1-K POLYADDITIONS EPOXIDHARZKLEBSTOFFEdechema.de/events_media/03_braendli.pdf · 3 - 2012 Dow Restricted ™Trademark of The Dow Chemical Company •Epoxidharz-Einkomponenten-Systeme

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, [email protected]



• Einführung

• Formulierung / Inhaltsstoffe

• Anforderungen

• Anwendungen

• Eigenschaften

Inhalt



• 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



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.



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



Herstellung von 1K Epoxidklebstoffen

Labormischer

Produktionsmischer

Handanwendung aus Kartuschen

Fässer, Hobbocks



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.



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



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



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



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



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



Vorteile von Strukurklebstoffen im Automobilbau

Dauerbeständigkeit

Akustik

Fahrkomfort

Sicherheit

Umwelt

Kostenreduktion

• Statische Steifigkeit

• Dynamische Steifigkeit

• Leichtbau

• Schweisspunktreduktion

• Substratdickereduktion

• Prozessgeschwindigkeit

• Erhaltung der mechanischen Eigenschaften

• Energiemanagement



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



Crash-Versuche

Crash-Test an Türen Doppelhutprofil

Side crash



-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



Bördelnaht • Türen, Klappen, Hauben

Struktur

• Unterboden, Säulen, Dächer

Typische Anwendung im Automobilbau



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



• 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



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



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



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



• Überkopf- und vertikale Applikation: bis 600 mm/s; 100mm Düse-Substrat-Distanz

Spritzbare Technologie

• Feuchtigkeitsaufnahme des Klebstoffs im unausgehärteten Zustand source: SCA Schucker



Anwendungen in der Automobilproduktion

Steppnahtanwendung



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




Klebstoffstabilität

Viskositätsanstieg über Zeit



Tiefe Viskosität und hohe Fliessgrenze


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



Adhäsionspromotoren für eine gute

Benetzbarkeit von öligen

Oberflächen

Benetzbarkeit von öligen Oberflächen

Optimierte Flanschbefüllung für eine

konstante Klebstoffschichtdicke und

somit gute mechanische Eigenschaften



• 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

®™The DOW Diamond Logo and Human Element and design are trademarks of The Dow Chemical Company ©2009

www.dowautomotive.com

DOW RESTRICTED – For internal use only

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