Bornitrid von Henze – Füllstoff in Kunstoffen

Bedeutung der Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen

Wärmeleitfähige Kunststoffe gewinnen in der Licht-, Elektro- und Automobiltechnik immer mehr an Bedeutung. Wichtige Trends in diesen Bereichen sind Miniaturisierung, Leichtbau und komplexere Geometrien. Kunststoffe, die grundsätzlich eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, stoßen bei solchen Anwendungen in der Regel sehr schnell an ihre Grenzen. Durch den Einsatz von intrinsisch wärmeleitenden Füllstoffen wie Bornitrid (BN) kann die Funktionalität von Kunststoffen stark erhöht werden.

Wärmeleit- und Isolationsfähigkeit spielen besonders bei der Elektromobilität eine wichtige Rolle, hier steigen die Anforderungen an die Bauteile stetig.

Weitere Einflüsse von Füllstoffen auf Eigenschaften von Kunststoffen

Kunststoffe müssen wahre Multitalente sein und sowohl wärmeleitende und flammhemmende Eigenschaften als auch häufig eine satte orange Farbe besitzen. Orange, meist RAL 2003, dient in Elektroautos als Kennzeichnung für Hochvoltkomponenten wie Hochvoltstecker, Kabelisolierungen und Zellhalter in der Batterietechnik.

BN als Füllstoff wird bei solchen Komponenten in erster Linie zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit verwendet, beeinflusst aber auch die mechanischen Eigenschaften und die Farbintensität des Bauteils. Das Familienunternehmen Henze BNP bietet unterschiedliche BN Pulvervarianten als Füllstoff im Bereich des Thermomanagements an.

Sie unterscheiden sich in ihrer Morphologie und in weiteren spezifischen Charakteristika, die zu unterschiedlichen Einflüssen auf die Verarbeitbarkeit eines Compounds, die Farbgebung und die Wärmeleitfähigkeit führen.

Wie die Partikelgröße von Füllstoffen die Farbintensität beeinflusst

Henze hat gemeinsam mit dem SKZ (Kunststoff-Zentrum) in Würzburg den Effekt der Partikelgrößenverteilung auf die Farbgebung eines Compounds untersucht. In Anbetracht der aktuellen Entwicklungen im Bereich der Elektromobilität wurde für die Analyse ein oranger Farbkörper herangezogen. Zur Untersuchung der Auswirkungen der Partikelgröße auf die Farbgebung eines Epoxidharzes wurden drei BN-Pulver mit unterschiedlichen Partikelgrößen ausgewählt.

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Die Messungen verdeutlichen den Einfluss der BN-Partikel auf den Farbwert des Farbmittels im Epoxidharz; insbesondere den Einfluss der Partikelgröße des BN. Je kleiner die Partikelgröße, desto weniger intensiv erscheint das Orange der Probenkörper. Vermutlich liegt das daran, dass BN als Weißpigment fungiert, bei dem die Deckkraft mit steigender Partikelgröße abnimmt. Das bedeutet, die Sättigung des Farbmittels nimmt mit steigender Partikelgröße zu und es können intensivere Orangetöne erreicht werden.

Neben einer satten Farbe bringt der Einsatz großer BN-Partikel weitere Vorteile. Die Verarbeitung wird durch einen geringeren Viskositätsanstieg des Compounds erleichtert und die Wärmeleitfähigkeit nimmt mit größerem Aspektverhältnis zu. Außerdem ist davon auszugehen, dass sich die mechanischen und elektrischen Eigenschaften bei Verwendung von größeren Partikeln ebenfalls verbessern. Diese Einflüsse müssen jedoch noch verifiziert und untersucht werden.

Hexagonales Bornitrid

Bei hexagonalem Bornitrid (BN) – isoelektronisch zum Graphit – handelt es sich um eine technische Hochleistungskeramik mit einer besonderen Kombination von Eigenschaften. Sie vereint gute Trenn- und Schmierwirkung, sehr gute Wärmeleitfähigkeit, niedrige Wärmeausdehnung, Thermoschockbeständigkeit sowie geringe Dichte und Härte mit einer guten elektrischen Isolationswirkung. Aufgrund dieser Eigenschaften kommt BN in vielen verschiedenen Bereichen zum Einsatz: In gesinterter Form bei Präzisionsbauteilen in Hochtemperaturöfen und PVD-Anlagen, als Pulver in Suspensionen, etwa als Coating für die Aluminiumbearbeitung, und als Füllstoff in Kunststoffen. Bei Letzteren liegt das Hauptaugenmerk auf der Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit.