Kann AM bald schon flammgeschützte Bio-Kunststoffe in der Elektrotechnik einsetzen?

Wenn es um Materialien geht, die innerhalb der Elektrotechnik oder auch der Elektronik eingesetzt werde kann, dann gilt es hierbei hohe Ansprüche daran zu setzen. Vor allem, da diese Materialien Eigenschaften wie Flammwidrigkeit aufweisen müssen. Es ist bekannt, dass in diesem Fall Kunststoffe die nötigen Flammschutzvorgaben erfüllen, die für die Verwendung der Elektrotechnik und Elektronik gebraucht werden, doch wie sieht es mit flammgeschützten Bio-Kunststoffen aus? Diese Frage haben sich Forschende des Fraunhofer WKI und des Fraunhofer IAP in gemeinsamer Zusammenarbeit mit Industriepartnern gestellt und konnten im Zuge ihrer Forschung bereits erste Erfolge feiern, die zuvor neben Compoundierung und Spritzguss ebenfalls mittels additiver Fertigung getestet worden ist.

Vor den Forschungsergebnissen der Fraunhofer-Institute gab es kein bekanntes biobasiertes Flammschutzmittel, welches sich für die Entwicklung von Bio-Kunststoffen eignete. Mit dieser Herausforderung vor Augen lag man den Fokus also auf ein halogenfreies Flammschutzmittel, welches äußerst kosteneffizient eingesetzt werden soll, da es vor allem in möglichst kleiner Einsatzmenge benötigt gebraucht wird. Zu Beginn des Forschungsprojektes für die Entwicklung von Bio-Verbundwerkstoffen, die sich sowohl für die Elektrotechnik wie auch Elektronik eignen, wurde der Fokus auf die Herstellung von neuen, biobasierten Flammschutzmitteln gelegt. Dafür wurden Synthesen basierend auf biobasierten Alkoholen und phosphorhaltigen Verbindungen durchgeführt.

Gemeinsam mit Hager Electro stellte man z.B. ein Tunnelschieber aus flammgeschütztem Polybutylensuccinat (PBS) her (Bild: Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau)

Eine Neuerung für flammgeschützte Bio-Kunststoffe, die es so noch nicht gibt

Damit der Faktor des Flammschutz aber überhaupt erst gegeben werden kann, ist es wichtig zu verstehen, dass die gleichmäßige Verteilung des Flammenschutzmittel innerhalb der Matrix der Biopolymer aus PLA erforderlich ist.  Um diese Verbindung des Flammenschutzmittel an diese Matrix wurde die Elektronenstrahlvernetzung eingesetzt, welches einen nicht-thermischen Prozess darstellt. Dieses Verfahren ist zwar äußerst geläufig, wenn es um Kunststoffe geht, hingegen mit Bio-Kunststoffen noch nicht sehr erprobt. Um dies allerdings zu ändern müssen die Eigenschaften der Polymere modifiziert werden.

Es galt allerdings nicht nur auf den Flammschutz zu achten, sondern ebenfalls auf die Wärmeformbeständigkeit. Nach unzähligen Tests gelang es dem Team schließlich, bestimmte Formulierungen für PLA und PBS herzustellen, die die Anforderung des Flammschutzes erfüllen und sowohl im Spritzguss wie auch innerhalb der additiven Fertigung eingesetzt werden können. Zu diesen durchgeführten Tests zählte unter UL94 (Ein Test zum waagrechten Verbrennens), Glühdrahttest (Ein Test an Kunststoffen, die in Berührung mit stromführenden Teilen sind) und auch einer Prüfung der Kriechstromfestigkeit.