Technische Universität Berlin Schriftenreihe KUNSTSTOFF-FORSCHUNG Herausgegeben von Helmut Käufer 32 Demontage von Klebverbindungen für eine praktikablere Instandhaltung und ein optimiertes Recycling Peer Heschke Induktor St PP bjn Polymertechnik/ Kunststofftechnikum Berlin 1995 - D 83
INHALTSVERZEICHNIS 1. Einleitung 1 2. Stand der Technik 3 2.1 Verbindungstechnik Kleben 3 2.1.1 Adhäsion und Kohäsion 4 2.1.2 Oberflächenvorbehandlung 5 2.1.3 Abbindemechanismen der Klebstoffe 7 2.1.4 Festigkeits- und Spannungsverteilung von Klebverbindungen 9 2.2 Konstruktionsprozeß 13 2.2.1 Konstruktive Gestaltung 15 2.2.2 Klebgerechte Verbindungen 18 2.3 Methoden der Verbundtrennung 19 2.3.1 Mechanische Trennverfahren für Klebungen 22 2.3.2 Chemische Trennverfahren fur Klebungen 22 2.3.3 Thermische Trennverfahren durch Wärmeleitung 23 2.3.4 Trennverfahren durch Widerstands- und elektrische Erwärmung 25 2.4 Kunststoff mit den verschiedenen Verwertungskreisläufen 26 2.5 Produktrecycling 28 2.5.1 Aufarbeitung von Kunststoffteilen 29 2.5.2 Remontage 30 2.6 Materialrecycling 30 2.7 Chemisches Recycling 32 2.8 Andere Verwertungen 32 2.8.1 Verbrennung 32 2.8.2 Deponierung 33 3. Aufgabenstellung 34 4. Versuchsplanung 36 4.1 Einschnittig überlappte Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit metallischem Einlegeteil 36 4.1.1 Gestalt der Probekörper 37 4.2 Kfz Sportwagen Bodengruppe 38 4.2.1 Anordnung des Fügebereichs und Gestaltungsmerkmale des Fügebereichs 39 4.3 Waschmaschinendeckel für Toplader 41 4.3.1 Anordnung des Fügebereichs und Gestaltungsmerkmale des Fügebereichs 43 I
4.4 Scheiben im Kfz 44 4.4.1 Anordnung des Fügebereichs und Gestaltungsmerkmale des Fügebereichs 45 4.5 Anforderungen an eine Trennmethode 47 4.5.1 Auswahl eines Verfahrens 47 5. Versuchsbeschreibung und -durchfuhrung 49 5.1 Kunststoffügeteile 49 5.1.1 Fertigung der Kunststoffprobekörper für einschnittig überlappte Klebungen 49 5.1.2 Kfz GFK-Probeteile 51 5.1.3 Toplader Waschmaschinendeckel Bauteile 51 5.2 Metallische Fügepartner 54 5.2.1 Drahtgewebe nach DIN 4189 und ISO 9044 54 5.2.2 Stahlband nach DIN 17222undDIN 1544 54 5.2.3 Eisenpulver 55 5.2.4 Aluprofil der Probeteile von dem Kfz-Profil 55 5.2.5 Toplader Deckel 56 5.3 Verwendete Klebstoffe 58 5.3.1 Einschnittig überlappte Klebungen 58 5.3.2 Klebstoffsysteme Kfz-Sportwagen-Bodengruppe 59 5.3.3 Klebstoffsysteme Kfz-Scheiben 60 5.3.4 Toplader-Deckel-Klebstoffe 60 5.3.5 Vergleichende Gegenüberstellung der verwendeten Klebstoffe 61 5.4 Oberflächenvorbehandlung 63 5.4.1 ABS-Fügeteile der einschnittig überlappten Klebungen 63 5.4.2 GFK-Fügeteile für Verklebung mit Aluminiumrahmenprofil 63 5.4.3 TLD-Bauteile (PP-Innendeckel, ABS-Rahmen und Melaminharzplatte) 63 5.4.4 Vorbehandlung des Drahtgewebes und des Bandstahls 64 5.4.5 Vorbehandlung der Fahrzeugkarosseriekanten und -Scheiben 65 5.5 Durchführung der Klebungen 65 5.5.1 Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit Gitter und Bandstahl (Serie 2-7) 65 5.5.2 Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit Eisenpulver (Serie 8-10) 66 5.5.3 Aluminiumprofil mit GFK-Proben 67 5.5.4 Waschmaschinen-Topladerdeckel 68 5.5.5 Kfz-Scheiben 68 5.6 Prüfungen 68 5.6.1 Zugscherversuch 68 5.6.2 Trennmethoden 69 5.6.2.1 Mechanische Trermverfahren 69 II
5.6.2.2 Induktionsanlage fur thermisches Trennen 71 5.6.2.3 Trennen von Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit metallischen Einlegeteilen 72 5.6.2.4 Trennen von Aluminiumprofil und GFK 73 5.6.2.5 Trennendes Topladerwaschmaschinendeckels 73 5.6.2.6 Trennen der eingeklebten Pkw-Scheiben 73 6. Ergebnisse der Untersuchungen bezogen auf die Klebverbindungen 75 6.1 Mechanische Trennmethoden 75 6.1.1 Einschnittig überlappte Klebungen 75 6.1.2 Eingeklebte Automobilscheibe 76 6.1.3 Trennzeiten für Probeteile und Bauteile 76 6.2 Thermische Trennmethoden 76 6.2.1 Einschnittig überlappte Klebungen mit metallischem Einlegeteil 77 6.2.2 Alu-GFK Proben 79 6.2.3 Toplader Waschmaschinendeckel/Referenzproben 79 6.2.4 Trennen des Toplader Waschmaschinendeckels 80 6.2.5 Eingeklebte Automobilscheiben/Referenzproben 81 6.2.6 Kfz-Scheiben/Längsprofil-Probekörpern 82 6.2.7 Scheibenrahmen-Probekörper 84 6.2.8 Pkw-Frontscheibe des Audi 100 85 6.2.9 Pkw-Heckscheibe des Ford Scorpio 86 6.3 Vergleich der Trennzeiten für die Probeteile und Bauteile 87 6.4 Festigkeitswerte 88 6.4.1 Einschnittig überlappte Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit metallischem Einlegeteil 88 6.4.2 Kfz Alu-GFK, nutfbrmige zweischnittige Klebung 91 6.4.3 Toplader-Waschmaschinendeckel 93 6.4.4 Kfz-Glasscheiben 94 6.5 Bruchformen der einschnittig überlappten Kunststoff-Kunststoff-Klebungen 95 6.5.1 Allgemein 95 6.5.2 Bruchverhalten der Kunststoff-Kunststoff-Klebungen ohne metallischem Einlegeteil 96 6.5.3 Bruchverhalten der Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit Drahtgewebe 1,0x0,28 (2te-Serie) 98 6.5.4 Bruchverhalten der Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit Drahtgewebe 0,2x0,14 (3te-Serie) 98 6.5.5 Bruchverhalten der Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit Drahtgewebe 0,5x0,25 (4te-Serie) 99 6.5.6 Bruchverhalten der Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit Drahtgewebe 0,16x0,1 (5te-Serie) 100 III
6.5.7 Bruchverhalten der Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit Bandstahl (6te-Serie) 101 6.5.8 Bruchverhalten der Kunststoff-Kunststoff-Klebungen mit dem Eisenpulver (8te-Serie, 9te-Serie, lote-serie) 102 6.6 Bruchverhalten der Versuchsprodukte 103 6.6.1 Alu-GFK-Profils 103 6.6.2 Referenzproben für den Toplader Waschmaschinendeckels 104 6.6.3 Referenzproben für die Kfz-Scheibenklebung 105 6.7 Der Induktor 106 6.7.1 Konzeptionelle Weiterentwicklung des Induktors 107 7. Folgerungen 109 7.1 Grundlegende Betrachtung zur Demontage bei Klebverbindungen 109 7.2 Demontage der Bauteile und der Referenzproben 111 7.2.1 Kfz Alu-GFK Referenzproben 112 7.2.2 Waschmaschinentopladerdeckel 113 7.2.3 Kfz-Scheiben 114 7.3 Einfluß des Demontageverfahrens bzw. -Werkzeugs bei den Produkten 115 7.4 Demontage der einschmttig überlappten Kunststoff-Kunststoff-Klebungen und der Referenzproben 117 7.4.1 Konstruktiver Einfluß der eingelegten Metallteile und des eingebrachten Eisenpulvers bei der Demontage mittels Induktion 119 7.4.2 Werkstoffspezifische Einflüsse bei der Trennmethode 121 7.4.3 Differenzierte Beurteilung des eingesetzten Demontageverfahrens bzw. -Werkzeugs bei einschnittig überlappten Klebungen... 123 7.5 Zugscherfestigkeiten 127 7.5.1 Kfz Alu-GFK 127 7.5.2 Einschmttig überlappte Referenzproben des Waschmaschinendeckels 128 7.5.3 Kfz-Scheiben-Referenzproben-Klebungen 130 7.5.4 Zugscherfestigkeit bei den einschnittig überlappten Kunststoff- Kunststoff-Klebungen mit metallischem Einlegeteil 130 7.5.5 Kunststoff-Kunststoff-Klebung mit Metallgitter 131 7.5.6 Kunststoff-Kunststoff-Klebung mit Bandstahl 132 7.5.7 Kunststoff-Kunststoff-Klebung mit Eisenpulver 133 7.6 Theoretischen Berechnungsansätze für Kunststoff- Kunststoff-Klebungen mit metallischen Einlegeteilen 134 7.7 Werkstoffverhalten 136 IV
7.7.1 Allgemeine Anwendbarkeit bezüglich der KlebstofFart 136 7.7.2 Einfluß unterschiedlicher Fügepartner-Kombinationen 137 7.7.3 Konsequenzen für die Weiterentwicklung des Demontageverfahrens bzw. -Werkzeugs 137 7.8 Verbesserung der Instandhaltung und Optimierung des Recyclings durch induktive Entklebung 138 7.9 Anwendungsmöglichkeiten des Entklebens für eine Instandhaltung am Beispiel der Fahrzeugindustrie 143 8. Ausblick 144 9. Zusammenfassung 145 10. Literaturverzeichnis. 148