Epoxid-Gießharze

Epoxid-Gießharze

Epoxide stellen eine wichtige Klasse von Elektronikgießharzen dar. Klassische Anwendungen sind der Verguss von Motoren, Spulen, elektronischen Bauelementen, Feststofftransformatoren und Langstabisolatoren im Hochspannungsleitungsbau. Im ausgehärteten Zustand zeichnen sich Epoxidgießharze durch hohe Glasübergangstemperaturen, gute mechanische Stabilität, gute elektrische Eigenschaften, eine hervorragende chemische Beständigkeit aber auch große Härte aus. Diese kann zu mechanischen und thermischen Spannungen führen und geht häufig auch mit einer gewissen Sprödigkeit einher. Die grundlegende Sprödigkeit kann durch eine geeignete Formulierung zurückgedrängt werden, in den meisten Fällen aber nicht komplett vermieden werden. Anzutreffen sind Epoxidharze nicht nur bei Gießharzen, sondern auch in Beschichtungen, Kleberstoffen, Lacken und als Konstruktionsmaterial, auch in Kombination mit Fasern als Faserverbundswerkstoffe. Verarbeitet werden Gießharze auf Basis von Epoxiden üblicherweise als 2K-Systeme, wobei zwischen kalthärtenden und heißhärtenden Systemen unterschieden wird. Viele Eigenschaften der Epoxide können wie bei Polyurethanen durch Einsatz verschiedener Additive, Füllstoffe und anderer Zuschlagstoffe gezielt beeinflusst werden. Insbesondere kommt der Wahl der Härterverbindungen aber auch der Wahl der Härtungsbedingungen bei Epoxiden eine besondere Bedeutung für die gewünschten Eigenschaften zu.

1K-Systeme sind die Ausnahme. Bei Ihnen handelt es sich um besonders reaktionsträge 2K-Systeme, bei denen Harz und Härter bereits im Vorfeld vermischt wurden und die Härtungsreaktion erst bei erhöhter Temperatur abläuft. Aus diesem Grund müssen 1K-Epoxidsysteme bei niedrigen Temperaturen gelagert werden und einmal erwärmt ist eine zügige Verarbeitung unabdingbar.

Insgesamt lässt sich sagen, dass Epoxide eine etwas geringere Variabilität der erreichbaren Eigenschaftsprofile aufweisen, wenn man sie mit Polyurethanen vergleicht.

Verglichen mit Polyurethanen sind Epoxidharze weniger empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Wasser. Geöffnete Gebinde können nach Gebrauch einfach wieder verschlossen werden, ohne dass die Produktqualität in Mitleidenschaft gezogen wird.

Der Aufbau von Epoxiden erfolgt primär aus Bisphenol A/F (Abb. 1, BPF: R=H, BPA: R=F).

Kalthärtende Epoxidgießharz-Systeme werden erhalten, wenn aliphatische Amine als Härter eingesetzt (Abb. 2) werden. Dabei wird während der Härtung viel Wärme freigesetzt, sodass mitunter hohe Temperaturen in der Masse erreicht werden. Aus diesem Grund müssen großen Vergussvolumina in mehreren Arbeitsgängen vergossen werden, um eine Beschädigung empfindlicher elektronischer Bauteile zu vermeiden. Härter auf Basis von aliphatischen Aminen sind in der Regel niederviskose Flüssigkeiten. Cycloaliphatische Amine besitzen eine geringere Reaktivität gegenüber der Epoxidgruppe als aliphatische Amine, so dass Katalysatoren bzw. erhöhte Temperaturen für eine vollständige Härtung notwendig sind.

Verglichen mit Polyurethanen sind Epoxidharze weniger empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Wasser. Geöffnete Gebinde können nach Gebrauch einfach wieder verschlossen werden, ohne dass die Produktqualität in Mitleidenschaft gezogen wird.

Der Aufbau von Epoxiden erfolgt primär aus Bisphenol A/F (Abb. 1, BPF: R=H, BPA: R=F).

Kalthärtende Epoxidgießharz-Systeme werden erhalten, wenn aliphatische Amine als Härter eingesetzt (Abb. 2) werden. Dabei wird während der Härtung viel Wärme freigesetzt, sodass mitunter hohe Temperaturen in der Masse erreicht werden. Aus diesem Grund müssen großen Vergussvolumina in mehreren Arbeitsgängen vergossen werden, um eine Beschädigung empfindlicher elektronischer Bauteile zu vermeiden. Härter auf Basis von aliphatischen Aminen sind in der Regel niederviskose Flüssigkeiten. Cycloaliphatische Amine besitzen eine geringere Reaktivität gegenüber der Epoxidgruppe als aliphatische Amine,so dass Katalysatoren bzw. erhöhte Temperatur für eine vollständige Härtung notwendig sind.

Die Härtung von Epoxidharzen mit Carbonsäureanhydriden oder Dicyanamid kann nur in der Wärme durchgeführt werden, weswegen sie zu den heißhärtenden Systemen gehören. Chemisch gesehen reagiert während der Härtung eine Hydroxyl-Gruppe (OH-Gruppe) mit einem Carbonsäureanhydrid zu einem Halbester. In einem zweiten Schritt reagiert der Halbester mit einer Epoxid-Gruppe zu einem Diester (Abb 3).

Grundsätzlich sind für hohe Glasübergangtemperaturen (100-160°C) hohe Aushärtungs-temperaturen von 50°C (und darüber) erforderlich, die um thermische Spannung zu verhindern, auch in mehrstufigen Härtungsprofilen erreicht werden können (Temperung).

Beide Härtungsarten führen im Vergleich zu Polyurethanen zu gesteigerten eine gesteigerten Temperaturbeständigkeiten, wobei dies bei heißhärtenden Typen besonders der Fall ist.