Darstellung der Faserverteilung im Querschnitt einer Platte (Bild: Kunststoff-Institut Lüdenscheid)
08.07.2026 Leitfähigkeit bis zur Oberfläche
Leitfähige Kunststoffe bieten großes Potenzial für EMV-Anwendungen, da sie die Vorteile von Polymeren mit elektrischer Leitfähigkeit vereinen. Trotz guter Leitfähigkeit im Bauteilinneren stellt jedoch der hohe Oberflächenwiderstand eine zentrale Herausforderung dar. Aktuelle Forschungsansätze des Kunststoffinstituts Lüdenscheid zielen darauf ab, diese Schwachstelle durch innovative Materialkombinationen und Additive gezielt zu überwinden.
Kunststoffe bieten gegenüber rein metallischen Werkstoffen viele Vorteile, insbesondere hinsichtlich geringerer Fertigungskosten, Gewichtsreduktion sowie nachhaltiger Aspekte wie CO₂-Bilanz, Recyclingfähigkeit und niedrigerer Verarbeitungstemperaturen. Vor diesem Hintergrund wird der Einsatz leitfähiger Kunststoffe für Anwendungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) bereits seit mehreren Jahren intensiv diskutiert.
Grundsätzlich lassen sich mit leitfähigen Kunststoffen sehr gute elektrische Eigenschaften erzielen. Eine zentrale Herausforderung stellt jedoch der vergleichsweise hohe Oberflächenwiderstand dar. Insbesondere bei Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen, die im Spritzgießverfahren hergestellt werden, entsteht eine charakteristische Mehrschichtstruktur. Dabei ist die äußere Randschicht häufig von der polymeren Matrix dominiert, während sich leitfähige Fasern und Partikel überwiegend im Kernbereich zu einem leitfähigen Netzwerk anordnen.
Für viele EMV-Anwendungen ist diese inhomogene Leitfähigkeitsverteilung eine kritische Barriere. Wird beispielsweise ein Gehäuse aus Deckel und Grundkörper gefügt, kann die reduzierte Leitfähigkeit der Oberflächen zu EMV-Leckagen führen. Infolgedessen können elektromagnetische Wellen trotz guter Gesamtleitfähigkeit des Materials nahezu ungehindert in das Gehäuse eindringen.
Im Rahmen von drei Verbundprojekten wurden daher unterschiedliche Materialsysteme untersucht. Hierbei kamen diverse Kunststoffe in Kombination mit leitfähigen Fasern wie Stahl, Carbon sowie vernickelten Carbonfasern zum Einsatz, ergänzt durch Additive wie Leitruß, Carbon-Nanostrukturen und Kupfer-Silber-Hybridpartikel. Die Ergebnisse belegen eine hohe Leitfähigkeit im Inneren der Bauteile. Der dominierende Einfluss der weniger leitfähigen Randschichten konnte jedoch in allen untersuchten Materialkombinationen nachgewiesen werden.
Im aktuellen Verbundprojekt „EMV 4“ verfolgt die Projektgruppe daher einen innovativen Ansatz: den Einsatz niedrig schmelzender Metalllegierungen als Additive im Compoundierprozess. Diese Metalle zeichnen sich dadurch aus, dass sie bereits bei Temperaturen um 190 °C schmelzen und ein nahezu newtonsches Fließverhalten annehmen. Aufgrund ihrer hohen Fließfähigkeit können sie während des Spritzgießprozesses verstärkt auch die Randschicht erreichen und dort zur Ausbildung eines durchgängigen leitfähigen Netzwerks beitragen. Das Ergebnis ist ein homogen leitfähiger Hybridcompound.
Erste Untersuchungen zeigen äußerst vielversprechende Ergebnisse. So konnte bei einem carbonfaserverstärkten Polyamid-Compound die Leitfähigkeit der Randschicht um den Faktor fünf gesteigert werden. Gleichzeitig blieb die Leitfähigkeit über den gesamten Querschnitt bis in den Kern nahezu konstant. Im weiteren Verlauf des Projekts werden zusätzliche Faserwerkstoffe und Kunststoffmaterialien hinsichtlich dieses Ansatzes untersucht. Darüber hinaus befasst sich die Projektgruppe mit konstruktiven Fragestellungen, z.B.der Integration von EMV-Dichtungen durch Metalldirekteinspritzen.
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