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Die Aushärtung macht’s…
18.07.2019 | Nach der Wahl des Klebstoffs ist das Bestimmen der geeignetsten Aushärteparameter ein entscheidender Faktor, um optimale Eigenschaften für eine gewählte Anwendung zu erreichen.
Überlegungen zur Aushärtetemperatur
Es gilt: mit der Aushärtetemperatur zu beginnen. Während einige Epoxidharze bereits bei Raumtemperatur aushärten, benötigen viele andere höhere Temperaturen, um die chemische Vernetzungsreaktion einzuleiten.
Es gilt hier jedoch zu beachten, dass bei jeder Anwendung bzw. bei jedem Projekt Variablen enthalten sind wie Geometrie, Einzelstück oder Substrat, Bedenken bezüglich thermisch wirksamer Masse, Exothermie des Klebstoffes, usw., welche Einfluss auf das Aushärteprogramm haben. Deshalb sollten Angaben auf dem technischen Datenblatt zur Aushärtung lediglich als Anfangsvorschlag betrachtet werden.
Minimal ausgehärtete Klebstellen sind oberflächlich trocken; bei elektrisch leitenden Produkten wird ein gewisser Grad von elektrischer Leitfähigkeit erreicht. Oftmals wird gewünscht, bei tiefstmöglicher Temperatur und zugleich kürzester Zeit auszuhärten. Auch wenn das so erzielte Resultat bei gewissen Anwendungen den Anforderungen absolut genügend ist, ist es wichtig zu wissen, dass die Klebstelle bei einer solchen Aushärtung nicht die vollen mechanischen, elektrischen sowie thermischen Eigenschaften aufweisen wird.
Temperatureinfluss auf Vernetzungsdichte von Epoxidharzen
Für volles Leistungspotential des Epoxidharzes sollte ein Aushärteprogramm gewählt werden, welches eine hohe Vernetzungsdichte ermöglicht. Generell erzeugen hohe Temperaturen eine komplettere Reaktion als tiefere Aushärtetemperaturen, was zu einem höheren Vernetzungsgrad führt. Bei tiefer Aushärtetemperatur die Aushärtezeit zu verlängern führt nicht zwingend zu einem gleich guten Vernetzungsgrad wie das Aushärten bei höheren Temperaturen.
Wenn der Klebstoff bei tieferer Temperatur ausgehärtet wird, erfolgt die Vernetzung langsamer, was zu einer grossmaschigeren Vernetzungsstruktur führt. Während sich die Struktur bildet verringert sich die Beweglichkeit aller ungebundenen Gruppen kontinuierlich und verhindert das Binden mit den verbleibenden ungebundenen reaktiven Stellen. Sind die noch nicht gebundenen Gruppen eingeschlossen, wird sich der Vernetzungsgrad durch Verlängern der Aushärtezeit bei gleichbleibender Temperatur nicht erhöhen. Andererseits beeinflusst das Verlängern der Aushärtezeit die meisten Epoxidharze nicht negativ, da die Aushärtetemperaturen wesentlich unter dem Degradationspunkt liegen.
Eine optimale Vernetzungsdichte erfordert genug hohe Aushärtetemperaturen, damit genügend kinetische Energie freigesetzt und die chemische Reaktion rasch eingeleitet wird, was den Molekülen genug Bewegung gibt, um selbst an schwer zugänglichen Stellen komplett zu vernetzen. Stark vernetzte Anordnungen im ausgehärteten Material führen zu bestmöglichen mechanischen und physischen Eigenschaften des entsprechenden Produktes. Eigenschaften wie Glasübergangstemperatur (Tg), Härte, Modul, elektrische und thermische Leitfähigkeit, Festigkeit und Degradationstemperatur werden gesteigert wobei andere Eigenschaften wie CTE, Ausgasen und Feuchtigkeitsaufnahme abnehmen.
Grundsätzlich wird unterschieden zwischen:- „Snap-Cure“ – Hochtemperaturhärtung
- Tieftemperaturhärtung
- Rampenhärtung
- Etappenhärtung
Alle haben ihre Vor- und Nachteile.
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