KUNSTSTOFF XTRA
FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
leitfähigen Matrixmaterials durch besser leitende Füllstoffe ersetzt wird [4] (Bild 1). Die Wärmeleitfähigkeit λthrough plane kann durch die Zugabe der Füllstoffe von 0,4 W/ (mK) (ungefülltes PA6) auf ca. 1 W/(mK) erhöht werden. Hierbei ist der Unterschied in der Wärmeleitfähigkeit bei Verwendung verschiedener Füllstoffe gering. In der Wärmeleitfähigkeit λin plane resultieren deutlich grössere Unterschiede in Abhängigkeit der verwendeten Füllstoffe. Der Einsatz von BN führt zu einer Wärmeleitfähigkeit λin plane von ≥ 2 W/(mK) und somit zu einer stark richtungsabhängigen Wärmeleitfähigkeit. BN ist wie Graphit in Schichten auf gebaut. Innerhalb einer Schicht liegt eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als senkrecht zu den Schichtebenen vor [5]. Da die Füllstoffe beim Spritzgiessen in Fliessrichtung orientiert werden, liegt in Orientierungsrichtung und somit in plane eine höhere Wärmeleitfähigkeit als senkrecht zur Fliessrichtung vor. Die anisotrope Wärmeleitfähigkeit ist zusätzlich auf die füllstoffarmen Randschichten des Spritzgiessbauteils zurückzuführen [6, 7]. Die Unterschiede zwischen den einzelnen BN-Typen bezüglich der Wärmeleitfähigkeit lassen sich nicht endgültig klären. Gründe dafür können unterschiedliche Partikelgrössen nach der Verarbeitung oder eine unterschiedlich gute Anbindung und somit ein unterschiedlich guter Wärmeübergang zwischen Füllstoff und Matrix sein [3, 4]. Die Verwendung von AIN, Alumosilikat oder Quartzmehl führt zu vergleichbaren Wärmeleitfähigkeiten λin plane. Dabei liegen die resultierenden Wärmeleitfähigkeiten λin plane auf gleichem Niveau wie die Wärmeleitfähigkeit λthrough plane. Dadurch
Bild 2: Steigerung der Wärmeleitfähigkeit durch Füllstoffkombination.
ten Spritzgiessparametern durch die Auswertung von Fliessspiralen (2 mm × 5 mm) bestimmt (Werkzeugtemperatur 90 °C; Temperatur an der Düse 270 °C; Einspritzdruck 1200 bar).
Eingesetzte Materialien Insgesamt wird der Einfluss von sechs elektrisch isolierenden Füllstoffen auf die Wärmeleitfähigkeit von Polyamid 6 (PA6) untersucht. Für die Untersuchung werden zwei Bornitrid (BN)-Typen verwendet. BNTyp 1 weist eine Partikelgrösse D90 = 30–40µm auf und hat eine Dichte von 2,25 g/cm³. Beim zweiten BN-Typ handelt es sich um oberflächenmodifiziertes BN (D90 = 55µm; 2,30 g/cm³). Als dritter Füllstoff wird Aluminiumnitrid (AIN) verwendet (D90 = 17–32µm; 3,09 g/cm³). Diese drei Füllstoffe liegen im Kostenbe-
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reich von ca. 60 bis 130 7/kg. Des Weiteren wurden drei preisgünstige Füllstoffe eingesetzt (~5 7/kg). Zu diesen Füllstoffen zählen ein Alumosilikat mit einer Dichte von 3,65 g/cm³ (D90 = 50 µm), ein Quartzmehl (D90 = 7 µm; Dichte: 2,65 g/ cm³) und ein Magnesiumoxid (D90 = < 250µm; Dichte: 3,50 g/cm³).
Steigerung der Wärme leitfähigkeit durch den Einsatz von Füllstoffen Im ersten Schritt werden die Füllstoffe mit einem Füllstoffgehalt von 20 Vol.-% in das PA6 eingearbeitet. Aufgrund unterschiedlicher Dichten der Füllstoffe resultieren unterschiedliche Füllstoffgehalte in Gew.-%. Die jeweilige Zugabe der Füllstoffe führt zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit, weil das Volumen des schlecht thermisch
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