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Posts Tagged ‘Kleben’

Adhesive_tapes_clearUm einen guten Korrosionsschutz zu gewährleisten, werden in der Industrie und im Fahrzeugbau viele Bauteile pulverbeschichtet. Sie müssen bei der Weiterverarbeitung zuverlässig und ohne Beschädigung der schützenden Schicht miteinander verbunden werden– und das möglichst schnell, damit die Fertigung ohne große Wartezeit weiterlaufen kann. Die beste Methode, Bauteile zerstörungsfrei miteinander zu verbinden, ist das Kleben. Um kurze Taktzeit und große Durchlaufgeschwindigkeiten zu erreichen, bietet sich der Einsatz von Klebebändern an. Klebebänder bestehen, je nach Einsatzgebiet aus einem Trägermaterial und einer oder beidseitigen Haftklebstoffschicht. Da kein flüssiger Klebstoff eingesetzt wird, ist eine saubere Verarbeitung möglich. Mit Klebebändern gefügte Bauteile können direkte nach dem Fügen weiterverarbeitet werden. Pulverbeschichtungen enthalten jedoch häufig Wachse als Additive. Das erschwert den Klebeprozess und macht unter Umständen eine Vorbehandlung der Oberfläche notwendig. Aus früheren Untersuchungen ist bekannt, dass bei Acrylatklebebändern eine thermische Behandlung die Stabilität und Bruchfestigkeit erhöht. Es gibt bisher aber noch keine Daten, wie sich die Wärmebehandlung auf Bruchverhalten und Alterungseffekte auswirkt. In diesem Projekt der industriellen Gemeinschaftsforschung untersuchen Dresdner Forscher, wie durch geeignete technologische Parameter der Klebeprozess für pulverbeschichtete Bauteile positiv beeinflusst werden kann. Die Wissenschaftler wollen unter anderem herausfinden, welche Temperaturbereiche und Einwirkdauern für unterschiedliche Klebebänder möglich sind, ohne dass irreversible Schäden an Pulverbeschichtung bzw. Klebeverbindung auftreten. Auch der Einfluss unterschiedlicher Wärmequellen von innen (z.B. Induktion) und außen (z.B. Strahler oder Warmluft) soll untersucht werden.

Ziel ist es, die Bauteile möglichst ohne Vorbehandlung der Oberfläche zusammenzufügen, so dass kein Lösungsmittel notwendig ist. Das vereinfacht die Fertigungsschritte und spart Kosten und Arbeitszeit. Das neue Verfahren kann außerdem die Fertigungssicherheit erhöhen, weil Chargenschwankungen ausgeglichen werden, ohne dass eine Oberflächenvorbehandlung notwendig ist. Profitieren können davon unter anderem Branchen der Zulieferindustrie, der Leuchtenindustrie sowie des Fahrzeugbaus.

Mehr zum Projekt

IGF 17871: Entwicklung einer Klebtechnologie mit Klebebändern auf Pulverbeschichtungen für kurze Taktzeiten

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FiveMinEpoxy

„FiveMinEpoxy“ von Taktoa – Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FiveMinEpoxy.jpg#/media/File:FiveMinEpoxy.jpg

Polyurethanklebstoffe (PU) gehören bei technischen Anwendungen mit zu den am häufigsten eingesetzten Reaktionsklebstoffen. Beim Aushärten reagieren Isocyanate mit Polyolen zu Polyurethanen. Durch Variationen der beiden Komponenten kann das Klebverhalten gezielt an die jeweiligen Oberflächen, die miteinander verklebt werden sollen, angepasst werden. Das Aushärten der Klebeverbindung erfolgt in der Regel bei höheren Temperaturen. Je nach dem Grad der Vernetzung können elastische oder starre Klebeverbindungen entstehen. Deshalb ist das Einsatzgebiet von PU-Klebstoffen außerordentlich vielfältig. Es erstreckt sich von Handwerksbetrieben, Bauunternehmen und Manufakturbetrieben wie Sonderfahrzeugherstellern bis hin zu Großunternehmen aus den Bereichen Schienenfahrzeug- und Automobilbau. Mit PU-Klebern können Materialien mit sehr unterschiedlichem Last- und Temperaturverhalten zusammen gefügt werden, wie beispielsweise glasfaserverstärkte Kunststoffe auf Stahl oder Wand- und Bodenplatten aus Aluminium auf Stahlträgern. Es kommt jedoch immer wieder vor, dass sich die mechanischen Eigenschaften während der Härtung deutlich ändern. Schlimmstenfalls führt dies zur Zerstörung der Klebeverbindung.

Die genauen Gründe dafür sind bisher nicht bekannt. Es gibt lediglich Hinweise, dass dies mit Änderungen in der Morphologie der PU-Klebstoffe zusammen hängen könnte.

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts versuchen jetzt gemeinsam mit Forschern der Universität des Saarlandes herauszufinden, warum sich die Klebeigenschaften ändern und welche Klebstoffzusammensetzungen besonders kritisch sind. Mit verbesserten Mixturen und einfachen Regeln zur Umsetzung der Formulierung soll die Qualität der Klebstoffe weiter erhöht werden. Sie sollen dann nicht nur zuverlässiger kleben, sondern auch bei höheren Temperaturen gehärtet werden können. Dadurch verkürzt sich die Zeit für das Aushärten und die Produktivität wird gesteigert.

Mehr zum Projekt „Dynamik von polyurethanbasierten Klebstoffen und Klebverbindungen“ (IGF-Nr. 18308 N)

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Regelmäßige Leser des Projekts des Monates haben es sicher schon bemerkt: Die Optimierung und Prüfung von Klebstoffen ist ein Dauerbrenner. Kein Wunder – von der Zahnkrone bis zur Windschutzscheibe sind wir von Klebverbindungen umgeben, von denen wir hoffen, dass sie möglichst lange halten und sich nicht plötzlich lösen. Im IGF-Projekt VaTherm wird derzeit ein neues Verfahren untersucht, mit dem sich Klebstoffverbindungen schnell und kostengünstig untersuchen und verbessern lassen.

Dabei soll die DSC-OIT-Methode zum Einsatz kommen.DSC steht für „Dynamische Differenzkalorimetrie“ (Differential Scanning Calorimetry) und OIT für „Oxidationsinduktionszeit“. Was verbirgt sich hinter diesen Wortungetümen? Bei der DSC-OIT wird ein Werkstück oder in diesem Fall die Klebverbindung langsam erwärmt und dabei einem Sauerstoff- oder Luftstrom ausgesetzt. Anhand der freiwerdenden Wärme kann man feststellen, wann der Klebstoff anfängt zu reagieren und so seine Haftfähigkeit verliert. Dabei werden keine absoluten Werte gemessen, auch Vorhersagen über Langzeitstabilitäten sind eher schwierig. Man kann aber sehr gut verschiedene Materialien miteinander vergleichen. So lässt sich schnell feststellen, wie sich Änderungen in der Klebstoffrezeptur oder Zusätze wie Stabilisatoren oder Füllstoffe auf die Belastbarkeit auswirken. Im Vergleich zu bisher eingesetzten Messverfahren ist die DSC-OIT schneller und kostengünstiger – ein Vorteil, der besonders für kleine und mittelständische Betriebe wichtig ist. Die notwendigen Geräte sind außerdem meist schon vorhanden.

Das Projekt wird in Braunschweig durchgeführt; die beteiligten Klebstoffhersteller und Anwender haben bereits angekündigt, die Methode umgehend einzusetzen.

Mehr Informationen zum Projekt

Validierung der Aussagekraft von OIT-Messungen hinsichtlich der thermooxidativen Beständigkeit von reaktiven Klebstoffsystemen (VaTherm) – Etablierung einer kostengünstigen Methode zur schnellen Optimierung von Klebstoffformulierungen (IGF-Nr. 17712 N)

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Verkürzte Alterungsprüfung von Haftklebstoffen, Klebebändern und Haftklebverbindungen – IGF-Nr. 17087 N

Ob zu Hause, im Büro oder in der industriellen Fertigung – überall wird geklebt. Verpackungen, Schuhe, Mauern, Auto- und Flugzeugteile werden durch Klebstoffe zusammengehalten. Das Kleben ist sowohl im alltäglichen Leben als auch in der Industrie ein sehr wichtiges Fügeverfahren, um zwei oder mehrere Materialien zu verbinden. Eine spezielle Form der verschiedenen Klebstoffgruppen sind Haftklebeverbindungen. Von einem guten Klebstoff erwartet man normalerweise, dass er besser hält als die zu verbindenden Materialien. Beim Haftkleben ist es aber anders: die Haftfähigkeit soll zum Verbinden reichen, aber durch abschälen wieder überwindbar sein. Solche Haftklebeverbindungen begegnen uns mit Alltag beispielsweise in Form von Pflastern, Etiketten oder Klebefolien. Sie werden auch für Spezialverklebungen in der Industrie eingesetzt, bei denen auf großen Flächen große Kräfte übertragen werden. Aber auch die stärkste Verbindung hält nicht ewig. Deshalb sind Prüfverfahren wichtig, mit denen die Auswirkungen von Alterungsprozessen früh erkannt werden. Möglichst noch bevor erste Schäden entstehen.

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung Klebtechnik und Oberflächen in Bremen entwickelt deshalb ein Prüfverfahren, mit dem die Alterung von Haftklebebändern und –verbindungen früher als bisher erkannt wird. Gleichzeitig soll die Methode auch Informationen über den Alterungsverlauf liefern. Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem durch rheologische Messungen möglichst viele Daten gesammelt werden. Dabei werden die Elastizität und das Fließ- und Deformationsverhalten an der Klebestelle untersucht. Es wird gemessen, wie die verklebte Probe auf Zug- und Scherkräfte reagiert und wie die Anhaftung bei kurzer Kontaktzeit und sehr leichtem Druck(Tack) und die Klebkraft (Peel) sich verändern. Mit diesem Prüfverfahren wird es möglich sein, neue Haftklebesysteme schneller und kostengünstiger zu entwickeln. Da die Unternehmen bereits in einem sehr frühen Entwicklungsstadium beurteilen können, ob das System aussichtsreich ist oder nicht. Dies bedeutet einen Wettbewerbsvorteil und spart Zeit und Kosten. Die Prüfmethode wird so aufgebaut, dass sie auch in den Laboren von KMU eingesetzt werden kann.

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Statischer Mischer für Klebstoff. [Bild: Suvroc CC-BY-3.0 via Wikicommons]

Statischer Mischer für Klebstoff. [Bild: Suvroc CC-BY-3.0 via Wikicommons]

Wissen Sie, wieviel Klebstoff ein Auto enthält? Nach Expertenschätzungen 15-18 kg – und es wird immer mehr. Denn dank intelligenter Klebtechnik werden Autos leichter, Produktionsprozesse effizienter und das Recycling einfacher. Damit das Kleben gleichzeitig schnell gelingt und keine hohen Temperaturen notwendig sind, setzt die Automobilindustrie vor allem auf 2-Komponenten (2K-)Klebstoffe. Der Mechanismus dahinter: In einer Komponente sind Monomere enthalten. Wird sie mit der zweiten Komponente, die den sogenannten Härter enthält, vermischt, kommt es zu einer Polymerisationsreaktion; die monomeren Bausteine bilden lange Ketten oder Netze, die die Oberflächen miteinander verbinden.

Damit die Klebung auch die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit oder Elastizität bekommt und gleichzeitig schnell geht, ist die richtige und schnelle Mischung entscheidend.  Dafür stehen verschiedene Mischertypen zu Verfügung. Sie erfüllen jedoch bislang nicht alle Anforderungen, die die Automobilindustrie stellt: Besonders bei hochviskosen Flüssigkeiten dauert das Mischen zu lang und es kann zu Mischfehlern kommen. Andere Systeme müssen regelmäßig gespült werden, was zu langen Standzeiten und Materialverlusten führt.

Forscher der TU Braunschweig und des Wehrwissenschaftlichen Instituts für Werk- und Betriebsstoffe in Erding arbeiten in einem Projekt der IGF deshalb an einem vollkommen neuen Mischsystem, um besonders hochviskose Klebstoffe wirtschaftlicher, sicherer und schneller zu mischen. Mit Hilfe von Leistungsultraschall soll Kaviation erzeugt werden, also kleine Dampfblasen in der Flüssigkeit. So können sich die beiden Komponenten besser durchmischen – und das sogar dann, wenn sie sich in der Viskosität stark unterschieden. Ziel ist die Entwicklung eines kontinuierlichen Systems, das in der Industrie zum Einsatz kommen kann.

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