Forschung
Forschungsprojekte Kunststoffe und Verbunde

Schnelle und eigenspannungsfreie Aushärtung von Beschichtungsstoffen, duroplastischen Harzen und rieselfähigen Duroplaste für die Elektro-lsoliertechnik mittels Mikrowellen

Rapid and strainless microwave curing of coatings, thermosetting resins, and powder molding compounds for electrical insulation technology

Förderinstitution: AiF-Vorhaben
Projektnummer: IGF 16128 BG
Projektlaufzeit: 01.07.2009 – 31.12.2012


Kurzdarstellung
Im Projekt wurden flüssige duroplastische Harzsysteme sowie rieselfähige duroplastische Formmassen für Anwendungen in der elektrischen Isoliertechnik mittels Mikrowellenenergie vernetzt. Typische Anwendungen solcher Materialien sind u.a.:

  • Verguss von Bauteilen (z.B. Kleintransformatoren, elektronische Bauelemente),
  • Beschichtungen für Leiterplatten (z.B. Lötstopplacke, Dickschichtfüller),
  • Formteile für die Elektroinstallation (z.B. Klemmen, Gehäuse).

Bei den flüssigen Harzen konnten gegenüber konventionellen Vernetzungsverfahren erhebliche Zeiteinsparungen bei gleichzeitiger hoher Qualität der hergestellten Formstoffe erreicht werden. Die Aushärtezeiten konnten hier teilweise von mehreren Stunden auf einige Minuten reduziert werden. Würde man eine derart schnelle Härtung mit konventionellen Verfahren erzwingen (z.B. durch Temperaturerhöhung oder Erhöhung der Reaktivität der Harzsysteme), führt dies zu erheblichen Gradienten im Aushärtungsgrad, ggf. auch zu thermischer Degradation und (insbesondere bei größeren Schichtdicken) zur Bildung schädlicher Eigenspannungen. Diese negativen Effekte einer schnellen Aushärtung konnten durch die Mikrowellentechnologie vermieden werden.

Im Falle der rieselfähigen duroplastischen Formmassen wurde die grundsätzliche Prozessierbarkeit durch Mikrowellen gezeigt. Als generell problematisch erwies sich hier die diskrete Verteilung des elektrischen Feldes.

Die Bewältigung von Inhomogenitäten des Mikrowellenfeldes stellte innerhalb des Projektes eine erhebliche Herausforderung dar. Diese konnte für die Aushärtung flüssiger Harzsysteme bewältigt werden. Zur Härtung von Formmassen ist weiterer Forschungsbedarf gegeben. Hierbei ist eine Optimierung der Mikrowellen-Anlagentechnik zwingend geboten.

Anwendungen für die neue Technologie ergeben sich vor allem dann, wenn das Problem der Feldverteilung für einen spezifischen Produktionsprozess gelöst werden kann. Bei der Härtung flüssiger Harze ist dies in vielen Fällen relativ einfach möglich, indem die Position des auszuhärtenden Produkts innerhalb der Mikrowellen-Resonanzkammer variiert wird. Gelingt dies, ist die Mikrowellenhärtung technisch und ökonomisch ausgesprochen vorteilhaft. Für rieselfähige duroplastische Formmassen ist eine ortsfeste Härtung in einem mikrowellentransparenten Werkzeug erforderlich, d.h., das diskrete Feld muss auf andere Weise homogenisiert werden. Hierzu wurden im Projekt bereits verschiedene Ansätze verfolgt. Die Umsetzung stellt jedoch noch eine Herausforderung für zukünftige Forschungsarbeiten dar.

Für die flüssigen Harzsysteme ist mit Abschluss des Vorhabens die Voraussetzung gegeben, die Mikrowellenhärtung im industriellen Prozess erfolgreich umzusetzen. Dies bietet insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen das Potential, innovativ tätig zu werden und neue Märkte – sowohl im Bereich der Harzchemie als auch auf dem Gebiet des Anlagenbaus und der Harzverarbeitung – zu erschließen.