Gegensätze vereint: Wärmeleitend und elektrisch isolierend

Prädestiniert für komplexe Anwendungen

„Dieses Projekt war ganz nach unserem Geschmack. Denn unser Werkstoff ist prädestiniert für eine Vielzahl komplexer elektrischer Anwendungen. Mit seinen zahlreichen Eigenschaften liefert es die richtigen Antworten“, sagt Armin Striefler, Produkt- und Prozessentwickler bei Freudenberg Sealing Technologies. „Ein wichtiger Vorteil für effiziente Serienprozesse: Das Elastomermaterial lässt sich im Spritzguss verarbeiten. Das macht eine Nutzung zugleich sehr flexibel. Denn nahezu alle dreidimensionalen Geometrien sind möglich und haften aufgrund der Materialeigenschaften stets optimal am Substrat – ob Kunststoff oder Metall. Es lässt sich direkt aufspritzen und benötigt keine vorherige Grundierung.“

Silikon ist von Haus aus wie alle Kunststoffe thermisch isolierend. Für den neuen Werkstoff wird es mit anorganischen Füllstoffen vermischt, die es wärmeleitfähig machen. Dabei handelt es sich um spezielle nichtleitende Metallverbindungen.

Höchstwerte bei wichtigen Kennzahlen

Einige Eckwerte des neuartigen „Thermal Interface Material“: Die thermische Leitfähigkeit liegt bei 1,7 bis zwei Watt pro Meter und Kelvin. Zum Vergleich die Wärmeleitfähigkeit von Luft, diese liegt bei 0,026. Der Verarbeitungsprozess ermöglicht dünnwandige Bauteile. Das ist entsprechend der Wärmegleichung aus der Fourier-Gleichung gut für die Wärmeleitfähigkeit. Im erwähnten Projekt hat das Elastomer unterhalb des Temperatursensors eine Dicke von lediglich 0,8 Millimeter. „Mit Dicken zwischen 0,8 und drei Millimeter haben wir sehr gute Erfahrungen gemacht“, berichtet Striefler. „Physikalisch bedingt nimmt die Wärmeübertragung bei größeren Wandstärken ab.“ Das Material erreicht einen CTI-Wert von 600 und damit die bestmögliche Schutzklasse für die Kriechstromfestigkeit. Die elektrische Durchschlagfestigkeit liegt bei mehr als 10 Kilovolt pro Millimeter. Damit stellen die üblichen Prüfspannungen von 2,4 bis 4 Kilovolt das Material vor keine besonderen Herausforderungen. Die Härte liegt bei rund 35 Shore A.

Ein klarer Pluspunkt ist die Verarbeitung im Spritzgussprozess. Durch den spezifischen Produktionsprozess werden Lufteinschlüsse sowohl im Elastomer als auch an den Kontaktflächen mit anderen Materialien vermieden. Diese können sonst zu elektrischen Problemen führen, etwa zu Spannungsdurchschlägen – die natürlich auf keinen Fall gewünscht sind. Brandbeständig ist das Material nach UL94 mit der Klassifikation V0 und damit der höchstmöglichen Sicherheitsstufe.