Kleben von Composites mit 2K-PU-Klebstoffen
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Kleben von Composites mit 2K-PU-Klebstoffen
Sicher und wirtschaftlich verbunden Multi-Material-Design mit dem Ziel einer optimalen Gewichtsstruktur und Gestaltungsfreiheit bei gleichzeitiger Erfüllung gesetzlich vorgeschriebener Sicherheit im Crashfall ist in der Automobilproduktion ein klarer Trend. Zum Fügen von Verbundwerkstoffen — insbesondere von kohlefaserverstärkten Composites — sind auf dem Markt neue zweikomponentige PU-Klebstoffe verfügbar, die die gestellten Anforderungen erfüllen.
Dr. Stefan Schmatloch, Dr. Andreas Lutz
S
trukturklebstoffe ebnen den Weg für den wachsenden Einsatz von Verbundwerkstoffen, besonders kohlefaserverstärkter Composites. Für Anwendungen außerhalb des Fahrzeugrohbaus — zum Beispiel beim Verkleben von Anbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen — eignen sich vorzugsweise Zweikomponenten-Systeme auf Basis von Polyurethan, aber auch Zweikomponenten-Epoxidsysteme kommen gelegentlich zum Einsatz. Diese PU-Klebstoffe und ihre unterschiedlichen Varianten sind durch wichtige Parameter wie E-Modul, Bruchdehnung, Festigkeit und Aushärtungszeit gekennzeichnet. Die über einen breiten Temperaturbereich stabilen Eigenschaften sorgen für eine langzeitbeständige Klebung. Die Kombination von unterschiedlichen Offenzeiten mit schneller Aushärtung ermöglicht darüber hinaus Freiheiten im Montageprozess. Während sich langsam aushärtende Materialien für die Montage großer Bauteile im manuellen Prozess eignen, werden schnell aushärtende Materialien, denen noch zusätzlich Wärme zugeführt wird, zum Beispiel in Montageprozessen mit
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adhäsion 11/2012
kurzen Taktzeiten bei den OEMs eingesetzt. Durch ergänzende Vorbehandlung der Fügeoberflächen gelingt es, auch schwer zu fügende Composites zu verkleben.
Allgemeines Eigenschaftsprofil Für die Verklebung von Anbauteilen in der Montage eignen sich Zweikomponenten-Polyurethan-Strukturklebstoffe, die nach Bedarf mit unterschiedlichen
niedrigmoduliger 2K-PU langsam reagierend
hochmoduliger 2K-PU schnell reagierend
E-Modul [MPa]
17
250
Zugfestigkeit [MPa]
10
15
Bruchdehnung [%]
250
130
nach 1 Stunde
0
*1,4
nach 2 Stunde
0,1
5,7
nach 4 Stunde
0,2
11,2
nach 24 Stunde
0,3
15,9
nach 3 Tagen
5
16,5
nach 7 Tagen
7,4
17,4
12,8
14,6
Zugscherfestigkeit [MPa], 2 mm, *1,4 mm Klebhöhe
Energie [J], 2 mm Klebhöhe Zugscherfestigkeit [MPa], 0,2 mm Klebhöhe nach 24 Stunden
10,5
nach 7 Tagen
11,3
Energie [J], 0,2 mm Klebhöhe
5,9
tabelle 1: Physikalische kenndaten niedrigmoduliger und hochmoduliger 2k-Polyurethan-klebstoffe
k leb- u nd di ch tstof f e
mer oder durch die Applikation von Oberflächenaktivatoren sogar noch optimieren.
Fügen ohne Primern
Grafik 1: temperaturabhängigkeit des Moduls konventioneller und optimierter 2k–Polyurethan-klebstoffe.
Grafik 2: festigkeitsaufbau von 2k-Polyurethan-klebstoffen mit unterschiedlich eingestellter Reaktionskinetik
E-Modulen und Bruchdehnungen erhältlich sind. Tabelle 1 zeigt Eigenschaftsprofile zweier verschieden schnell aushärtender 2K-PU-Strukturklebstoffe. Für strukturelle Klebungen s
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