Analyse der Verarbeitungs- und Materialeigenschaften elektrisch leitfähiger Kunststoffe auf Basis niedrig schmelzender Metalllegierungen

Die Integration elektrisch leitfähiger Komponenten in Kunststoffbauteile ist aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Kunststoffen in komplexen, technischen Anwendungen und den stetig steigenden Anforderungen an die Bauteilfunktionalität von wachsender Bedeutung. Die leitfähige Ausrüstung von Kunststoffen durch Zugabe elektrisch leitfähiger Füllstoffe ermöglicht dabei eine wirtschaftliche Herstellung komplexer Bauteile im Spritzgießprozess. Die mithilfe fester Füllstoffe erreichbaren elektrischen Leitfähigkeiten sind jedoch aufgrund der verschlechterten Verarbeitbarkeit der Kunststoffe mit steigendem Füllstoffgehalt begrenzt. In diesem Zusammenhang beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung, Verarbeitung und Charakterisierung eines alternativen Werkstoffkonzepts. Es wird ein neuartiges, elektrisch leitfähiges Thermoplast/Metall-Hybridmaterial vorgestellt, in dem Kupferfasern mit niedrig schmelzenden Metalllegierungen kombiniert in eine Kunststoffmatrix eingearbeitet werden. Die Legierung liegt während der Verarbeitung schmelzeflüssigvor und ermöglicht so hohe Füllgrade bei gleichzeitig guter Materialfließfähigkit. Damit können sehr hohe elektrische Leitfähigkeiten und elektromagnetische Schirmdämpfungen bis in den Bereich von Stahl erzielt werden. Aufgrund der Neuartigkeit des Materialkonzepts werden in dieser Arbeit die gesamte Prozesskette von der Materialauswahl über die Aufbereitung und Spritzgießverarbeitung bis hin zur Bauteilcharakterisierung ausführlich diskutiert und Korrelationen zwischen den Prozessgrößen, der Füllstoffverteilung und den resultierenden Bauteileigenschaften erarbeitet. Hierbei werden sowohl die Einfüsse unterschiedlicher Materialkombinationen, Formteilgeometrien als auch variierender Prozesseinstellungen berücksichtigt. Ergänzend werden praxisrelevante Untersuchungen zur optimierten Verarbeitung des Hybridmaterials mit Spritzgießsonderverfahren wie dem Mehrkomponentenspritzgießen, Insert-Techniken oder der Variotherm-Temperierung vorgestellt. Als Ergebnis der Untersuchungen liegen damit ausführliche Kenntnisse über die Verarbeitungs- und Materialeigenschaften der neuartigen Hybridmaterialien vor, die eine wesentliche Voraussetzung für eine reproduzierbare und wirtschaftliche Fertigung qualitativ hochwertiger und hoch leitfähiger Kunststoffbauteile bilden.