Mit Polyurethan zum „Kunststoff nach Maß“
Polyurethane bieten ein sehr breites und vielseitig modifizierbares Eigenschaftsspektrum. Dies macht sie in der industriellen Produktion zu einer beliebten und häufig eingesetzten Stoffgruppe. PU-Vergussmassen lassen sich einfach verarbeiten und bieten ähnliche Schutzeigenschaften wie Silikone oder Epoxide. Um ein Aufschäumen des Materials zu verhindern, müssen Gießharze auf PU-Basis bei der Verarbeitung nachhaltig gegen Feuchtigkeit geschützt werden.
Polyurethane (PU) lassen sich äußerst vielseitig einsetzen und stellen somit mit eines der am häufigsten verwendeten Zweikomponentenmaterialen im Industriebereich dar. PU entsteht durch die Additionsreaktion von Polyisocyanaten mit mehrwertigen Alkoholen, den sogenannten Polyolen. Mittels geeigneter Komponenten und Additive können die Eigenschaften von Polyurethanen je nach Anforderung und Anwendung so stark variiert werden wie bei keiner anderen Stoffklasse. Auf diese Weise lassen sich „Kunststoffe nach Maß“ realisieren, die Eigenschaften von hart und spröde bis weich-elastisch, von dünnflüssig bis hin zu hochpastös aufweisen.
Polyurethane: Eigenschaften und Anwendungsgebiete
Am häufigsten werden Polyurethane in geschäumter Form für Polstermöbel, Haushaltsschwämme oder Sportschuhe eingesetzt. Als 1K- oder 2K-Montageschaum sind sie auch im Bauwesen in Gebrauch. Gießharze auf der Basis von Polyurethan werden häufig in der Elektronikfertigung eingesetzt, beispielsweise beim Verguss von Kondensatoren, Transformatoren oder Halbleitern. Hier dienen sie der Isolation und dem Schutz der Bauteile vor Umgebungseinflüssen wie Feuchtigkeit, aggressiven Medien oder mechanischen Beanspruchungen. In Form von wärmeleitenden Gels oder Pasten für Lithium-Ionen-Batterien kommt Polyurethan auch im Bereich E-Mobilität zum Einsatz.
Polyurethan-Vergussmassen bieten Anwendern zahlreiche Variationsmöglichkeiten – sowohl in Bezug auf die jeweiligen Verarbeitungsparameter als auch hinsichtlich ihres finalen Eigenschaftsspektrums. Die Anschaffungskosten von PU-Gießharzen sind in der Regel geringer als bei Silikonen oder Epoxidharzen. Weiterhin zeichnen sich diese Materialien durch ihre gute maschinelle Verarbeitbarkeit, einen geringen Volumenschrumpf sowie eine moderate Beweglichkeit nach der Aushärtung aus. Bei PU-Vergussmassen verläuft die Reaktion zudem weniger exotherm als beispielsweise bei Epoxidharzen. Somit können sie auch für den Verguss sensibler Elektronikkomponenten verwendet werden.
Da sie nur bis zu einer Temperatur von rund 130°C wärmebeständig sind, eignen sich PU-Gießharze allerdings weniger für Anwendungen mit hohen Temperaturanforderungen. Dank neuerer Formulierungen lassen sich jedoch auch bis 160°C gute Ergebnisse erzielen. Je nach Formulierung können Polyurethan-Vergussmassen hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dabei handelt es sich um einen Kennwert, der angibt, wie stark sich ein Material unter Temperatureinfluss ausdehnt. So ist elastisches PU nach dem Verguss zwar in der Lage, unterschiedliche Materialausdehnungen auf einem Bauteil auszugleichen. Bei Komponenten mit mechanisch anfälligen Strukturen, beispielsweise bei sensibler Elektronik, besteht allerdings die Gefahr, dass diese durch die Materialausdehnung geschädigt oder zerstört werden. Durch die Zugabe spezieller Additive lässt sich der Wärmeausdehnungskoeffizient von PU-Vergussmaterialien jedoch effektiv reduzieren.
Vergleich
Links: Geschäumte PU-Masse.
Rechts: Korrekt vergossenes PU.
Polyurethane: Verarbeitung und Verguss
Polyurethan-Vergussmassen sind sehr empfindlich gegen Feuchtigkeit, da die Härterkomponente unter Temperatureinfluss mit Wasser reagiert und hierbei Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. Findet die Reaktion im Vorratsbehälter statt, bilden sich im Material hochabrasive Polyharnstoffkristalle – eine Folge von zu häufigem Öffnen der Behälter zur Materialentnahme.
Da diese Ablagerungen das PU schnell unbrauchbar machen würden, gilt es diesen häufigen Anwendungsfehler zu vermeiden. Findet die Reaktion mit Wasser im Rahmen der Aushärtungsreaktion statt, wird der Polyharnstoff im Kunstoffnetzwerk eingebaut und es tritt eine Aufschäumung des Materials auf. Um hochwertige Vergussergebnisse zu erzielen, ist eine adäquate Lagerung der Materialgebinde deshalb ebenso wichtig wie die Aufbereitung des Polyurethans unter Vakuum. Auf diese Weise behalten auch feuchtigkeitsempfindliche Vergussmassen ihre Qualität und ihre funktionalen Eigenschaften.
Speziell für die Verarbeitung feuchtigkeitsempfindlicher Gießharze hat Scheugenpflug zwei Materialaufbereitungsanlagen im Programm:
- Mit dem bewährten Multitalent LiquiPrep LP804 lässt sich das Vergussmaterial sowohl unter Vakuum aufbereiten als auch fördern. Neben besonders sensiblen Medien ist die A310 auch für chemisch hochreine Gießharze geeignet.
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- Die Fassrührstation kommt bei Anwendungen mit sehr hohem Materialverbrauch zum Einsatz. Mit dieser Anlage kann ein 200 l-Fass komplett unter Vakuum gesetzt werden.
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TIPP: Ist das verwendete PU sehr empfindlich, kann bereits Oberflächenfeuchtigkeit auf dem zu vergießenden Bauteil zu Blasenbildung führen. Dies lässt sich jedoch durch eine Plasmavorbehandlung in Kombination mit der Materialverarbeitung unter Vakuum vermeiden.
