Willkommen zu meinem ersten Blog in dieser Serie über Gießharze. Zunächst möchte ich mich Ihnen vorstellen: Ich bin Beth Massey, Global Product Manager für Electrolube im Bereich der Gießharze und Vergussmassen. Ich bin vor sechs Jahren zu Electrolube gekommen, nachdem ich an der Universität von Durham einen Master-Abschluss in Chemie erworben hatte. Zunächst arbeitete ich im technischen Support-Team, bevor ich eine anspruchsvolle Aufgabe im Export im technisch orientierten Vertrieb übernahm. Ich bin jetzt dafür verantwortlich, die Entwicklung im Produktbereich der Vergussmassen voranzutreiben, somit die Marktpositionierung zu verbessern, als auch technische Beratung für die aktuellen und neuen Technologien von Electrolube zu leisten und mit den globalen F&E- und Vertriebsteams zusammenzuarbeiten, um so die sich ändernden Bedürfnisse der Kunden und neue Fortschritte in der Produktentwicklung zu unterstützen.

In dieser Reihe von Blogs werde ich mein Fachwissen in diesem Bereich weitergeben und einige Anleitungen, Tipps und Anwendungsbeispiele aufzeigen, um Ihnen zu helfen, sich in der großen Menge an verfügbaren elektrochemischen Lösungen zurechtzufinden. Natürlich stehe ich Ihnen auch mit den vielfältigen Ressourcen auf www.electrolube.com und unserem technischen Support-Team zur Verfügung.

Bei der Vielzahl der auf dem Markt erhältlichen Verkapselungsharze kann die Auswahl des für Ihre Anwendung am besten geeigneten Gießharz zu einer echten Herausforderung werden. Heutzutage gibt es eine breite Palette verschiedener Systeme, die eine umfassende Palette unterschiedlicher Eigenschaften besitzen. Oft wird davon ausgegangen, dass sich die Eigenschaften nur geringfügig unterscheiden, aber die Harze können vielfältige sehr unterschiedliche Vorteile bieten. In diesem Monat werde ich die verschiedenen Faktoren untersuchen, die beim Vergleich von Kunstharzen für Ihre Anwendung berücksichtigt werden müssen. Jedes Projekt unterscheidet sich in Bezug auf die Baugruppe, die Dosiermethode und die verwendete Gerätschaft, die Aushärtezeit und die Temperaturbeschränkungen während des Produktionsprozesses. Bringen Sie zunächst die Einsatz- und Betriebsbedingungen der Vergussmasse, den Temperaturbereich und die voaussichtliche chemische Belastung in Erfahrung und dann können wir uns die Harze ansehen, die die besten Ergebnisse in Bezug auf die Leistung und Zuverlässigkeit versprechen. Lassen Sie uns anhand unseres charakteristischen Fünf-Punkte-Formats herausfinden, wo Sie anfangen und was Sie berücksichtigen müssen.

Chemie der Gießharze

Es ist eine naheliegende Annahme, dass alle Polyurethanharze oder alle Epoxidharze im Großen und Ganzen ähnliche Stärken und Schwächen haben, da sie zur gleichen chemischen Familie gehören, aber das ist nicht der Fall. Der Einsatz unterschiedlicher Füllstoffe in Harz- (Part A) und Härterkomponente (Part B) kann einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des ausgehärteten Verguss haben. Unterschiedliche Füllstoffe und Füllmengen können sich auf die Wärmeleitfähigkeit auswirken, und verschiedene Additive können die Verarbeitbarkeit, die Aushärtungszeit und den Betriebstemperaturbereich beeinflussen. Ein Beispiel dafür ist, ob ein Polyurethan-Teil A auf Polybutadien (PolyBD) oder auf Polyether/Polyester basiert.

PolyBD-Harze, wie z.B. Electrolube-Harze, die mit den Präfixen UR50__ oder UR51__ beginnen, weisen im Allgemeinen eine außergewöhnliche Wasserbeständigkeit auf und halten sogar dem Eintauchen in Salzwasser stand, sind aber anfällig für den Angriff durch organische Lösemittel wie Öle und Kraftstoffe. Harze auf Polyether-/Polyester-Basis hingegen, wie die EL UR55__/ UR56__-Codes, weisen im Allgemeinen eine bessere Beständigkeit gegenüber organischen Lösemitteln auf und bieten eine gute Wasserbeständigkeit bei niedrigeren Temperaturen, sind aber bei heißen und feuchten Bedingungen nicht so widerstandsfähig wie die PolyBD-basierten Materialien. Sie sehen also, dass es selbst innerhalb dieser großen Kategorien Leistungsunterschiede gibt. Genau aus diesem Grund empfiehlt Electrolube, dass Sie Ihre Anwendung und die Einsatzbedingungen mit Spezialisten besprechen. Auf diese Weise kann ein Harz mit der besten Kombination von Eigenschaften für Ihre Bedürfnisse ausgewählt werden.

Wärmeleitfähigkeit

Der Trend zur Miniaturisierung bedeutet, dass Geräte mit hoher Leistungsdichte immer häufiger anzutreffen sind. Die Wärmeableitung von den heißen Bereichen des Geräts weg zu Kühlkörpern und Metallgehäusen wird wichtiger denn je.

Die Wärmeleitfähigkeit eines Verguss wird durch die Art der verwendeten leitfähigen Füllstoffe und sogar durch die Partikelgrößenverteilung und die Partikelform beeinflusst, da dies Einfluss auf die Verteilung der Partikel und damit die Wärmeübertragung innerhalb des Materials hat. Die in Datenblättern angegebenen Wärmeleitfähigkeiten sind nur von begrenztem Wert, da verschiedene Prüfverfahren unterschiedliche Werte für ein und dasselbe Material ergeben können. Dies bedeutet, dass zwei Harze mit demselben angegebenen Wert im technischen Datenblatt je nach Anwendung sehr unterschiedlich abschneiden können.

Einige Methoden sind bei der Messung von Materialien mit geringerer Wärmeleitfähigkeit am genauesten, wie z. B. “guarded hot plate” (GHP). Andere, wie die Laser Flash Methode (LFA), sind besonders gut für die Prüfung bei hohen Temperaturen geeignet. Mehrere Methoden (einschließlich der beiden bereits erwähnten) sind auf genaue Abmessungen der Prüfkörper angewiesen, was bedeutet, dass die Prüfung zeitaufwändig ist und von der verwendeten Technik und der Präzision des Bedieners beeinflusst werden kann. Bei Electrolube verwenden wir ein MTPS-Gerät (Modified Transient Plane Source), ein zerstörungsfreies Verfahren, das für Flüssigkeiten, Feststoffe, Pasten und Pulver geeignet ist und selbst bei kleineren Probengrößen genaue und wiederholbare Messungen ermöglicht.

Um einen möglichst genauen Vergleich zu erzielen, ist es wichtig, die Tests der verschiedenen Materialien Seite an Seite und nach Möglichkeit in der späteren Anwendung durchzuführen, um die tatsächlich erzielte Wärmereduzierung zu sehen. Dies gilt nicht nur für Harze, sondern auch für Wärmeleitmaterialien.

Materialien auf Basis nachwachsender Rohstoffe

Nachhaltigkeit wird immer mehr zu einer Priorität, sowohl für Hersteller in aller Welt, als auch für uns hier bei Electrolube. Wir nehmen unsere ESG-Ziele sehr ernst und haben viel Forschungs- und Entwicklungszeit auf die Verwendung von biobasierten Rohstoffen in unseren Gießharzen verwendet, was zur Einführung unserer UR5645-Vergussmasse führte, einem chemisch resistenten, biobasierten Hochtemperatur-PU. Die Verwendung biobasierter Harze ist ein Element der Zukunftssicherung, da synthetische, aus Erdöl gewonnene Rohstoffe nicht ewig verfügbar sein werden und alternative Quellen gefunden werden müssen.

Die von unserer Chemikerin für die Entwicklung von Gießharzen, Beth Turner, vorgelegten Ergebnisse haben gezeigt, dass der Übergang zur Verwendung nachwachsender Rohstoffe durchaus auch erhebliche technische Vorteile mit sich bringen kann. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass nicht alle Bio-Rohstoffe gleich sind.  Vieles hängt von ihrer Herkunft ab, denn einige der billigeren biobasierten Füllstoffe boten nicht die gleichen Leistungsvorteile wie andere Optionen. Die Anwender können nicht davon ausgehen, dass alle Harze, die mit biobasierten Materialien beworben werden, auch einen technischen Vorteil bieten. Es gibt viele Möglichkeiten für biobasierte Harzanwendungen in der Elektronikindustrie im Allgemeinen, da sie deutliche Leistungsvorteile in rauen Umgebungen, Unterwasseranwendungen und heißen und feuchten Betriebsumgebungen bieten.               

Reden wir über Geld

Ein Vergleich der Kosten von Harzen kann zu Verwirrung führen, da sie oft in Kilogramm angegeben werden, aber in Litern verwendet werden, da die zu vergießende Baugruppe ein feststehendes Volumen hat. Infolgedessen kann die Dichte einen großen Einfluss auf die tatsächlichen Kosten pro vergossener Einheit haben.

Betrachten Sie dieses Beispiel:

Betrachten Sie zwei Harze mit den gleichen scheinbaren Kosten pro Kilogramm

– Harz A hat 1 kg/L (entspricht 1g/ml, typisch für ein ungefülltes Harz)

– Harz B ist 2 kg/L (entspricht 2g/ml, ein hochgefülltes Harz)

Sie können leicht erkennen, dass es doppelt so viel kostet, eine Baugruppe des festen Volumens X mit dem hochgefüllten Harz zu vergießen, im Vergleich mit dem Leichteren. Der Unterschied in der Dichte ist in der Regel nicht so extrem, da andere Anforderungen an spezifische Eigenschaften, die vom Füllstoffgehalt beeinflusst werden, wie z. B. Wärmeleitfähigkeit und Flammschutz, bedeuten, dass es unwahrscheinlich ist, dass ein ungefülltes und ein stark gefülltes Gießharz für eine identische Anwendung in Frage kommen, aber es kann dennoch ein wichtiger Faktor sein, der zu berücksichtigen ist.

Mischen

Das Mischen gelingt nicht immer gleich gut, sowohl im Hinblick auf die manuelle Verarbeitung von Mischbeuteln (Resin-Packs) um z.B. Prototypen zu vergießen als auch bei der Verwendung einer Misch- und Dosieranlage für die Serienfertigung größerer Stückzahlen. Ein unsachgemäß vermischtes Gießharz härtet nicht richtig aus und hinterlässt Hohlräume und eine klebrige oder ungleichmäßige Oberfläche. Selbst wenn keine sichtbaren Mängel vorhanden sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass das Material nach dem Aushärten nicht die erwarteten endgültigen Eigenschaften aufweist, was zu späteren Ausfällen führen kann und einen fairen Vergleich zwischen den Materialien in der Zulassungsphase sicher nicht zulässt.

Es ist wichtig, eine gute Mischtechnik für die Vergussmassen-Mischbeutel zu haben. Wir haben mehrere Videos auf unserer Website und auf unserem Youtube-Kanal, die eine gute Grundlage für die beste Handhabung unserer Mischbeutel (Resin-Packs) sind.

Wenn Sie eine Misch- und Dosieranlage verwenden, ist es wichtig, mit Ihrem Harzlieferanten und Ihrem Maschinenhersteller zusammenzuarbeiten, um einen statischen Mischer mit dem richtigen Adapter für Ihre Maschine, der richtigen Form und Mischart sowie mit ausreichender Zahl an Elementen, geeignetem Durchmesser und Länge zu finden. Erst dies versetzt Sie in die Lage, das Harz ausreichend gut zu mischen. Die chemische Zusammensetzung des Gießharzes, die Dichte und der Viskositätsunterschied zwischen Teil A und Teil B sowie das Mischungsverhältnis, die gewünschte Durchflussmenge und die Schussgröße beeinflussen die erforderliche Mischmenge und damit auch die Auswahl des Mischers. Je nachdem, ob das Harz gefüllt ist, müssen möglicherweise auch Heizung, Rühren und Umwälzung in den Vorratsbehältern der Maschine berücksichtigt werden.

Nicht alle Hersteller von Vergussmassen bieten das gleiche Maß an Kundendienst oder technischem Support. Erkundigen Sie sich daher bei ihnen, welchen Support Sie erwarten können, bevor Sie Ihr Projekt mit ihnen in Angriff nehmen. Ich hoffe, der Blog dieses Monats hat Ihnen gefallen und Sie haben einige wichtige Tipps zum Vergleich von Harzsystemen erhalten. Ich kann gar nicht oft genug betonen, dass das mit in Betracht nehmen von Vergussmassen auf Basis nachwachsender Rohstoffe von großem Nutzen sein kann, wenn Sie ein Harzsystem für Ihre nächste Anwendung planen. Wenn Sie Fragen haben oder weitere Informationen über Electrolube-Vergussmassen, einschließlich biobasierter Harze, wünschen, wenden Sie sich bitte an unser technisches Support-Team, das Ihre Fragen gerne beantwortet und Ihnen eine fachkundige Beratung anbietet, oder besuchen Sie unsere Website für weitere Informationen.