3M Deutschland GmbH. Faszination Kleben. 3M 2008 J.Weirauch. All Rights Reserved.

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1 3M Deutschland GmbH Faszination Kleben

2 Julius Weirauch Technical Service Specialist 3M Deutschland GmbH Carl Schurz Strasse Neuss Tel: julius.weirauch@mmm.com 2

3 FÜGEVERFAHREN stoffschlüssig formschlüssig kraftschlüssig Schweißen Löten Falzen Pressen Kleben Verzahnen Klemmen 3

4 Was ist ein Klebstoff? Es gibt viele Normen, die sich mit Kleben befassen, auszugsweise: DIN 8593 (Fertigungsverfahren) Teil 8: Kleben ist das Fügen unter Verwendung eines Klebstoffes. DIN (Klebstoffverarbeitung): Ein Klebstoff ist ein nichtmetallischer Werkstoff, der Fügeteile durch Flächenhaftung und innere Festigkeit miteinander verbindet. 4

5 Grundbegriffe der Klebtechnik: Kohäsion Als Kohäsion versteht man die Anziehungskräfte innerhalb eines Körpers. 5

6 Grundbegriffe der Klebtechnik: Adhäsion Als Adhäsion versteht man die molekularen Anziehungskräfte zwischen zwei Materialien. Adhäsion Mechanische Adhäsion Spezifische Adhäsion Diffusion 6

7 Grundbegriffe der Klebtechnik: Oberflächenenergie Die Oberflächenenergie ist ein Maß für das Benetzungsverhalten. Flacher Tropfen - - hohe Oberflächenenergie - gute Benetzung - gute Klebeigenschaften Hoher Tropfen - - niedrige Oberflächenenergie - schlechte Benetzung - geringe Klebeigenschaften saubere Metalloberfläche Polyäthylenoberfläche 7

8 Grundbegriffe der Klebtechnik: Oberflächenenergie Beispiele für geringe Oberflächenenergien: Material Kurzbezeichung Handelsname Oberflächenspannung [dyn/cm] Polyvinylfluorid PTFE Teflon 18 Silikon Si Silastic 24 Polyvinylfluorid PVF Kynar 25 Naturkautschuk NR - 25 Polypropylen PP Marlex 29 Polyethylen PE, HDPE Dylan 31 Polyester PBT Celanex 32 Polyamid PA Nylon <36 Acryl PMMA Elvax <36 Epoxy EP Hexion <36 Polyacetal POM Delrin <36 8

9 Grundbegriffe der Klebtechnik: Oberflächenenergie Beispiele für hohe Oberflächenenergien: Material Kurzbezeichung Handelsname Oberflächenspannung [dyn/cm] Polystyrol PS Styron 38 PS-Phenoloxid PSPO Noryl 38 Polyvinylchlorid PVC Winolit 39 Vinylidenchlorid VC Saran 40 Polyester PET Mylar 41 Polyimid PI Kapton 41 Polyarylsulfon PAS Radel 41 Phenolharz Bakelite 42 Polyurethan PUR Estane 43 Polycarbonat PC Lexan 46 Blei 450 Aluminium 840 Kupfer

10 Grundbegriffe der Klebtechnik: Fügeverbund Der Fügeverbund beschreibt den Aufbau und die Versagensart einer Klebung! Werkstoff 1 Klebstoff Werkstoff 2 Adhäsives Versagen zu Werkstoff 1 Werkstoff 1 Klebstoff Werkstoff 2 Adhäsives Versagen zu Werkstoff 2 Werkstoff 1 Klebstoff Werkstoff 2 Kohäsives Versagen im Klebstoff Werkstoff 1 Klebstoff Werkstoff 2 10

11 Grundbegriffe der Klebtechnik: Konstruktion Anpassen der Fügepartner an die Fügetechnik Kleben Schweißen 11

12 Belastungsarten 1 1. Scherbelastung 2. Zugbelastung 3. Spaltbelastung 4. Schälbelastung 12

13 F Belastungsarten 2 F F F Max F Max F Max Dauer-Grundlast t Spitzen-Null-Last t Spitzen-Grundlastt Beispiele: Spiegelklebung Wandleisten Beispiele: Regalböden Beispiele: Transportlast 13

14 F Belastungsarten 3 F F Max F Max Impuls-Null-Last t Impuls-Grund-Last t Beispiele: Kabel auf Headliner Beispiele: Regensensor 14

15 selbstklebende Systeme (PSA) Übersicht 3M Klebstoffe Physikalisch härtende Systeme Chemisch härtende Systeme Scotch - Grip Scotch - Grip Jet - Melt Scotch - Weld Lösungsmittel- Dispersions- Schmelz Konstruktions- Klebstoffe Klebstoffe Klebstoffe Klebstoffe selbstklebende Systeme VHB Systeme wärmehärtende Systeme kalthärtende Systeme Kautschuk- Klebstoffe Acrylat Klebstoffe Hochfeste Acrylat- Klebstoffe Klebfilme 1 Komponenten Konstruktions- Klebstoffe 2 Komponenten Konstruktions- Klebstoffe Cyan - acrylat Klebstoffe Silikon- Klebstoffe Jet - Weld Reaktive PUR s 15

16 Klebstoffauswahlhilfe 40 MPa Zugfestigkeit VHB Hot Melt Lösemittelklebst. Cyanoacrylate 2K Systeme Klebefilme 16

17 17 MPa DP 810 2Komponenten- Klebstoffe Vergleich der Zug-/Scherfestigkeit (MPa) mit der Bruchdehnung (%) Oberfläche: Aluminium angerauht mit SB 7447 somit optimale Festigkeit 2,5 m/min DP 610 DP DP 190 DP 801 DP 460 DP 125 DP DP 105 DP DP # 9460 VHB # 9473 # 4905 # # 4945 # 4910 # 5970 # 4941 # 4915 # ,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 22,00 24,00 17 % Bruchdehnung

18 Vergleich der Energieaufnahme* Arbeit = Kraft x Weg Energieaufnahme VHB Hot Melt Lösemittelklebst. Cyanoacrylate 2K Systeme Klebefilme 18 * bei optimaler Adhäsion

19 Klebstoff oder Klebeband? 1. Welche Klebfläche (Breite) steht zur Verfügung < 8 mm : Klebstoffe 8-60 mm : Klebeband (oder Klebstoff) > 60 mm : Klebstoffe (Klebeband nur schwer blasenfrei applizierbar) Generell gilt: Wenn es technisch möglich wäre, würden ausschließlich Klebebänder verwendet werde! 19

20 Klebstoff oder Klebeband? 2. Vorteile von Klebstoff gegenüber Klebeband : Positionierung nach dem Fügen Klebstoff (wegen der Sofortklebkraft des Klebebandes) geometrisch verformte Oberflächen Klebstoff Welle/ Nabe Verbindung Klebstoff Hohe Festigkeitsanforderungen Klebstoff 20

21 Aufbau doppelseitiges Klebeband mit dünnem Träger Schaumstoff Klebeband 21 Klebstoff-Film ohne Träger transparenter VHB-Klebstoff-Film VHB+, VHB, Acrylic Foam- Klebeband

22 Können offen- oder geschlossenzellig sein Können nur wenig Oberflächenrauhigkeit und Unebenheiten kompensieren Rückstellkräfte PE-Schaumbänder 22

23 VHB Klebebänder Sind geschlossenzellig Oberflächenrauhigkeit + Unebenheiten werden kompensiert (-50%) durch Fließen des Klebstoffes und des viskoelastischen Kernes Keine Rückstellkräfte, spannungsfreier Ausgleich von Toleranzen nach Verweilzeit 23

24 Klebstoff Flüssig Viskoelastizität Benetzung Festigkeit Gut Schlecht VHB Viskos Viskos VHB 4910 Elastisch Elastisch VHB 4945 Fest Schlecht Gut 24

25 Lastwechseltests mit VHB VHB 4945 Anzahl Lastwechse ,135 0,17 0,24 0,31 0,38 0,45 Last in MPa

26 Belastungstests 1,5 x 2,4m Panele Glas, Aluminium Verbindung Belastung bis zu 7 bar Erfüllt US-Anforderungen für Windlasten Foto: 6mm dickes gehärtetes Glas ist gebrochen, Acrylic Foam hält die Reste fest 26

27 Belastungstests: 8 Jahre in Salzwasser VHB zu Aluminum in Wasser & 5% NaCl Ergebnis: 50% Restklebkraft ohne Oxidation unter der Klebung 27

28 Kleben / Dichten eines Kameragehäuses Verwendete Produkte VHB 9460,9473 VHB 4936 schnelles Weiterarbeiten möglich Gleichzeitig abdichtend 28

29 Elektronik - Displaymontage Global Positioning System (GPS) Abdichtung mit dünnem VHB 9460, 9469, 9473 Minimales Ausgasen Stanzteile zur Vorkonfektionierung Militärische und Zivile Anwendung Vergleichbare Anwendungen bei Handys und tragbaren Meßgeräten 29

30 Aluminiumdach auf LKW-Außenrahmen 30

31 VHB-Leistung // VHB-Typ 31

32 selbstklebende Systeme (PSA) Übersicht 3M Klebstoffe Physikalisch härtende Systeme Chemisch härtende Systeme Silikon- Klebstoffe Scotch - Weld Scotch - Weld Scotch - Weld Lösungsmittel- Dispersions- Schmelz Klebstoffe Klebstoffe Klebstoffe Scotch - Weld Konstruktions- Klebstoffe selbstklebende Systeme VHB Systeme wärmehärtende Systeme kalthärtende Systeme Kautschuk- Klebstoffe Acrylat Klebstoffe Hochfeste Acrylat- Klebstoffe Klebfilme 1 Komponenten Konstruktions- Klebstoffe 2 Komponenten Konstruktions- Klebstoffe Cyan - acrylat Klebstoffe Scotch - Weld Reaktive PUR s 32

33 DCX Headliner DCX Headliner Umbugklebung Scotch Weld 30 Dispersionsklebstoff 33

34 Dispersionsklebstoffe Anwendungen Fastbond

35 VW Passat: Sitzschaumklebung VW Passat: Sitzschaumklebung PU / PU Scotchweld

36 Mini: Kofferraum Einlegeboden Mini: Kofferraum Einlegeboden SBR Nadelfilz PP Wabenstruktur Klebung mit Scotchweld 7434 Einseitiger Auftrag 36

37 Unterscheidungsmerkmale 2-K Klebstoffe 37 Epoxies Polyurethane Acrylate Meist hochviskos Langsame Härtung Sehr hohe Festigkeiten Hart, flexibel, zähelastisch Metalle Pastös Schnelle Härtung Mittlere Festigkeiten Isocyanat-Härtung Kunststoffe Niedrigviskos Sehr schnelle Härtung Mittlere Festigkeiten Dickere Klebfugen Kurze Lagerfähigkeit Kunststoffe, Metalle

38 McLaren Mercedes; SLR Komposit Aluminium/CFK DP490 injected into front structure carbon fibre crash tube 38

39 Student car Querlenker DP490 Student car Querlenker DP Querlenker CFK / Alu, Scotch Weld DP 490, 2K-Epoxy

40 SW DP 760 Sprödhartes System Nicht fließende Paste Lange Verarbeitungszeit Härtung bei RT Einsatzbereich ca. 200 C Gute Alterungsbeständigkeit Metalle, Keramiken Magnetwerkstoffe DP760 40

41 Zugscherfestigkeiten SW DP MPa 32,0 30,0 28,0 26,0 24,0 22,0 20,0 DP 760 DP ,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, C

42 Transportation 42

43 Unterscheidungsmerkmale 2-K Klebstoffe 43 Epoxies Polyurethane Acrylate Meist hochviskos Langsame Härtung Sehr hohe Festigkeiten Hart, flexibel, zähelastisch Metalle Pastös Schnelle Härtung Mittlere Festigkeiten Isocyanat-Härtung Kunststoffe Niedrigviskos Sehr schnelle Härtung Mittlere Festigkeiten Dickere Klebfugen Kurze Lagerfähigkeit Kunststoffe, Metalle

44 Bentley:Stoßfänger-Versteifungsprofile Stoßfänger aus Pocan Edgar Liebig Jan.04 Versteifungsprofile: Pocan Klebung mit Scotch Weld DP 609, 2K-PU 44

45 Reaktive Polyurethane Anwendungen TE031 45

46 Ford Mondeo: Chromleiste Ford Mondeo: Chromleiste 1K - reaktiver PUR TS 230 Chromatiertes ABS auf PA

47 Unterscheidungsmerkmale 2-K Klebstoffe 47 Epoxies Polyurethane Acrylate Meist hochviskos Langsame Härtung Sehr hohe Festigkeiten Hart, flexibel, zähelastisch Metalle Pastös Schnelle Härtung Mittlere Festigkeiten Isocyanat-Härtung Kunststoffe Niedrigviskos Sehr schnelle Härtung Mittlere Festigkeiten Dickere Klebfugen Kurze Lagerfähigkeit Kunststoffe, Metalle

48 Klebstoffsystem für Niederenergetische Werkstoffe Acrylate DP

49 Niederenergetische Werkstoffe Kleben von PE, PP......ohne Oberflächenvorbehandlung...mit strukturellen Festigkeiten...miteinander...mit anderen Werkstoffen...mit einheitlicher Klebfugendicke...mit dem Duo Pak System Acrylate DP

50 Kleben von PE, PP,......ohne Oberflächenvorbehandlung Plasma Korona Thermische Chemische > Vorbehandlung Mechanische Lösemittel Primer Acrylate DP

51 ...miteinander Kleben von PE, PP,... Acrylate DP

52 Smart Crossblade: Armaturenbrett...und mit unterschiedlichen anderen Materialien PP/ PA Scotch Weld DP

53 Smart Crossblade: Armaturenbrett Smart Crossblade: Armaturenbrett PP/ PA Scotch Weld DP

54 Volvo Trucks: Ansaugblende Volvo Trucks: Ansaugblende PP / Aluminium Scotch Weld DP

55 Werkstoffe Geeignet: PE, PP PC Metalle Hart-PVC Al - Legierungen PMMA Glas PS Holz FRP Acrylate DP

56 Kleben von PE, PP,......mit einheitlicher Klebfugendicke Acrylate DP μm

57 Quellen: Polymers, R.Shaw 3M Eurolab Ullman Encyklopädie der Technischen Chemie 57

58 58 I. Skeist Handbook of Adhesives Prof. W. Brockmann Uni Kaiserslautern Grundlagen und Stand der Metallklebetechnik W. Endlich Kleb- und Dichtstoffe in der modernen Technik Prof. G. Habenicht TH München Kleben Eduardo Schindel-Bindelli Strukturelles Kleben und Dichten AFERA Prüfmethoden und Begriffsbestimmungen ASTM Prüfmethoden und Begriffsbestimmungen (USA) Literaturhinweise

59 Ihre Ansprechpartner im Bereich Klebetechnik bei der Firma Strenge Quellen: Polymers, R.Shaw 3M Eurolab Ullman Encyklopädie der Technischen Chemie Elke Buchwald Daniel Weißbrenner Evelin Bögendorfer Tel.: / e.buchwald@strenge.de Tel.: / d.weissbrenner@strenge.de Tel.: / e.boegendorfer@strenge.de 57