TPE-S auf Glas - ISGATEC GmbH

ISSN: 1863-4699
Im Fokus: Klebstoffe
Dynamische
Entwicklung 14
Automotive Chemie
Langlebigkeit und
Wirtschaftlichkeit 16
Standzeit erhöht,
Problemstellen beseitigt 24
TRIALOG DER DICHTUNGS- UND KLEBETECHNIK 04-2010 | € 8,50

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TPE-S auf Glas
Haftung ohne Haftvermittler
WERKSTOFFE – Glasscheiben und beschichtete
Polycarbonatscheiben finden vielerorts
einen großen und wachsenden Einsatzbereich.
Ränder und Verbindungs-
punkte in der jeweiligen Bauteilgruppe
sind besondere Problemstellen hinsichtlich
Abdichtung und Dämpfung und besonders
zu behandeln. Mit einem neu entwickelten
Material können die Scheiben
jetzt ohne Vorbehandlung umspritzt werden.
Glasscheiben und beschichtete Polycarbonatscheiben
kommen im Automobilbereich,
der Luftfahrt und Sicherheitstechnik im großen
Umfang zum Einsatz – mit wachsender
Tendenz. Allerdings werden, z.B. im Automobilbereich,
die im normalen Fahrbetrieb
auftretenden Vibrationen, Stöße oder Erschütterungen
zumindest teilweise auf diese
Verscheibungen übertragen. Ränder und
Verbindungspunkte, z.B. zur Karosserie in
der jeweiligen Bauteilgruppe, sind daher
besonders kritische Bereiche hinsichtlich
Abdichtung und Dämpfung. Bei Verwendung
von großflächigen Glasscheiben übernehmen
meist Gummi-, PVC- oder Polyurethan-Dichtprofile
die Funktion der Ab-
dichtung bzw. Dämpfung. In jüngster Zeit
werden zunehmend auch Werkstoffe aus
der Familie der thermoplastischen Elastomere
(TPE) eingesetzt. Bei den meist klein-
»1 Schälkraft von TPE-S an Metall in Abhängigkeit von der
Oberflächenbeschichtung
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flächigeren Scheiben aus Polycarbonat (PC)
werden überwiegend TPE zur Umspritzung
eingesetzt.
PC muss aufgrund seiner vergleichsweise
geringen Oberflächenhärte kratzfest beschichtet
werden. Hierfür werden häufig
Beschichtungssysteme verwendet, die silicatische
und damit glasähnliche Strukturen
ausbilden. Die bisher im Einsatz befindlichen
TPE sind jedoch nicht imstande, eine
stoffschlüssige Verbindung zu Glas oder
glasähnlichen Oberflächen einzugehen. Da -
her muss im Falle von Glas ein spezieller
Haftvermittler (Primer) aufgebracht werden.
Bei PC wird die kratzfeste Beschichtung abgetragen,
um eine gute Haftung zwischen
TPE und Verscheibung zu ermöglichen.
Wünschenswert wäre demnach ein TPE,
das ohne weitere Vorbehandlung direkt an
Glas oder glasähnlichen Oberflächen haftet.
Es ist bekannt, dass Silane als Haftvermitt-
ler [1–7] z.B. in Gummi-Metall-Verbunden
oder Kunststoff-Glas-Verbunden eingesetzt
werden können. In der Regel werden sie
jedoch, wie bereits erwähnt, in einem zusätzlichen
Bearbeitungsschritt in flüssiger
Form auf das jeweilige Substrat aufgebracht.
Um diese Applikation zu umgehen, wurden
erstmals Silane in ein TPE auf Basis von
Styrolblockcopolymeren (TPE-S) eingear-
beitet. Mit diesem neu entwickelten Material
wurden dann Glasscheiben direkt überspritzt
und die resultierenden Haftkräfte
ermittelt. Ferner wurde der Einfluss unterschiedlicher
Lagerungsbedingungen auf
die Verbundfestigkeit untersucht. Da die
Haftungsausbildung des funktionalisierten
TPE zum Glas mit der Haftung am Metall
im Werkzeug konkurriert, wurden zusätzlich
unterschiedliche Werkzeugbeschichtungen
appliziert und die Haftung des TPE-S an
diesen Beschichtungen untersucht.
Versuche
Einarbeitung des Silans in TPE-S
Die Umsetzung von Silan mit TPE-S erfolgte
auf einem Planetwalzenextruder oder auf
einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder.
Die Vollständigkeit der Umsetzung
wurde mittels 1H-NMR-Spektroskopie überprüft
(400-MHz-Spektrometer, Lösungsmittel
CD 2Cl 2/CCl 4 = 15/85).
Herstellung der Schälprüfkörper
»2 Schälkraft von TPE-S an Glas in
Abhängigkeit verschiedener Lagerungskonditionen
Die Überspritzung der Glasscheiben erfolgte
in einem speziellen Werkzeug mit den
Abmessungen (LxBxH) 150x100x4 mm. In
das Werkzeug wurde eine 2 mm dicke Glasplatte
eingelegt, mit Vakuum fixiert und

FAKTEN FÜR KONSTRUKTEURE
lichen
Oberflächen, ohne die Verwendung zusätzlicher Haftvermittler zu erreichen
FAKTEN FÜR EINKÄUFER
FAKTEN FÜR QUALITÄTSMANAGER
Applikation unterschiedlicher Werkzeugbeschichtungen erheblich beeinflusst
werden
anschließend mit funktionalisiertem TPE-S
überspritzt. Die Überspritzung der metallischen
Probekörper erfolgte analog an entsprechend
beschichteten Metallplatten.
Haftungsprüfungen
Die Abschälung der TPE-Komponente wurde
in Anlehnung an DIN EN 1464 durchgeführt.
Dazu wurde am Probekörper über
die gesamte Länge mittig ein Streifen von
20 mm Breite gestanzt. Der Streifen wurde
dann soweit von der Glasplatte gelöst, dass
er in die Halterung der Zugprüfmaschine
eingespannt werden konnte. Der Probekörper
wurde während der Prüfung auf einem
beweglichen Schlitten fixiert, sodass sich
während des Schälvorgangs ein Abzugswinkel
von ca. 90° einstellte.
Erste Ergebnisse sind vielversprechend
Wie in »1 gezeigt, kann die Haftung an der
metallischen Oberfläche des Spritzgusswerkzeugs
durch Applikation unterschiedlicher
Werkzeugbeschichtungen erheblich
beeinflusst werden. Die erzielten Haftwerte
lagen spritzfrisch zwischen 0 und 15 N.
Nach einer Lagerung von 7 d im Normklima
(23 °C/50% r. F.) wurden sogar Haftwerte
von > 50 N gemessen. Die Werkzeugbeschichtung
muss daher in der Praxis für
den jeweiligen Anwendungsfall optimiert
werden.
Zusätzlich wurden unterschiedlichste Lagerungsbedingungen
und ihre Einflüsse auf
die Haftung im Verbundkörper untersucht
»2. Für die Versuche wurden drei verschiedene
TPE-S mit unterschiedlicher Härte
hergestellt (VGL04070601: 42 Shore A,
VGL04070602: 55 Shore A, VGL04070603:
51 Shore A). Eine deutliche Erhöhung der
Schälwerte konnte durch Lagerung der
Prüfkörper bei erhöhten Temperaturen erzielt
werden. So konnten durch Einlagerung
bei 80 °C nach zwölf Stunden Haftwerte
ermittelt werden, die bei Raumtemperatur
erst nach sieben Tagen erreicht wurden.
Durch längere Lagerung bei erhöhter Temperatur
mit zusätzlicher Einwirkung von
Feuchtigkeit, wie sie z.B. beim Schwitzwassertest
nach DIN EN 6270-2 auftritt, konnten
so hohe Verbundkräfte erreicht werden,
dass beim Versuch der Abschälung das
Substrat aus Fensterglas zerbrach.
Fazit und Ausblick
Mit dem vorgestellten TPE-S ist es möglich,
eine stoffschlüssige Verbindung zu Glas
oder glasähnlichen Oberflächen ohne die
Verwendung zusätzlicher Haftvermittler zu
erreichen. Erste Versuche mit dem neuen
Verfahren im Markt finden derzeit statt.
Eines der Ziele zukünftiger Arbeiten auf diesem
Gebiet wird es sein, die Anfangshaftung
des TPE-S auf der Glasoberfläche
deutlich zu erhöhen. Ferner ist die Entwicklung
weiterer TPE-S in anderen Härtebereichen
und mit verbesserten Druckverformungsrestwerten
geplant.
Die Arbeiten wurden aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums
für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
im Rahmen des Förderprogramms „ProInno II“ gefördert.
Literatur
[1] R. Hornig GAK 2007, 03, 150.
[2] R. Hornig GAK 2007, 04, 214.
[3] R. Hornig GAK 2007, 05, 289.
[4] R. Hornig GAK 2007, 06, 348.
[5] R. Hornig GAK 2008, 05, 289.
[6] Offenlegungsschrift DE102004063516A1
[7] G. L. Witucki J. Coat. Techn. 1993, 65 (822), 57.
Süddeutsches Kunststoff-Zentrum 1
www.skz.de
Allod Werkstoff GmbH & Co. KG 2
www.allod.com
Schweiger GmbH & Co. KG 3
www.schweiger-formenbau.de
von Dr.-Ing. Martin Bastian 1, Dr.-Ing.
Karsten Kretschmer 1 , Dr. Bernhard
Ulmer 1 , Dieter Krüger 2 , Dr. Dagmar
Koppler 2, Manuela Gehringer 3, Anton
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