灌注胶、灌注胶的制备方法、电子器件和机动车辆与流程

对于将灌注胶用于电子器件，例如用于电力电子学（leistungselektronik）的电子器件，诸如可以例如具有叠片铁心、线绕组和开关环的电机，面临的挑战是提供一种灌注胶，其具有尽可能高的强度、高耐化学性和在待灌封的电子器件的各个元件的热引起的膨胀和收缩方面的高耐受性，即所谓的δ-α-耐受性。

如果灌注胶由具有高交联密度的热固性塑料形成，则它们虽然具有足够高的强度和耐化学性，但是具有太低的δ-α-耐受性。通过在冷却过程中电子器件的各个元件的收缩以及由于热固性塑料的固化引起的自由体积减少，这种灌注胶在高粘附性的基材粘合和较低的层厚度的情况下会趋于形成裂纹，并且在低粘附性的基材粘合和高的层厚度的情况下会趋于使灌注胶与基材脱离并因此使得电子器件部分脱离。固化过程以及随后的冷却的程度因此被认为是关键的，因为用作灌注胶的基材的电子器件的金属部分在此相互收缩并且灌注胶本身已经相对高度交联。由此在灌注胶中形成应力，该应力可能立即或在后来的电子器件运行中导致所述效果，如形成裂纹和/或灌注胶脱离。

已知的是，弹性体颗粒在灌注胶的热固性塑料中精细地分散，以便能够通过裂纹消散而阻止在灌注胶中形成的裂纹。这种灌注胶具有相对高的强度和一定的韧性，特别是在敲击应变的情况下。已知的是，作为弹性体颗粒使用例如丙烯腈丁二烯-橡胶（nbr），但是其在温度高于约100℃-130℃时变脆，由此刚好实现了实际冲击改性的相反方面。因此，使用这种灌注胶在它们的工作温度方面是非常受限的，因为所述弹性体颗粒在温度范围为约100℃-130℃时变脆或分解。在电子器件，例如可能具有相对高的运行温度（高达150℃）的电机中，这种灌注胶不能使用。

因此，本发明的目的在于，提供一种灌注胶，其特征在于高的强度和耐化学性以及同时高的δ-α-耐受性。

通过独立权利要求的特征实现了根据本发明的目的。在从属权利要求中给出了本发明的优选实施方案和扩展方案。

根据本发明的灌注胶的特征在于它具有塑料主基料，其中在塑料主基料中引入具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒。

本发明的特征还在于一种制备灌注胶的方法，其中在塑料主基料中引入具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒。

具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒的特征在于特别高的韧性。为了形成β-微晶结构，将β-成核剂添加到聚丙烯-塑料颗粒中。通过使用这些β-成核剂，在聚丙烯-塑料颗粒中产生β-球晶（sphärolithe）。在受到拉伸、压力或敲击的应变时，所述β-微晶彼此推压，由此产生在微观上的小孔，即所谓的微孔，其根据应变而可以吸收引入材料的能量。该效果可以用于灌注胶中的应力减少。由于具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒具有非常高的可延展性，所以具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒可以吸收在塑料主基料的固化时和在电子器件的各部分的冷却时出现的材料应力，这是通过如下方式实现的：由于出现的材料应力而产生的力从塑料主基料传导至具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒。因为聚丙烯的β-球晶通过形成多孔结构而能够减少力，所以这些力的吸收实现了一种冲击改性。此外，通过形成多孔结构可以改善塑料主基料和具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒之间的粘合。如此形成的灌注胶的特征在于高的温度稳定性，从而使其即使在具有高运行温度的电子器件（例如电机）的情况下也可以使用。为了制备所述灌注胶，将塑料主基料首先与具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒混合，然后将所述混合物加热，并且在较高温度下保持一定时间以固化和然后冷却。

为了改善聚丙烯-塑料颗粒与塑料主基料的可润湿性，可以用亲水剂或等离子体处理预处理所述聚丙烯-塑料颗粒。例如，irgasurf^®hl560可以用作亲水剂。在聚丙烯-塑料颗粒与塑料主基料混合之前，优选将亲水剂施加到聚丙烯-塑料颗粒上。

优选地，将所述聚丙烯-塑料颗粒以纤维状或粉末状引入所述塑料主基料中。在纤维状的方案中，聚丙烯-塑料颗粒优选构成为短纤维形式。所述纤维为形成孔而提供了更大的表面积，从而可以特别好地吸收来自塑料主基料的力，并且因此可以特别好地减少灌注胶中的应力。在纤维状的方案中，通常将添加有β-成核剂的聚丙烯-粒料通过熔喷-或纺丝工艺加工成纤维或纤维束。在粉末状的方案中，优选研磨添加有β-成核剂的聚丙烯-粒料。在将粉末状的聚丙烯-塑料颗粒引入塑料主基料中时，聚丙烯-塑料颗粒和塑料主基料之间的混合相比于纤维可以更容易，由此特别地可以使得聚丙烯-塑料颗粒特别均匀地分布在塑料主基料中。

纤维状引入的聚丙烯-塑料颗粒可以具有50nm至500µm，优选100nm至100µm的纤维直径。

如果引入的聚丙烯-塑料颗粒（11）是粉末状的，则它们的粒径可以为0.1μm至1000μm，优选10μm至1000μm。

为了可以获得特别高的灌注胶强度，所述塑料主基料优选由热固性塑料形成。在热固性塑料的固化之后和因此在其交联过程之后，它不再是可变形的，由此使得整个灌注胶不再是可变形的，并且因此具有非常高的强度和刚性。

优选地，所述热固性塑料是环氧树脂。环氧树脂的特征在于好的机械性能和好的耐温性和耐化学性。然而，例如不饱和的聚酯树脂、乙烯基酯树脂、三聚氰胺-甲醛树脂，聚酰亚胺树脂、异氰酸酯树脂或异氰脲酸酯树脂也可以用作热固性塑料。

本发明的特征还在于一种电子器件，其具有至少一个电子元件和用于将该至少一个电子元件固定在固定位置中的如上所述形成和进而形成的灌注胶。所述电子器件可以是例如具有定子和转子的电机。定子可以具有开关环，该开关环将定子的绕组电互连并且连接到外部电源。为了形成电绝缘、机械保护和针对化学影响的保护，可以将所述开关环以及部分绕组嵌入在灌注胶中。

此外，本发明的特征在于一种机动车辆，其具有如上所述形成和进而形成的电子器件。

下面将参考以下附图参考本发明优选实施方案的描述来更详细地描述改进本发明的其它措施。

在图中：

图1a显示了在约25℃的初始状态下在固化过程之前根据本发明的灌注胶的光学显微照片；

图1b显示了根据图1的光学显微照片的示意图；

图2a显示了在约190℃的保持阶段中在固化过程之前根据本发明的灌注胶的光学显微照片；

图2b显示了根据图2的光学显微照片的示意图；

图3a显示了在约75℃的冷却阶段中在固化过程中根据本发明的灌注胶的光学显微照片；和

图3b显示了根据图3的光学显微照片的示意图。

在图1a-3b中，示意性地示出了根据本发明的灌注胶100的固化，该灌注胶例如可以在灌注胶100开始固化之前引入电子器件中。所述固化优选在炉中进行，在该炉中向灌注胶100和因此向整个电子器件导入热。

灌注胶100由塑料主基料10和大量具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒11形成。塑料主基料10是热固性塑料，特别是环氧树脂。在塑料主基料10中如此引入具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒11，使得塑料主基料10和聚丙烯-塑料颗粒11之间达到好的、特别是均匀的混合。

为了产生所述β-微晶结构，向聚丙烯-塑料颗粒11添加β-成核剂（优选成核剂在聚丙烯中的浓度为0.05-0.5重量％），然后优选地加工成粒料，然后将该粒料纺丝成相应的纤维或研磨成粉末。

随后，将塑料主基料10与聚丙烯-塑料颗粒11（以粉末或纤维的形式）混合。当点状的成核剂-颗粒12在在塑料主基料10中分散布置的聚丙烯-塑料颗粒11上时，所述β-成核剂仍然可辨认。成核剂12在图1a中作为黑点可辨认，并且在图1b中以阴影线示出。

图1a和1b示出了塑料主基料10（这里例如是未固化的两组分环氧树脂）和聚丙烯-塑料颗粒11在初始状态下在固化阶段之前的混合物。灌注胶100在此具有约25℃的温度。在该初始状态下，聚丙烯-塑料颗粒11作为单独相存在于塑料主基料10中。

为了能够通过热固性塑料的交联过程实现塑料主基料10的固化，所述混合物或灌注胶100在施加后在炉中加热。在这种情况下，可以从25℃开始，设定10k/min的加热速率。在约150℃的温度（即塑料主基料10的所谓凝胶点）下，具有β-微晶结构的聚丙烯-塑料颗粒11也开始熔化。在图2a和2b所示的保持阶段中，跨一定时间段（优选20min的时间段）将温度恒定保持在约190℃，塑料主基料10和聚丙烯-塑料颗粒11二者最初以熔融状态存在，这时聚丙烯-塑料颗粒11和塑料主基料10之间的相界面不再可辨认。在高温下的保持阶段中，塑料主基料10发生固化，并且因此发生塑料主基料10的交联。

在保持阶段结束后开始冷却阶段，这时从190℃高的温度开始优选以10k/min的冷却速率冷却。通过在保持阶段期间的先前交联，塑料主基料10的强度和密度（自由体积的减小）已增加。在冷却过程期间，优选在塑料主基料10的玻璃化温度范围内在约125℃下开始β-成核的聚丙烯-塑料颗粒11的重结晶。通过灌封的电子器件（例如叠片铁心、线绕组和开关环等）的（特别是热收缩的）热（特别是冷却引起的）收缩，由此在冷却阶段期间在施加的由塑料主基料10和聚丙烯-塑料颗粒11形成的灌注胶100中产生材料应力。为了减少所出现的材料应力，将在塑料主基料10中由于所述材料应力产生的力传导至聚丙烯-塑料颗粒11中。聚丙烯-塑料颗粒11这时反应得机械坚韧并且形成多孔结构，如在图3a和图3b作为曲折状结构可以辨认的，从而使得聚丙烯-塑料颗粒11通过拉伸减少材料应力。在冷却阶段之后，聚丙烯-塑料颗粒11以完全结晶和拉伸的状态存在。另外，塑料主基料10完全固化，并且在塑料主基料10中出现的材料应力显著减少。灌注胶100然后不再是可变形的。

本发明的实施不限于上述优选的实施方案。相反地，可以想到许多变型方案，其甚至在基本上不同于所述实施方案的实施下使用。由权利要求、说明书或附图得到的所有特征和/或优点，包括空间布置的结构细节和方法步骤，单独地或者以不同的组合的方式都属于本发明。

附图标记列表

100灌注胶

10塑料主基料

11聚丙烯-塑料颗粒

12成核剂。