Mess- und Simulationsverfahren für das thermische Verhalten spritzgegossener wärmeleitfähiger Kunststoffe

Für die Bestimmung der thermischen Eigenschaften von anisotropen, wärmeleitfähigen Kunststoffen stehen mehrere standardisierte Messverfahren zur Verfügung, welche allerdings die Füllstofforientierung und somit die Richtungsabhängigkeit der thermischen Eigenschaften nicht ausreichend berücksichtigen. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit zunächst auf Basis des Transient-Hot-Bridge-Verfahrens eine neue Messroutine entwickelt, die es ermöglicht die anisotrope Compoundwärmeleitfähigkeit unter Berücksichtigung der Füllstofforientierung zu bestimmen.

Des Weiteren wird ein thermisches Modell entwickelt, um erstmals die thermische Belastung von Spritzgießteilen aus anisotropem, wärmeleitfähigem Kunststoff zuverlässig vorherzusagen. In diesem Modell werden die mit der neuen THBMessroutine bestimmten anisotropen Compoundwärmeleitfähigkeiten mit den Ergebnissen der Füllstofforientierungsberechnung einer Spritzgießsimulation gekoppelt und dadurch die lokalen thermischen Eigenschaften des Spritzgießteils bestimmt. Diese Informationen werden in einer Finite-Elemente Simulation berücksichtigt und ermöglichen somit die Berechnung der inhomogenen thermischen Bauteileigenschaften von Spritzgießteilen aus anisotropem, wärmeleitfähigem Kunststoff.

Die Bewertung des neu entwickelten thermischen Modells zur Auslegung von spritzgegossenen Bauteilen aus wärmeleitfähigem Kunststoff wird an einer Platte mit Bindenaht und an zwei Rippenkühlkörpern mit variierendem Anspritzpunkt durchgeführt. Dabei werden die berechneten Ergebnisse mit dem in dieser Arbeit neu entwickelten transienten Infrarot-Thermografie Messverfahren verglichen, mit dem erstmals die lokalen, anisotropen thermischen Bauteileigenschaften mit einer Messung über große Flächen bestimmt werden können.