Brandsicherheit und Umweltschutz – Ticona erfüllt strenge Umweltvorgaben

Ob in Fernsehern, Handys oder Waschmaschinen – technische Kunststoffe erlauben heute der Elektro- und Elektronik-Industrie (E&E) immer leistungsfähigere und kleinere Geräte herzustellen. „Doch zum Schutz von Menschenleben, Eigentum und Umwelt müssen diese Polymer-Komponenten höchste Brandsicherheit gewährleisten“, fordert Dr. Jürgen Troitzsch, Brandschutz-Experte aus Wiesbaden.

Themen im Überblick:

1. WEEE und RoHS – Richtlinien als Taktgeber für Innovationen
2. Celanex® XFR – Halogen- und Antimonfrei geschütztes PBT
3. Bleifreies Löten dank Vectra® LCP und Fortron® PPS  

1. WEEE und RoHS - Richtlinien als Taktgeber für Innovationen

Ab August 2005 gelten die neuen Recycling- und Umweltvorgaben. Händler und Hersteller sind dann zur Rücknahme von ausgedienten Elektro- und Elektronik-Geräten verpflichtet. Außerdem müssen ab Juli 2006 Produkte, die bromierte Flammschutzmittel enthalten, getrennt sortiert werden. Die getrennte Sammlung, Wiederverwertung oder Entsorgung von Elektroschrott geht zu Lasten der Hersteller. Um die entstehenden Mehrkosten zu vermeiden, setzt die E&E-Branche auf zukunftsfähige Lösungen: halogenfreie Flammschutzmittel-Systeme.

Die EU-Richtlinien haben die Entwicklung und Einführung neuer phosphorhaltiger Flammschutzmittel forciert: Durch salzartige, bis 350 Grad Celsius temperaturstabile und halogenfreie Verbindungen sind sie ideal für technische Kunststoffe im E&E-Sektor. Selbst besonders dünne Komponenten (ab 0,8 Millimeter) entsprechen damit den strengen Brandschutzanforderungen der amerikanischen Underwriters Laboratories (UL) 94 V-0. Phosphorhaltige Flammschutzmittel sind insbesondere zur Brandschutzausrüstung von Polyamiden sowie linearer Polyester geeignet. Ein Beispiel: Flammgeschütztes Polybutylenterephthalat (PBT) konnte bisher nur mit bromhaltigen Flammschutzmitteln ein technisch befriedigendes Eigenschaftsprofil erreichen. „Mit Hilfe von phosphorhaltigen Flammschutzmitteln ist es nun jedoch möglich, die hohen brandschutztechnischen Anforderungen ebenfalls für Steckverbinder, Leisten, Relais und elektronische Installationen zu erfüllen“, bestätigt Troitzsch.

Prüfungen für höchste Sicherheit
Im E&E-Bereich sind diese Komponenten aus Hightech-Polymeren nicht mehr wegzudenken. Sie machen modernste Entwicklungen oder Miniaturisierung erst möglich. Um dabei die Brandsicherheit der Materialien und Fertigteile zu gewährleisten, schreiben Normen verschiedene Prüfverfahren vor: So wird mit einem Bunsenbrenner das Entstehen eines Brandes oder mit Hilfe eines Glühdrahts ein defektes Teil im Gerät simuliert. Ziel dieser Tests: Realistische Bedingungen nachzustellen, wie sie beispielsweise durch eine offene Flamme, überhitzte Leitungen oder einen Kurzschluss entstehen. Eine wesentliche Rolle für mehr Sicherheit übernehmen dabei die Flammschutzmittel. Ihre Aufgabe ist es, einen Brand zu verhindern oder so lange wie möglich zu verzögern.

Keine Chance für Flammen
Flammschutzmittel wirken chemisch und physikalisch: Der Verbrennungsprozess wird in der Gasphase oder auf der Oberfläche des Produktes unterbrochen. In der Gasphase beseitigen Flammschutzmittel durch chemische Reaktionen energiereiche Radikale, die die Flamme tragen. Auf der Oberfläche bilden sie durch Abbau und Vernetzung eine kohleartige Schicht. Diese schützt das darunter liegende Material vor Wärme und Flammenangriff. Gleichzeitig kann physikalisch durch Verdünnung mit entstandenen nicht brennbaren Gasen und Wasserdampf in den Verbrennungsprozess eingegriffen werden.

Herkömmliche Flammschutzmittel auf dem Rückzug
„Halogenfreie Flammschutzmittel-Systeme stellen eine echte Alternative für den E&E-Sektor dar“, so Troitzsch. „Denn aus heutiger Sicht bestehen gegen bestimmte Flammschutzmittel Umweltvorbehalte.“ Halogenhaltige Flammschutzmittel sind bislang in großem Umfang in elektrischen und elektronischen Geräten verwendet wurden. Die Vorteile lagen auf der Hand: Sie waren kostengünstig, universell einsetzbar und sehr wirksam – ohne das Eigenschaftsspektrum der eingesetzten Kunststoffe zu stark zu beeinflussen. Andere Flammschutzmittel sind nur bedingt als Zusatz geeignet: Phosphorhaltige Verbindungen haben zwar eine sehr gute Wirkung, konnten bisher aber in bestimmten technischen Kunststoffen wie PBT nicht die geforderten brandschutztechnischen Anforderungen erfüllen. Anorganische und stickstoffhaltige Flammschutzmittel wirken nur sehr schwach. Auch können sich durch ihren Einsatz die Eigenschaften des Kunststoffs stark verschlechtern.

Richtlinien forcieren umweltfreundliche Entwicklung
Seit 1994 hat die Europäische Kommission Prioritätslisten zur Risikobewertung von Altchemikalien, darunter auch bestimmter Flammschutzmittel, zusammengestellt. Mittlerweile wurden Substanzen wie Penta- und Octabromdiphenylether verboten. Im Februar 2003 traten gleich zwei Richtlinien zur Entsorgung von Elektro- und Elektronikschrott  sowie zur Einschränken der Verwendung von Gefahrstoffen in Kraft: Die WEEE-Richtlinie (Waste Electrical and Electronic Equipment) regelt Wiederverwendung, Recycling und Verwertung von Elektro- und Elektronikabfall. Ziel ist es, Risiken und Umweltschäden durch Schrottverarbeitung und -entsorgung zu minimieren. Ergänzend dazu schränkt die RoHS-Richtlinie (Restriction of the use of certain Hazardous Substances) die Verwendung von bestimmten bromhaltigen Substanzen und Schwermetallen ein. Diese dürfen ab Juli 2006 nicht mehr eingesetzt werden.

Ausblick in eine halogenfreie Zukunft
„Die halogenfreien Flammschutzmittel haben im E&E-Bereich an Bedeutung gewonnen“, bestätigt Brandschutzexperte Troitzsch. Weltweit stellen die großen Hersteller auf halogenfreie Systeme um. Dabei schließen die neuen hochwirksamen phosphorhaltigen Flammschutzmittel eine bedeutende Lücke, die es bisher für halogenfreie PBT-Produkte nicht gab. „Sie werden helfen, die Herausforderungen für Unternehmen auf dem Weg zu ganzheitlich halogenfreien Produkten zu lösen“, fasst Troitzsch zusammen.

Präsentation (pdf Version):
Dr. Jürgen Troitzsch, Brandschutz Experte
Brandsicherheit und Umweltschutz - Eine lösbare Herausforderung  für Unternehmen

Gaby Thomas, Referentin für Recycling und Umwelt, Ticona GmbH
ElektroG im Klartext: Konsequenzen für Rohstoffhersteller und Verarbeiter

2. Celanex® XFR – Halogen- und Antimonfrei geschütztes PBT

Mit Celanex XFR hat Ticona eine PBT-Typenreihe ohne bromhaltige Flammschutzmittel entwickelt, die alle Anforderungen der neuen Richtlinien erfüllt und rechtzeitig zukunftsfähige Alternativen bietet.

Flammgeschützte PBTs sind seit Jahren im Elektro-/Elektronik-Markt fest etabliert. „Bislang gab es hier jedoch keine echte Alternative zu bromhaltigen Flammschutzmitteln, die auch die Anforderungen nach UL 94 V-0 – eine der höchsten Brandschutzklassen – erfüllen“, erklärt Dr. Tilo Vaahs, Marketingleiter Industrieanwendungen bei Ticona. Dieser Brandklassen-Einstufung liegt ein Beflammtest nach Maßgaben der amerikanischen Underwriters Laboratories (UL) zugrunde.

Brom- und antimonfrei flammgeschützt
Die neue Celanex-XFR-Serie umfasst vier Typen: unverstärkt sowie mit 10, 20 beziehungsweise 30 % Glasfasern verstärkt. Das patentierte Flammschutzmittelsystem beruht auf einer organischen Phosphorverbindung. Gegenüber anderen phosphorhaltigen Flammschutzsystemen zeichnet es sich vor allem durch vier Merkmale aus: hohe Wirksamkeit, thermische Stabilität bis 300 °C, keine nennenswerte Migration und Emission sowie problemlose Einfärbbarkeit der Compounds. Die niedrige Dichte der Produktreihe ist ein weiterer Vorteil, der besonders unter dem Kostenaspekt von Bedeutung ist.

PBTs werden in elektrischen Groß- und Kleingeräten, elektromechanischen Komponenten (Stecker, Schalter, Relais) sowie in der Installationstechnik für Haushalt und Industrie eingesetzt. Produkt-Weiterentwicklungen wurden aufgrund neuer EU-Richtlinien erforderlich, die mehr Sicherheit und Umweltschutz gewährleisten sollen. Bei den neuen brom- und antimonfrei flammwidrig ausgerüsteten PBT-Typen von Ticona bleiben die guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften herkömmlicher PBTs weitestgehend erhalten. Im Vergleich zu anderen halogenhaltigen Produkten zeichnen sie sich darüber hinaus durch ihre hohe Kriechstromfestigkeit (CTI-Wert) und UV-Stabilität aus.

Derzeit gibt es viele nationale, europäische und internationale Einzelnormen für die Elektro- und Elektronikgerätehersteller. Neben der Vielzahl wichtiger Prüfzeichen kommen immer neue Richtlinien hinzu. „In der gesamten Branche treibt das die Kosten hoch, gleichzeitig aber auch den Innovationsdruck an“, so Vaahs. Es sei deshalb wichtig, rechtzeitig neue Produktreihen zu entwickeln. „Wir müssen auf künftige Richtlinien beziehungsweise Gesetze reagieren, noch bevor sie in Kraft treten.“ Zurzeit stehen in Deutschland die parlamentarischen Beratungen für das Elektro- und Elektronikgerätegesetz aufgrund zweier wichtiger EU-Richtlinien an.

Das Leistungsspektrum von Celanex® XFR:

Online Seminar:
Wir haben unser kürzlich gehaltenes Online Seminar „Celanex® XFR – Halogen- und Animonfrei Flammgeschützt“ aufgezeichnet (Dauer ca. 1 Stunde).

Wenn Sie Interesse an der Aufzeichnung haben, schicken Sie uns bitte ein eMail an infoservice@ticona.de mit dem Stichwort „Online Seminar Celanex XFR“. Bitte geben Sie Ihre gewünschte Sprachversion an (deutsch, englisch oder französisch). Sie erhalten dann umgehend Ihre Zugangsdaten.

Präsentation (pdf Version):
Monika Taut und Dr. Hanno Hückstädt, Ticona GmbH
„Celanex® XFR – Halogen- und Animonfrei Flammgeschützt“

3. Bleifreies Löten dank Vectra® LCP und Fortron® PPS  

Die Hochleistungs-Kunststoffe Vectra® LCP und Fortron® PPS halten den hohen Temperaturen während des Lötprozesses problemlos stand und lassen sich zudem sehr gut recyceln.

Unternehmen, die sich frühzeitig auf die neuen Rechtslagen einstellen, nützen nicht nur der Umwelt, sondern verschaffen sich auch einen wichtigen Vorsprung vor den Wettbewerbern. Zahlreiche Markenhersteller der E&E-Branche, so beispielsweise Philips und Fujitsu-Siemens, haben bereits auf bleifreie Lötprozesse umgestellt. Der Einsatz von bleifreien Lötpasten führt allerdings zu Temperaturen, die um rund 30 °C über denjenigen von herkömmlichen Lötprozessen liegen. Beim Reflow-Lötverfahren, das von der Industrie hauptsächlich genutzt wird, liegen die maximalen Temperaturen zwischen 250 und 265 °C. Zu verlötende Bauteile bleiben solchen extremen Temperaturen bis zu 15 Sekunden ausgesetzt.

Die Anforderungen an die thermische Beständigkeit des Isoliermaterials sind beim bleifreien Löten besonders hoch. Insbesondere bei SMD-Bauteilen (Surface Mounted Devices) gilt es, die Trägermaterialien an die erhöhnten Temperaturen anzupassen. Hierfür bietet sich der Einsatz von LCP und PPS an. Sowohl das flüssigkristalline Polymer als auch das Polyphenylensulfid besitzen ein hervorragendes Eigenschaftsprofil. Beide Werkstoffe zeichnen sich durch eine hohe Wärmeformbeständigkeit (HDT/A > 260 °C für belastete Bauteile) aus. Außerdem haben sie einen niedrigen Ausdehnungskoeffizient im Bereich der Leiterplatte und sind sehr dimensionsstabil. Vectra LCP und Fortron PPS nehmen keine oder nur sehr geringe Wassermengen auf. Dazu sind sie resistent gegenüber Fluss- und Reinigungsmitteln.

Die nachfolgenden Vectra- und Fortron-Typen verfügen über eine sehr hohe Wärmeformbeständigkeit bzw. Schmelztemperatur und eignen sich daher für bleifreies Löten:

TypHDT-A                    Schmelztemperatur

Fortron 1130L4          265 °Cbis290 °C
Fortron 1140L4          270 °Cbis290 °C
Fortron 6165A4          270 °Cbis290 °C
Vectra E130i               276 °Cbis 335 °C
Vectra T130                301 °Cbis 370 °C
Vectra S135                340 °Cbis 355 °C
Vectra S471i               323 °Cbis 355 °C
Vectra E471i               270 °Cbis 335 °C
Vectra E820i Pd         220 °Cbis 335 °C
Vectra E820i LDS      220 °Cbis 335 °C