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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, [email protected]

1-K POLYADDITIONS EPOXIDHARZKLEBSTOFFE · 3 - 2012 Dow Restricted ™Trademark of The Dow Chemical Company •Epoxidharz-Einkomponenten-Systeme sind heißhärtend und werden vorwiegend

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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, [email protected]

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

®™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