Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Wirkanalyse von Selbstheilungsmechanismen für thermoplastische, mediendichte Spritzgussgehäuse - SelHG

Das Ziel des Vorhabens ist, die Ausgangswerkstoffe für mediendichte Metall-Kunststoff Hybridstrukturen in Spritzgussgehäusen durch Materialbeimischungen so zu funktionalisieren, dass eine selbstheilende/-dichtende Wirkung entlang der Grenzflächen entsteht, welche die Lebensdauer gemessen an der Leckrate signifikant anhebt. Dazu werden kommerziell verfügbare Additive oder Füllstoffe beigesetzt, die Rissbildungen hemmen, aufquellen oder eindringende Medien dauerhaft binden. Bei dichtheitsmindernden Mikroschädigungen (Risse, Brüche oder lokale Delaminationen) sollen die neuartigen Werkstoffe so einem Zusammenschluss zum Leckagepfad entgegenwirken.

Laut aktueller Datenlage basiert das Geschäft von 243 deutschen Unternehmen, überwiegend KMU, vollständig oder teilweise auf „Kunststoffspritzteilen mit Metalleinlage“. Durch die Bereitstellung von innovativen Verbundtechnologien kann ein Wettbewerbsvorteil im internationalen Geschäft herbeigeführt werden. Zudem erweitert sich der Absatzmarkt bei Anwendungen mit extremen Umweltbelastungen. Neben KMU aus der Elektronik, können auch KMU anderer Branchen, z. B. Fahrzeugbau oder Energietechnik, von den Ergebnissen profitieren und so den Wirtschaftsstandort Deutschland sichern.

Nach Projektende sollen die Ergebnisse in den Produktionsbetrieben und bei Fertigungsdienstleistern für die Herstellung von kosteneffizienten Kunststoffgehäusen zum zuverlässigen Schutz von elektronischen Aufbauten eingesetzt werden. Des Weiteren erfolgt die industrielle Umsetzung auch bei deren Materiallieferanten. Diese sind im Bereich von Additiven zumeist KMU, welche individuelle Lösungen mit einem für den Gesamtprozess geeigneten Eigenschaftsprofil anbieten.

Für den weiteren Wissenstransfer ist neben dem Abschlussbericht, insbesondere die Veröffentlichung der Ergebnisse in an KMU gerichtete Fachzeitschriften, -tagungen und -konferenzen ausschlaggebend.

Ergebniszusammenfassung:

Im Vorhaben „SelHG“ wurden Mechanismen zur Selbstheilung von Schädigungen an metallischen Durchführungen in spritzgegossenen Kunststoffgehäusen wissenschaftlich untersucht. Die realisierte Strategie der Selbstreparatur von Undichtheit nutzt flexible/viskose Zwischenschichten zwischen Metall und Polymer. Diese Haftvermittler besitzen gute Adhäsion an Metallrahmen und Kunststoffgehäuse. Durch die zusätzlich angestrebte Selbstreparatur sollen sich Risse im Betrieb wieder durch Materialfließen verschließen. In SelHG wurden zwei Primertypen (Epoxid und Acrylat) untersucht. Die Prozesse in der Fertigungskette wurden dazu angepasst und analysiert. In dem Vorhaben wurde die Hypothese, dass Selbstheilung von Interfaces über viskose Zwischenschichten möglich ist, bestätigt. Dies gelang durch grundlegende Untersuchungen zum Fließen in Spalte sowie durch Versuche an Modellproben und an industriellen Bauteilen. Dazu wurden Heliumlecktests nach bis zu 1000 Temperaturwechseln /-40 °C/150 °C) erfolgreich durchgeführt.

Eine industriell nutzbare Prozesskette wurde so dargestellt. Darin wurden die für Selbstheilung wesentlichen Einflussparameter bezüglich Prozessen und Materialeigenschaften identifiziert. Dazu trugen insbesondere grundlegende Messungen zur zweistufigen Härtungskinetik und den temperaturabhängigen Primereigenschaften bei. Die Ergebnisse können von Herstellern und Nutzern der Premolded Packages zur Herstellung robusterer Bauteile genutzt werden. Potentiell kann dadurch auch der immer noch dominierende Modulverguss mit Silikongel abgelöst werden.