Kunststoffbasierte Leichtbauverbunde für Fahrzeuge Teilthema: Leitfähige Folien und Beschichtungen für funktionalisierte Kunst¬stoff- und Leichtbauteile

In diesem gemeinsam mit dem Fachgebiet Kunststofftechnik der TU Ilmenau durchgeführten Projekt wurden am TITK die Themenkomplexe leitfähige Folien und Beschichtungen für funktionalisierte Kunststoff- und Leichtbauteile und Wabenverbunde für Leichtbauanwendungen bearbeitet. In erstgenanntem Teilprojekt sollten ganzflächig oder strukturiert leitfähige Folien erzeugt und in Leichtbauteile z.B. durch Hinterspritzen integriert werden, wodurch zusätzliche elektronische Funktionen realisiert können werden. Die Substitution eines Teils der metallischen Leitungen durch leichtere, nichtmetallische Leiter eröffnet ein beträchtliches Potenzial zur Gewichtsreduktion. Neben der Einsparung von Gewicht kann man dadurch auch den Bauraum reduzieren.

Ergebnisse

Leitfähige Folien wurden durch Extrusion leitfähiger Polypropylen-Ruß-Komposite, durch Rolle zu Rolle Beschich-tung von Folien mit einer leitfähigen Dispersion und durch inkjet-Druck von metallischen Nanopartikeltinten (Ag, Cu), die durch thermisches oder fotonisches Sintern leitfähig gemacht werden, hergestellt. Die Oberflächenwider-stände der aus Nanopartikeln erzeugten metallischen Schichten betragen je nach Schichtdicke zwischen 0,02 Ω und 1 Ω bei einer Leitfähigkeit bis 2 105 S/cm. Die so gedruckten Leiterbahnen sind in gewissen Grenzen flexibel und thermisch verformbar.

Leitfähige Polypropylen-Ruß-Folien erreichen Leitfähigkeiten bis 5 S/cm und beschichtete Folien Oberflächenwi-derstände von 15 Ω. Durch Hinterspritzen mit Polypropylen oder Polycarbonat konnten Kunststoffbauteile mit einer ganzflächig leitenden Oberfläche bzw. mit metallischen Leiterbahnen erzeugt werden.

Anwendung

Mit den leitfähigen Folien lassen sich z.B. Flächenheizungen, Antennen, Abschirmungen, Leiterbahnen für Elek-tronikkomponenten (Sensoren, Beleuchtung) in die Leichtbauteile integrieren, wodurch z.B. Teile des Kabelbaums substituiert werden können. So konnten in Polypropylen-Platten, welche durch Folienhinterspritzen eine leitende Oberfläche erhielten, mit einer Spannung von 12 Volt je nach Oberflächenwiderstand Temperaturen von 40°C bis 85°C erzeugt werden. Einige der Schichten zeigen PTC-Verhalten, was eine Selbstbegrenzung der Leistungsaufnahme mit steigender Temperatur bewirkt.

Eine mit Nanopartikeln gedruckte UHF-Antenne zeigt eine deutliche Resonanz bei 360 MHz.