Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung und Entwicklung von prozessstabilen Klebstoffen zur Schnellhärtung von elementar geklebten Strukturen – EcoAdhesive

Im Projekt EcoAdhesive werden zwei zentrale Herausforderungen an Klebstoffe für elementar geklebte Mischbauweisen bearbeitet:

• Hohe Prozessstabilität durch curing on demand

• Hohe Festigkeit und Bruchdehnung

Es sollen vorwettbewerbliche Formulierungsprinzipien erarbeitet werden, die es Klebstoffherstellern erlauben, robuste Systeme zu entwickeln, die schnelle Härtung mit langer offener Zeit verbinden. Insbesondere sollen 2K-Konstruktivklebstoffe formuliert werden, deren sehr schnelle Härterkomponeten nach dem Mischen noch nicht reaktiv werden, sondern erst, z.B. durch eine moderate Temperaturerhöhung, „gezündet“ werden müssen.

Eine weitere Herausforderung an Klebstoffe für Leichtbau in Mischbauweisen ist häufig, unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auszugleichen und gleichzeitig strukturelle Festigkeit aufzuweisen. Dieser Herausforderung wird im Rahmen des beantragten Projektes mit einem neuartigen Formulierungsansatz auf Basis hybrider Klebstoffe begegnet. Es soll untersucht werden, ob es möglich ist, Klebstoffe zu formulieren, bei denen hochfeste und spröde Epoxidanteile dispers in einer Polyurethan-Matrix verteilt sind.

Die vorwettbewerblichen Forschungsergebnisse ermöglichen es Klebstoff- und Rohstoffherstellen schneller auf die Bedürfnisse des Marktes zu reagieren und sichern so deren Wettbewerbsfähigkeit in einem sich stetig internationalisierenden Markt. Gerade unter den Klebstoffherstellern gibt es neben den bekannten großen Herstellern auch viele Unternehmen, die als KMU’s sehr schnell auf spezifische Kundenanfragen reagieren müssen und können. Während große Klebhersteller allerdings völlig neuartige Formulierungsprinzipien und Rohstoffe in ihren personell gut ausgestatteten Forschungsabteilungen entwickeln können, ist dies für kleine und mittelständische Klebstoffhersteller im Rahmen der normalen betrieblichen Tätigkeit nicht zu leisten. Dies erklärt das besondere Interesse dieser Unternehmen im pbA an den Ergebnissen des beantragten Projektes.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Forschungsprojekt wurden zwei der zentralen klebtechnischen Herausforderungen: Prozessstabilität durch „curing on demand“ und strukturell hohe Festigkeiten bei gleichzeitig hoher Bruchfestigkeit adressiert.

Die Schnellhärtung wurde für matrixverkapselte Beschleuniger untersucht. Es konnte ein Konzept erarbeitet werden, dass das Potential für die Verwendung von immobilisierten Beschleunigern am Beispiel von Imidazolen und DMP-30 in einer 2K-EP Rezeptur demonstriert. Konkret zeigte eine Beispielformulierung eine schnellere Härtung bei gleichzeitig längerer Offener Zeit in dielektrischen Analysen.

Die Kombination von hoher Festigkeit mit gleichzeitig hoher Bruchdehnung wurde für eine Formulierungsstrategie basierend auf „invers-hybriden“ Duromeren untersucht und mit einer flexiblen PU Matrix mit darin eingebetteten rigiden Epoxiddomänen erprobt.

Dieser Ansatz lieferte für EP/PU Hybride mit einem theoretischen PU Anteil von 30 % die gewünschten höheren Festigkeiten im Vergleich zu reinem Epoxid, bei gleichzeitiger Abnahme des E-Moduls. Ein weiteres Hybrid, aus den untersuchten EP/PU Formulierungen, mit ähnlichen Tendenzen konnte bisher jedoch noch nicht identifiziert werden. Das Vorliegen von zwei Tg in den DMA und DSC Ergebnissen lieferte den Indiz für zwei koexistente polymere Phasen innerhalb des Hybrids, die anhand der Referenzen EP und PU zugeordnet wurden. Inwieweit es sich in den, für die innerhalb dieses Vorhabens untersuchten, Hybride um die Ausbildung eines interpenetrierenden Netzwerkes und Grenzen diesbezüglich handelt, bleibt noch zu klären.

Sowohl für die kinetisch angelegte Konzeptionierung unter Verwendung eines thermolatenten Katalysators (Schnellhärtung), als auch die strukturell ausgerichtete Konzeptionierung durch den Einsatz eines hybriden Klebstoffes (EP/PU Hybrid) durch die Manipulation der Klebstoffmorphologie lieferten einen umfangreichen Erkenntnisgewinn für den Bereich der Prozessoptimierung in der Fertigung und Produktion.