Lichtfixierung revolutioniert 2K-Klebstoffe

Zweikomponentige Epoxidharze eignen sich für strukturelle Klebungen und als schützender Verguss. Für viele industrielle Anwendungen galt die lange Dauer bis zum Erreichen der Anfangsfestigkeit als großer Nachteil – bis jetzt. Delo Industrie Klebstoffe ist es gelungen, erstmals eine praxistaugliche und sekundenschnelle Lichtfixierung für 2K-Epoxidharze zu entwickeln. Anwender profitieren von einer beschleunigten und einfacheren Fertigung sowie einer günstigeren Logistik.

Die Lichtfixierung von 2K-Klebstoffen verkürzt Fertigungsprozesse von einer Stunde auf wenige Sekunden z.B. bei der Magnetverklebung in Elektromotoren. Delo

Schnellere Produktionsprozesse

Dualhärtende Klebstoffe haben Fügeprozesse in hochvolumigen industriellen Anwendungen in den letzten Jahren stark beschleunigt. Unter hochintensivem (UV-)Licht können sie zwei Bauteile in Sekunden zueinander fixieren, bevor sie ihre volle Festigkeit in einem zweiten Prozessschritt erhalten. Dadurch ist die benötigte Zeit bis zum Weiterverarbeiten einer Baugruppe extrem gesunken. Außerdem ist mit diesem sogenannten „Curing on demand“, also dem kontrollierten Aushärten oder Fixieren auf Knopfdruck, die Klebgenauigkeit gestiegen (Bild 1). Diese wird angesichts der zunehmenden Miniaturisierung in vielen Bereichen gefordert.

Die neue Hybridchemie ist so schnell wie kein zweikomponentiger Klebstoff zuvor. Bereits nach wenigen Sekunden Belichten sind die Bauteile in der gefügten Position ausreichend gesichert und gegen Verrutschen geschützt, sodass sich die gesamte Baugruppe sofort weiterverarbeiten lässt. Die Festigkeit nach 5 Sekunden Belichtung bei einer Intensität von 1000 mW/cm² beträgt bereits 1 N/mm², ein Wert, der in der Industrie oft als „Handfestigkeit“ definiert wird. Diagramm 1 zeigt, wie sich die Fixierfestigkeit über die Belichtungszeit aufbaut. Das sichere Endaushärten – inklusive Schattenzonen – erfolgt anschließend wie bei bekannten 2K-Produkten bei Raumtemperatur. Optional ist auch ein beschleunigtes An- oder Aushärten mit Wärme möglich. Die vollständige Vernetzung erfolgt typischerweise in 60 Minuten bei 80 °C, wobei höhere Temperaturen die Zeit verkürzen und niedrigere diese verlängern.

Diagramm 1: Stirnabzugsfestigkeit Duopox DB8989 auf sandgestrahltem Aluminium nach Lichtfixierung mit Delolux 503/365 bei 1000 mW/cm². Delo

Tabelle 1: Vergleich der verschiedenen Klebstofffamilien und ihrer Prozesseigenschaften. Delo

Ein Prozess bei Raumtemperatur dürfte für die meisten Anwender am interessantesten sein, da in diesem Fall das Warmhärten entfällt, der dafür nötige Platz in der Fertigung gespart und Takt- und Durchlaufzeiten extrem verkürzt werden. Da Dosieren, Fügen und Lichtfixieren in weniger als einer Minute ablaufen, kann der nächste Fertigungsschritt deutlich schneller starten. Bislang sind hier 15 bis 90 Minuten üblich. Der einzige Mehraufwand im Vergleich zu warmhärtenden 1K-Epoxidharzen sind eine UV-Lampe und eine 2K-Mischanlage, im Vergleich zu lichtfixierbaren 1K-Epoxidharzen eine 2K-Mischanlage und im Vergleich zu klassischen 2K-Expoidharzen eine UV-Lampe (Tabelle 1). Diese Anschaffungs- und Betriebskosten fallen allerdings angesichts der eingesparten Investitions- und Energiekosten der Warmhärtung, des daher kaum existenten CO2-Fußabdrucks sowie der verkürzten Taktzeit nicht ins Gewicht.

Da die dualhärtenden 2K-Klebstoffe mit ihren praktischen Verarbeitungszeiten von zum Beispiel 45 Minuten im Mischrohr lange flüssig bleiben, eignen sie sich selbst für das Dosieren kleiner Mengen; die Fixierung kann dann wie beschrieben auf Knopfdruck in Sekunden erfolgen. Darüber hinaus vereinfacht und vergünstigt die neue Technologie die Logistikprozesse für Anwender spürbar, da Produkte im Gegensatz zu vergleichbaren 1K-Epoxidharz-Klebstoffen bei Raumtemperatur transportiert und üblicherweise 12 Monate gelagert werden können. Zudem erlaubt die mehrere Wochen lange Verarbeitungszeit mehr Flexibilität in der Fertigung sowie den Einsatz größerer und damit wirtschaftlicherer Gebinde.

2K-Produkte lassen sich zum Beispiel mit den volumetrischen Dosiersystemen Preeflow Eco-Duo präzise dosieren. Viscotec

Mechanische Eigenschaften

Diagramm 2: Lichtfixierbare 2K-Epoxidharzklebstoffe zeigen auch nach Alterungstests gute Festigkeiten. Delo

Neben diesen zahlreichen Vorteilen im Produktionsprozess bieten lichtfixierbare 2K-Produkte sehr gute Klebstoffeigenschaften und insbesondere gute Festigkeiten aufgrund der stark vernetzten Epoxidharzchemie. So beträgt die Zugscherfestigkeit des ersten verfügbaren Produkts Duopox DB8989 von Delo auf Aluminium 28 MPa und die Druckscherfestigkeit auf dem als schwierig verklebbar geltenden Kunststoff LCP 13 MPa. Dabei bewahren die Klebstoffe diese Festigkeiten auch unter Temperatur- und Feuchtigkeitseinfluss. Sie bleiben selbst nach Alterungssimulationen, wie sie etwa im Automobilbereich gefordert werden, auf einem sehr hohen Niveau. Diagramm 2 zeigt die Auswirkungen von unter anderem 500 Stunden Lagerung bei 85 °C und 85% relativer Luftfeuchtigkeit (r.F.) oder 500 Stunden bei 150 °C. Durch die hohe Temperaturbeständigkeit ergibt sich ein Temperatureinsatzbereich von bis zu 180 °C.

Ein weiterer Vorteil der neuen Klebtechnologie ist, dass in den Schattenzonen, in denen die sichere Aushärtung ohne Lichteinwirkung erfolgt, die gleichen mechanischen Eigenschaften wie in den belichteten Bereichen vorliegen (Diagramm 3). Anwender profitieren damit von der hohen Zuverlässigkeit ihrer geklebten Verbindung und können sich dieser auch sicher sein, sollte es durch spätere Designanpassungen zu anderen Geometrien kommen.

Diagramm 3: Der E-Modul von Duopox DB8989 ist in den belichteten und unbelichteten Bereichen auch nach anspruchsvollen Alterungssimulationen vergleichbar, die mechanischen Eigenschaften damit praktisch identisch. Delo

Strukturklebstoffe vergleichen

Mit der neuen Hybridchemie haben Anwender eine weitere, vielseitige Prozessoption zur Auswahl. Um einen vereinfachten Vergleich zu den bestehenden Lösungen zu geben, bietet sich eine schematische Darstellung in einem Spinnendiagramm an (Diagramm 4). Diese Darstellung vernachlässigt Varianten und Ausnahmen innerhalb der einzelnen Produktgruppen, bietet dafür aber Orientierung im stetig wachsenden Klebstoffangebot.

Diagramm 4: Vergleich der Eigenschaftsprofile unterschiedlicher Klebstofffamilien Anwendungsgebiete und Ausblick. Delo

Dank der beschriebenen Eigenschaften eignet sich die neue Hybridchemie für strukturelle Klebungen und zuverlässige Vergüsse. Die ersten Produkte bieten mit einer E-Modul-Bandbreite von ADAS) wie Kameras für das automatisierte Fahren. Für die Zukunft können Anwender jedenfalls die Entwicklung zahlreicher weiterer 2K-Produkte mit Lichtfixierung erwarten.

(mrc)