Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
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Elektrische Leitfähigkeit

Die meisten Kunststoffe zeigen ausgeprägte Isolationseigenschaften. Eine Möglichkeit Kunststoffe leitfähig auszurüsten, ist das Einmischen von elektrisch leitfähigen Füllstoffen oder Additiven in die Kunststoffmatrix. Beim Überschreiten einer Grenzkonzentration (Perkolationsschwelle) tritt ein plötzliches und mit weiterer Konzentrationserhöhung stetiges Anwachsen der elektrischen Leitfähigkeit auf.

Wir unterstützen Sie bei Fragestellungen und Untersuchungen bezüglich

  • Gleichstromleitfähigkeit (DC) bei hohen und niedrigen Impedanzen
  • Frequenzabhängige Leitfähigkeit (AC)
  • Inline-Leitfähigkeitsmessungen in der Kunststoffverarbeitung
  • Rheo-elektrische Messungen
  • Komplexe dielektrische Permittivität
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Polymere sind in der Regel elektrisch gut isolierend, d. h. sie haben eine extrem geringe Leitfähigkeit. Aus der Umgebung eingefangene Ladungen können sehr lange im Material verweilen, ohne abzufließen; es lädt sich elektrisch auf. Die Materialoberfläche, die in unmittelbarem Kontakt zur Umgebung steht und von dort z. B. mit Feuchte beaufschlagt werden kann, wird u. U. eine vom Materialinnern deutlich abweichende Leitfähigkeit aufweisen. Es muss daher zwischen Oberflächen- und Volumenleitfähigkeit unterschieden werden. Schon geringe Verunreinigungen wie Fingerabdrücke können die Leitfähigkeit um Größenordnungen ändern. Daher ist bei der Messung höchste Sorgfalt bei der Probenvorbereitung und der Kontrolle der Messumgebung notwendig. Daneben sind hochempfindliche Messgeräte Voraussetzung für zuverlässige Messungen.

  • Messung der Gleichstromleitfähigkeit nach ASTM D257
  • Vierpunktmessung für hohe Leitfähigkeiten
  • Zugeschnittene Messungen für verschiedene Prüfkörper und Probengeometrien

Geräteparameter:

Temperatur:   Raumtemperatur (Normklima)

Leitfähigkeit:   10-16 S/cm - 10-7 S/cm

Die dielektrischen Eigenschaften eines Stoffes sind mit der induzierten Polarisation, der Orientierungspolarisation sowie der Ladungsträgerbeweglichkeit im elektrischen Feld verknüpft. In Polymeren wird die Orientierung molekularer Dipole im elektrischen Wechselfeld (oder nach Ein- bzw. Ausschaltvorgängen) durch die molekulare Beweglichkeit der Kettenmoleküle und der Polymergruppen bestimmt. Neben der Untersuchung von Relaxationsvorgängen kann die dielektrische Spektroskopie Informationen über die Beweglichkeit freier Ladungsträger und Polarisationsvorgänge an Grenzflächen liefern. Die Messgrößen sind der Real- und der Imaginärteil der komplexen dielektrischen Funktion bzw. die komplexe Wechselstromleitfähigkeit.

  • Temperatur- und frequenzabhängige Messungen des Real- und Imaginärteils der dielektrischen Funktion bzw. der AC-Leitfähigkeit (oder des Verlustwinkels)
  • Isotherme Messung des Real- und Imaginärteils der dielektrischen Funktion (z. B. bei Härtungsvorgängen)
  • Messung der Permittivität und des Verlustfaktors

Geräteparameter:

Frequenzbereich:        10-4 Hz bis 107 Hz

Temperaturbereich:    -150 °C bis 400 °C

Bei der Inline- bzw. Online-Prozesskontrolle wird der Produktstrom kontinuierlich und in Echtzeit, hinsichtlich ausgewählter Kontrollparameter untersucht. Für Online-Anordnungen wird dabei vom eigentlichen Materialfluss ein Seitenstrom für die Messungen abgezweigt. Dieser wird später entweder verworfen oder wieder dem Hauptstrom zugeführt. Bei der Inline-Messtechnik erfolgt die Messung im Hauptstrom.

Für die Prozesskontrolle beim Compoundieren und Spritzgießen wurden zugeschnittene DC- und AC-Messverfahren entwickelt.

Für das Compoundieren und die Extrusion steht eine Messdüse mit innenliegenden Elektroden zur Verfügung. Für die Material- und Prozessoptimierung im Spritzgießprozess steht eine Spritzgießform für Standard-Prüfstäbe bereit, in der Elektroden angussnah, angussfern und mittig eingebaut sind.

Zugeschnittene Elektrodengeometrien für Ihren Kunststoffverarbeitungsprozess können von uns entwickelt werden.

Geräteparameter:

Temperatur:    bis 450 °C

Druck:            bis 1500 bar

Leitfähigkeit:   > 10-10 S/cm

Zur Untersuchung des Einflusses der thermo-mechanischen Vorgeschichte von Kunststoffschmelzen oder reaktiven Harzen mit leitfähigen Füllstoffen auf die elektrische Leitfähigkeit werden Messungen in einem Rheometer durchgeführt.

Hierbei werden spezielle Messgeometrien eingesetzt, die sowohl eine mechanische Scherung erzeugen als auch die Messung der elektrischen Leitfähigkeit erlauben.

 

 

Geräteparameter:

Temperaturbereich:    -150 °C bis 300 °C

Frequenzbereich:        0.001 Hz bis 30 Hz

Leitfähigkeit:              > 10-10 S/m

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