Aushärtungsbedingte Volumenänderungen polymerer Klebstoffe

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Die Fügetechnik Kleben zeichnet sich gegenüber anderen Fügeverfahren durch eine Vielzahl von technologischen Vorteilen aus, wodurch sie auch aus wirtschaftlicher Sicht für viele Anwendungsfälle eine Alternative darstellt. Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz der Klebtechnik ist allerdings die Kenntnis aller qualitätsbestimmenden Einflußfaktoren. Die während der Klebstoffaushärtung auftretenden thermischen und reaktionsbedingten Volumenänderungen stellen in diesem Zusammenhang ein zentrales Problemfeld dar. Sie können die Bauteile sowie auch die Bindeschicht empfindlich schädigen oder Auslöser für eine Beschleunigung festigkeitsmindernder Alterungsprozesse sein. Aus Sicht der Härtungsreaktion stellt das Ausgießen verschiedener Formkörper mit einer härtbaren, gießfähigen Masse eine dem Kleben artverwandte Technologie dar. Hierdurch kommt den aushärtungsbedingten Ausdehnungs- und Kontraktionsvorgängen bei gießtechnischen Anwendungen ein gleichermaßen hoher Stellenwert zu. Infolge von Volumenänderungen auftretende direkte Bauteilschädigungen wie beispielsweise Abzeichnungseffekte bei Dünnblechklebungen sind nachträglich im allgemeinen nur mit sehr hohem Aufwand zu korrigieren. Auch indirekte Schädigungen in Form von mikro- und makroskopischen Defekten in der polymeren Bindeschicht sind im Hinblick auf das Erzielen definierter Funktionseigenschaften von Bauteilen äußerst kritisch zu bewerten, da sie zerstörungsfrei nicht visuell erfaßbar sind. Aus diesem Grund ist die Kenntnis aushärtungsbedingter Volumenänderungen sowohl für die Entwicklung von Klebstoffen und geklebten Bauteilen als auch für die fertigungsbegleitende Qualitätssicherung von besonderer Bedeutung. Die vorliegende Arbeit dokumentiert die Entwicklung einer Meßmethode, mit der eine kontinuierliche Bestimmung aushärtungsbedingter Volumenänderungen prozeßnah durchgeführt werden kann. Als Ergebnis experimenteller Untersuchungen wurden unterschiedliche Klebstoff- und Gießharzprodukte auf der Basis von Epoxidharz, synthetischem Kautschuk, Methylmethacrylat, Polyurethanharz und Silicon hinsichtlich ihres Volumenänderungsverhaltens charakterisiert. In Korrelation mit kalorimetrischen Messungen wurde die Bedeutung des Reaktionsmechanismus und insbesondere der Reaktivität unterschiedlicher Klebstoffsysteme für die aushärtungsbedingten Volumenänderungen aufgezeigt. Hierauf aufbauend wurde durch eine gezielte Variation der Prozeßführung während der Aushärtung die Wirkung einzelner verarbeitungsspezifischer Parameter auf das dilatometrische Verhalten unterschiedlicher Substanzen bewertet. Die Erfassung aushärtungsbedingter Volumenänderungen stellte im Rahmen der thermischen Analyse von Klebstoffen bislang noch eine Lücke dar, die durch diese Arbeit geschlossen wurde. Die geschaffene Möglichkeit, die primären Ursachen fertigungsinduzierter Schädigungen vorab zu analysieren und optimieren zu können, bietet ein neuartiges Werkzeug, das sowohl bei der Entwicklung als auch bei der Verarbeitung von Klebstoffen sowie Gießharzen zur Qualitätssteigerung und -sicherung genutzt werden kann.