TPE-S auf Glas - ISGATEC GmbH
TPE-S auf Glas - ISGATEC GmbH
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ISSN: 1863-4699<br />
Im Fokus: Klebstoffe<br />
Dynamische<br />
Entwicklung 14<br />
Automotive Chemie<br />
Langlebigkeit und<br />
Wirtschaftlichkeit 16<br />
Standzeit erhöht,<br />
Problemstellen beseitigt 24<br />
TRIALOG DER DICHTUNGS- UND KLEBETECHNIK 04-2010 | € 8,50
18 | AUTOMOTIVE<br />
<strong>TPE</strong>-S <strong>auf</strong> <strong>Glas</strong><br />
Haftung ohne Haftvermittler<br />
WERKSTOFFE – <strong>Glas</strong>scheiben und beschichtete<br />
Polycarbonatscheiben finden vielerorts<br />
einen großen und wachsenden Einsatzbereich.<br />
Ränder und Verbindungs-<br />
punkte in der jeweiligen Bauteilgruppe<br />
sind besondere Problemstellen hinsichtlich<br />
Abdichtung und Dämpfung und besonders<br />
zu behandeln. Mit einem neu entwickelten<br />
Material können die Scheiben<br />
jetzt ohne Vorbehandlung umspritzt werden.<br />
<strong>Glas</strong>scheiben und beschichtete Polycarbonatscheiben<br />
kommen im Automobilbereich,<br />
der Luftfahrt und Sicherheitstechnik im großen<br />
Umfang zum Einsatz – mit wachsender<br />
Tendenz. Allerdings werden, z.B. im Automobilbereich,<br />
die im normalen Fahrbetrieb<br />
<strong>auf</strong>tretenden Vibrationen, Stöße oder Erschütterungen<br />
zumindest teilweise <strong>auf</strong> diese<br />
Verscheibungen übertragen. Ränder und<br />
Verbindungspunkte, z.B. zur Karosserie in<br />
der jeweiligen Bauteilgruppe, sind daher<br />
besonders kritische Bereiche hinsichtlich<br />
Abdichtung und Dämpfung. Bei Verwendung<br />
von großflächigen <strong>Glas</strong>scheiben übernehmen<br />
meist Gummi-, PVC- oder Polyurethan-Dichtprofile<br />
die Funktion der Ab-<br />
dichtung bzw. Dämpfung. In jüngster Zeit<br />
werden zunehmend auch Werkstoffe aus<br />
der Familie der thermoplastischen Elastomere<br />
(<strong>TPE</strong>) eingesetzt. Bei den meist klein-<br />
»1 Schälkraft von <strong>TPE</strong>-S an Metall in Abhängigkeit von der<br />
Oberflächenbeschichtung<br />
04 | 2010<br />
flächigeren Scheiben aus Polycarbonat (PC)<br />
werden überwiegend <strong>TPE</strong> zur Umspritzung<br />
eingesetzt.<br />
PC muss <strong>auf</strong>grund seiner vergleichsweise<br />
geringen Oberflächenhärte kratzfest beschichtet<br />
werden. Hierfür werden häufig<br />
Beschichtungssysteme verwendet, die silicatische<br />
und damit glasähnliche Strukturen<br />
ausbilden. Die bisher im Einsatz befindlichen<br />
<strong>TPE</strong> sind jedoch nicht imstande, eine<br />
stoffschlüssige Verbindung zu <strong>Glas</strong> oder<br />
glasähnlichen Oberflächen einzugehen. Da -<br />
her muss im Falle von <strong>Glas</strong> ein spezieller<br />
Haftvermittler (Primer) <strong>auf</strong>gebracht werden.<br />
Bei PC wird die kratzfeste Beschichtung abgetragen,<br />
um eine gute Haftung zwischen<br />
<strong>TPE</strong> und Verscheibung zu ermöglichen.<br />
Wünschenswert wäre demnach ein <strong>TPE</strong>,<br />
das ohne weitere Vorbehandlung direkt an<br />
<strong>Glas</strong> oder glasähnlichen Oberflächen haftet.<br />
Es ist bekannt, dass Silane als Haftvermitt-<br />
ler [1–7] z.B. in Gummi-Metall-Verbunden<br />
oder Kunststoff-<strong>Glas</strong>-Verbunden eingesetzt<br />
werden können. In der Regel werden sie<br />
jedoch, wie bereits erwähnt, in einem zusätzlichen<br />
Bearbeitungsschritt in flüssiger<br />
Form <strong>auf</strong> das jeweilige Substrat <strong>auf</strong>gebracht.<br />
Um diese Applikation zu umgehen, wurden<br />
erstmals Silane in ein <strong>TPE</strong> <strong>auf</strong> Basis von<br />
Styrolblockcopolymeren (<strong>TPE</strong>-S) eingear-<br />
beitet. Mit diesem neu entwickelten Material<br />
wurden dann <strong>Glas</strong>scheiben direkt überspritzt<br />
und die resultierenden Haftkräfte<br />
ermittelt. Ferner wurde der Einfluss unterschiedlicher<br />
Lagerungsbedingungen <strong>auf</strong><br />
die Verbundfestigkeit untersucht. Da die<br />
Haftungsausbildung des funktionalisierten<br />
<strong>TPE</strong> zum <strong>Glas</strong> mit der Haftung am Metall<br />
im Werkzeug konkurriert, wurden zusätzlich<br />
unterschiedliche Werkzeugbeschichtungen<br />
appliziert und die Haftung des <strong>TPE</strong>-S an<br />
diesen Beschichtungen untersucht.<br />
Versuche<br />
Einarbeitung des Silans in <strong>TPE</strong>-S<br />
Die Umsetzung von Silan mit <strong>TPE</strong>-S erfolgte<br />
<strong>auf</strong> einem Planetwalzenextruder oder <strong>auf</strong><br />
einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder.<br />
Die Vollständigkeit der Umsetzung<br />
wurde mittels 1H-NMR-Spektroskopie überprüft<br />
(400-MHz-Spektrometer, Lösungsmittel<br />
CD 2Cl 2/CCl 4 = 15/85).<br />
Herstellung der Schälprüfkörper<br />
»2 Schälkraft von <strong>TPE</strong>-S an <strong>Glas</strong> in<br />
Abhängigkeit verschiedener Lagerungskonditionen<br />
Die Überspritzung der <strong>Glas</strong>scheiben erfolgte<br />
in einem speziellen Werkzeug mit den<br />
Abmessungen (LxBxH) 150x100x4 mm. In<br />
das Werkzeug wurde eine 2 mm dicke <strong>Glas</strong>platte<br />
eingelegt, mit Vakuum fixiert und
FAKTEN FÜR KONSTRUKTEURE<br />
lichen<br />
Oberflächen, ohne die Verwendung zusätzlicher Haftvermittler zu erreichen<br />
FAKTEN FÜR EINKÄUFER<br />
<br />
FAKTEN FÜR QUALITÄTSMANAGER<br />
<br />
Applikation unterschiedlicher Werkzeugbeschichtungen erheblich beeinflusst<br />
werden<br />
anschließend mit funktionalisiertem <strong>TPE</strong>-S<br />
überspritzt. Die Überspritzung der metallischen<br />
Probekörper erfolgte analog an entsprechend<br />
beschichteten Metallplatten.<br />
Haftungsprüfungen<br />
Die Abschälung der <strong>TPE</strong>-Komponente wurde<br />
in Anlehnung an DIN EN 1464 durchgeführt.<br />
Dazu wurde am Probekörper über<br />
die gesamte Länge mittig ein Streifen von<br />
20 mm Breite gestanzt. Der Streifen wurde<br />
dann soweit von der <strong>Glas</strong>platte gelöst, dass<br />
er in die Halterung der Zugprüfmaschine<br />
eingespannt werden konnte. Der Probekörper<br />
wurde während der Prüfung <strong>auf</strong> einem<br />
beweglichen Schlitten fixiert, sodass sich<br />
während des Schälvorgangs ein Abzugswinkel<br />
von ca. 90° einstellte.<br />
Erste Ergebnisse sind vielversprechend<br />
Wie in »1 gezeigt, kann die Haftung an der<br />
metallischen Oberfläche des Spritzgusswerkzeugs<br />
durch Applikation unterschiedlicher<br />
Werkzeugbeschichtungen erheblich<br />
beeinflusst werden. Die erzielten Haftwerte<br />
lagen spritzfrisch zwischen 0 und 15 N.<br />
Nach einer Lagerung von 7 d im Normklima<br />
(23 °C/50% r. F.) wurden sogar Haftwerte<br />
von > 50 N gemessen. Die Werkzeugbeschichtung<br />
muss daher in der Praxis für<br />
den jeweiligen Anwendungsfall optimiert<br />
werden.<br />
Zusätzlich wurden unterschiedlichste Lagerungsbedingungen<br />
und ihre Einflüsse <strong>auf</strong><br />
die Haftung im Verbundkörper untersucht<br />
»2. Für die Versuche wurden drei verschiedene<br />
<strong>TPE</strong>-S mit unterschiedlicher Härte<br />
hergestellt (VGL04070601: 42 Shore A,<br />
VGL04070602: 55 Shore A, VGL04070603:<br />
51 Shore A). Eine deutliche Erhöhung der<br />
Schälwerte konnte durch Lagerung der<br />
Prüfkörper bei erhöhten Temperaturen erzielt<br />
werden. So konnten durch Einlagerung<br />
bei 80 °C nach zwölf Stunden Haftwerte<br />
ermittelt werden, die bei Raumtemperatur<br />
erst nach sieben Tagen erreicht wurden.<br />
Durch längere Lagerung bei erhöhter Temperatur<br />
mit zusätzlicher Einwirkung von<br />
Feuchtigkeit, wie sie z.B. beim Schwitzwassertest<br />
nach DIN EN 6270-2 <strong>auf</strong>tritt, konnten<br />
so hohe Verbundkräfte erreicht werden,<br />
dass beim Versuch der Abschälung das<br />
Substrat aus Fensterglas zerbrach.<br />
Fazit und Ausblick<br />
Mit dem vorgestellten <strong>TPE</strong>-S ist es möglich,<br />
eine stoffschlüssige Verbindung zu <strong>Glas</strong><br />
oder glasähnlichen Oberflächen ohne die<br />
Verwendung zusätzlicher Haftvermittler zu<br />
erreichen. Erste Versuche mit dem neuen<br />
Verfahren im Markt finden derzeit statt.<br />
Eines der Ziele zukünftiger Arbeiten <strong>auf</strong> diesem<br />
Gebiet wird es sein, die Anfangshaftung<br />
des <strong>TPE</strong>-S <strong>auf</strong> der <strong>Glas</strong>oberfläche<br />
deutlich zu erhöhen. Ferner ist die Entwicklung<br />
weiterer <strong>TPE</strong>-S in anderen Härtebereichen<br />
und mit verbesserten Druckverformungsrestwerten<br />
geplant.<br />
Die Arbeiten wurden aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums<br />
für Wirtschaft und Technologie (BMWi)<br />
im Rahmen des Förderprogramms „ProInno II“ gefördert.<br />
Literatur<br />
[1] R. Hornig GAK 2007, 03, 150.<br />
[2] R. Hornig GAK 2007, 04, 214.<br />
[3] R. Hornig GAK 2007, 05, 289.<br />
[4] R. Hornig GAK 2007, 06, 348.<br />
[5] R. Hornig GAK 2008, 05, 289.<br />
[6] Offenlegungsschrift DE102004063516A1<br />
[7] G. L. Witucki J. Coat. Techn. 1993, 65 (822), 57.<br />
Süddeutsches Kunststoff-Zentrum 1<br />
www.skz.de<br />
Allod Werkstoff <strong>GmbH</strong> & Co. KG 2<br />
www.allod.com<br />
Schweiger <strong>GmbH</strong> & Co. KG 3<br />
www.schweiger-formenbau.de<br />
von Dr.-Ing. Martin Bastian 1, Dr.-Ing.<br />
Karsten Kretschmer 1 , Dr. Bernhard<br />
Ulmer 1 , Dieter Krüger 2 , Dr. Dagmar<br />
Koppler 2, Manuela Gehringer 3, Anton<br />
Schweiger 3<br />
AUTOMOTIVE | 19<br />
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