als Material für die laser-optischen Datenträger selbst dienen nahezu ausnahmslos sogenannte optische PC-Typen.

Auch wenn es um Bauelemente im engeren Sinne, um Schaltungsbaugruppen oder Steckverbindungen geht, sind Thermoplaste mehr als eine Alternative, meist nämlich die einzige Lösung.

Die in diesem Anwendungsbereich eingesetzten Werkstoffe müssen eine Reihe von Anforderungen erfüllen:

– Als Dielektrikum in Kondensatoren eingesetzten PE- oder SB-Folien haben geringe dielektrische Verluste aufzuweisen.

Materialien von Spulenkörpern (Drosseln, Trafos) müssen hohe Wärmeformbeständigkeit und günstiges Brandverhalten besitzen. Eingesetzt werden SB, PET, PA und PBT wie auch PES und LCP.

Thermoplaste für die SMD/SMT-Technik zeichnen sich durch Metallisier- und Lötbarkeit aus. Geeignet sind unter anderem PA, PES und PAEK und für räumliche spritzgegossene Schaltungsträger (MID) etwa PP, ABS und PA und neuerdings auch PBT.

Bei flexiblen Leiterplatten kommen metallisierbare oder bereits kupferbeschichtete Polyimidfolien zum Einsatz.

Folien aus PC, PBT oder PEI für kompakte Baugruppen müssen hohe Isolationsfähigkeit aufweisen.

Werkstoffe für Steckverbinder wie PET, TPE, glasfaserverstärktes PBT oder PC zeichnen sich durch hohe Bruchsicherheit und Dimensionsgenauigkeit sowie -Stabilität aus.

Maßhaltigkeit, Dimensionsstabilität und geringe Wärmedehnung sowie Beständigkeit gegen Temperaturschwankungen sind wichtige Kriterien für Werkstoffe von elektrischen Meß- und Prüfgeräten sowie Sensoren, Steuer- und Regeleinrichtungen. Sie müssen auch in rauher Umgebung einwandfrei funktionieren, zudem resistent gegen Feuchtigkeit wie Trockenheit sein, gegen aggressive Umgebung, UV-, Ultraschall- und Mikrowellenstrahlung. Bei Kfz-Anwendungen kommt noch der Einfluß von Kraft- und Schmierstoffen hinzu. Deshalb beginnt die Skala der eingesetzten Thermoplaste bei ABS und ASA für weniger beanspruchte Gehäuse und geht hinauf bis zu PA, PES und PBT für hochbeanspruchte Bauteile- und -gruppen.

Anders sind wiederum die Anforderungen bei Elektrowerkzeugen. Hier müssen die eingesetzten Thermoplaste neben elektrischer und thermischer Isolierfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit sowie Stoß- und Kratzfestigkeit optimale Eigenschaften für deren dynamische und ergonomische Formgebung mitbringen. Bohrmaschinen- und -hämmer, Stichsägen oder Schwingschleifer sind zudem für harten Dauereinsatz und hohe Belastungen ausgelegt. Deswegen müssen die eingesetzten Kunststoffe auch eine hohe Schlagzähigkeit und Dimensionsstabilität aufweisen. Nicht zu unterschätzen ist zudem eine ausreichende Geräuschdämmung durch das Material.

Für strukturelle oder Antriebs-Bauteile und Gehäuse werden deswegen vor allem die teilweise glasfaser-, kohlefaser- oder mineralverstärkten Thermoplaste PP, PA, PAEK, PBT und POM, eingesetzt; für Bohrmaschinengehäuse zum Beispiel meist PA6/GF35, für Schleifergehäuse häufig PP/GF30.

Auch der ökologische Aspekt ist in der Elektro- und Elektronikindustrie aktuell. So gibt es erste Ansätze für das Recycyling von Elektroschrott in großem Maßstab durch Verfahren, die auf der Kryogen-Mahltrennung der Messer Griesheim GmbH, Krefeld, oder auf dem Trennen durch einen Beschleuniger, dem Result-Verfahren der Result AG, Mammern, Schweiz, beruhen.

Gerade in den thermoplastischen Polymeren und ihren Verarbeitungsprozessen steckt ein so großes Entwicklungspotential, daß diese auch im nächsten Jahrhundert die Werkstoffe der Wahl für weitere Innovationen in diesem Sektor sein werden – egal ob es sich um Miniaturisierung, Kostensenkung, Produktivität oder Umweltaspekte handelt.