Die Verkehrsindustrie durchläuft derzeit einen revolutionären Wandel, der auf die Reduzierung der Kohlenstoffemissionen abzielt und unter dem Akronym CASE (Connected, Autonomous, Shared, Electrification) bekannt ist.

Dieser Wandel wird weitgehend durch das schnelle Wachstum von Elektrofahrzeugen vorangetrieben. Die Elektrifizierung umfasst die Integration neuer Hardware in Fahrzeugen, darunter Energiespeicher wie Batterien und Batteriemanagementsysteme (BMS), Leistungselektronik wie Wechselrichter, Umrichter, On-Board-Ladegeräte (OBC) und Plug-in-Technologie sowie Elektromotoren (E-Motoren).

Darüber hinaus trägt die Verwendung von wärmeleitenden Materialien wie Klebstoffen, Füllstoffen und Gelen entscheidend zur Elektrifizierung des Antriebsstrangs bei. Bei diesen Entwicklungen geht es vor allem darum, langfristige Zuverlässigkeit, Kosteneffizienz und eine optimale Leistung zu gewährleisten. Dowsil TC-4530 CV wurde entwickelt, um diese besonderen Anforderungen der Industrie zu erfüllen.

Silikon ist die optimale Technologie für hohe Wärmeleitfähigkeit

Der aktuelle Trend geht in Richtung einer höheren Wärmeleitfähigkeit (TC) bei Materialien für thermische Schnittstellen (TIM). Silikon entwickelt sich zur optimalen Chemie, um Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit von bis zu 15 W/m.K zu erreichen. Dies ist auf seine geringere Oberflächenenergie zurückzuführen, die eine bessere Benetzung, eine schnellere Dosierung und eine einfachere Einbindung von hoch wärmeleitenden Füllstoffen ermöglicht.

Darüber hinaus führt die flexible Struktur des Silikons zu einem weicheren Material mit Vorteilen wie geringeren Auswirkungen von Vibrationen, geringerer Empfindlichkeit gegenüber niedrigen Temperaturen und längerer Lebensdauer. Darüber hinaus weist Silikon hervorragende Alterungseigenschaften mit minimalem oxidativem Abbau bei Betriebstemperaturen auf. Ein Spaltfüller aus Silikon weisen ein erhebliches Wachstumspotenzial bei Anwendungen in der Leistungselektronik auf.

Wichtigsten Eigenschaften des Dowsil™ TC-4530 CV Gap Filler

• Wärmeleitfähigkeit: 3 W/m.K
• Niedrige Dichte: 2,6 g/cm3
• Niedrige Viskosität: Teil A/B: 50/50 Pa.s @ 10 s-1
• Gute Verarbeitung: niedriger Dosierdruck, geringer Verschleiß
• Geringe Belastung bei der Montage - reduziertes Risiko von Bauteilschäden bei der Montage
• Geringer Anteil flüchtiger Siloxanbestandteile: < 100 ppm
• Lange Verarbeitungszeit bei 25°C: 60min
• Aushärtung bei Raumtemperatur: 18h*, kann durch Wärme beschleunigt werden
• Temperaturbeständigkeit bis zu 125°C, maximal 150°C

Wärmeleitfähigkeit

Die nach ASTM D5470 gemessene effektive Wärmeleitfähigkeit von TC-4530 CV bei einer Dicke von 1 mm beträgt 3 W/mK. Zusätzlich zu den anfänglichen Prüfungen der Wärmeleitfähigkeit wurden auch die Auswirkungen des beschleunigten Alterungstests untersucht. Nach 12 Wochen Wärme- und Feuchtigkeitsänderungen wurden keine statistisch signifikanten Veränderungen der Wärmeleitfähigkeitseigenschaften festgestellt.

Spannungsaufbau und technische Festigkeit

Der Spannungsaufbau bei der Montage wurde bestimmt, indem Dowsil TC-4530CV zwischen 2 Scheiben (mit einem Durchmesser von 40 mm und einem Spalt von 5 mm) mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s zusammengepresst wurde. Die Montagespannung wurde anhand der Kraft bei einem Spalt von 0,5 mm ermittelt. Dowsil TC-4530 CV zeigte sowohl im Vergleich zu anderen Dow Gap Fillers als auch zu Gap Fillers der Konkurrenten eine hervorragende Leistung.

Am Fraunhofer IFAM wurden nach einer 7-tägigen Aushärtung bei Raumtemperatur und 50 % Luftfeuchtigkeit Zugtests mit einer Kombination aus Aluminium- und PET-Folie durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten geringe Abzugskräfte im Bereich von 0,2 N/mm2. Zusätzliche interne Tests, einschließlich Variationen der Mischungsverhältnisse, wurden ebenfalls durchgeführt.

Flüchtige Bestandteile und Ausgasungen

Die Silikonemissionen für TC-4530 CV gemäß dem Test PV 3040 wurden nach einer 60-minütigen Inkubationszeit bei 145°C mittels Gaschromatographie (HS-GS) ausgewertet. Die Sekundäremissionen wurden nach einer 10-stündigen Lagerung des Materials bei derselben Temperatur gemessen, woraufhin die Konzentrationen flüchtiger Siloxane von D3 bis D9 bestimmt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass bei TC-4530 CV die Konzentration aller flüchtigen Siloxanarten selbst nach einer verlängerten Inkubationszeit von 10 Stunden unter der Nachweisgrenze von 1 ppmv blieb.

Hinsichtlich der Ausgasung wurde ein Drittanbietertest in einer Vakuumumgebung (< 5 x 10-5 Torr) gemäß ASTM E595 durchgeführt. Die Messungen wurden 24 Stunden lang bei 125°C durchgeführt. Der Gesamtmassenverlust (TML) wurde mit 0,14 % gemessen, und das gesammelte flüchtige kondensierbare Material (CVCM) wurde mit 0,06 % gemessen. Diese Ergebnisse entsprechen den Normen für Luft- und Raumfahrtanwendungen mit einem TML unter 1,00 % und einem CVCM unter 0,10 %, wie in MSFC-SPEC-1443 (NASA) festgelegt.

Alterung

Alterungsbedingungen zur Bewertung der Leistung von Dowsil™ TC-4530:

• Temperaturen: 80°C, 100°C, 120°C, 150°C
• Wärme-Feuchtigkeits-Alterung: 85°C/85%RV
• Temperaturzyklen: -40°C bis 125°C

Nach diesen Alterungsbedingungen:

• Die Wärmeleitfähigkeit blieb über den gesamten Zeitraum von 2000 Stunden stabil.
• Die Härte veränderte sich im gleichen Zeitraum nicht erheblich.
• Allerdings wurde bei 150°C und 85°C/85%RV ein leichter Anstieg der Härte beobachtet.

Nach 4000 Stunden blieb die Haftung in den meisten Tests stabil, nur bei einer Temperatur von 150°C wurden einige Veränderungen beobachtet. Ein leichter Anstieg der Haftung wurde bei 85°C/85%RV festgestellt. Die Durchschlagfestigkeit blieb über die 1000-stündige Testdauer konstant stabil. Dies verdeutlicht die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von Dowsil™ TC-4530 CV Gap Filler unter verschiedenen Umweltbedingungen und Alterungssituationen.

Schlussfolgerung

Die Entwicklung und der Einsatz fortschrittlicher Werkstoffe wie TC-4530 CV spielen eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung der Verkehrsbranche hin zu einer nachhaltigeren und effizienteren Zukunft. Indem sie die Anforderungen der Elektrifizierung erfüllen, wie z. B. verbesserte Wärmeleitfähigkeit, mechanische Stabilität und Alterungsbeständigkeit, tragen diese Werkstoffe dazu bei, die Ziele der Emissionsreduzierung und des Umweltschutzes in großem Umfang zu erreichen.

Es wird erwartet, dass die laufenden Innovationen bei Werkstoffen und Technologien auch in Zukunft zu weiteren Fortschritten im Verkehrsbereich beitragen werden, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung von Leistung, Effizienz und Nachhaltigkeit liegt.

Mit der zunehmenden Einführung und Verbreitung von Elektrofahrzeugen und der damit verbundenen Infrastruktur wird die Rolle fortschrittlicher Werkstoffe wie TC-4530 CV im Streben nach einer saubereren und umweltfreundlicheren Mobilität immer wichtiger werden.