Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Entwicklung von Schaltungsträgern auf der Grundlage biobasierter Harze; Teilvorhaben 2: Materialoptimierung biobasierter Epoxidharze

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
14476 Potsdam
Geiselbergstr. 69
Kontakt
Dr. rer. nat. Gunnar Engelmann
Tel: +49 331 568-1210
E-Mail: gunnar.engelmann@iap.fraunhofer.de
FKZ
22012110
Anfang
01.02.2013
Ende
30.04.2015
Aufgabenbeschreibung
Hauptziel des geplanten Forschungsvorhabens ist es einen Weg aufzuzeigen, der die Herstellung von Leiterplatten auf Basis biobasierter Epoxidharze beschreibt. Teilvorhaben 2 beschäftigt sich mit der Optimierung des dafür erforderlichen Harzsystems. Ausgehend von epoxidierten Pflanzenölen ist durch Additivierung mittels phosphorhaltiger Verbindungen sicher zu stellen, dass das Abbrennverhalten ohne halogenhaltige Substanzen den entsprechenden Anforderungen genügt. Dadurch würde sich ein enormer Vorteil im Bereich der Entsorgung realisieren lassen, da das Material nicht mehr als Sondermüll einem speziellen, teuren Verbrennungsprozess unterworfen werden muss. Die biobasierten Epoxidharze sind durch Kombination mit geeigneten Härtern so zu optimieren, dass deren Anwendungen unter den für Prepregs typischen Bedingungen ausreichend lange Lagerungszeiten erlauben. Glasfasergewebe werden in mehreren Lagen mit diesen biobasierten Epoxidharzen getränkt, mit Kupferfolie Kaschiert, gelagert und anschließend unter Anwendung von Druck und Temperatur zu den entsprechenden Platinen verarbeitet. Alle Materialzwischenstufen sowie die Eigenschaften der Endprodukte sind detailliert zu charakterisieren und aus der Vielzahl an Informationen aussagekräftige Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abzuleiten.
Ergebnisdarstellung
Ziel war es, biobasierte Harze für die Herstellung von Schaltungsträgern zu optimieren. Im Vordergrund stand die Substitution der bisher in der Leiterplattenfertigung verwendeten petrobasierten Epoxidharze. Drei der vier untersuchten Harzsysteme erfüllten die technischen Anforderungen nicht. Eine Harz-Rezeptur basierend auf epoxidiertem Leinöl erfüllte die Anforderungen hinsichtlich der geforderten Glasübergangstemperatur größer 130°C und der Wärmebeständigkeit beim Reflow-Löten. Beim betreffenden Harzsystem der Derivate epoxidierter Pflanzenölpolyole und Vernetzung mit Polyisocyanaten wurden insbesondere durch Einsatz von Reaktivverdünnern, Rezepturoptimierungen und maßgeschneiderten Pflanzenölpolyolen im Zusammenspiel mit aromatischen Polyisocyanaten die geforderten technologischen Anforderungen sogar übertroffen. Als Flammschutzmittel wurden aus der Gruppe der phosphororganischen Verbindungen Exolit OP 560 sowie das Aluminiumhydroxid Apyral 20X ausführlicher getestet. Die Brenndauer der Prüfkörper verkürzte sich mit zunehmenden Gehalten an Flammschutzmitteln. In allen Fällen sind die gemessenen Zeiten jedoch länger als 30 s, wodurch die Klassifizierung V2 nicht erreicht wurde. Das Harzsystem wurde hinsichtlich der Eignung und Übertragbarkeit in einen industriellen Fertigungsprozess beurteilt. In seiner Rohform ist die Viskosität des Harzes zu hoch. Da das Harzsystem verträglich ist mit üblicherweise eingesetzten Lösungsmitteln kann die Viskosität des Harzsystems eingestellt werden. Limitierend für den industriellen Einsatz sind die Gelzeiten von nur 68 s bei 130°C. Üblich sind Gelzeiten von 150-250 s bei 170°C. Längere Gelzeiten lassen sich durch eine Anpassung im Katalysatorsystem erreichen. Die Topfzeiten sind für den industriellen Einsatz ebenfalls zu kurz. Hier sind weitere Optimierungen notwendig, um ein praktikables Verarbeitungsfenster gewährleisten zu können. Im Vorhaben wurde außerdem eine Umweltbewertung des biobasierten Harzes durchgeführt.

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