Strukturklebstoffe verbinden Faserverbundmaterialien in unterschiedlichsten Branchen Und es hält und hält und hält . . . - KEM

Strukturklebstoffe verbinden Faserverbundmaterialien in unterschiedlichsten Branchen

Und es hält und hält und hält . . .

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Klebstoffe gestatten es, hohen Nutzen aus Verbundwerkstoffen zu ziehen – und ihr Potenzial ist noch lange nicht erschöpft. Hersteller bringen kontinuierlich neue Produkte auf den Markt, um den Bedürfnissen neuer Branchen gerecht zu werden. Die Entwicklungen reichen von optimierter Widerstandsfähigkeit bis hin zu besserem Leistungsvermögen und längerer Lebensdauer mit neuen Merkmalen wie elektrische Eigenschaften.

Kleben verbindet unterschiedliche Materialien, lässt hohe Gewichtsbelastungen zu und optimiert die gleichmäßige Verteilung von Zug- und Druckbelastungen entlang der Klebefuge. Sowohl die Beschaffenheit als auch die Festigkeit der zu verklebenden Materialien bleibt erhalten, da deren Struktur nicht durch Löcher, Nieten oder Befestigungselemente beeinträchtigt wird. Da Bolzen, Muttern oder Schrauben entfallen, büßt die Optik des Endprodukts nicht ein, was die Einsatzmöglichkeiten im Design-Bereich erhöht.

Klebstoffe heute
In den 40er Jahren des vergangenen Jahrhunderts konnten natürliche Klebe-Materialien durch synthetisierte Polymere ersetzt werden. Diese ebneten den Weg für die unaufhaltsame Entwicklung eines neuen Zeitalters von Strukturklebstoffen. Diese werden heute in drei Hauptgruppen mit grundlegenden chemischen Unterschieden aufgeteilt:
Epoxidklebstoffe (EP) haften sehr gut auf Metallen und starren Substraten wie Duroplasten oder Verbundwerkstoffen. Sie bieten eine sehr hohe Lebensdauer, sind beständig gegenüber Chemikalien und Temperaturschwankungen sowie geringen Schrumpf.
Polyurethanklebstoffe (PU) eignen sich für Thermoplast-Werkstoffe sowie für weichere Materialien.
Methylmethacrylatklebstoffe (MMA) haften perfekt auf Metallen, Verbundstoffen und Thermoplasten und zeichnen sich durch eine relativ geringe Aushärtungszeit aus.
Das genaue Klebstoffverhalten in einer konkreten Situation ist eine äußerst komplexe Angelegenheit, da verschiedene komplizierte Mechanismen zusammenwirken. Es gilt zu beachten, welche mechanische Verankerung und welche physikalischen Wechselwirkungen vorliegen oder welche Eigenschaften die hergestellten Verbindungen aufweisen. Anwender sollten zudem bedenken, dass zusätzliche externe Faktoren das tatsächliche Leistungsverhalten sowie die Lebensdauer des Endprodukts stark beeinflussen können.
Goldene Regeln beachten
Nach der Wahl des richtigen Klebstoffs gelten drei goldene Regeln:
Vorbereitung des Substrats: Hierzu bieten sich verschiedene Techniken an, beispielweise Entfetten, Abschleifen, Strahlen, Ätzen, Plasma, Korona, Abflammen oder Grundieren. Alle steigern die Anzahl „aktiver“ Punkte und vergrößern die effektive Verbindungsfläche.
Betriebsbedingungen und -temperatur vor dem Kleben: Diese Faktoren bestimmen die tatsächliche Klebkraft sowie seine eigentlichen Merkmale. Anwender müssen zudem folgende Punkte wissen:
  • Ist das Produkt für innen oder außen bestimmt?
  • Wird es Temperaturschwankungen geben?
  • Wie hoch ist die Luftfeuchtigkeit? sowie
  • Wird es in einer „warmen“ Umgebung, beispielsweise in der Nähe von Motoren oder Maschinen eingesetzt?
Gestaltung der Verbindungsstelle: Dabei ist zu beachten, dass zusätzliche Belastungen, insbesondere Schälkräfte, vermieden werden, da diese die Leistungskraft des Klebstoffs mindern. Ideal ist es, Verbindungsstellen so zu gestalten, dass einwirkende Schälkräfte in weniger ungünstige Scherkräfte umgewandelt werden.
Luft- und Raumfahrt
Klebstoffe wie Araldite von Huntsman bieten vor allem in den Branchen Vorteile, die zunehmend Verbundwerkstoffe einsetzen:
Als die ersten Holzstrukturen von Flugzeugen und Luftschiffen zusammengefügt wurden, benutzte man Milchproteine wie Kasein. Heute setzt die Luft- und Raumfahrt Verbundwerkstoffe ein, um Gewicht zu reduzieren, den Strukturen höhere Festigkeit zu verleihen sowie den Kraftstoffverbrauch zu senken. Das stellt eine neue Herausforderung für Strukturklebstoffe dar, da diese nicht nur neuen technischen Anforderungen gerecht werden, sondern auch strengere Umweltschutz- und Sicherheitskriterien erfüllen müssen.
Aktuelle Anwendungsbeispiele von Strukturklebstoffen aus der Luft- und Raumfahrtproduktlinie von Huntsman sind:
  • Araldite 420 und 2013 für Innenbereiche wie Verkleben von Sandwichpaneelen mit Wabenkern zur Erzielung von starren Verschalungen mit geringem Gewicht
  • Syntaktische Klebstoffe (kern- und kantenfüllende Materialien zur lokalen Verstärkung) wie „Epibond 1644“ verkleben Primärstrukturen und Strukturkomponenten wie Hinterkantenpaneele, Vertikal- und Heckfinnen oder Leitwerke. Eingesetzt werden sie zudem für Anwendungen, wo Navigations-, Landeklappen- und Steuerflächen mit Verstärkungen an Vertikalfinnenspitzen, Höhenruder, Spoiler oder Tragflächenspitzen erforderlich sind.
  • Epibond 1641 und 1614 werden für Motorbauteile, bei welchen die Vibrationsabsorption im Vordergrund steht, und Paneelstrukturen mit Wabenkern eingesetzt.
  • Nano-gehärtete Epoxidpasten-Klebstoffe eignen sich für Strukturmetall und -verbundwerkstoffe sowie für Reparaturanwendungen, die weit über die Anforderungen der Luftfahrt für niedrige Temperaturen, Raumtemperatur und relativ hohe Temperaturen hinaus reichen.
Solarenergie
Das Design thermischer Solarkollektoren wird immer ausgeklügelter; zudem erzielen die Systeme immer höhere Wirkungsgrade. Huntsman verfügt über ein Portfolio, welches die komplette Wertschöpfungskette der Kollektorfertigung abdeckt. Dazu zählen die Siliziumscheibenherstellung, die Modulfertigung und -verkapselung (Verkleben der Schichten), die Rahmenverklebung, das Verkleben von Anschlüssen und Wechselrichtern sowie elektrische und elektronische Anwendungen wie Leiterplatten oder Isolierungen.
Um speziellen Anforderungen gerecht zu werden, hat Huntsman den TÜV-geprüften Klebstoff Araldite 2015 für Photovoltaik-Module entwickelt. Er ermöglicht Modulkonzepte und -konstruktionen mit optimalem Wirkungsgrad, sorgt gleichzeitiig für deren hohe Widerstandsfähigkeit und besitzt sehr gute Klebeeigenschaften.
Windenergie
In der Windkraftindustrie werden zum Verkleben der Innenverstärkungen sowie der beiden Rotorblatt-Schalen verschiedene Epoxid- und Polyurethanklebstoffe verwendet (Holm- oder Schersteg). Benötigt werden Produkte mit hoher Biegefestigkeit und Widerstandsfähigkeit zur Vermeidung von Rissen während des Betriebs, einem Betriebstemperatureinsatzbereich von -40° bis +80 °C sowie einer Hohlraumfüllkapazität bis zu 50 mm.
Huntsman hat Klebstoffe entwickelt, die zur Verankerung von Rotorblättern an Windkraftanlagen dienen. Sie basieren auf Nano-Materialien der letzten Generation, die aus echten Nanopartikeln bestehen und im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen Verbindungen mit einer wesentlich verbesserten Haftkraft eingehen können. Zudem wurde die Handhabung der Produkte vereinfacht, da die Komponenten dank der patentierten „Chemischen Thixotropie“ von Huntsman vor dem Mischen eine äußerst flüssige Form aufweisen. Demnächst wird zudem eine nano-gehärtete Formel auf den Markt kommen, die sehr hohe Stoß- und Ermüdungsfestigkeit mit optimiertem Pumpverfahren und chemischer Thixotropie kombiniert.
Sport und Freizeit
Der Einsatz von Verbundwerkstoffen ist mittlerweile in der Sportbranche weit verbreitet: Moderne Ausrüstungen (Ski, Snowboards, Bögen, Rennautos) werden größtenteils aus Kohlefaser- (CfK) oder glasfaserverstärkten Verbundstoffen (GfK) gefertigt. So wächst die Nachfrage nach Produkten mit mehr Haftkraft und Beständigkeit, größerer Zuverlässigkeit sowie optimierter Vibrations- und Stoßfestigkeit stetig.
Bei der Transat Jacques Vabre-Regatta 2009 wurde das Segelboot „Safran Open 60“, bei dessen Fertigung Araldite 2000-Klebstoffe zum Einsatz kamen, als Sieger gekrönt. Das Segelboot legte die Wettkampfstrecke in kaum mehr als 15 Tagen zurück und unterbot damit den im Jahre 2005 aufgestellten Rekord um ganze zwei Tage. Das Boot in Einschalenbauart war in der Lage, auch den härtesten Bedingungen auf dem offenen Meer Herr zu werden – nicht zuletzt auch dank der Entscheidung des Bootsbauers, den schwarzen Epoxidklebstoff Araldite 2031 und Araldite 2022 für die Befestigung des Schotts an dem aus Carbon-Nomex-Sandwichpaneelen gefertigten Bootskörper zu verwenden. Zudem wurde Araldite 2031 auch zur Befestigung wichtiger Eisenbauteile und bei der Anfertigung der Ballasttankluke eingesetzt.
Transportwesen
Auch im Transportwesen spielen Verbundwerkstoffe eine immer größere Rolle. Züge, Busse und Autos werden heute mit neuen Materialien und Klebstoffen gebaut, die nach und nach herkömmliche Lötverfahren und Befestigungslösungen ersetzen. Lokomotiven entstehen mithilfe von Außenpaneelen aus GfK-Polyester, die mit dem Fahrgestell und der Karosserie verklebt werden.
Araldite 2015 ist ein Beispiel für einen Klebstoff, der dank seiner sehr guten Substrathaftung, seiner Beständigkeit, seiner Ermüdungsfestigkeit sowie seiner hohen Widerstandsfähigkeit zunehmend Einsatz im Transportsektor findet. In den Niederlanden gefertigte Busse mit derartigen direkt mit der Karosserie verklebten GfK-Paneelen werden bald erhältlich sein.
Das Innovationsbestreben der Klebstoffindustrie ist nicht nur auf die Optimierung der mechanischen Eigenschaften ausgerichtet, sondern auch auf zusätzliche, im Transportwesen bedeutsame Merkmale wie Flammfestigkeit, geringe Rauchentwicklung sowie geringe toxische Gasbildung. Huntsman konnte dank seiner langjährigen Erfahrung im Luft- und Raumfahrtsektor eine Reihe von Produkten entwickeln, die diesen Anforderungen gerecht werden.
Dank einem erst kürzlich entwickelten Konzept von Huntsman wird es schon bald möglich sein, einen selbstlöschenden Klebstoff zum Einsatz zu bringen: Araldite 2033 ist ein 2K-Epoxid-Strukturklebstoff mit Flammfestigkeit nach UL-94-V0, geringer Rauchentwicklung sowie geringer toxischer Gasbildung.
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