Vergussmasse geeignet zum Vergießen eines Elektronikbauteils, insbesondere einer großvolumigen Spule wie einer Gradienten- spule

Die Erfindung betrifft eine Vergussmasse geeignet zum Vergie ^¬ ßen eines Elektronikbauteils, insbesondere einer großvolumi ^¬ gen Spule wie einer Gradientenspule, bestehend aus einer Trä- germatrix, in welcher wenigstens ein Füllstoff aus polymeren Nanopartikeln verteilt ist.

Großvolumige Gradientenspulen eines Magnetresonanzgeräts be ^¬ stehen in der Regel aus drei Teilspulen zur Erzeugung magne- tischer Feldgradienten in den drei Raumrichtungen (X, Y, Z) . Dabei ist es bekannt, die X- und Y-Spulen als so genannte Sattelspulen auszubilden, die Z-Spule ist mittels einer Um- fangswicklung realisiert. Die einzelnen Spulen können sowohl aus gebündelten einzelnen Leitern aufgebaut werden, es ist aber auch möglich, dass in eine elektrisch leitfähige Platte, vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium mit einem geeigneten Verfahren Trennstrukturen herausgearbeitet werden und das verbleibende Material die Spulenwicklung bildet. Die nach den verschiedenen Verfahren hergestellten Spulenwicklungen werden im Weiteren mit einer elektrisch isolierenden Trägerplatte verbunden und in einem formgebenden Schritt beispielsweise als Halbzylindermantel ausgebildet. Die einzelnen Spulenlagen werden nacheinander auf einem zylindrischen Dorn montiert. Weitere Bestandteile des Spulenaufbaus sind üblicherweise I- solations- und Verstärkungslagen, eine oder mehrere Kühlla ^¬ gen, z. B. bestehend aus KunststoffSchläuchen, durch welche ein Kühlmedium wie z. B. Wasser strömt, sowie gegebenenfalls so genannte Shim-Spulen. Weitere den Spulenaufbau bildende Lagen sind etwa Sekundärwicklungen, die zur Abschirmung des von den Primärspulen erzeugten Magnetfelds nach außen dienen.

Im Weiteren wird der komplette Spulenaufbau mit einem Gieß ^¬ harz zum Beispiel auf Epoxidharzbasis vergossen, wobei darauf zu achten ist, dass alle Leiterzwischenräume lunker- und bla ^¬ senfrei imprägniert werden. Das Gießharz, welches gleicherma ^¬ ßen auch als Vergussmasse bezeichnet werden kann, muss dazu ein breites Eigenschaftsspektrum aufweisen. Dazu zählt bei- spielsweise eine niedrige Viskosität bei der Verarbeitung, sodass alle Leiterzwischenräume komplett, das heißt frei von Lunkern oder Blasen imprägniert werden, einen hohen E-Modul, um eine hohe Gesamtsteifigkeit und somit eine positionsgenaue Festlegung der Einzelwicklungen zu gewährleisten. Das Gieß- harz sollte gut wärmeleitend sein, um einen effektiven Wärme ^¬ transport von den Leiterstrukturen zur Kühllage zu ermögli ^¬ chen. Gleichermaßen sollte es eine hohe Wärmeformbeständig ^¬ keit aufweisen, welche sich in einer hohen Glasübergangstemperatur widerspiegelt, sodass im Einsatztemperaturbereich ein möglichst konstantes Eigenschaftsprofil erreichbar ist.

Gleichzeitig sollte das Gießharz einen niedrigen, möglichst dem der weiteren verwendeten Materialien (Kupferleiter, Isolationslagen) ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizient besitzen, um mechanische Spannungen und dadurch eine verein- fachte Rissbildung, welche zu Rissen und Ablösungen im Spulenverband bei Erwärmung sowohl im Betrieb als auch bei der Abkühlung von der Härtungstemperatur führen kann, zu verhindern. In diesem Zusammenhang ist auch eine hohe Rissbeständigkeit, welche sich in einem hohen kritischen Spannungsin- tensitätsfaktor K _lc äußert, verbunden mit einer hohen kritischen Bruchenergie Gi _c zu nennen. Weiterhin sind eine hohe Teilentladungsfestigkeit, ein niedriger dielektrischer Verlustfaktor, Flammschutz, sowie wirtschaftliche Aspekte anzu ^¬ führen .

Üblicherweise werden als Vergussmasse, speziell für großvolu- mige Spulen, thermisch aushärtende Gießharze auf Epoxidharz ^¬ basis verwendet. Die Vergussmasse enthält dabei typischerwei ^¬ se ca. 65 Gew.% Füllstoff, beispielsweise in Form von Quarz- mehl-, Aluminiumoxid- oder Wollastonit-Mikropartikeln . Es handelt sich dabei um Mikropartikel , das heißt die Partikel ^¬ größe liegt im Mikrometerbereich. EP 1 850 145 A2 offenbart eine Vergussmasse bzw. eine mit ei ^¬ ner Vergussmasse vergossene magnetische Spule, dabei enthält die Vergussmasse mikropartikuläre Füllstoffe sowie anorgani ^¬ sche Nanopartikel . Eine derart zusammengesetzte Vergussmasse weist sehr gute Rissbeständigkeiten basierend auf der Kombi ^¬ nation eines sehr hohen kritischen Spannungsintensitätsfak- tors Kic mit einer sehr hohen kritischen Bruchenergie Gi _c auf. Die dort eingesetzten Füllstoffe bewirken teils positive Ver ^¬ änderungen der ausgehärteten Vergussmasse wie etwa die Wärme- formbeständigkeit , Risszähigkeit, Wärmeleitfähigkeit sowie wirtschaftliche Aspekte betreffend. Es wäre sonach wünschens ^¬ wert, einen möglichst hohen Füllstoffgehalt zu realisieren. Hinsichtlich des Flammschutzes sind dort keine Angaben ent ^¬ halten, es handelt sich nicht um eine schwer entflammbare, nanopartikuläre Vergussmasse.

Bekanntermaßen wird durch hohe Füllstoffgehalte das Fließverhalten der aufbereiteten Vergussmasse erheblich verschlechtert. Des Weiteren hat die Art des Füllstoffes einen bedeu- tenden Einfluss auf eine tatsächliche Erhöhung der Risszähig ^¬ keit. Diese wird beispielsweise durch das aus Flammschutz ^¬ gründen häufig zugegebene Aluminiumoxid-Trihydrat AI (OH) 3, kurz ATH, ebenfalls verschlechtert. Zudem bewirkt eine Erhö ^¬ hung der Glasübergangstemperatur der als Trägermatrix dienen- den Basisharzmischung ebenfalls eine Verschlechterung der

Risszähigkeit. Ganz grundsätzlich neigen Füllstoffe außerdem zur Sedimentation bzw. Filtration insbesondere an den zur Verstärkung eingesetzten Glasgewebelagen. Sonach stellt eine bestimmte Vergussharzzusammensetzung immer einen Kompromiss zwischen den geforderten Eigenschaften dar.

Bezüglich des Flammschutzes ist dem Stand der Technik keine zufrieden stellende Lösung unter Berücksichtigung der vorweg genannten Eigenschaften zu entnehmen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vergussmasse mit hervorragenden mechanischen und rheologischen Eigenschaf- ten anzugeben, welche zusätzlich die Möglichkeit eines Flammschutzes bietet.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Verguss- masse der eingangs genannten Art vorgesehen, welche sich dadurch auszeichnet, dass in die Trägermatrix wenigstens ein als Flammschutzmittel dienender Füllstoff eingebracht ist.

Die erfindungsgemäße Vergussmasse besteht aus einer an sich bekannten thermisch aushärtbaren Trägermatrix, beispielsweise aus einem Epoxidharz und führt somit nach erfolgtem Aushärten grundsätzlich zu einem Formteil mit vergleichsweise guten mechanischen Eigenschaften. Der Härtevorgang der Trägermatrix kann durch Zugabe eines geeigneten Härtemittels beispielswei- se in Form spezieller Amine beschleunigt bzw. gesteuert wer ^¬ den .

Die Trägermatrix ist ein disperses System, das heißt in der Trägermatrix sind Füllstoffe verteilt. Erfindungsgemäß befin- den sich in der Trägermatrix vorzugsweise homogen verteilte bzw. gut dispergierte, als erste Füllstoffe zu bezeichnende polymere Nanopartikel („p-nano") .

Die Füllstoffe beeinflussen das Eigenschaftsspektrum der Ver- gussmasse respektive des nach Aushärten der Vergussmasse ent ^¬ standenen Formteils, insbesondere die mechanischen Eigenschaften betreffend, in positiver Weise. So führt die Zugabe polymerer Nanopartikel zu einer erheblichen Verbesserung der die Rissbeständigkeit kennzeichnenden Parameter, das heißt des kritischen Spannungsintensitätsfaktors K _lc sowie der kri ^¬ tischen Bruchenergie Gi _c . Durch Zugabe polymerer Nanopartikel können diese die Rissbeständigkeit definierenden Parameter gegenüber Vergussmassen, welche alleine mit anorganischen Partikeln befüllt sind, deutlich verbessert werden.

Darüber hinaus wird das Fließverhalten, das heißt die rheolo- gischen Eigenschaften aufgrund der geringen Partikelgröße der zugegebenen polymeren Nanopartikel nicht negativ beeinflusst. Die erfindungsgemäße Vergussmasse ist insofern ausgesprochen fließfähig .

Daneben minimieren nanopartikuläre Füllstoffe Filtrations- und Sedimentationseffekte, sie dringen also in enge Spalten oder in bereits mit Geweben befüllte Bereiche, wonach es in diesen Bereichen zu erhöhten Füllstoffkonzentrationen kommen kann, was bei dem sehr komplexen mehrlagigen Spulenaufbau eine verbesserte Eigenschaftsanpassung, insbesondere betreffend die zahlreichen Grenzflächen von großem Vorteil ist. Zusätzlich ist eine homogenere Verteilung der Füllstoffe innerhalb der Trägermatrix begünstigt, was gleichfalls reproduzierbare Eigenschaften der Vergussmasse und somit eine gleich bleibende Qualität dieser sicherstellt. Auch die Haftung an benetz- ten Grenzflächen ist durch den Einsatz polymerer Nanopartikel verbessert .

Im Gegensatz zum Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Vergussmasse auch hinsichtlich des Flammschutzes hervorragen- de Eigenschaften auf, da in der Trägermatrix wenigstens ein als zweiter Füllstoff zu bezeichnender, als Flammschutzmittel dienender Füllstoff eingebracht ist. Dies gilt trotz der in der Trägermatrix enthaltenen polymeren Nanopartikel, welche bei isolierter Betrachtung bedingt durch deren große spezifi- sehe Oberfläche zu schlechteren Schwerbrennbarkeitseinstufun- gen führen. Die erfindungsgemäße Vergussmasse weist jedoch in dem die Brennbarkeit von Kunststoffen betreffenden Brandklassenstandard bzw. der Schwerbrennbarkeitseinstufung UL 94 V bzw. UL 94 V-0 auf. Der an sich bekannte, sich negativ auf die übrigen Eigenschaften wie etwa das Rissverhalten auswirkende Einfluss von Flammschutzmitteln wird durch deren Kombination mit den polymeren Nanopartikeln reduziert bzw. aufgehoben. Gegebenenfalls kann es sogar zu einer Eigenschaftsverbesserung kommen, worauf später noch eingegangen wird.

Zusammengefasst weist die erfindungsgemäße Vergussmasse ein den oben gemachten Anforderungen entsprechendes Eigenschaftsprofil, insbesondere bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaf- ten, das heißt insbesondere der Rissbeständigkeit auch bei vergleichsweise hoher Glasübergangstemperatur auf, ist ausge ^¬ sprochen fließfähig und schwer entflammbar bzw. schlecht brennbar bzw. selbst verlöschend. Die erfindungsgemäße Ver- gussmasse ist einer bisher unbekannten Materialklasse auf dem Gebiet schwer entflammbarer, risszäher Reaktionsharzsystem bzw. Reaktionsharzformstoffe zugehörig.

Diese Eigenschaftsverbesserungen der erfindungsgemäßen Ver- gussmasse bzw. eines daraus gebildeten Formteils betreffen nicht allein die im Einsatztemperaturbereich etwa einer Gradientenspule auftretenden Systembelastungen, sondern erlauben gleichfalls die Erschließung neuer Produktinnovationen zum Beispiel hinsichtlich kompakterer Bauformen, Funktionsinteg- ration oder Leistungssteigerung sowie neuer Einsatzbereiche durch den besonderen Sicherheitsaspekt im Brandfall.

Der als Flammschutz dienende Füllstoff besteht bevorzugt aus Partikeln aus Aluminiumoxid-Trihydrat (AI (OH) 3) , Magnesiumdi- hydroxid (Mg (OH) 2) , Antimontrioxid (Sb203) und/oder aus bro- mierten und/oder chlorierten Verbindungen, halogenhaltigen und/oder halogenfreien phosphororganischen Verbindungen. Diese, die Ausbreitung von Bränden einschränkenden, verlangsamenden oder verhindernden Stoffe können sowohl auf physikali- sehen, wie beispielsweise des durch Verdampfen von chemisch gebundenem Wasser, als auch chemischen Wirkungsweisen, wie beispielsweise des unter dem Begriff Intumeszenz bekannten Prinzips, wonach durch Aufschäumen eines Flammschutzmittels eine die Zufuhr von Sauerstoff hindernde Isolierungsschicht gebildet wird, beruhen. Selbstverständlich sind auch andere als die hier lediglich beispielhaft angeführten als Flammschutz dienenden Partikel und Verbindungen einsetzbar.

Es ist möglich, dass in der Trägermatrix zusätzlich wenigs- tens ein Füllstoff aus anorganischen Partikeln, insbesondere Mikorpartikeln verteilt ist. Diese können, soweit vorhanden als dritter Füllstoff bezeichnet werden. Dabei ist es denk ^¬ bar, dass die polymeren Nanopartikel einen Teil der anorgani- sehen Partikel ersetzen, woraus unter Voraussetzung einer gleichbleibenden Füllstoffmenge verglichen mit bekannten Vergussmassen eine Reduzierung der Viskosität der erfindungsge ^¬ mäßen Vergussmasse folgt. Mit anderen Worten sind die polyme- ren Nanopartikel additiv oder substitutiv zugebbar. Falls die ursprüngliche Viskosität ausreichend ist, kann der Gehalt an anorganischen Partikeln entsprechend erhöht werden. Damit wird bei der erfindungsgemäßen Vergussmasse eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit sowie eine Verringerung des Ausdehnungsko- effizienten erreicht. Durch die in der erfindungsgemäßen Vergussmasse enthaltenen polymeren Nanopartikel wird selbst durch die Zugabe anorganischer Partikel das Fließverhalten nicht negativ beeinflusst.

Die anorganischen Partikel bestehen bevorzugt aus Siliziumdi ^¬ oxid (S1O ₂ ) und/oder Aluminiumoxid (AI ₂ O3) und/oder Aluminium ^¬ nitrid (A1N) und/oder Calciummagnesiumdicarbonat (CaMg (003)2) und/oder Titandioxid (T1O ₂ ) und/oder Bornitrid (BN) und/oder Eisen (III) -oxid (Fe ₂ 0 ₃ ) und/oder Eisen (II, III)-oxid (Fe ₃ 0 ₄ ) und/oder Zinkoxid (ZnO) und/oder Siliziumcarbid (SiC) und/oder synthetischen Keramiken und/oder Zeolithen und/oder Kreide und/oder Talkum (Mg3Si40io (OH) 2) und/oder Wollastonit (CaSiOs) und/oder rein kohlenstoffbasierten Partikeln. Ersichtlich sind sowohl Reinstoffe als auch Mischungen der Genannten möglich. Selbstverständlich ist auch der Einsatz anderer anorganischer Partikel denkbar, da es sich vorstehend nur um eine beispielhafte Aufzählung handelt.

Die polymeren Nanopartikel können beispielsweise aus Polybu- tadien und/oder Polystyrol und/oder Polysilan und/oder Poly- siloxan und/oder Elastomeren und/oder Thermoplasten und/oder Hybridmaterialien gebildet sein oder diese beinhalten. Letzteres ist insbesondere bei Partikeln mit einem so genannten Core-Shell-Aufbau, das heißt aus einem Kern eines ersten Stoffs und einer diesen umgebenden Hülle eines zweiten Stoffs bestehenden Partikeln von Bedeutung. Wiederum ist es möglich sowohl polymere Nanopartikel eines einzigen Stoffs als auch unterschiedliche polymere Nanopartikel aus wenigstens zwei unterschiedlichen Stoffen zu verwenden. Gleichfalls ist die genannte Aufzählung nicht abschließend, es können grundsätz ^¬ lich alle Arten von polymeren, also im Wesentlichen organischen Nanopartikeln verwendet werden.

Die anorganischen Partikel können zu wenigstens einem Teil als Nanopartikel vorliegen. Die Verwendung anorganischer Na- nopartikel ermöglicht die gezielte Einstellung weiterer Para ^¬ meter der erfindungsgemäßen Vergussmasse. Sonach kann diese sowohl polymere, das heißt organische Nanopartikel als auch wenigstens zu einem Teil anorganische Nanopartikel, mithin also nanopartikuläre Mischungen aus organischen und anorganischen Partikeln enthalten. Wie erwähnt können die polymeren Nanopartikel sortenrein aus einem Material oder Core-Shell-Partikel sein. Gleiches gilt für die anorganischen Nanopartikel soweit vorhanden. Core- Shell-Partikel bieten die Möglichkeit, verschiedene Funktio ^¬ nalitäten zu kombinieren und die Eigenschaften z. B. durch Zusammensetzung, Dicke des Kerns und der Hülle sowie Parti ^¬ kelgröße gezielt zu beeinflussen. Diese sonach auch als Hyb ^¬ ridpartikel zu verstehenden Stoffe werden regelmäßig über ei ^¬ ne so genannte Heterokoagulation hergestellt. Dabei wird der kleinere Partikel chemisch oder physikalisch an die Oberflä- che des größeren gebunden. Derart synthetisierte Core-Shell- Partikel besitzen grundsätzlich einen Kern, der völlig andere Eigenschaften aufweist als die Hülle, was zu einer gezielten Darstellung funktionalisierter Materialien führt. In Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, dass die polymeren Nanopartikel und/oder die anorganischen Partikel eine Oberflächenfunktionalisierung, insbesondere mittels einer Si- lanisierung aufweisen. Eine Oberflächenfunktionalisierung kann der Verträglichkeit der verschiedenen in der Trägermat- rix enthaltenen Füllstoffe zuträglich sein bzw. diese herstellen. Gleiches gilt für die Verträglichkeit der Füllstoffe mit der Trägermatrix. Möglich ist auch, dass die Funktionali- sierung der Dispergierung beispielsweise bedingt durch ste- risch oder elektro-statisch abstoßende Effekte förderlich ist. Hierbei hat sich eine Silanisierung bewährt, wenngleich diese nur als Beispiel angeführt ist. Der mittlere Durchmesser der polymeren Nanopartikel sowie ge ^¬ gebenenfalls der anorganischen Nanopartikel ist -S 1000 nm, insbesondere -S 100 nm. Dies gilt grundsätzlich für jedwede Partikelform, das heißt beispielsweise sphärisch, faserför- mig oder plättchenartig geformte Nanopartikel, wobei selbst- verständlich bei faserförmigen oder plättchenartigen Nanopar- tikeln nicht der Durchmesser, sondern deren Länge -S 1000 nm, insbesondere -S 100 nm ist.

Der Gehalt an polymeren Nanopartikeln beträgt bevorzugt -S 20 Gew.%, vorzugsweise -S 10 Gew. %, der Gehalt an der als Flamm ^¬ schutzmittel dienenden Partikeln < 80 Gew. ~6 , vorzugsweise — 30 Gew. %. Sofern auch anorganische Nanopartikel verwendet werden, sollte der Gesamtgehalt an Nanopartikeln < 30 Gew. % betragen, bevorzugt sollte der Gesamtgehalt an Nanopartikeln -S 10 Gew. % nicht übersteigen.

Die Erfindung betrifft zudem ein mit der erfindungsgemäßen Vergussmasse vergossenes Elektronikbauteil, insbesondere eine großvolumige Spule wie eine Gradientenspule.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er ^¬ geben sich aus dem in Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Spule im

Schnitt ;

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung des Viskositätsverlaufs über der Scherrate einer erfindungsgemäßen Vergussmasse B sowie einer üblichen, mikropartiku ^¬ läre Füllstoffe enthaltenden Vergussmasse A. Fig. 1 zeigt eine Gradientenspule 1, bestehend aus einer Vielzahl einzelner Spulenwicklungen 2 aus Spulenleitern 3, die vorliegend beispielhaft einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzen. Aus Darstellungsgründen sind die Spulenleiter 3 vergrößert dargestellt. Die Spulenleiter 3 um ^¬ fassen einen das leitende Material enthaltenden Kern 4 sowie eine diesen umgebende Isolation 5 beispielsweise in Form ei ^¬ ner Lack- oder Thermoplastschicht bzw. einem Kunststofffaden- geflecht. Die Spulenwicklungen 2 sind hinreichend dicht gewi- ekelt, demnach sind die hier gezeigten Zwischenräume 6 zwi ^¬ schen den einzelnen vertikalen und horizontalen Leiterlagen allein aus Gründen der Übersichtlichkeit vergrößert darge ^¬ stellt und entsprechen nicht einer tatsächlichen Anordnung, das heißt die Zwischenräume 6 sind regelmäßig deutlich klei- ner. Zudem enthält eine solche Gradientenspule 1 üblicherwei ^¬ se zusätzliche Lagen, wie etwa eine Kühllage aus Kühlmittel ^¬ leitungen, die hier jedoch nicht dargestellt sind, im Ideal ^¬ fall jedoch gleichermaßen vergossen werden. Die Spulenwicklungen 2 sind mit einer Vergussmasse 7 vergossen bzw. mit dieser imprägniert, sodass die Spulenwicklungen 2 vollständig in der Vergussmasse 7 eingebettet sind.

Die Vergussmasse 7 besteht aus einer Trägermatrix 8, bei ^¬ spielsweise einem modifizierten Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A. Selbstverständlich können auch andere Reaktionsharze mit einem ähnlichen Eigenschaftsspektrum als Trägermatrix 8 verwendet werden. In der Trägermatrix 8 sind Füllstoffe aus anorganischen Mikropartikeln 9 sowie Füllstoffe aus poly- meren Nanopartikeln 10 homogen und in guter Dispergierung verteilt. Die anorganischen Mikropartikel 9, wovon zumindest ein Teil auch als Nanopartikel vorliegen kann, bestehen beispielsweise aus Siliziumdioxid (Si0 ₂ ) und/oder Aluminiumoxid (AI ₂ O3) und/oder Aluminiumnitrid (A1N) und/oder Calciummagne- siumdicarbonat (CaMg (003)2) und/oder Titandioxid (Ti0 ₂ ) und/oder Bornitrid (BN) und/oder Eisen ( III ) -oxid (Fe ₂ 03) und/oder Eisen (II, III) -oxid (Fe30 ₄ ) und/oder Zinkoxid (ZnO) und/oder Siliziumcarbid (SiC) und/oder synthetischen Keramiken und/oder Zeolithen und/oder Kreide und/oder Talkum (Mg ₃ Si ₄ Oio (OH) ₂ ) und/oder Wollastonit (CaSiOs) und/oder rein kohlenstoffbasierten Partikeln, wobei beliebige Mischungen aus den Genannten möglich sind. Die polymeren Nanopartikel 10 bestehen beispielsweise aus Po- lybutadien und/oder Polystyrol und/oder Polysilan und/oder Polysiloxan und/oder Elastomeren und/oder Thermoplasten und/oder Hybridmaterialien oder beinhalten diese. Letzteres ist insbesondere dann gegeben, wenn es sich bei den polymeren Nanopartikeln 10 um so genannte Core-Shell-Partikel handelt, also Partikel, welche einen Kern aus einem ersten Material und eine diesen umgebende Hülle aus einem zweiten Material aufweisen. Im Falle von in der Trägermatrix 8 vorhandenen anorganischen Nanopartikeln können diese zumindest zum Teil e- benfalls als Core-Shell-Partikel gebildet sein.

Ein Teil der in der Trägermatrix 8 enthaltenen Partikel, das heißt der anorganischen Mikro- und/oder Nanopartikel 9 sowie der polymeren Nanopartikel 10 können beispielsweise mit einer Oberflächensilanisierung versehen sein, welche unter anderem einer guten Dispergierung der Partikel in der Trägermatrix 8 zuträglich ist, respektive die Ausbildung von Agglomeraten hindert. Die mittlere Partikelgröße der in die Trägermatrix 8 eingebrachten polymeren, sowie gegebenenfalls anorganischen Nanopartikel liegt zwischen 0,5 nm und 1000 nm, bevorzugt je ^¬ doch unterhalb 100 nm. Selbstverständlich können unterschiedlich große Nanopartikel in der Trägermatrix 8 enthalten sein. Die Morphologie der Nanopartikel ist weitgehend beliebig, das heißt es sind unterschiedliche Formen wie etwa sphärisch, länglich, etc. möglich. Vorteilhaft sollte die maximale Kon ^¬ zentration der zugemischten Nanopartikel 20 Gew. % nicht ü- berschreiten, besonders bevorzugt liegt deren Konzentration unterhalb 10 Gew. %. In der Trägermatrix 8 enthalten sind ferner als Flammschutz dienende Füllstoffpartikel 11, welche beispielsweise aus Alu- miniumoxid-Trihydrat (AI (OH ₃ ) ) , Magnesiumdihydroxid

(Mg (OH) 2 ) _r Antimontrioxid (Sb20 ₃ ) und/oder aus bromierten und/oder chlorierten Verbindungen, halogenhaltigen und/oder halogenfreien phosphororganischen Verbindungen gebildet sind. Sonach ist die Vergussmasse 7 schwer entflammbar und wiest eine Schwerbrennbarkeitseinstufung nach UL 94 V-0 auf.

Die Vergussmasse 7 weist ein im Vergleich zum Stand der Technik verbessertes Eigenschaftsprofil auf, insbesondere ist die Rissbeständigkeit bei praktisch unveränderter Glasübergangs ^¬ temperatur sowie die Haftung an benetzten Grenzflächen signi- fikant verbessert. Der bekannte, negative Einfluss von Flamm ^¬ schutzmitteln beispielsweise auf mechanische Eigenschaften wie etwa das Rissverhalten, ist durch die Verwendung von Co- re-Shell-Nanopartikeln reduziert bzw. aufgehoben. Die Vergussmasse 7 zeichnet sich im Wesentlichen als schwer brennba- res bzw. schwer entflammbares, risszähes sowie extrem fließ ^¬ fähiges Reaktionsharzsystem aus. Diese erhebliche Eigen ^¬ schaftsverbesserung ist im Wesentlichen auf die Verwendung polymerer Nanopartikel 10 zurückzuführen, welche auch bei wirtschaftlicher Betrachtung keinen Nachteil bedeutet, da die polymeren Nanopartikel 10 nur in vergleichsweise geringen

Konzentrationen eingesetzt werden und so wenn überhaupt nur zu einer moderaten Preiserhöhung der Vergussmasse 7 beitragen. Weiterhin bietet die Verbesserung des Fließverhaltens durch die Verwendung polymerer Nanopartikel 10 die Möglich- keit, den Gesamtfüllstoffgehalt in der Trägermatrix 8 zu er ^¬ höhen und damit das Eigenschaftsprofil dieser bei sinkenden Gesamtkosten zu optimieren. Der Einsatz von Nanopartikeln, das heißt, insbesondere polymeren Nanopartikeln 10, reduziert bzw. schließt nachteilhafte Filtrations- bzw. Sedimentations- effekte aus. Die Nanopartikel gelangen gemeinsam mit der Trä ^¬ germatrix 8 in sämtliche Zwischenräume und verteilen sich dort weitgehend homogen.

Nachfolgende Tabelle enthält verschiedene Eigenschaftskenn- werte von in der zweiten Spalte von rechts dargestellten, mit „A" überschriebenen ausgehärteten Probekörpern (Referenzkörpern) , gebildet aus einer Vergussmasse bestehend aus einem modifizierten Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A als Harz- komponente der Trägermatrix enthaltend 66 Gew. % mikroparti ^¬ kuläres, mit einer Oberflächensilanisierung modifiziertes Siliziumoxid (S1O ₂ ) mit einer mittleren Partikelgröße von D50= 20 ym, welchen in der rechten Spalte Eigenschaftskennwerte von mit „B" überschriebenen Probekörpern gebildet aus einer beispielhaften Zusammensetzung einer erfindungsgemäßen Vergussmasse gegenüberstehen. Die Trägermatrix der erfindungsgemäßen Vergussmasse besteht gleichfalls aus einem modifizier ^¬ ten Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A als Harzkomponente, enthält allerdings nur 52 Gew. % mikropartikuläres Silizium ^¬ oxid (Si0 ₂ ) , da ein Teil dessen durch polymere Nanopartikel in Form von sphärischen Core-Shell-Nanopartikeln auf Basis von Polybutadien mit einer Partikelgröße ^ 100 nm sowie dem Flammschutzmittel Aluminiumoxid-Trihydrat AI (OH) 3 (52 Gew. %) , kurz ATH, mit einer mittleren Partikelgröße von D50= 20 ym ersetzt wurde, sodass die erfindungsgemäße Vergussmasse respektive die aus dieser hergestellten Probekörper einen Gesamtfüllstoffgehalt von ca. 66 Gew. % aufweisen. Als mit der Harzkomponente der jeweiligen Vergussmasse rea ^¬ gierende Härtekomponente wurde jeweils ein modifizierter An ^¬ hydridhärter auf Basis von Methylhexahydrophtalsäureanhydrid verwendet. Die Aushärtereaktion der Referenz- und Probekörper verlief in einem zweistufigen Härteverfahren, wobei in der ersten Stufe eine Härtung bei 80 °C für 8 Stunden und in der zweiten Stufe eine Härtung bei 140 °C für 10 Stunden durchge ^¬ führt wurde. Zusätzlich wurde ein tertiäres Amin als Be ^¬ schleuniger verwendet. Es wurden unterschiedliche Messungen in Anlehnung an oder gemäß ISO-, DIN- oder ASTM-Normen durchgeführt. Die zweite Spalte von rechts gibt die in den jeweiligen Messungen verwendete Probengeometrie an. Soweit möglich wurden Standardab ^¬ weichungen aus den Messwerten ermittelt. Die Messungen wurden bis auf die Messungen der viskoelastischen Eigenschaften, das heißt des mechanischen Verlustfaktors tan δ, des Speichermo ^¬ duls E' sowie des Verlustmoduls E' ' bei 25 °C durchgeführt. A B

Formstoff ennwert Probengeomet ^¬ 66 % y-Si0 ₂ 1,5 % poly- rie (μ-Füllstoff) mer-Nano +

12,3 % ATH + 52 % y-Si0 ₂

Thermischer Län3x3x4 mm 34 35

genausdehnungskoeffizient

[ppm] (ISO

11359-2)

Glasübergang T _G 3x3x4 mm 103 102

[°C]

(ISO 11359-2)

Elastizitätsmodul 10 mm x 15 mm 8747 ± 511 8617 ± 266 E aus Biegeverx 125 mm

such [MPa]

(DIN EN ISO 178)

0, 5 mm/min

Biegefestigkeit 10 mm x 15 mm 121 ± 9,2 110 ± 6,5 [MPa] x 125 mm

(DIN EN ISO 178)

0, 5 mm/min

Schlagzähigkeit, 10 mm x 15 mm 12 ± 1,2 10 ± 3,1 ungekerbt [kJ/m ² ] x 125 mm

(DIN EN ISO 179)

Mechanischer Ver10 mm x 15 mm 2,66 · 10 ^"2 4,12 · 10 ^"2 lustfaktor tan x 125 mm

ömech [-] bei T _G

(DIN 65583)

Speichermodul E' 10 mm x 15 mm 8639 7512

[MPa] x 125 mm

(DIN 65583)

Verlustmodul E' ' 10 mm x 15 mm 230 310

[MPa] x 125 mm

(DIN 65583)

Elastizitätsmodul 10 mm x 15 mm 12543 ± 564 10752 ± 247 aus Zugversuch x 125 mm [MPa]

(DIN EN ISO 527- 2)

Zugfestigkeit 10 mm x 15 mm 76, 5 ± 4, 9 64, 5 ± 6,1 [MPa] x 125 mm

(DIN EN ISO 527- 2)

Kritischer Span80 mm x 40 mm 1, 90 ±0,04 2,38 ± 0,05 nungsintensitäts- x 4 mm

faktor K _lc mittig V- [MPaVm] Kerbe 60°

(in Anlehnung an

ASTM E 399, Doub ^¬ le Torsion)

Kritische Bruch ^¬ 80 mm x 40 mm 337 ± 19 680 ± 31 energie Gic [J/m ² ] x 4 mm

(in Anlehnung an mittig V- ASTM E 399, Doub ^¬ Kerbe 60°

le Torsion

Brennbarkeit V-l (12 mm) V-0 (12 mm) (UL 94)

Die Messungen des thermischen Längenausdehnungskoeffizienten sowie der Glasübergangstemperatur T _G ergaben keine merklichen Unterschiede zwischen den Referenz- und den aus der erfindungsgemäßen Vergussmasse gebildeten Probekörpern. Gleiches gilt im Wesentlichen unter Berücksichtigung der Fehlerwerte für den aus Biegeversuch ermittelten E-Modul, die Biegefestigkeit sowie die Schlagzähigkeit (ungekerbt) .

Anders verhält es sich bei den die viskoelastischen Eigenschaften betreffenden Messungen der Referenz- sowie der Probekörper, wobei sich eine Zunahme des mechanischen Verlust ^¬ faktors tan δ der aus der erfindungsgemäßen Vergussmasse hergestellten Probekörper im Vergleich zu den Referenzkörpern fast um Faktor 2 zeigt. Die Messungen wurden bei der entsprechenden Glasübergangstemperatur durchgeführt. Die Probekörper aus der erfindungsgemäßen 1,5 Gew. % polymeren Nanopartikel sowie 12,3 Gew. % Flammschutzmittel enthaltenden Vergussmasse liegen hier bei 4,12 x 10 ^~2 , die Referenzkörper aus der lediglich Mikropartikel enthaltenden Vergussmasse liegen bei 2, 66 x 10 ^"2 .

Die Messungen aus Zugversuch, das heißt betreffend den E- Modul aus Zugversuch sowie die Zugfestigkeit ergeben niedri ^¬ gere Werte der Probekörper aus der erfindungsgemäßen Vergussmasse .

Besonders auffällig ist die deutliche Verbesserung des kriti ^¬ schen Spannungsintensitätsfaktors K _lc sowie insbesondere der kritischen Bruchenergie Gi _c . Der Probekörper aus der erfin ^¬ dungsgemäßen Vergussmasse liegt bei Letzterer im Vergleich zu den Referenzkörpern mit ca. 680 J/m ² doppelt so hoch.

Zuletzt sind auch die den Flammschutz bzw. die Brennbarkeit betreffenden Parameter der aus der erfindungsgemäßen Vergussmasse hergestellten Probekörper verbessert. Diese liegt bei UL 94 V-0. Die Referenzkörper werden nach UL 94 V-l eingestuft .

Fig. 2 zeigt ein das Fließverhalten beschreibendes Diagramm einer erfindungsgemäßen Vergussmasse, bestehend aus 52 Gew. % mikropartikulärem Siliziumoxid, 12, 3 Gew. % Aluminiumoxid- Trihydrat sowie 1,5 Gew. % an polymeren Nanopartikeln (weiße Symbole) sowie eine Vergussmasse bestehend aus 53,5 Gew. % mikropartikulärem Siliziumoxid und 12,3 Gew. % Aluminiumoxid- Trihydrat (schwarze Symbole) . Beide Vergussmassen weisen so- nach einen Gesamtfüllstoffgehalt an 65,5 Gew. % auf. Auf der Koordinate ist die Viskosität n in mPas aufgetragen, die Ab ^¬ szisse beschreibt die Scherrate in s ^-1 in einem Scherratenbe ^¬ reich von 0,001 bis 500 in logarithmischer Auftragung. Im Messbereich von 0,01 bis 30 s ^-1 kann die Viskosität durch die Zugabe polymerer Nanopartikel deutlich, das heißt in weiten Bereichen um mehr als 30 % reduziert werden. Grundsätzlich zeigen die beiden Fließkurven einen ähnlichen Verlauf ansteigend von einer Scherrate bei 0,01 s ^-1 zu einem Peak bei etwa 0,1 s ^-1 und danach mit steigender Scherrate ab ^¬ fallend. Die Messtemperatur betrug 50 °C, die Messungen wur- den mit einem Zylinder-Becher-Setup nach Searle, DIN 53019 durchgeführt .

Grundsätzlich könnte wegen des deutlich besseren Fließverhaltens der erfindungsgemäßen Vergussmasse der Anteil an anorga- nischen Mikrofüllstoffen erhöht werden, um die in der Tabelle festgestellte Reduzierung des E-Moduls aus Zugversuch respektive der Zugfestigkeit zu kompensieren.

Durch die Erhöhung des Füllstoffgehalts wird gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit des Formstoffs erhöht und der Ausdehnungs ^¬ koeffizient reduziert.

Bezugs zeichenliste

1 Gradientenspule

2 Spulenwicklung

3 Spulenleiter

4 Kern

5 Isolation

6 Zwischenraum

7 Vergussmasse

8 Trägermatrix

9 anorganische Partikel

10 polymere Nanopartikel

11 Flammschutz-Partikel