Effiziente Funktionsintegration in Kunststoffbauteilen
Verschiedene Leichtbau-Gehäuseprototypen mit integrierter elektromagnetischer Abschirmwirkung. Das KUZ stellt Lösungen zur Funktionsintegration im Bereich der Kunststoffverarbeitung für Elektronikanwendungen auf der Kuteno vor. Foto: KUZ

Effiziente Funktionsintegration in Kunststoffbauteilen

22.04.2022

Die prozessbasierte Integration von speziellen Funktionen in Formteilen spielt eine wichtige Rolle für die Effizienz einer Anwendung. Zwei ausgewählte Forschungsprojekte zum Thema Funktionsintegration im Bereich der Kunststoffverarbeitung für Elektronikanwendungen zeigt die KUZ Kunststoff-Zentrum in Leipzig gGmbH auf der Kuteno – Kunststofftechnik Nord vom 10. bis 12. Mai 2022 in Rheda-Wiedenbrück.

Integrierte EMV-Funktionalität bei Leichtbau-Gehäusen 

Gute Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) von Geräten zeichnet sich dadurch aus, dass andere Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte gestört werden und es zu keiner wechselseitigen Beeinflussung der Geräte untereinander kommt.  

In einem Verbundprojekt hat das KUZ elektromagnetisch abschirmende Folien direkt in den Spritzgießprozess implementiert. Die Akteure entwickelten verschiedene Konzepte für einen EMV-gerechten Gehäuseprototypen. Dabei entstanden material- und verfahrensgerechte Lösungskonzepte für PP und PA6 zur Realisierung der Abschirmwirkung in einer Gehäusestruktur. Die Verarbeitbarkeit hybrider Materialsysteme und deren Kombinationen wurde in Machbarkeitsstudien intensiv hinsichtlich ihrer geometrischen und technologischen Grenzen untersucht. 

Die Kombination von Thermoplasten mit flexiblen, dehnbaren Multi-Layer-Foliensystemen stand dabei im Fokus. Mit dem Einsatz chemischer Treibmittel steigerten die Forscher außerdem das Leichtbaupotenzial dieser Gehäusevarianten. Neben der Gewichtsreduktion gegenüber Metallgehäusen von mindestens 50 Prozent konnte die Dichte durch das chemische Schäumen gegenüber dem Kompaktspritzguss zusätzlich um 10 bis 15 Prozent reduziert werden.             

Dieser neuartige Ansatz stellt eine effiziente Alternative zu traditionellen Lösungen dar, bei denen Gehäuse aus Metall hergestellt werden oder Spritzgussbauteile im Nachgang metallisch beschichtet werden. Der Einsatz preislich attraktiver Multi-Layer-Foliensystemen und die Implementierung der EMV-Funktionalität unmittelbar im Spritzgießprozess ohne Nachbearbeitung spart Kosten und Zeit.

Verbesserte Antistatik in Sandwich-Bauteilen aus Kunststoff

Die isolierenden Eigenschaften von Kunststoffen bieten ideale Voraussetzung für deren Anwendungen im elektrotechnischen Bereich. Der hohe spezifische Oberflächenwiderstand kann jedoch auch negative Auswirkungen ausbilden. Durch Ladungstrennung akkumulieren hohe Spannungen an Kunststoffoberflächen und können so zu elektrischen Entladungen im Kilovoltbereich führen.

Um dies zu verhindern, werden Antistatika eingesetzt. Permanente Antistatika sind sehr teuer und müssen in einer hohen Konzentration dosiert werden, um Wirkung zu zeigen. Migrierende Antistatika sind deutlich günstiger, wirken jedoch nicht dauerhaft und nur unter bestimmten Umständen.

In einem Projekt haben die Forscher untersucht, wie mit Hilfe des Sandwichspritzgusses die Nachteile der migrierenden Antistatika reduziert und deren Einsatzgebiet erweitert werden kann. Durch das Einbringen der Antistatika in die Kernkomponente des Bauteils lässt sich eine gezielte gesteuerte Migration einstellen. Durch den lokal begrenzten Einsatz der Antistatika lassen sich zusätzlich Materialkosten sparen, und die mechanischen Eigenschaften der Bauteile werden nicht negativ beeinflusst. Zusätzlich kann die Wirkungsdauer migrierender Antistatika durch die Sandwichbauweise verlängert werden. 

KUZ-Messestand auf der Kuteno: Foyer/EN11