Bekannt für ihre Kompetenz im Bereich der anwendungsorientierten Kunststoffforschung (bspw. automotive Leichtbauanwendungen) wurde in den letzten Jahren an der Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL) die Entwicklung neuer kunststoffbasierter Werkstoffe und Methoden für Elektrotechnik und Elektronik als zukunftsträchtiger Bereich vorangetrieben. Führende Unternehmen der Elektrotechnik und Elektronik setzen nunmehr unter der Leitung der Kunststoffexperten des PCCL auf Effizienzsteigerungen durch polymerbasierte Materialien.
Dabei wird die Entwicklung einer neuen Generation von Generatoren, Transformatoren und Leiterplatten in einer einzigartigen interdisziplinärer Zusammenarbeit von Polymerchemikern, Kunststofftechniker, Elektrotechnikern und Maschinenbauern vorangetrieben.
Auf den ersten Blick erwartet man als Laie nicht unbedingt Kunststoffe als systemkritische Werkstoffe für elektronische Anwendungen. Dabei spielen sie insbesondere als Isolationswerkstoffe eine tragende Rolle gilt es doch, die Stromflüsse systematisch zu lenken und dadurch die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Dies gilt sowohl für Hochspannungstransformatoren und –generatoren im kV-Bereich als auch für kleinste elektronische Bauelemente (bspw. Leiterplatten oder Sensoren in einem Smartphone). Aufgrund der stetig kompakteren Bauweise – bspw. die kontinuierliche Miniaturisierung von Smartphones – steigen Energiedichten und Wärmeentwicklung, sodass die Isolationswerkstoffe bei zunehmend hohen Temperaturen noch bessere Isolationswirkung zeigen müssen. Gleichzeitig gilt es auch, eine Überhitzung von elektronischen Bauelementen zu verhindern, was durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Isolationswerkstoffe sichergestellt werden kann. Die von den Experten des PCCL entwickelten kunststoffbasierten Isolationswerkstoffe vereinen die nicht komplementären Eigenschaften von verbesserter elektrischer Isolationswirkung und gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit.
Wissenschaftliche Ansätze fokussieren auf sogenannte Nanocomposite, worunter mit anorganischen Nano-Partikeln gefüllte Kunststoffe verstanden werden. Im Vergleich mit ungefüllten Kunststoffen, zeigen Nanocomposite ein enormes Potential zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig verbesserter elektrischer Durchschlagsfestigkeit. Die Entwicklung dieser Nanocomposite am PCCL umfasst die gesamte Wertschöpfungskette beginnend bei Identifizierung bestgeeigneter Materialien mittels modernster Simulationsmethoden, deren Herstellung im Labormaßstab mit anschließender Charakterisierung und anwendungsorientierten Evaluierung, sowie die Überführung in Pilotanlagen gemeinsam mit den beteiligten Industriepartnern. Darüber hinaus werden die elektronischen Bauelemente von den Kunststofftechnikern hinsichtlich ihres thermo-mechanischen Verhaltens vollständig in Simulationsmodellen abgebildet, sodass eine virtuelle Bauteilentwicklung mit kürzesten Entwicklungszeiten ermöglicht wird.
Die Einsatzmöglichkeiten derartiger Werkstoffe und Methoden sind in allen Bereich der Elektrotechnik und Elektronik, wobei gerade im Bereich der Mikroelektronik und der zunehmenden Elektrifizierung der Mobilität (Stichwort E-Mobility) spannende Entwicklungsperspektiven verfolgt werden. Aufgrund des hohen Innovationspotentials dieser neuartigen Werkstoffe hat sich unter Leitung des PCCL ein industriell und wissenschaftlich zusammengesetztes Projektkonsortium gebildet. Unternehmen wie ams, Andritz Hydro, AT&S, AVL, Continental, Siemens möchten im Rahmen dieses COMET K-Projektes (PolyTherm) in den kommenden Jahren derartige Forschungsansätze bis zur industriellen Umsetzung bringen. Anwendungsbeispiele gehen von Isolatorelementen in Hochspannungsgeneratoren, über hochpräzise Sensoren in Mobiltelefonen bis hin zu Komponenten in der Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge.