Charakterisierung der temperaturabhängigen Eigenschaften von partikelgefüllten Polymeren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Weidenfeller
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 86197527

Gerade in der Mikroelektronik wird die Wärmeabfuhr durch die steigende Leistungsfähigkeit der Bauelemente ein immer wichtigeres Thema. Mit der Entwicklung von polymeren Matrixmaterialien mit funktionellen Füllstoffen wird versucht, die thermische Leitfähigkeit von Funktionswerkstoffen zu verbessern. Die geänderten thermischen Leitfähigkeiten aber bewirken zusätzlich noch eine Änderung der Prozessparameter in den kunststofftechnischen Verarbeitungsverfahren. Beispielsweise bewirkt eine Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit eine Verkürzung des Spritzgießzyklus. Daten zur thermischen Leitfähigkeit selbst von häufig eingesetzten technischen Kompositmaterialien lassen sich aber in der Literatur nahezu nicht finden, so dass Prozessparameter ausprobiert werden müssen und nicht ausgerechnet werden können. Leider gibt es bis heute ebenfalls keine theoretischen Modelle, aus denen sich die thermische Leitfähigkeit eines Kompositmaterials aus den thermischen Leitfähigkeiten der Einzelkomponenten berechnen lässt. Allein mit dem Agari-Uno-Modell lassen sich die Messwerte sehr gut reproduzieren, wobei allerdings die physikalische Bedeutung zweier Konstanten des Modells nicht hinreichend bekannt sind, um eine theoretische Berechnung der thermischen Leitfähigkeiten zu gewährleisten. Im Forschungsvorhaben werden die thermischen Diffusivitäten und Leitfähigkeiten von definiert hergestellten polymeren Kompositmaterialien mit unterschiedlichen Füllstoffgehalten untersucht. Die Messwerte werden mit den vorhandenen theoretischen Modellen und insbesondere mit dem Agari-Uno-Modell verglichen. Eine Korrelation mit den Parametern C1 („Kristallinität des Matrixpolymers“) und C2 („Fähigkeit der Füllstoffpartikel, leitfähige Ketten zu bilden“) des Agari-Uno-Modells zur Bestimmung der physikalischen Bedeutung der Parameter wird hergestellt, indem sowohl der Kristallisationsgrad der polymeren Matrix gezielt eingestellt wird als auch die Partikel in der Matrix definiert angeordnet werden. Die Messergebnisse der temperaturabhängigen Diffusivität werden mit gemessenen Abkühlkurven im Spritzgussprozess verglichen, woraus eine modellhafte Beschreibung des Abkühlverhaltens des Komposites im Spritzgusswerkzeug entwickelt wird. Ziel des Vorhabens ist es, einen Beitrag zur modellhaften Beschreibung der thermischen Leitfähigkeit von Kompositmaterialien sowie des Einflusses der thermischen Leitfähigkeit auf das Abkühlverhalten im Spritzgussprozess leisten zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Laserflash-Anlage
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser