Klebtechnologie

Serienbauteile schnell verkleben

| Redakteur: Dorothee Quitter

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

2K-Epoxidharze eignen sich gut für strukturelle Klebungen. Jedoch galt die lange Dauer bis zum Erreichen der Anfangsfestigkeit als großer Nachteil – bis jetzt.

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. Diese wird angesichts der zunehmenden Miniaturisierung in vielen Bereichen gefordert. 2K-Epoxidharze, bekannt für gute Festigkeit, ausgeprägte chemische Beständigkeit und zuverlässiges Aushärten bei Raumtemperatur, konnten hier wegen der fehlenden Lichtfixierung bislang nicht mithalten. Nun gibt es jedoch erstmals eine seriengeeignete Dualhärtung für zweikomponentige Produkte. Sie kombiniert die Stärken von 2K-Produkten mit den Vorteilen der Lichtfixierung und ermöglicht Anwendern somit eine komplett neue Option beim Einsatz klebtechnischer Prozesse in ihrer Fertigung.

Schnellere Produktionsprozesse

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 s Belichtung bei einer Intensität von 1000 mW/cm² beträgt bereits 1 N/mm², ein Wert, der in der Industrie oft als Handfestigkeit definiert wird. 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 min bei 80 °C, wobei höhere Temperaturen die Zeit verkürzen und niedrigere diese verlängern.

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 min bis 90 min 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. Diese Anschaffungs- und Betriebskosten fallen allerdings angesichts der eingesparten Investitions- und Energiekosten für die Warmhärtung, des daher kaum existenten CO2-Fußabdrucks sowie der verkürzten Taktzeit nicht ins Gewicht.

Vereinfachte Logistik

Da die dualhärtenden 2K-Klebstoffe mit ihren praktischen Verarbeitungszeiten von z.B. 45 min 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.

Mechanische Eigenschaften

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 Delo-Duopox DB8989 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.

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. 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. (qui)

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