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Spritzgusswerkstoff – so leitfähig wie Stahl

Metallfasern lassen Strom fließen
Spritzgusswerkstoff – so leitfähig wie Stahl

Erste Serienanwendung des elektrisch leitfähigen Hybridmaterials: eine Lkw-Seitenbegrenzungsleuchte Bild: Hella Lighting Finland
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Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), Aachen, hat mit der Siemens AG ein Hybridmaterial entwickelt, das über eine ähnlich hohe homogene elektrische Leitfähigkeit wie Stahl verfügt. Damit wird es möglich, durch Mehrkomponentenspritzgießen kostengünstig elektrische Funktionsbauteile herzustellen.

Und zwar durchaus hochwertige Funktionsbauteile: Der spritzgießfähige Werkstoff lässt sich für integrierte Leiterstrukturen oder Steckverbindungen ebenso verwenden wie zur elektromagnetischen Abschirmung oder zur gezielten Kühlung von elektronischen Geräten. Dafür gibt es bereits eine Serienanwendung als Referenz: Hella Lighting Finland Oy, Salo, produziert mit dem leitfähigen Kunststoff eine Lkw-Seitenbegrenzungsleuchte.

Geliefert wird der Hybridwerkstoff von der A. Schulman GmbH, Kerpen, unter dem Firmennamen Schulatec Tinco 50. Dessen Zusammensetzung entspricht im Wesentlichen dem Material, das die IKV-Forscher für ihre Experimente und Arbeiten im Labor herstellen. Die Basis ist ein Polyamid. Die hohe Leitfähigkeit ermöglicht ein Synergieeffekt zwischen zwei Füllstoffen, die in die thermoplastische Matrix eingearbeitet sind: zum einen Kupferkurzfasern, zum anderen eine niedrig schmelzende Metalllegierung, die beim Verarbeiten schmelzeflüssig vorliegt.
Derzeit untersucht das IKV weiter die Verarbeitung des Hybridmaterials im Mehrkomponentenspritzgießen. Neben einer guten Fließfähigkeit von Leiterbahnen bei konstanter Leitfähigkeit zeige das Hybridmaterial eine akzeptable Verbundfestigkeit zu anderen Polymeren, heißt es, insbesondere zu Polyamid-Werkstoffen.
Aufgrund der guten Ergebnisse startete inzwischen ein weiteres, darauf aufbauendes Projekt. Die IKV-Forscher prüfen dabei, ob sich auch mikro- und nanoskalige elektrisch leitfähige Füllstoffe in einer polymeren Matrix synergetisch kombinieren lassen. Dabei bilden Stahl- und Carbonfasern mit ihrem hohen Aspektverhältnis (Längen-/Durchmesser-Verhältnis) das leitfähige Grundgerüst. Nanoskalige Füllstoffe, wie Carbon-Nanotubes (CNT) und Leitruße, liegen dagegen fein verteilt im Kunststoff vor. Sie erhöhen die Zahl der leitfähigen Pfade in der isolierenden Kunststoffmatrix. Als polymere Matrices werden zunächst Polyamid und Polypropylen untersucht.
Ziele des Forschungsvorhabens sind die Steigerung der Leitfähigkeit, die Verbesserung der Homogenität der Leitfähigkeit und – drittens – das Erreichen einer vergleichbaren Leitfähigkeit mit geringerem Füllgrad und somit besseren mechanischen Eigenschaften. os
IKV, Aachen, Tel. (0241) 80-93806 Schulman, Kerpen, Tel. (02273) 561-0
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