3M Technical Ceramics
Zweigniederlassung der 3M Deutschland GmbH

Die zunehmende Miniaturisierung und Massenfertigung (LED/ Automotive) elektronischer Bauteile erfordert Materialien, die auf kleinstem Raum schnell und wirksam Wärme abführen können. Hoch wärmeleitfähige Kunststoffe werden dort eingesetzt, wo es um die Übertragung, Ausbreitung oder Ableitung von thermischer Energie geht. Moderne Thermal-Management-Verbundwerkstoffe bieten höchste Wärmeleitfähigkeit unter Beibehaltung der typischen Kunststoffeigenschaften wie z.B. elektrische Isolation und geringes Gewicht.

Einsatzbereiche und Eigenschaften

3M™ Bornitridpulver sind für viele Anwendungsbereiche maßgeschneiderte Lösungen. Als Füllstoff in Polymeren und Kunststoffen eignen sie sich hervorragend zur Verbesserung von deren Wärmeleitfähigkeit. Zudem zeichnen sie sich durch eine einzigartige Kombination der Anwendungseigenschaften aus:

  • hohe Wärmeleitfähigkeit
  • sehr gute Verarbeitungseigenschaften: Compoundierung, Extrusion, Spritzguss
  • niedrige Dielektrizitätskonstante
  • sehr gutes elektrisches Isolationsvermögen
  • hohe Abriebbeständigkeit
  • keine Toxizität
  • gute Temperaturbeständigkeit

Kostenlose Beratung für die gewerbliche und industrielle Anwendung

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Kühlkörper aus einem mit 3M™ Bornitrid Cooling Fillers gefüllten Polymer

Hoch wärmeleitfähige und elektrisch isolierende Kunststoffe sind wichtige Materialien bei der Herstellung elektronischer Bauteile

Neue Wachstumsmärkte erfordern die Substitution von Metallen und konventionellen Kunststoffen durch hoch wärmeleitfähige und leitende Kunststoffe:

  • LED-Beleuchtungstechnik
  • Hochleistungsbatterietechnik
  • Unterhaltungs- und Kfz-Elektronik
  • Wärmeleitpasten

Anwendungsdienste

Generell lassen sich wärmeleitfähige Bornitridfüllstoffe von 3M™ mit allen polymeren Werkstoffen verwenden. Sie wurden erfolgreich mit PA6, PA66, PBT, PPS, PEEK, LPS und TPE verarbeitet. Für die Anwendungs- und Füllstoffentwicklung führt 3M Technical Ceramics auf Kundenwunsch auch Compoundierungstests an einem Leistritz ZSE 18 MAX Doppelschneckenextruder durch. Die Wärmeleitfähigkeit in Verbundwerkstoffen von 3M Technical Ceramics an einem Netzsch Nanoflash LFA447. Wir helfen Ihnen kurzfristig bei der Entwicklung technisch optimaler Lösungen - fragen Sie uns einfach!

Bornitridfüllstoffe von 3M™ für wärmeleitfähige und elektrisch isolierende Verbundwerkstoffe

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Die maximal erzielbare Wärmeleitfähigkeit in Kunststoffen wird durch den beabsichtigten geringen Füllstoffanteil und die niedrige Leitfähigkeit der Kunststoffmatrix bestimmt. Als Faustregel gilt, dass die maximal erzielbare Wärmeleitfähigkeit im Verbundwerkstoff um den Faktor 10 niedriger als die Leitfähigkeit der Zusatzstoffe ist. Daher lassen sich bei mit Al2O3 gefüllten Verbundwerkstoffen nur maximal 2 W/m*K erzielen. Wärmeleitfähige Bornitridfüllstoffe von 3M™ hingegen können bei guten Verarbeitungseigenschaften mehr als 15 W/m*K erzielen. Hexagonales Bornitrid (hBN) bildet die Grundlage für Bornitridfüllstoffe und hat eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 400 W/m*K (in-plane). Die hohe Wärmeleitfähigkeit von 3M™ Bornitrid Cooling Filler wird darüber hinaus durch das hohe Aspektverhältnis der Bornitridpartikel unterstützt (ca. 1 : 30). Damit sind Wärmeleitungspfade selbst bei geringen Konzentrationen möglich. So kann z. B. selbst bei einem Füllstoffanteil von of <30 Vol.-% eine Wärmeleitfähigkeit von >5 W/mK erzielt werden.

Elektrische Isolierung

Hohe Isolierfähigkeit und Durchschlagspannungen gehören zu den Grundanforderungen an Verbundwerkstoffe für den Einsatz in der Elektronik. Bei der Verwendung von elektrisch leitenden Zusatzstoffen wie Grafit können die notwendigen Werte nur mit zusätzlichen Isolierungsschichten erzielt werden. Diese Schichten stellen jedoch auch eine zusätzliche Wärmestrombarriere dar. Mit 3M™ Bornitrid Cooling Filler gefüllte Verbundwerkstoffe erhöhen die elektrischen Isolationseigenschaften von Basispolymeren, ohne dass weitere Zusatzstoffe benötigt werden.

3M™ Bornitrid Cooling Filler für Systeme mit optimalem Preis-Leistungs-Verhältnis

Reduzierte Gesamtkosten für elektronische Bauteile

Die funktionale Integration von Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Isolierung vereinfacht Verfahren und Systeme. Maßgeschneiderte Konzepte und der Einsatz von Kunststoff-Verarbeitungsvarianten bedeuten geringere Systemkosten.

Nicht abrasive Verarbeitung

Trockenlaufeigenschaften und geringe Härte (1 - 2 auf der Mohs-Skala) der 3M™ Bornitrid Cooling Filler sorgen selbst bei höchsten Füllraten für eine nicht abrasive Verarbeitung. Im Gegensatz dazu kann sich durch herkömmliche wärmeleitfähige Füllstoffe die Härte auf bis zu 9 auf der Mohs-Skala erhöhen. Die Folgen solcher Füllstoffe, d. h. erhöhter Verschleiß an Werkzeugen und Verarbeitungsmaschinen sowie mangelhafte Prozessstabilität, werden oft erst bei der Serienproduktion deutlich. Die dadurch entstehenden Kosten übersteigen oft beim Rohmaterial erzielte Einsparungen.

Geringe Compoundierkosten

Die wärmeleitfähigen 3M™ Bornitrid Cooling Filler Platelets 15/400 von 3M™ wurden für die Schneckenextrusion entwickelt, die eine hohe Produktionseffizienz und einen konstanten Prozessablauf ermöglicht. Aufgrund der hohen Schüttdichte und Rieselfähigkeit wird außerdem die Staubbildung verhindert. Bei Füllraten von über 30 Vol.-% sind diese Eigenschaften für Prozesskosten und -stabilität entscheidend. Im Vergleich zu anderen, nicht schmierenden Füllstoffen wird bei der Extrusion deutlich weniger Energie verbraucht und somit erhebliche Kosten gespart.

Kombination mit Sekundärfüllstoffen

Aufgrund der geringen Mindestfüllrate bei Verwendung von wärmeleitfähigen Bornitridfüllstoffen von 3M™ kann es von Compound-Entwicklern bei Bedarf mit Sekundärfüllstoffen kombiniert werden. Dadurch lassen sich ggf. Rohmaterialkosten einsparen. So lassen sich z. B. Eigenschaften wie mechanische Festigkeit durch den Zusatz von Glasfasern erzielen.

Kurze Abkühlzeiten

Die extrem hohe Wärmeleitfähigkeit von mit Bornitrid gefüllten Thermoplasten kann zu kürzeren Abkühlzeiten der Spritzgusswerkzeuge führen. Es konnten Zeiteinsparungen im Produktionszyklus von insgesamt >30 % erzielt werden. Die hervorragenden Erwärmungs- und schnellen Abkühlungseigenschaften lassen sich beim Compoundieren ebenfalls wirtschaftlich anwenden.

Umwelt und Sicherheit

Die in den 3M™ Bornitrid Cooling Filler verwendeten Bornitridpulver (alle Typen) sind entsprechend der REACH-Verpflichtungen der EG-Verordnung 1907/ 2006 registriert (Registrierungsnummer siehe MSDS). Die Produkte enthalten keine der auf der SVHC-Liste (Kandidatenliste) aufgeführten Substanzen in einer Konzentration von > 0,1 % (w/w).

Bornitrid ("weißer Grafit") als Isolator und Wärmeleiter

Hexagonales Bornitrid

Hexagonales Bornitrid (hBN) wird synthetisch aus Melamin und Borsäure hergestellt. In einem zusätzlichen Hochtemperatur-Glühverfahren entsteht eine Plättchenstruktur, die mit der von Grafit vergleichbar ist. Dadurch erklären sich auch die vorteilhaften Eigenschaften wie hohe Wärmeleitfähigkeit und Schmierwirkung durch Schichtverschiebung. Im Gegensatz zu Grafit ist Bornitrid jedoch reinweiß und elektrisch isolierend.

3M™ Bornitrid Cooling Filler Platelets 15/400 - die Lösung für wärmeleitfähige Verbundwerkstoffe

3M™ Bornitrid Cooling Filler Platelets 15/400 sind ein einfacher und prozesssicherer Zusatzstoff, der eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 15 W/m*K ermöglicht. Nicht agglomerierte hBN-Produkte lassen sich aufgrund ihrer niedrigen Schüttdichte und mangelnden Rieselfähigkeit bei der Compoundierung nicht mit der notwendigen Prozesssicherheit wirtschaftlich verarbeiten. Bei Füllraten > 20 Vol.-% bestimmt in der Regel das Förderverhalten die Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Wärmeleitfähige 3M™ Bornitrid Cooling Filler Platelets 15/400 sind hoch agglomeriert und zeichnen sich durch hervorragende Rieselfähigkeit und hohe Schüttdichte aus, was außerdem Probleme in Verbindung mit Staubbildung verhindert. Selbst Füllraten von 50 % lassen sich mit wirtschaftlichen Verarbeitungsmengen und Prozesssicherheit in herkömmlichen Extrusionssystemen verwenden. Die Agglomerate lösen sich selbst bei Einsatz geringer Scherkräfte in der Polymerschmelze in ca. 15 μm große Einzelplättchen auf, die zum Erzielen einer hohen Wärmeableitung notwendig sind. Selbst bei Füllraten von > 50 % lässt sich eine gute Verteilung erzielen. Bei üblichen Mischrezepturen ist eine einfache gravimetrische Seitendosierung ausreichend.

3M™ Bornitrid Cooling Filler Platelets

3M Technical Ceramics bietet 3M™ Bornitrid Pulver mit hochkristallinen Einzelplättchen für Thermal-Management-Anwendungen an. Dank ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit sind die 3M™ Bornitrid Cooling Filler Platelets eine wirtschaftlichere Alternative zu Füllstoffen auf Metall- und Oxidbasis.

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