15.01.2010

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Bayer MaterialScience: Polyurethane schützen empfindliche Elektronik

Das Polyurethan (PUR)-Systemhaus BaySystems in Otterup, Dänemark, und die Isotherm AG im schweizerischen Uetendorf haben gemeinsam ein wirtschaftliches Verfahren zur Produktion von Gehäusen und dem Schutz empfindlicher Elektronik-Bauteile entwickelt. Es basiert auf Polyurethan-Systemen aus den Sortimenten Baydur® E bzw. Bayflex® E, die mittels der Reaction-Injection-Molding (RIM)-Technologie in nur einem Prozessschritt verarbeitet werden.

PUR-Systeme bieten für diese Anwendung entscheidende Vorteile gegenüber anderen Werkstoffen und Materialkombinationen, da sie genau den jeweiligen Anforderungen entsprechend formuliert werden können - vom weichen, kompakten Elastomer bis zum halbharten und schlagzähen Integralschaum. Während einzelne Anforderungen bisher mit verschiedenen Werkstoffen unterschiedlich gut erfüllt wurden, ist nun ein einziges, für die jeweilige Anwendung maßgeschneidertes Material rundum geeignet.

Werkstoffeigenschaften können gezielt eingestellt werden
Beim RIM-Verfahren werden die beiden Hauptkomponenten - Isocyanat und Polyol - in flüssiger Form über eine Dosieranlage in einen Gegenstrommischkopf eingebracht, homogenisiert und unter einem geringen Druck von bis zu maximal 6 bar in ein Werkzeug gespritzt. Dort reagiert das Material sehr schnell zu Polyurethan. Die fertigen Teile können in der Regel nach weniger als zwei Minuten entformt werden. Daraus ergibt sich die wirtschaftlich sehr attraktive Möglichkeit, Gehäusefertigung und Elektronikverguss an einer Produktionslinie zu vereinen. Die Eigenschaften des Polyurethans können durch Wahl geeigneter Ausgangsstoffe gezielt eingestellt werden. Aufgrund der niedrigen Viskosität des Polyurethan-Reaktionsgemisches ist sichergestellt, dass es auch schwer zugängliche Bereiche der elektronischen Baugruppen zuverlässig erreicht und umhüllt. Dank des nur geringen Innendrucks in der Form können bei der RIM-Technologie auch kostengünstige Kunstharz- und Aluminiumformen verwendet werden.

"Ein weiterer Vorteil bei der Herstellung von Gehäusen mit Polyurethan ist, dass durch das RIM-Verfahren Formteile mit starken Wandstärkensprüngen erzeugt werden können. Denkbar sind zum Beispiel auch dünne, aber dennoch biegesteife und leichtgewichtige Gehäuseschalen, die Verstärkungsrippen und Lüftungsschlitze, Schnappverschlüsse oder metallische Konstruktionselemente bereits fest eingeformt enthalten", erläutert Gerd Viertel, Experte für die Polyurethan-Verkapselung von Elektronik-Bauteilen bei BaySystems. "Entwicklungen dieser Art sind typisch für die Kompetenz und kundennahe Arbeit unseres globalen BaySystems Systemhaus-Netzwerks."

Gerade für die elektronischen Anforderungen ist es jedoch wichtig, dass Polyurethane bei Bedarf sehr schnell, schonend und schwindungsarm ausreagieren. Die Aushärtung erfolgt bei maximal 120 °C. Ein anschließendes Tempern ist nicht erforderlich. Die Wärmeleitfähigkeit der Polyurethane, die für die Wärmeabfuhr elektronischer Baugruppen von großer Bedeutung ist, lässt sich durch Füllstoffzugaben auf hohe Werte einstellen und ist weitestgehend unabhängig von der Härte des Materials.

Klare Vorteile bei vielen Anwendungen
Vor allem im Automobil halten immer mehr Elektronik-Anwendungen Einzug. Die feinen Steckerkontakte an den Bauteilen und Baugruppen müssen zuverlässig vor Oxidation durch Witterungseinflüsse geschützt werden. Die verbindenden Kabel sind dauerhaften Vibrationen ausgesetzt. Bei der Berührung mit festen Teilen darf ihre Isolierschicht nicht beschädigt werden. "Diese und weitere Bedingungen bedeuten nicht nur eine komplexe Aufgabe für das Material, sondern auch für dessen Verarbeitung", sagt Daniel Lüthi, Geschäftsführer beim Prozesstechnikunternehmen Isotherm. "Die Verwendung von Polyurethan-Werkstoffen in Verbindung mit einer geeigneten Modifikation der RIM-Technologie macht es möglich, dass über zum Teil sehr feine Fließwege auch die kleinsten Hohlräume ausgefüllt werden. Dazu haben wir Maschinen mit geringen Austragsleistungen von weniger als 15 g/s (oder 10 ccm/s) entwickelt."

Harte Polyurethan-Systeme zeichnen sich durch hohe Formstabilität und Abriebbeständigkeit aus. Dank ihrer guten Haftung an vielen anderen Materialien ist ein dauerhafter Schutz von Elektronikbauteilen, Kabeln und Steckern durch Polyurethane gewährleistet. Je nach Anforderung können auch Kleinstschussgewichte ab 2 g mit Hilfe von speziell entwickelten Dosiervorrichtungen erreicht werden. Zudem machen die steigenden Flammschutzanforderungen z.B. nach UL 94 V-0 den Einsatz höherer Füllstoffmengen erforderlich. Hierfür bietet Isotherm im Bereich des Kabel- und Steckervergusses füllstoffresistente Kolbendosiermaschinen an.

Weitere Informationen: www.bayermaterialscience.de, www.kymo.de