Werkstoffe Besserer Flammschutz bei Leiterplatten mit modifizierten Faserverbundkunststoffen

Die Miniaturisierung elektronischer Geräte und das bleifreie Löten erfordern Leiterplatten mit erhöhter thermischer Belastbarkeit. Das setzt bei der Prepregherstellung Epoxidharze mit verbesserten flammhemmenden Eigenschaften voraus. Das wichtigste halogenfreie Flammschutzmittel ist die phosphororganische Verbindung DOPO.

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Schon seit Jahrzehnten sind Kunststoffe in unserem täglichen Leben allgegenwärtig. In den vergangenen Jahren haben vor allem Faserverbundkunststoffe mehr und mehr klassische Werkstoffe wie Stahl und Aluminium in vielen Anwendungsbereichen ersetzt.

Faserverbundkunststoffe punkten mit ihren Eigenschaften

Faserverbundkunststoffe bestehen aus einer faserverstärkten organischen Polymermatrix. In der Praxis kommen Glasfasern (GFK), Carbonfasern (CFK), Aramidfasern sowie natürliche Fasern (NFK) wie Flachs oder Hanf in Kombination mit Duroplasten, Elastomeren oder Thermoplasten als Werkstoffmatrix zum Einsatz.

Faserverbundkunststoffe haben hervorragende mechanische, physikalische sowie chemische Eigenschaften, zum Beispiel eine niedrige Dichte, eine hohe Festigkeit und Resistenz gegen aggressive Chemikalien und Korrosion, eine geringe Neigung zur Materialermüdung, ein gutes Wärmedämmverhalten sowie eine niedrige Ausdehnung bei thermischer Belastung. Sie finden eine breite Anwendung im Bauwesen, im Transport, in der Luft- und Raumfahrttechnik, bei Produkten wie Haushaltsgeräten sowie in der Elektronik und Elektrotechnik. Aufgrund der organischen Struktur der Polymermatrix verfügen Faserverbundkunststoffe zumeist jedoch über einen unzureichenden Flammschutz (Bilder 1 und 2 – siehe Bildergalerie).

Additive machen Faserverbundkunststoffe flammhemmend

Um einen ausreichenden Flammschutz zu gewährleisten, müssen Kunststoffe durch chemische Modifikation oder Zugabe von Additiven flammhemmend „ausgerüstet“ werden. Solche Kunststoffsysteme werden mithilfe von Flammschutztests wie UL94, LOI und GWT klassifiziert und bewertet (Bild 3). Ziel ist es, eine möglichst schnelle Selbstverlöschung zu erreichen.

Eine besondere Herausforderung ist dabei die Tatsache, dass verschiedene Kunststoffsysteme unterschiedliches Brandverhalten aufweisen und daher spezifische Flammschutzsysteme benötigen. Zusätzlich dürfen im Zuge der Verordnungen REACH (Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals) und ROHS (Restriction of Hazardous Substances) nur noch ausführlich untersuchte und für unbedenklich befundene Flammschutzmittel (FSM) in Umlauf gebracht werden (Bilder 4 und 5).

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