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1 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
1-K POLYADDITIONS EPOXIDHARZKLEBSTOFFE 2012
Dr. Christof Brändli Research&Development, Adhesives, Dow Europe GmbH, Switzerland, CBraendli@dow.com
2 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
• Einführung
• Formulierung / Inhaltsstoffe
• Anforderungen
• Anwendungen
• Eigenschaften
Inhalt
3 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
• 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.
Einführung
4 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
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 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Chemisches Baukastensystem
Füllstoffe Mechanische Festigkeiten Thermische Festigkeiten Adhäsions-Eigenschaften Kosten Art Korngrösse Form der Teilchen Beispiele CaO CaCO3 Tonerde TiO2 Glass ZnO Russ
Harze Bis-A/F-Epoxidharze Viskosität Alterungsverhalten Vernetzungsdichte Epoxidharz
Härter
Beschleuniger Flexibilisierung
Toughening
Füllstoffe
6 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Herstellung von 1K Epoxidklebstoffen
Labormischer
Produktionsmischer
Handanwendung aus Kartuschen
Fässer, Hobbocks
7 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Der Kleberfluss
Folgeplatte T= 30-35°C
T= 45 - 50°C
Fasspumpe T= 35 - 40°C
Dosierer T= 50 - 55°C
Düse T= 55 - 65°C
Schlauch T= 40 - 45°C
Graduelle Erwärmung von der Folgeplatte bis zur Düse für eine optimale Förderung des Klebstoffes und gute Applikations-bedingungen.
8 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Applikationsarten
Raupenauftrag
Wirbelsprühen (Swirl)
Dünnstrahlspritzen
Füllung 180 %
4 a .
Auftrag mit Sprühkopf
1.
2. 3.
Füllung 200 %
4 b.
Hauptsächlich für Bördelnahtapplikationen
Relativ langsam
Sehr schnell Tiefe Viskosität
9 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Kleben im Automobilbau: Anforderungen
Prozess Verarbeitung Taktzeiten Härtungsmechanismus Anwendbarkeit Substrate Art (Stahl, Aluminium, Magnesium, Verbund) Oberflächen, Öl Dauerbeständigkeit (e.g. VDA 621-415) beschleunigte Alterung mit erhöhten Belastungen betreffend Temperatur, Feuchte, Salz.... Spezifikationen Mechanische Eigenschaften Verarbeitbarkeit
10 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
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 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Schweisspunkt (5 mm) Klebstoff
• Reduktion von Belastungsspitzen und Verbesserung der Dauerschwingfestigkeiten
• Höhere Belastungen können vertragen werden • Verringerung von Substrat (vor allem Stahl-)dicken
Wieso werden Strukturklebstoffe verwendet?
Kontinuierliche Klebefläche eliminiert Belastungsspitzen und verbessert den Lasttransfer zwischen den Fügepartnern
Belastungsspitzen
12 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Flexibiliserung / Toughening in Epoxidklebstoffen
Adhesive Adhesive
Toughener
Substrate Substrate
Substrate Substrate
Force Force
Force Force
Adhesive Adhesive
Substrate Substrate
Substrate Substrate
Force Force
Force
Enthaftung Kavitation Rissablenkung
13 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Vorteile von Strukurklebstoffen im Automobilbau
Dauerbeständigkeit
Akustik
Fahrkomfort
Sicherheit
Umwelt
Kostenreduktion
• Statische Steifigkeit
• Dynamische Steifigkeit
• Leichtbau
• Schweisspunktreduktion
• Substratdickereduktion
• Prozessgeschwindigkeit
• Erhaltung der mechanischen Eigenschaften
• Energiemanagement
14 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Hauptmaterialeigenschaften
Eigenschaften Methode Bereich Anforderung
Glasübergangs-
temperatur
DSC,
DMTA 80-110°C Festigkeit über Temperatur
Elastizitätmodul DIN ISO
EN 527-1
1000-6000
MPa
Steifigkeit
Schlagschäl-
festigkeiten
DIN EN
ISO 11343
20-60N/mm Crashfestigkeit
Zugscher-
festigkeiten
DIN EN
1465
15-30 MPa Festigkeit
Bruchbild Visual Adhäsiv -
kohäsiv
Korrosionsverhalten
15 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Crash-Versuche
Crash-Test an Türen Doppelhutprofil
Side crash
16 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
time [ms]
Forc
e [kN
]
Crash-Eigenschaften
crash durable structural adhesive: CDA
semi-CDA
Laborgerät für die Bestimmung der Crash-Eigenschaften nach DIN 11343
17 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Bördelnaht • Türen, Klappen, Hauben
Struktur
• Unterboden, Säulen, Dächer
Typische Anwendung im Automobilbau
18 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Türen
Motor-haube
Heckklappe
• Warmhärtende Hochleistungsepoxidharzklebstoffe • Glaskugeln zur Flanschfüllung • Beölte, verzinkte und blanke Stähle und Aluminium; keine Vorbehandlung für das
Kleben notwendig • Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
Bördelnahtanwendungen
19 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
• Exzellente Adhäsion auf Automobilsubstraten, wie verzinkte Oberflächen und Aluminium • Erhöhung der Karosseriesteifigkeit und Crasheigenschaften • Vibration- und Geräuschreduktion • Dauerhaltbarkeit • Korrosionsbeständigkeit • Kompatibel mit anderen Fügeverfahren
Dach
Säulen
Unterboden
Karosseriebau
20 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Stahl
Aluminium
Verklebung von Stahl und Aluminium im Zusammenspiel mit Clinchen
Aluminium
Stahl
Source: Eurocarbody 2003 – BMW – Udu Hänle/Kurt Lief
Stahl
Aluminium Aluminium
Stahl
Mischbauweise: Aluminium-Stahl Kombination
2006 BMW 5-Series Aluminum Vorderbau
21 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Anwendungen von 1K-Epoxidklebstoffen
VW Scirocco (2008) Ca. 32 m Strukturklebstoff
VW Golf (2009) Ca. 40m Strukturklebstoff
VW Tiguan (2007) Ca. 40m Strukturklebstoff
Passat CC (2008) Ca. 40m Strukturklebstoff
Jaguar XF Einige m Strukturklebstoff
Opel Insignia (2008) Ca. 20m Strukturklebstoff
22 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
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
Anwendungen von 1K-Epoxidklebstoffen
23 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
• Überkopf- und vertikale Applikation: bis 600 mm/s; 100mm Düse-Substrat-Distanz
Spritzbare Technologie
• Feuchtigkeitsaufnahme des Klebstoffs im unausgehärteten Zustand source: SCA Schucker
24 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Anwendungen in der Automobilproduktion
Steppnahtanwendung
25 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Spezielle Thixotropiemittel
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
temperature [°C]
vis
co
sit
y [kP
as]
BETAMATETM1460 technology
Standard Technology
Oszillation bei tiefen Scherraten
Hohe Viskosität bei tiefen Scherraten
Auswaschbeständigkeit
Auswaschbeständigkeit
26 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Klebstoffstabilität
Viskositätsanstieg über Zeit
27 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Tiefe Viskosität und hohe Fliessgrenze
Auswaschbeständigkeit
Verpumpbarkeit Rheology Measurements
Oscillation (low - high - low)
0.00E+00
5.00E+02
1.00E+03
1.50E+03
2.00E+03
2.50E+03
3.00E+03
3.50E+03
4.00E+03
4.50E+03
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47
Time
Com
plex
Vis
cosi
ty [P
as]
BM 1060
BM 1060S
low shear rate
high shear rate
low shear rate
Verpumpbarkeit
Rheologie: Fliess- und Pumpverhalten
Auswasch-beständigkeit
28 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
Adhäsionspromotoren für eine gute
Benetzbarkeit von öligen
Oberflächen
Benetzbarkeit von öligen Oberflächen
Optimierte Flanschbefüllung für eine
konstante Klebstoffschichtdicke und
somit gute mechanische Eigenschaften
29 - 2012 Dow Restricted
™Trademark of The Dow Chemical Company
• 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
Zusammenfassung
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