1-K POLYADDITIONS EPOXIDHARZKLEBSTOFFE

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1 1-K POLYADDITIONS EPOXIDHARZKLEBSTOFFE 2012 Dr. Christof Brändli Research&Development, Adhesives, Dow Europe GmbH, Switzerland,

2 Inhalt Einführung Formulierung / Inhaltsstoffe Anforderungen Anwendungen Eigenschaften

3 Einführung Epoxidharz-Einkomponenten-Systeme sind heißhärtend und werden vorwiegend eingesetzt, wenn hohe mechanische Festigkeiten und/oder hohe Crash-Festigkeiten erforderlich sind. Zudem erleichtert die einfache Verarbeitbarkeit den Einsatz. In 1-K-Systemen liegen Harz und Härter nebeneinander in der Mischung vor. Latente Härter und Katalysatoren werden eingesetzt, damit eine genügende Stabilität bei Raumtemperatur erreicht wird. Der Vorteil dieser Systeme ist einerseits das einfache Applizieren sowie, dass der Misch- und Dosiervorgang dem Verarbeiter abgenommen wird. Weiter besitzen 1K-Epoxidharzsysteme eine hervorragende Langzeit- gekoppelt mit hoher Temperaturbeständigkeit

4 Vor-/Nachteile von 1K-Epoxid-Klebstoffen Vorteile Hohe Festigkeiten Gute Lösemittelbeständigkeit Gute Wärmebeständigkeit Grosse Formulierungsfähigkeit Nachteile Exotherme Reaktion (nach Temperatureinwirkung). Genaue Proportionen notwendig für optimale Eigenschaften Limitierte Lagerfähigkeit Relativ teuer (im Vergleich mit Kautschuk, Butyl). Aber preiswerter als 2K Epoxidklebstoffe

5 Chemisches Baukastensystem Harze Füllstoffe Mechanische Festigkeiten Thermische Festigkeiten Adhäsions-Eigenschaften Kosten Art Korngrösse Form der Teilchen Bis-A/F-Epoxidharze Viskosität Alterungsverhalten Vernetzungsdichte Epoxidharz Beispiele CaO CaCO3 Tonerde TiO2 Glass ZnO Russ Füllstoffe Härter Flexibilisierung Toughening Beschleuniger

6 Herstellung von 1K Epoxidklebstoffen Produktionsmischer Labormischer Handanwendung aus Kartuschen Fässer, Hobbocks

7 Der Kleberfluss Schlauch T= C Fasspumpe T= C Graduelle Erwärmung von der Folgeplatte bis zur Düse für eine optimale Förderung des Klebstoffes und gute Applikationsbedingungen. Folgeplatte T= C T= C Dosierer T= C Düse T= C

8 Applikationsarten Raupenauftrag Relativ langsam Wirbelsprühen (Swirl) 1. Auftrag mit Sprühkopf Füllung 180 % Hauptsächlich für Bördelnahtapplikationen Füllung 200 % a. 4 b. Dünnstrahlspritzen Sehr schnell Tiefe Viskosität

9 Kleben im Automobilbau: Anforderungen Prozess Substrate Verarbeitung Taktzeiten Härtungsmechanismus Anwendbarkeit Art (Stahl, Aluminium, Magnesium, Verbund) Oberflächen, Öl Dauerbeständigkeit (e.g. VDA ) beschleunigte Alterung mit erhöhten Belastungen betreffend Temperatur, Feuchte, Salz... Spezifikationen Mechanische Eigenschaften Verarbeitbarkeit

10 Technische Anforderungen an Strukturklebstoffe Module über 1000 MPa Glasübergangstemperaturen über 80 C Schlagschälfestigkeiten von -40 bis +80 C Ölverträglichkeit: Adhäsion auf beölten Oberflächen Auswaschbeständigkeit 1 Komponenten, flexibilisierte Epoxidharzklebstoffe

11 Wieso werden Strukturklebstoffe verwendet? Reduktion von Belastungsspitzen und Verbesserung der Dauerschwingfestigkeiten Höhere Belastungen können vertragen werden Verringerung von Substrat (vor allem Stahl-)dicken Klebstoff Schweisspunkt (5 mm) Belastungsspitzen Kontinuierliche Klebefläche eliminiert Belastungsspitzen und verbessert den Lasttransfer zwischen den Fügepartnern

12 Flexibiliserung / Toughening in Epoxidklebstoffen Force Substrate Adhesive Toughener Substrate Force Enthaftung Rissablenkung Kavitation

13 Vorteile von Strukurklebstoffen im Automobilbau Dauerbeständigkeit Erhaltung der mechanischen Eigenschaften Fahrkomfort Statische Steifigkeit Akustik Dynamische Steifigkeit Sicherheit Energiemanagement Umwelt Kostenreduktion Leichtbau Schweisspunktreduktion Substratdickereduktion Prozessgeschwindigkeit

14 Hauptmaterialeigenschaften Eigenschaften Methode Bereich Anforderung Glasübergangstemperatur DSC, DMTA C Festigkeit über Temperatur Elastizitätmodul DIN ISO EN MPa Steifigkeit Schlagschälfestigkeiten DIN EN ISO N/mm Crashfestigkeit Zugscherfestigkeiten DIN EN MPa Festigkeit Bruchbild Visual Adhäsiv - kohäsiv Korrosionsverhalten

15 Crash-Versuche Side crash Crash-Test an Türen Doppelhutprofil

16 Force [kn] Crash-Eigenschaften Laborgerät für die Bestimmung der Crash-Eigenschaften nach DIN crash durable structural adhesive: CDA semi-cda time [ms]

17 Typische Anwendung im Automobilbau Bördelnaht Türen, Klappen, Hauben Struktur Unterboden, Säulen, Dächer

18 Bördelnahtanwendungen Warmhärtende Hochleistungsepoxidharzklebstoffe Glaskugeln zur Flanschfüllung Beölte, verzinkte und blanke Stähle und Aluminium; keine Vorbehandlung für das Kleben notwendig Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit Heckklappe Motorhaube Türen

19 Karosseriebau Exzellente Adhäsion auf Automobilsubstraten, wie verzinkte Oberflächen und Aluminium Erhöhung der Karosseriesteifigkeit und Crasheigenschaften Vibration- und Geräuschreduktion Dauerhaltbarkeit Korrosionsbeständigkeit Kompatibel mit anderen Fügeverfahren Dach Unterboden Säulen

20 Mischbauweise: Aluminium-Stahl Kombination Aluminium Aluminium Aluminium Stahl Stahl Stahl Stahl Aluminium Verklebung von Stahl und Aluminium im Zusammenspiel mit Clinchen 2006 BMW 5-Series Aluminum Vorderbau Source: Eurocarbody 2003 BMW Udu Hänle/Kurt Lief

21 Anwendungen von 1K-Epoxidklebstoffen VW Scirocco (2008) Ca. 32 m Strukturklebstoff VW Golf (2009) Ca. 40m Strukturklebstoff Opel Insignia (2008) Ca. 20m Strukturklebstoff VW Tiguan (2007) Ca. 40m Strukturklebstoff Passat CC (2008) Ca. 40m Strukturklebstoff Jaguar XF Einige m Strukturklebstoff

22 Anwendungen von 1K-Epoxidklebstoffen Audi Q5 (2008) Ca. 40m Strukturklebstoff Mercedes E-class (2009) >100m Strukturklebstoff Ford Kuga (2008) Ca. 2m Strukturklebstoff Ferrari California (2008) >15m Strukturklebstoff Ford Fiesta (2008) Ca. 4m Strukturklebstoff Camaro Einige m Strukturklebstoff

23 Spritzbare Technologie Überkopf- und vertikale Applikation: bis 600 mm/s; 100mm Düse-Substrat-Distanz Feuchtigkeitsaufnahme des Klebstoffs im unausgehärteten Zustand source: SCA Schucker

24 Anwendungen in der Automobilproduktion Steppnahtanwendung

25 viscosity [kpas] Auswaschbeständigkeit Spezielle Thixotropiemittel 10,0 Oszillation bei tiefen Scherraten 8,0 6,0 Auswaschbeständigkeit BETAMATETM1460 technology Standard Technology 4,0 2,0 0, temperature [ C] Hohe Viskosität bei tiefen Scherraten

26 Klebstoffstabilität Viskositätsanstieg über Zeit

27 Complex Viscosity [Pas] Rheologie: Fliess- und Pumpverhalten Tiefe Viskosität und hohe Fliessgrenze Auswaschbeständigkeit Verpumpbarkeit 4.50E+03 Rheology Measurements Oscillation (low - high - low) 4.00E E+03 low shear rate 3.00E E E E+03 Auswaschbeständigkeit Verpumpbarkeit low shear r 1.00E E+02 high shear rate 0.00E Time

28 Benetzbarkeit von öligen Oberflächen Adhäsionspromotoren für eine gute Benetzbarkeit von öligen Oberflächen Optimierte Flanschbefüllung für eine konstante Klebstoffschichtdicke und somit gute mechanische Eigenschaften

29 Zusammenfassung 1-Komponenten-Epoxidharzklebstoffe werden als Hochleistungsmaterialien in der Automobilherstellung eingesetzt. Die hohen Festigkeiten, guten Langzeitbeständigkeiten und einzigartigen Crasheigenschaften ermöglichen eine optimierte Karosseriekonstruktion. Die Rheologie der Klebstoffe ermöglicht das automatisierte Applizieren mittels Roboteranlagen, welche Rund-um-die-Uhr in Betrieb sind. Die Herstellung ist vergleichsweise einfach. Die sehr hohen Qualitätsanforderungen der Kunden (Automobilhersteller) erfordern jedoch eine sorgfältige Produktion. Für die Formulierung dieser Klebstoffe können eine Vielzahl von Rohstoffen eingesetzt werden, wobei für die hohen Anforderungen oft relativ teure Rohstoffe verwendet werden müssen. VIELEN DANK FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT

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