Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Möglichkeiten und Grenzen der Reaktionsgeschwindigkeit-Regelung nach Arrhenius bei der Schnellalterung von Haftklebstoffen

Die Qualität von Materialien wird neben deren einsatzbedingt notwendigen Eigenschaften vorwiegend durch deren Alterungsverhalten bestimmt. Um eine Abschätzung bzgl. Dauerbeständigkeit zu erlangen, existiert eine Vielzahl an künstlichen Alterungsvorschriften, die sehr aufwändig sind aber kaum mit der realen Alterung korrelieren. Am Beispiel von Haftklebstoffen soll eine Methodik entwickelt werden mit der eine wissensbasierte Verkürzung der beschleunigten Alterung und ein besserer Bezug zur Alterung unter Anwendungsbedingungen erreicht wird. Zur Ermittlung der Beschleunigungsfaktoren der Alterung wird der Arrhenius-Ansatz verwendet. Praktisch werden Proben unter verschiedenen Bedingungen, mit Temperaturen ausgehend von der realen Anwendungen bis oberhalb der gewählten Schnellbewitterungsprüfung, gealtert und nach unterschiedlichen Zeiten im Hinblick auf die abgelaufenen Alterungsreaktionen analysiert. Zeitgleich erfolgt die klebtechnische Prüfung entsprechend der ausgewählten Bewitterungsprüfung. Aus der Korrelation dieser Ergebnisse werden die Bedingungen ermittelt bis zu denen gealtert werden darf, ohne dass andere Alterungsreaktionen ablaufen als in der realen Anwendung und geprüft in welcher Weise die Bewitterungsprüfung weiter verschärft werden kann ohne Änderungen zu indizieren. Hinzu kommen Erkenntnisse zu den Alterungsmechanismen, die direkt von Herstellern von Haftklebstoffen und Haftklebebändern sowie Konfektionierern und Anwendern, die größtenteils KMU sind, für eine Verbesserung der Langzeitbeständigkeit genutzt werden können. Begleitend zu den Prüfungen wird eine vereinfachte, von den KMU einsetzbare Messmethodik erarbeitet mit der eine Alterung besonders empfindlich und damit früh erkennbar ist. Durch die stärker wissensbasierte, verkürzte Alterungsprüfung und das vereinfachte entwicklungsbegleitende Prüfverfahren können bei den KMU die Erfolgsaussichten wesentlich erhöht, Entwicklungszeiten und –kosten gesenkt und trotzdem realitätsnah gealtert werden.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel dieses Vorhabens war es eine Methodik zu entwickeln, mit der zuverlässig der Einsatzbereich von beschleunigter Alterungen für Haftklebstoffe und Klebebänder ermittelt werden kann. Es war vor allem zu prüfen, in welchem Rahmen beschleunigte Alterungen weiter beschleunigt werden können, um letztlich signifikant schneller Prüfergebnisse zu erhalten. Damit sollte es möglich sein, Alterungsprüfungen mit der maximal möglichen Geschwindigkeit durchzuführen, ohne dass sich das für den realen Einsatz bestimmende Alterungsverhalten zu verändern. Alternativ kann es auch genutzt werden zur weiteren Beschleunigung von durchaus unrealistischen aber genormten Prüfungen, um die Entwicklungszyklen deutlich verkürzt und die Kosten wesentlich zu senken.

Untersucht wurden ein thermo-oxidativer Alterungstest aus dem Automobilbau und ein hydrothermaler Alterungstest aus dem Baubereich, indem klebtechnische Prüfungen und die Charakterisierung der Haftklebstoffe durchgeführt wurden.

Insbesondere durch die Charakterisierung der Haftklebstoffe konnte gezeigt werden, dass die Alterung von Haftklebstoffen vorwiegend auf einem Umbau des polymeren Netzwerkes und der Knüpfung weiterer Netzwerkknoten beruht. Aufgrund dieser Nachvernetzung verändern sich die visko-elastischen Eigenschaften des Haftklebstoffes, die maßgeblich für sein Klebverhalten sind. Für beide Alterungsformen konnten alterungsbegleitende Methoden eruiert werden, die es den Anwendern von Klebebändern, meist KMU, ermöglicht die Norm-Alterungstests für ihre spezifischen Anwendungen zu begleiten und ggf. zu beschleunigen. Die Forschungsergebnisse liefern ebenfalls einen Erkenntnisgewinn zum Alterungsverhalten von Haftklebstoffen und bieten damit Klebstoffherstellern die Möglichkeit zur Optimierung von Formulierungen hinsichtlich dieser Klebstoffeigenschaften. Die Umsetzung der Ergebnisse führt letztlich zur Erhöhung der Produktsicherheit und gleichfalls zu einer wirksamen Kostenreduktion.