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 Epoxid-Gießharze durch hohe Glasübergangstemperaturen, gute mechanische Stabilität, gute elektrische Eigenschaften und eine hervorragende chemische Beständigkeit aus. Durch die extreme Härte von Epoxiden kann es zu mechanischen und thermischen Spannungen führen, diese gehen häufig auch mit einer gewissen Sprödigkeit einher. Die grundlegende Sprödigkeit kann durch eine geeignete Formulierung zurückgedrängt werden, jedoch meist nicht komplett vermieden werden.

Bei der Verarbeitung (üblicherweise als 2K-System) wird zwischen kalt- und heißhärtenden Systemen unterschieden. Zahlreiche Eigenschaften der Epoxide können durch den Einsatz verschiedener Additive, Füllstoffe und anderer Zuschlagstoffe gezielt beeinflusst werden. Besonders der Wahl des Härters und den Härtungsbedingungen kommt eine besondere Bedeutung für die gewünschten Merkmale zu.

Anzutreffen sind Epoxide nicht nur bei Gießharzen, sondern auch in Beschichtungen, Klebstoffen, Lacken und als Konstruktionsmaterial, zum Beispiel in Kombination mit Fasern als Faserverbundswerkstoffe.

Im Vergleich mit Polyurethanen sind Epoxidharze weniger empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Wasser. Geöffnete Gebinde können nach Gebrauch wieder verschlossen und ohne Qualitätsverlust weiterhin verwendet werden.

Grundsätzlich sind für hohe Glasübergangtemperaturen (100-160°C) hohe Aushärtungs-temperaturen von 50°C oder mehr erforderlich. Um die thermische Spannung zu verhindern, kann die Aushärtung auch in mehrstufigen Profilen, durch die sogenannte Temperung, erreicht werden. Der Aufbau von Epoxiden erfolgt primär aus Bisphenol A/F (Abb. 1).

Kalthärtende Epoxidharz-Systeme resultieren aus dem Einsatz von aliphatischen Aminen als Härter (Abb. 2).

Während der Härtung wird viel Wärme freigesetzt, sodass hohe Temperaturen in der Masse erreicht werden. Um eine Beschädigung empfindlicher Elektronikbauteile zu vermeiden, müssen große Vergussvolumina in mehreren Arbeitsgängen vergossen werden. Härter auf Basis von aliphatischen Aminen sind in der Regel niederviskose Flüssigkeiten. Cycloaliphatische Amine besitzen eine geringere Reaktivität gegenüber der Epoxidgruppe als aliphatische Amine, sodass Katalysatoren bzw. erhöhte Temperaturen für eine vollständige Härtung notwendig sind.

Die Verarbeitung als 1K-System stellt eine Ausnahme dar. Hierbei handelt es sich um außergewöhnlich reaktionsträge 2K-Systeme, bei denen Harz und Härter bereits im Vorfeld vermischt wurden. Die Härtungsreaktion läuft erst bei erhöhter Temperatur ab. Aus diesem Grund ist die Lagerung von 1K-Epoxidsystemen bei niedrigen Temperaturen unabdingbar, ebenso wie die zügige Verarbeitung sobald die Masse einmal erwärmt wird.

Die Härtung von Epoxidharzen mit Carbonsäureanhydriden oder Dicyanamid kann nur unter hohen Temperaturen durchgeführt werden, weswegen sie zu den heißhärtenden Systemen gehört. Chemisch gesehen reagiert während der Härtung eine Hydroxyl-Gruppe mit einem Carbonsäureanhydrid zu einem Halbester. Im zweiten Schritt reagiert nun der Halbester mit einer Epoxidgruppe zu einem Diester (Abb 3).

Besonders bei heißhärtenden Systemen wird eine gesteigerte Temperaturbeständigkeit von Epoxidharzen erzeugt.

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