DE102009039029B4

DE102009039029B4 - Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen unter Verwendung einer dualhärtenden Klebstoffzusammensetzung

Info

Publication number: DE102009039029B4
Application number: DE102009039029.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Luinge Hans; Thomas Meer
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2029-08-29
Also published as: DE102009039029A1; WO2011023683A1

Abstract

Verfahren zum Fügen von mindestens einem ersten Bauteil (200) mit mindestens einem zweiten Bauteil (300) umfassend:
Aufbringen einer durch elektromagnetische Strahlung (400) aktivierbaren und mindestens eine erste und eine zweite Reaktionscharakteristik aufweisenden Klebstoffzusammensetzung (100) auf mindestens einer Oberfläche (210) des ersten Bauteiles (200), wobei der ersten und zweiten Reaktionscharakteristik jeweils eine erste und eine zweite Bestrahlungscharakteristik zugeordnet ist;
In-Kontakt-bringen der aufgebrachten Klebstoffzusammensetzung (130) mit mindestens einer Oberfläche (310) des zweiten Bauteiles (300);
Aktivierung der Klebstoffzusammensetzung (100) in einem ersten Fügebereich (131) durch die erste Bestrahlungscharakteristik, wobei der erste Fügebereich (131) schneller aktiviert wird als ein zweiter Fügebereich (133), um die mindestens zwei zu fügenden Bauteile (200, 300) zur Handhabung bis zur vollständigen Aushärtung des zweiten Fügebereiches (133) über den ersten Fügebereich (131) zu fixieren,
wobei die Klebstoffzusammensetzung ein durch elektromagnetische Strahlung aktivierbares Additiv enthält und das durch elektromagnetische Strahlung aktivierbare Additiv der Klebstoffzusammensetzung nach einem kationischen und/oder radikalen Reaktionsmechanismus polymerisiert, wobei die Basis der zweikomponentigen Klebstoffzusammensetzung(100) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
Polyurethane ;
Silan-modifizierte Polymere; und
Mischungen daraus,
wobei die zweikomponentige Klebstoffzusammensetzung (100) auf einer Basis eines Polyurethans und/oder eines Silan-modifizierten Polymers ein durch elektromagnetische Bestrahlung aktivierbares Additiv aus Acrylat umfasst,
wobei das mindestens erste Bauteil (200) ausgewählt ist aus einem Material aus einer Gruppe bestehend aus:
Faserverbundmaterialien;
Phenolharzzusammensetzungen,
Polyphenylsulfon;
Polycarbonate; und
Mischungen daraus, wobei das mindestens zweite Bauteil (300) ausgewählt ist aus Materialien aus einer Gruppe bestehend aus:
Polyamide,
Polyetherimid;
Glasfaserverbundmaterial; und
Mischungen daraus, wobei das mindestens erste Bauteil und/oder Bestandteile der Klebstoffzusammensetzung (100) alkalisch sind und das aktivierbare Additiv der Klebstoffzusammensetzung (100) nach einem radikalen Reaktionsmechanismus polymerisiert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von mindestens einem ersten Bauteil mit mindestens einem zweiten Bauteil mit einer aktivierbaren Klebstoffzusammensetzung. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Verbund umfassend mindestens zwei Bauteile, der durch das Verfahren hergestellt wird, sowie ein Flugzeug, in dem genannter Verbund verwendet wird.
Technologischer Hintergrund
Insbesondere im Flugzeugbau werden häufig Haltervorrichtungen, die geeignet sind, Isolierungsmaterialien, elektrische Kabel oder Schläuche zu halten, mit Bauteilen wie beispielsweise Flugzeugstrukturbauteilen verbunden. Für die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen werden üblicherweise mechanische Befestigungen wie zum Beispiel Schrauben oder Niete verwendet. Zur Befestigung an Strukturbauteilen, die aus Faserverbundmaterialien sind, eignen sich dagegen eher Klebstoffverbindungen, da Bohrungen für Schrauben oder Niete Kohlenstofffasern des Strukturbauteils zerstören, wodurch die mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Kunststoffe extrem herabsetzt werden. Ferner entstehen beim Bohren von Glasfaser- oder Kohlenstoffverstärkten Kunststoffen Staub und Abfälle, die zu vermeiden sind, da Kohlenstoffpulver Korrosion an Aluminiumteilen verursachen kann. Dies ist insbesondere von Nachteil für tragende Strukturbauteile, die hohen Belastungsstandards standhalten müssen.
Des Weiteren ist die Verwendung von metallischen Verbindungsteilen wie Schrauben und Niete mit einem höheren Gewicht verbunden, als es bei Klebstoffverbindungen der Fall ist. Allerdings erfordert das Kleben von Kunststoffhaltern an Bauteilen, die Faserverbundmaterial aufweisen, eine aufwändige Klebetechnik. Die Arbeiter benötigen zur Befestigung von Haltevorrichtungen ausreichend Zeit, um die Halterungen zu positionieren, zu fügen und auszurichten. Aus diesem Grunde sind die Aushärtezeiten der verwendeten Klebstoffe relativ langsam und die Aushärtung dauert in der Regel mehrere Stunden bis Tage. Um die endgültige Aushärtung zu beschleunigen, werden zum Teil wärmeaushärtende Klebstoffe verwendet, die aufwändig in einem Ofen verbracht werden müssen.
Um den Verbund in einem Ofen zu transportieren oder andere Verarbeitungsschritte ausführen zu können, ist eine Fixierung der Bauteile notwendig. Solange die notwendige Anfangsfestigkeit der Klebstoffzusammensetzung nicht erreicht ist, ist also ein Fixierungsschritt notwendig, um eine Handhabung, einen Transport oder eine Weiterverarbeitung der gefügten Baugruppen zu ermöglichen. Die Fixierung verhindert das Herunterfallen der Haltevorrichtungen und es muss gegebenenfalls mit aufwändiger Vorrichtungstechnik ein definierter Fügedruck eingehalten werden. Dabei kann der hohe Vorrichtungsaufwand zur Fixierung selbst weitere Verarbeitungsschritte oder den Transport verhindern. Ferner ist von Nachteil, dass eine große Anzahl von Werkzeugen und Fixierungsvorrichtungen benötigt werden, was zusätzliche Produktionskosten erzeugt.
Im Stand der Technik werden des Weiteren wärmehärtende Klebstoffe verwendet, die beispielsweise bei 80 - 100°C aushärten. Hierzu ist eine Apparatur zur Erwärmung, wie ein Ofen, und ein großer Energieaufwand notwendig. Eine Vorrichtung zur Fixierung wird in diesem Fall benötigt, damit die Bauteile, die verbunden werden sollen, sich nicht lösen, wenn sie in den Ofen gebracht werden.
Aus der DE 10 2007 000 862 ist ein Klebeverfahren zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Materials bekannt, wobei Induktionswärme erzeugt wird, die zur Aktivierung eines Klebematerials verwendet wird. Dabei kann die Induktionswärme beispielsweise durch mittelfrequente Strahlung erzeugt werden. Durch die Aktivierung des Klebematerials wird die Zeitdauer, die erforderlich ist, um das erste Material mit dem zweiten Material zu verbinden, verkürzt.
Des Weiteren sind im Stand der Technik Klebstoffe bekannt, die sehr kurze Fixierzeiten besitzen wie zum Beispiel Acrylatklebstoffe, die durch UV-Strahlung aktiviert werden können. Diese sind aber häufig nicht alterungsbeständig und können nicht so gute Dauerfestigkeitseigenschaften aufweisen, wie beispielsweise die von Zweikomponenten-Klebstoffen, wie Polyurethan-Klebstoffe. Letztere Zweikomponenten-Klebstoffe wie auch Einkomponenten-Klebstoffe benötigen dagegen längere Aushärtezeiten, bevor sie eine weitere Handhabung gestatten. Zudem gibt es Probleme Substraten, die UV-Licht bei blockieren; Härtung ist hier nur im Randbereich möglich. Ferner ist die Robustheit und Zuverlässigkeit von UV-härtenden Systemen niedriger gegenüber bei Raumtemperatur härtenden Systemen.
Die WO 2008/ 014 466 A2 offenbart eine adhäsive Zusammensetzung umfassend als prinzipielle Bestandteile einen polymerisierbaren Bestandteil, ein bei Raumtemperatur eine radikalische Polymerisation katalysierendes System, und einen Photoinitiator.
Aus der JP H06- 275 661 A ist bekannt, Perlen aus einem UV-Licht transmittierenden Material in ein Bindemittel für ein UV-härtendes Harz zu mischen.
Der JP H10- 36 777 A kann man das Kleben zweier Substrate durch ein UVhärtbares Harz umfassend ein synthetisches Härz-Präpolymer, ein Monomer, einen Initiator für eine Photopolymerisation, ein Pigment, etc., entnehmen.
In der BE 1 017 259 A6 ist ein Verfahren zum Verbinden opaker Objekte durch Kleben von Partikeln für eine ultraschnelle Polymerisation durch UV- oder sichtbares Licht beschrieben.
Zudem offenbart die EP 1 947 156 A1 ein System und ein Verfahren zum Verbinden von nichttransparenten Teilen mittels eines durch elektromagnetische Strahlung aushärtbaren Klebstoffs.
Die WO 2011/ 023 683 A1 betrifft ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen unter Verwendung einer Klebstoffzusammensetzung, die als ein- oder zweikomponentiges Harz-Initiatorsystem ausgebildet ist, wobei mindestens eine Komponente ein lichtaktivierbares Additiv aufweist.
Aus Habenicht, Gerd: Kleben. Grundlagen, Technologien, Anwendungen. 5. Auflage, Springer Berlin, 2006, S. 1, 31, 32, 97, 129, 130, 650, 692, 697, 714 und 732 sind verschiedene Grundlagen, Technologien und Anwendungen des Klebens bekannt.
Mensch, Hans: Führung und Fokussierung von Strahlen zur optimalen Vernetzung von Klebern zwischen Bauteilen. In: Technik-Report: Beiträge zum Stand der Technik, Bd. 2, 1999, H. 3, S. 68-70 beschreibt den Einsatz von Klebstoffen bei der Verbindung einzelner Bauteile bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen. Ferner offenbart „Wässrige Polyurethan- und Acrylat-Dispersionen“, https://web.archive.org/web/20090710055549/http://alberdingk-boley.de:80/typo/121.0.html wässrige Polyurethan- und Acrylat-Dispersion für Klebstoffe.
Es ist also notwendig, schneller härtende Ein- oder Zweikomponenten-Klebstoffe herzustellen bzw. zu verwenden, bei denen die technologischen Wartezeiten bis zur weiteren Handhabung deutlich verkürzt werden, so dass der erforderliche Vorrichtungsbedarf zur Fixierung vermieden bzw. wesentlich verringert werden kann. Es wird also eine Klebstoffzusammensetzung benötigt, die eine lange Aushärtungszeit für eine Handhabung und Verarbeitungsschritte ermöglicht, wobei die zu fügenden Bauteile in einer gewünschten Lage fixiert sein sollten und schnell von einer Anfangsfestigkeit des Klebstoffes profitieren können.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen mittels Kleben zu schaffen, bei dem die Anwendung eines lang verarbeitbaren Klebstoffes kombiniert wird mit der Anwendung eines schnell Handhabungsfestigkeit gebenden Klebstoffes.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbund bereitzustellen, der mittels des genannten Verfahrens herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Fügen von mindestens einem ersten Bauteil mit mindestens einem zweiten Bauteil durch ein durch elektromagnetische Strahlung aktivierbares Klebematerial gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst, wobei Fortbildungen in entsprechenden abhängigen Ansprüchen verkörpert werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fügen von mindestens einem ersten Bauteil mit mindestens einem zweiten Bauteil geschaffen, welches folgende Verfahrensschritte umfasst: Aufbringen einer durch elektromagnetische Strahlung aktivierbaren und mindestens eine erste und eine zweite Reaktionscharakteristik aufweisenden Klebstoffzusammensetzung auf mindestens einer Oberfläche des ersten Bauteils, wobei der ersten und zweiten Reaktionscharakteristik jeweils eine erste und eine zweite Bestrahlungscharakteristik zugeordnet ist; In-Kontakt-bringen der aufgebrachten Klebstoffzusammensetzung mit mindestens einer Oberfläche des zweiten Bauteils; Aktivierung der Klebstoffzusammensetzung in einem ersten Fügebereich durch die erste Bestrahlungscharakteristik, wobei der erste Fügebereich schneller aktiviert wird als ein zweiter Fügebereich, um die mindestens zwei zu fügenden Bauteile zur Handhabung bis zur vollständigen Aushärtung des zweiten Fügebereiches über den ersten Fügebereich zu fixieren, wobei die Klebstoffzusammensetzung ein durch elektromagnetische Strahlung aktivierbares Additiv enthält und das durch elektromagnetische Strahlung aktivierbare Additiv der Klebstoffzusammensetzung nach einem kationischen und/oder radikalen Reaktionsmechanismus polymerisiert, wobei die Basis der zweikomponentigen Klebstoffzusammensetzung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Polyurethane ; Silan-modifizierte Polymere; und Mischungen daraus, wobei die zweikomponentige Klebstoffzusammensetzung auf einer Basis eines Polyurethans und/oder eines Silan-modifizierten Polymers ein durch elektromagnetische Bestrahlung aktivierbares Additiv aus Acrylat umfasst, wobei das mindestens erste Bauteil ausgewählt ist aus einem Material aus einer Gruppe bestehend aus: Faserverbundmaterialien; Phenolharzzusammensetzungen, Polyphenylsulfon; Polycarbonate; und Mischungen daraus, wobei das mindestens zweite Bauteil ausgewählt ist aus Materialien aus einer Gruppe bestehend aus: Polyamide, Polyetherimid; Glasfaserverbundmaterial; und Mischungen daraus, wobei das mindestens erste Bauteil und/oder Bestandteile der Klebstoffzusammensetzung alkalisch sind und das aktivierbare Additiv der Klebstoffzusammensetzung nach einem radikalen Reaktionsmechanismus polymerisiert .
Auf diese Weise können in einer Klebstoffzusammensetzung die Vorteile eines länger aushärtenden Klebstoffes mit den Vorteilen eines schnell aktivierbaren Klebstoffes verbunden werden. Dabei sind Vorteile eines langsam aushärtenden Klebstoffes zum einem eine unkritische Lagerung und zum anderen eine hohe Verlässlichkeit, dass die Klebstoffzusammensetzung komplett aushärtet. Vorteile der Klebstoffe, die durch elektromagnetische Strahlung und insbesondere durch Licht schnell aktiviert werden können, sind eine sehr schnelle Aushärtezeit nach der gezielten Aktivierung durch Licht und eine hohe Lagerbeständigkeit. Ferner benötigt die sehr schnelle Aktivierung beispielsweise durch UV-Bestrahlung nur eine geringe Aktivierungsenergie und kann zu einem beliebigen Zeitpunkt vorgenommen werden.
Für die schnelle Aushärtung besitzt die Klebstoffzusammensetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Additiv mit sogenannten Fotoinitiatoren, das heißt eine durch Licht aktivierbare Substanz. Auf Grundlage der Fotoinitiatoren wird die Klebstoffzusammensetzung strahlungshärtbar. Dieses Additiv kann bei der einfachsten Ausführungsform einem Einkomponentenklebstoff zugesetzt werden oder in der Klebstoffzusammensetzung chemisch gebunden werden. Hierdurch wird das Polymer gegenüber elektromagnetischer Strahlung sensibilisiert. Durch gezielte Belichtung mit einer bestimmten Strahlungswellenlänge bzw. -bereich können die Polymere zur Vernetzung aktiviert werden. Zur Bestrahlung eignet sich zum Beispiel UVA-Strahlung bzw. kurzwelliges sichtbares Licht oder Elektronenstrahlung. Als Fotoinitiatoren sind alle Verbindungen geeignet, die durch Bestrahlung mit dem geeigneten Wellenlängenbereich von Licht in einen angeregten Zustand übergehen können, indem sie mit den vernetzbaren Verbindungen zu reagieren vermögen. Als chemische Basis für strahlungshärtende Klebstoffe sind für radikale Mechanismen insbesondere Acrylate bekannt und für kationische Reaktionsmechanismen beispielsweise Epoxy-Klebstoffe.
Im nicht durch elektromagnetische Strahlung wie Licht oder UV-Strahlung aktivierten Bereich kann die Klebstoffzusammensetzung eines beispielsweise Zweikomponenten-Klebstoffs aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen Harzmonomeren und Härter aushärten, indem Polymere beispielsweise durch Polyaddition aufgebaut werden. Der langsam - unter mehrere Stunden bis Tage - aushärtende Klebstoffanteil kann bei gleichleibenden Umgebungsbedingungen oder durch Veränderung der Umgebungsbedingungen aushärten, wie zum Beispiel durch Ausschluss von Luftsauerstoff.
Indem nur ein begrenzter Fügebereich durch elektromagnetische Strahlung aktiviert wird, kann eine weitere Handhabung für Bearbeitungsschritte der zwei zu fügenden Bauteile ermöglicht werden, bis der zweite Fügebereich vollständig ausgehärtet ist. Durch diese erste Fixierung können die zu fügenden Bauteile in der gewünschten Lage positioniert werden, so dass auf aufwändige Fixierungsvorrichtungen verzichtet werden kann. Somit ist eine sofortige Handhabung der Baugruppe möglich und auch ein Transport. Ferner können geringe Kräfte auf das zweite Bauteil einwirken, ohne dass der Verbund sich löst. Gegenüber üblichen Schweiß-, Niet- oder Schraubverbindungen sind bei gleicher Funktion und Festigkeit vorteilhaft Gewichtseinsparungen durch den Verzicht an Bauteilen erreichbar.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können Aufwand, Zeit und Kosten gespart werden, indem die Werkzeuganzahl heruntergesetzt werden kann und die Zeit des Herstellungsverfahrens erheblich verkürzt werden kann, insbesondere dadurch, dass sich die Fixierungszeit von mehreren Stunden zu wenigen Sekunden verkürzen lässt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Klebeverfahren den Verfahrensschritt eines In-Kontakt-bringen der aufgebrachten Klebstoffzusammensetzung derart, dass sich die Klebstoffzusammensetzung in dem ersten Fügebereich weiter als eine Oberfläche des zweiten Bauteils derart erstreckt, dass das zweite Bauteil diesen ersten Fügebereich bei einer Bestrahlung nicht abschattet.
Durch das Zusammenfügen bzw. In-Kontakt-bringen der beiden Bauteile wird zum Beispiel an mindestens einer Randfläche des zweiten Bauteils der Klebstoff herausgedrückt. Dadurch entsteht ein Klebstoffbereich, der frei zugänglich ist, das heißt weder von dem ersten noch von dem zweiten Bauteil abgedeckt wird. Dadurch ist mindestens eine Fügestelle für elektromagnetische Bestrahlung frei zugänglich. Diese Rand- bzw. Fügenaht kann beispielsweise durch UV-Licht aktiviert werden, während der Klebstoff in den beschatteten Bereichen wesentlich später durch einen weiteren Mechanismus, der langsamer polymerisiert als die UV-Aktivierung, aushärten kann.
Über die schnell aushärtende Randnaht können Kräfte übertragen werden, die bei weiteren Bearbeitungsprozessen, wie zum Beispiel Transport, auftreten. Die Randbereiche sind dabei so ausgelegt, dass sie die auftretenden Kräfte aufnehmen können. Allerdings dürfen die Kräfte bei Verarbeitungsschritten nicht größer sein als die Initialfestigkeit, die nach der Aktivierung durch die elektromagnetische Bestrahlung erreicht wird. In anderen Worten kann die durch schnelle Aktivierung der Randbereiche erreichte Anfangsfestigkeit in der Regel nur gewisse Lasten aushalten. Diese Anfangsfestigkeit ist jedoch in der Regel ausreichend, um bestimmte Maschinenschritte oder Transport bzw. Verarbeitungsschritte durchzuführen. Weiterhin ist eine Fixierung mit anderen Vorrichtungen nicht mehr nötig und die Verarbeitung bzw. Fixierzeit reduziert sich erheblich. Der Fachmann kann anhand einfacher Vorversuche feststellen, wie groß im Einzelfall von Art und Material der Bauteile abhängige Anfangsfestigkeit und aktivierte Fügenahtfläche sein muss, dass die Bauteile beim Transport nicht ihre vorbestimmte Lage verändern.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Fügeverfahren nach dem Aufbringen der Klebstoffzusammensetzung den Verfahrensschritt, die mindestens zwei Bauteile in Kontakt zu bringen, so dass sich die Klebstoffzusammensetzung weiter als alle Seiten der Oberfläche des zweiten Bauteils erstrecken derart, dass das zweite Bauteil diesen ersten Fügebereich bei einer Bestrahlung nicht abschattet.
Auf diese Weise kann eine um das zweite Bauteil umlaufende gleichmäßige Randnaht aus Klebstoff hergestellt werden. Dieser Fügenahtbereich kann ohne Beschattung einfach durch elektromagnetische Strahlung bestrahlt werden, um diesen Bereich schneller aushärten zu lassen.
Bei der Bestrahlung ist zu beachten, dass die Lichtintensität nachlässt, je tiefer das Licht bzw. die elektromagnetische Strahlung den Klebstoff durchdringt. Aus diesem Grunde muss die Dicke der Klebstoffschicht so gewählt werden, dass die Lichtabnahme in der Klebstoffschicht nicht zu groß wird. Typische Durchdringungstiefen mit UV-Bestrahlung sind bei Klebstoffen ohne Hilfsstoffzugaben 3 - 4 mm. In den Klebstoffbereichen, die nicht mehr bestrahlt werden können, kann keine Strahlungshärtung initiiert werden. Diese sogenannten Schattenbereiche werden dann so ausgehärtet, wie es der zweite Aushärtemechanismus entsprechend der zweiten Reaktionscharakteristik der Klebstoffzusammensetzung vorsieht. Auf diese Weise können die Fügenähte gezielt strahlungsaktiviert werden, um eine sehr schnelle Initialfestigkeit und Fixierung der Bauteile zu erreichen, während der flächenmäßig größere Anteil der Klebstoffzusammensetzung im Schattenbereich liegt und noch für weitere Verarbeitungsschritte im nicht ausgehärteten Zustand zur Verfügung steht.
Die strahlungshärtbare Klebstoffzusammensetzung kann neben den fotopolymerisierbaren Materialien weitere üblicherweise in der Klebstofftechnik eingesetzte Bestandteile enthalten. Beispielsweise können Zusatzstoffe wie Stabilisatoren, Farbstoffe, Pigmente, Füllstoffe, Sensibilisatoren zur Erhöhung der Lichtausbeute oder Hilfsstoffe, die benötigt werden, um die Brandrauchgiftigkeit herabzusetzen, zugesetzt werden. Ferner können Elastomere, die die mechanischen Eigenschaften beeinflussen können, Bestandteil der Klebstoffzusammensetzung sein. Einige Hilfsstoffe können auch verwendet werden, um die Bestrahlung nur in einem bestimmten Bereich zu ermöglichen, so können zum Beispiel für sichtbares Licht nichttransparente Hilfsmaterialien eingesetzt werden, die aber für UV-Lichtbestrahlung durchlässig sind.
Ferner ist es möglich, nicht nur die Klebstoffzusammensetzung selbst für einen bestimmten Strahlungsbereich durchlässig zu gestalten, sondern auch das erste bzw. zweite Bauteil. Um beispielsweise eine größere Härtungstiefe in den Klebstoffrand bis unter das zweite Bauteil zu ermöglichen, könnte ein strahlungsdurchlässiger Rand des zweiten Bauteils den Aushärtebereich der Randfügenaht vergrößern.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren vor dem Aufbringen der Klebstoffzusammensetzung ein Mischen einer ersten und einer zweiten zuvor räumlich getrennten Klebstoffkomponente zu einer durch elektromagnetische Strahlung aktivierbaren zweikomponentigen Klebstoffzusammensetzung.
Auf diese Weise kann die Klebstoffzusammensetzung ausgebildet sein als zweikomponentiges Reaktionsharzsystem mit einer Harzkomponente und einer Härterkomponente, wobei das durch elektromagnetische Bestrahlung aktivierbare Additiv in mindestens einer der beiden Komponenten enthalten ist. Bei diesem Zweikomponenten-Klebstoff (2K-Klebstoff) werden zwei räumlich getrennte Zubereitungen eingesetzt, damit sie unter Lagerungsbedingungen nicht miteinander reagieren können. Vor dem Aufbringen des Klebstoffs werden die beiden Komponenten im korrekten Verhältnis miteinander vermischt. Mit dem Kontakt von den beiden Komponenten beginnt die chemische Reaktion zum Klebstoffpolymer. Die Aushärtezeit reicht von mehreren Stunden bis zu einer Dauer von Tagen. Dies ermöglicht eine lange Verarbeitungszeit des Verbundes, der bereits durch die UV-aktivierten Randbereiche fixiert ist. Weitere Vorteile der Verwendung eines Zweikomponentenklebers sind die unkritischen Lagerungseigenschaften und eine hohe Verlässlichkeit zur vollständigen Aushärtung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Wellenlängenbereiche der elektromagnetischen Strahlung verwendet, die im Bereich des sichtbaren Lichts von 750 nm bis einschließlich der UV-A-Strahlung liegen.
Auf diese Weise können aus dem sichtbaren Lichtbereich Wellenlängen zwischen 750 nm bis 400 nm eingesetzt werden, wobei zusätzlich der nahe UV-A-Strahlungsbereich (400-320 nm) hinzugenommen werden kann. Der Vorteil dieses gewählten Wellenlängenbereiches ist, dass er ungefährlich für Menschen ist in Kombination mit unkritischem Prozessverhalten unter normalen Lichtbedingungen während des Verbindungsprozesses. Auf diese Weise kann der Fügeprozess in demselben Raum stattfinden wie die Lichtaktivierung des Klebstoffes. So müssen keine speziellen Dunkelräume oder Schutzvorrichtungen vorgesehen werden, um die Klebstoffaktivierung zu vollziehen. Der Aktivierungsschritt kann vom Fachmann durch Einstellung der Belichtungszeit, der Energiedosis der verwendeten Lampe sowie dem Wellenlängenbereich des verwendeten Lichtes so eingestellt werden, dass genügend reaktive Gruppen für die nachfolgende schnelle Aushärtung erzeugt werden.
Die Aktivierung der Klebenaht kann beispielsweise einfach durch eine in der Hand gehaltene Lampe wie z.B. ein Tageslichtgerät von den Mitarbeitern ausgeführt werden. Um die Klebstoffzusammensetzung in den Fügenahtbereichen zu aktivieren, können die Wellenlängenbereiche gewählt werden, die sich für den gewählten Klebstoff mit bestimmten Fotoinitiatoren eignen. Es ist für einen Fachmann bekannt, dass für jede gewählte Lichtquelle geeignete Fotoinitiatoren und umgekehrt ausgewählt werden. Weiterhin ist bekannt, dass die Eindringtiefe der Strahlen in die zu polymerisierende Zusammensetzung in direktem Zusammenhang stehen mit den Absorptionskoeffizienten und der Konzentration des Fotoinitiators. Um eine gewünschte Härtungstiefe des Klebstoffs bzw. des Klebstoffrandes zu erreichen, ist die Menge an Additiv und Fotoinitiatoren in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung geeignet einzustellen, um die weiteren Bearbeitungsschritte des nicht ausgehärteten Fügebereiches zu ermöglichen.
Das mindestens erste Bauteil ist ausgewählt aus einem Material aus einer Gruppe bestehend aus Faserverbundmaterialien, Phenolharzzusammensetzungen, Polyvinylsulfone, Polycarbonaten und Mischungen daraus.
Insbesondere Faserverbundmaterialien werden im Flugzeugbau als Strukturbauteile verwendet. Im Innenbereich werden überwiegend Faserverbundwerkstoffe mit Phenolharzsystemen als Matrix verwendet. Aus diesem Grunde kommen sie als Hauptsubstrat für eine mögliche Klebeverbindung mit einem Halter in Frage. Die eingesetzten Faserverbundwerkstoffe müssen insbesondere im Flugzeugbau bezüglich Festigkeit, Brandverhalten, Toxikologie besondere Eigenschaften aufweisen. Ferner werden Faserverbundmaterialien vorzugsweise in Flugzeugen eingebaut, da sie zu den Leichtbaumaterialien zählen, die den hohen Standards der Luftfahrt wie den Brandvorschriften und Festigkeit genügen. Hierzu eignen sich beispielsweise Glasfaser- oder Kohlenstofffaserverbunde. Bei kohlenstoffhaltigen Faserverbundmaterialien ist es insbesondere von Vorteil, eine Klebstoffverbindung vorzusehen und keine wie in der Vergangenheit zum Teil übliche Schraub- oder Nietverbindung, die zum Teil die Faserstruktur zerstören können.
Die in Flugzeugen größtenteils eingesetzten Faserverbundmaterialien werden auf Basis von Phenolharz oder Epoxidharz, Polyphenylsulfon oder Polycarbonaten hergestellt. Diese Baumaterialien eignen sich daneben auch für andere Transportfahrzeuge wie Schiffe, Bahn oder Busse.
Das mindestens zweite Bauteil wird ausgewählt aus Materialien aus einer Gruppe bestehend aus Polyamide (PA), Polyetherimid (PEI), Glasfaserverbundmaterialien (GFK) und Mischungen daraus.
Das zweite Bauteil kann jeweils ein Material oder mehrere Materialien der oben genannten Gruppe aufweisen. Dabei werden in der Luftfahrt Polyamide (PA), insbesondere PA 66 für Haltervorrichtungen bevorzugt. Daneben sind Glasfaser-verstärkte Kunststoffe oder thermoplastische Materialien wie Polyetherimid (PEI) einsetzbar. Als Beispiel einer Mischung wäre das Glasfaser-verstärkte Polyetherimid zu nennen. Derart hergestellte Kunststoffhalter können im Flugzeugbau eingesetzt werden, um Kabel, Schläuche oder ähnliches an Flugzeugstrukturbauteilen zu befestigen.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das durch elektromagnetische Strahlung aktivierbare Additiv der Klebstoffzusammensetzung nach einem kationischen und/oder radikalen Reaktionsmechanismus polymerisiert.
Die strahlungshärtbare Klebstoffzusammensetzung enthält ein durch elektromagnetische Strahlung aktivierbares Additiv, das mindestens einen Fotoinitiator und eine polymerisierbare Verbindung umfasst, in anderen Worten einen photopolymerisierbaren Masseanteil, der entweder einem kationischen oder radikalischem Härtemechanismus folgt.
Bei der kationischen Polymerisation ist der Fotoinitiator ausgelegt, eine Fotoaktivierung in einem kationisch härtbaren Harz oder kationisch polymerisierbaren Monomer auszulösen. Kationisch aktivierbare Klebstoffsysteme sind üblicherweise auf Epoxide basiert. Diese Epoxid-basierten Klebstoffe haben eine höhere Widerstandskraft gegenüber Feuchtigkeit und trockene Hitze, als sie Acrylate besitzen. Ein weiterer Vorteil der kationischen Polymerisation ist, dass an der Oberfläche keine Sauerstoffhemmung stattfindet. Das heißt, der Sauerstoff hemmt nicht die chemische Reaktion oder Vernetzung der Klebstoffoberfläche. Dadurch sind die nach außen offenen Oberflächen nicht klebrig. Allerdings müssen die Oberflächen, die verbunden werden sollen, frei von Kontaminierung sein, da hohe pH-Werte größer als 7 den Aushärtemechanismus verhindern können.
Außerdem können radikalisch polymerisierbare Verbindungen zur Photoaktivierung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet werden. Beispielsweise sind dem Fachmann Acrylate bekannt. Als Fotoinitiatoren für die radikalische Polymerisation können alle Verbindungstypen in Frage kommen, welche bei der entsprechenden Bestrahlung freie Radikale bilden. Als Vorteil dieser Mechanismen sind die sehr hohen Aushärtungsraten und ein hoher Freiheitsgrad in der Formulierung. Auf diese Weise können Viskosität, Haftfestigkeit und mechanische Eigenschaften einfach angepasst werden.
Im Gegensatz zu den kationisch polymerisierbaren Klebstoffen, wird die Polymerisationsreaktion durch Sauerstoff gehemmt. Dies bedeutet, dass je nach photoaktivierbaren Anteil die freien Klebstoffoberflächen nicht vollständig durch den schnellen Reaktionsmechanismus ausgehärtet werden, wenn sie in Kontakt mit Sauerstoff sind. Auf diese Weise können die nach außen offenen Oberflächen leicht klebrig bleiben, was jedoch die mechanischen Eigenschaften nicht negativ beeinflusst und zudem je nach Anteil des langsamer härtenden und nicht durch Sauerstoff gehemmten Klebstoffanteiles nach vollständiger Aushärtung des gesamten Verbundes aufgehoben werden kann.
Als Basis der zweikomponentigen Klebstoffzusammensetzung ist beispielsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden, Acrylaten, Polyurethanen und Silan-modifizierten Polymeren und Mischungen daraus beschrieben, wobei im erfindungsgemäßen Verfahren die Basis der zweikomponentigen Klebstoffzusammensetzung (100) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Polyurethane ; Silan-modifizierte Polymere; und Mischungen daraus, wobei die zweikomponentige Klebstoffzusammensetzung (100) auf einer Basis eines Polyurethans und/oder eines Silan-modifizierten Polymers ein durch elektromagnetische Bestrahlung aktivierbares Additiv aus Acrylat umfasst.
Auf diese Weise können zweikomponentige Klebstoffzusammensetzungen verwendet werden, die vorteilshafterweise kalthärtend sind und keine zusätzliche Energie benötigen, um auszuhärten. Zu den bekannten Polyadditionsklebstoffen, die zu den zweikomponentigen Reaktionsklebstoffen gehören, zählen Acrylatklebstoffe, wie zum Beispiel Cyanacrylat-Klebstoffe oder Methylmethacrylat-Klebstoffe. Weiterhin können Silan-modifizierte (MS) Polymere als Grundstoff der Klebstoffzusammensetzung verwendet werden, die den Vorteil haben, UV-stabil und lösemittelfrei zu sein, eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen und nicht bei der Aushärtung schrumpfen. Dadurch sind diese Materialien auf MS-Polymerbasis universell einsetzbar.
Des Weiteren wird als chemische Basis für einen Zweikomponenten-Klebstoff zum Beispiel das Epoxidharz genannt. Der ausgehärtete Klebstoff besitzt eine sehr hohe Festigkeit, weswegen man diese Klebstoffart häufig für strukturelle Verklebung zum Beispiel im Fahrzeug- und Flugzeugbau anwendet. Ferner sind zum Beispiel Polyurethan-Klebstoffe als Zweikomponenten-Klebstoffe genannt, die häufig in Verkehrsmitteln für Straße, Schiene, Luft oder Wasser verwendet werden. Polyurethane können sowohl durch Polykondensation als auch Polyaddition aushärten. Polyurethane sowie die Silan-modifizierten Polymere können als flexibles Klebstoffsystem eingesetzt werden und sind somit einfacher zu verwenden als steifere Klebstoffzusammensetzungen, wie beispielsweise Epoxide. Außerdem sind flexiblere Klebstoffe geeignet, kompliziert geformte Oberflächen zu verbinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt das durch elektromagnetische Strahlung aktivierbare Additiv der Klebstoffzusammensetzung einen geringeren Anteil als die jeweils erste und zweite Komponente der Klebstoffzusammensetzung.
Da bei einem hohen Klebstoffanteil an beispielsweise Acrylat für einen Verbund mit thermoplastischen Materialien die Gefahr der Spannungsrissbildung besteht, ist ein geringerer Anteil eines radikal polymerisierbaren Acrylates als Additiv im Vergleich zum restlichen Anteil der Klebstoffmasse bei der Verwendung von thermoplastischen Bauteilen von Vorteil. Es ist eine höhere Dauerfestigkeit und Rissfestigkeit des Verbundes zu erwarten, wenn der Anteil des Acrylates relativ gering ist, da ansonsten thermoplastische Substrate beispielsweise aus Polycarbonaten oder Polyetherimid in Mitleidenschaft gezogen werden könnten. Dies bedeutet, dass Acrylate sich nicht eignen als Basis eines Zweikomponenten-Klebstoffes, sondern insbesondere für die chemische Basis der UV-aktivierbaren Additive, die einen geringeren Masseanteil der Klebstoffzusammensetzung ausmachen können.
Aufgrund der geringeren Anteile des Licht härtenden Klebstoffadditivs ist der exotherme Effekt ebenfalls unproblematisch. Auch andere Nachteile wie die Klebrigkeit der Oberfläche wird durch einen geringen Gewichtsanteil des UV-aktivierbaren Klebstoffes verhindert. Die radikalisch aktivierbare Additivmenge kann beispielsweise in Mengen zwischen 0,1 bis etwa 20 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmenge des Klebstoffgemisches zugesetzt werden.
Das mindestens erste Bauteil und/oder Bestandteile der Klebstoffzusammensetzung sind alkalisch und das durch elektromagnetische Strahlung aktivierbare Additiv polymerisiert nach einem radikalen Reaktionsmechanismus.
Insbesondere im Flugzeugbau werden Hilfsstoffe verwendet zum Feuerschutz, Zähigkeit oder Flexibilität, die zum Teil alkalisch sind und somit die Anwendung von kationischen Epoxid-basierten Klebstoffen verhindern. Ferner sind ein Großteil der verwendeten Substrate aminhaltig, wie zum Beispiel kohlenstoffhaltige Faserverbundwerkstoffe oder Glasfaserverbundwerkstoffe. Dieser Amin- bzw. pHerhöhende Effekt erlaubt ausschließlich eine radikalische Polymerisationstechnik für das strahlungshärtende Additiv.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Basis der zweikomponentigen Klebstoffzusammensetzung aus Polyurethan oder aus einem Silan-modifizierten Polymer, welches ein durch elektromagnetische Bestrahlung aktivierbares Additiv aus Acrylat umfasst.
Auf diese Weise können die Vorteile der Polyurethane bzw. Silan-modifizierten Polymere, das heißt die höhere Flexibilität dieser Zweikomponenten-Klebstoffe ausgenutzt werden. Insbesondere für schwierig klebbare Oberflächen, wie sie bei Polyamiden (PA 66) beispielsweise vorliegen, sind gerade flexible Klebstoffzusammensetzungen notwendig. Das Additiv kann bei der bevorzugten Klebstoffzusammensetzung Acrylat umfassen. Auf diese Weise kann durch Strahlung die radikalische Polymerisation des Klebstoffes erfolgen. Durch den Einsatz dieser Reaktionsweise muss nicht auf eine Vermeidung einer Kontamination der Substratoberfläche geachtet werden. Insbesondere alkalische Oberflächen können mit der radikalen Polymerisation in Verbindung gebracht werden, ohne den Aushärtemechanismus durch basische pH-Werte zu behindern. Da insbesondere im Flugzeugbau Substratoberflächen aus kohlenstoffhaltigen Faserverbundmaterialien oder Glasfaserverbundmaterialien verwendet werden, die Amine enthalten und somit die Oberfläche alkalisch machen, ist ein radikalischer Polymerisationsmechanismus insbesondere im Flugzeugbau von Vorteil.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verbund bereitgestellt, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das erste Bauteil ein Strukturbauteil eines Flugzeuges und das zweite Bauteil eine Halteranordnung für Kabelschläuche oder Isolierungsmaterialien und die zweikomponentige Klebstoffzusammensetzung ist auf Basis eines Polyurethans und/oder Silan-modifizierten Polymers und umfasst ein durch elektomagnetische Strahlung aktivierbares Additiv aus Acrylat.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Flugzeug mit einem Verbund, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist und bei dem das erste Bauteil ein Strukturbauteil eines Flugzeuges und das zweite Bauteil eine Halteranordnung für Kabelschläuche oder Isolierungsmaterialien sind.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass die obigen Merkmale und Verfahrensschritte auch kombiniert werden können. Die Kombination der obigen Verfahrensschritte bzw. Merkmale kann zu wechselwirkenden Effekten und Wirkungen führen, die über die Einzelwirkungen der entsprechenden Merkmale hinausgeht, auch wenn dies nicht ausdrücklich im Detail beschrieben wird.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines ersten Bauteils mit einer Applikationsvorrichtung für eine Klebstoffzusammensetzung.
2 ist eine schematische Ansicht des Aufbringens eines durch elektromagnetische Strahlung aktivierbaren Zweikomponenten-Klebstoffes auf ein erstes Bauteil.
3 ist eine schematische Ansicht des Zusammenfügens von zwei Bauteilen mittels Klebstoff.
4 ist eine schematische Zeichnung der Aktivierung der Klebstoffzusammensetzung in einem ersten und zweiten Fügebereich durch eine UV-Handlampe.
5 ist eine schematische Darstellung der Härtungstiefe mittels Bestrahlung in einer Klebstoffzusammensetzung.
6 ist eine schematische Darstellung der Handhabung bis zur vollständigen Aushärtung des zweiten Fügebereiches, der über dem ersten Fügebereich fixiert wird.
7 ist eine schematische Darstellung der Handhabung nach vollständiger Aushärtung des zweiten Fügebereiches.
8 ist ein schematisches Flussdiagramm des Verfahrens zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen durch eine lichthärtende und mindestens zwei Reaktionscharakteristika aufweisenden Klebstoffzusammensetzung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines ersten Bauteils 200, welches als Substratfläche für einen Klebstoff fungiert. Ferner zeigt 1 eine Applikationsvorrichtung 110, die zwei getrennte Kammern aufweist. In den Kammern 111 und 112 befinden sich jeweils ein Härter 102 und ein Harz 101, wobei der in der Kammer 111 sich befindende Klebstoff mit einem lichthärtenden Additiv 104 versehen ist; alternativ ist es auch möglich, dass das Additiv 104 im Härter (Kammer 112) eingebracht ist. In dem Mischbereich 113 der Applikationsvorrichtung 110 können die für die Lagerung getrennt aufbewahrten Zweikomponenten-Klebstoffe miteinander vermischt werden. Ab der Vermischung der beiden Komponenten beginnt die Reaktion der Aushärtung des Zweikomponenten-Klebstoffes.
2 zeigt ebenfalls eine Seitenansicht beim Auftragen der Klebstoffzusammensetzung 100 auf das Substrat 200. Nachdem die beiden Klebstoffkomponenten 101 und 102 in dem für die Reaktion korrekten Verhältnis vermischt worden sind, beginnt der langsam härtende Zweikomponenten-Klebstoff in einem Zeitrahmen von beispielsweise Stunden sich langsam zu vernetzen. Diese Applikation ist sehr einfach und sicher durchführbar. Die für das Kleben vorgesehene erste Fügefläche 210 kann gegebenenfalls vor Applikation aufgeraut werden. Auch andere Vorbehandlungsschritte wie die Behandlung mit einem Primer sind möglich. Bei der Verwendung von Silan-modifizierten Polymeren ist jedoch eine Verwendung eines Primers nicht notwendig. Mögliche Haftvermittler sind in der 2 nicht dargestellt.
3 zeigt das In-Kontakt-bringen der aufgebrachten Klebstoffzusammensetzung 100 mit mindestens einer Oberfläche 310 eines weiteren zweiten Bauteils 300. Dieser Fügeschritt kann in zwei Schritten unterteilt werden, nämlich erstens ein lediglich In-Kontakt-bringen und zweitens ein Ausüben eines leichten Druckes auf die Klebstoffschicht, so dass an allen Rändern des Bauteils 300 die Klebstoffzusammensetzung 100 heraustritt. Auf diese Weise entsteht eine Fügenaht (siehe 131, 132 4), die nicht durch das Bauteil 300 oder das Substrat 200 verdeckt wird. In 3 befindet sich die Klebstoffzusammensetzung 100 noch in dem nicht durch elektromagnetische Bestrahlung aktivierten Zustand 100 (T₀), 130 (T₀).
4 zeigt eine schematische Zeichnung der Aktivierung der Klebstoffzusammensetzung 100 durch eine Strahlungsquelle 400 zum Zeitpunkt T₀. Eine UV-Lampe 401 ist beispielhaft dargestellt. Die gezeigte Lampe 401 kann mit der Hand einfach bedient werden und kann gezielt die Fügenahtbereiche 131 und 132 bestrahlen, so dass die mit schwarzen Kreisen dargestellten Fügenahtbereiche 131 (T₀) und 132 (T₀) aktiviert sind . In dem gezeigten Beispiel ist das Bauteil nicht UV-durchlässig, so dass eine Bestrahlung oberhalb des Bauteils möglich ist, wobei das Bauteil durch die UV-Undurchlässigkeit gewährleistet, dass nur die Randfügebereiche lichtgehärtet werden. Durch die schnelle Aktivierung der Fügebereiche 131, 132 in wenigen Sekunden wird sofort eine Handhabung des Verbundes für weitere Bearbeitungsschritte möglich. Das Handling der zwei zu fügenden Bauteile 200 und 300 wird also über die Fixierung der Randnaht bzw. der Grünfestigkeit der Randnaht ermöglicht so lange, bis auch der zweite im Schatten liegende Fügebereich 133 aushärtet.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Härtungstiefe 140 mittels Bestrahlung 400. Der nicht bestrahlte Bereich ist beispielhaft durch den Bereich 150 dargestellt und zeigt beispielhaft einen sogenannten Schattenbereich an, in dem keine Strahlungsaktivierung stattfindet. Die Härtungstiefe beträgt in der Regel wenige Millimeter und hängt von der Menge des zugesetzten strahlungsaktiven Additives und von weiteren verwendeten Zusatzstoffen ab.
6 zeigt wiederum schematisch den Verbund aus zwei Bauteilen und den teilweise aktivierten Klebstoff zum Zeitpunkt T₁, das heißt nach der UV-Aktivierung. Nach der Aktivierung durch die UV-Strahlung wird die sogenannte Green Strength oder Anfangsfestigkeit sofort nach wenigen Sekunden erreicht, so dass weitere Verarbeitungsschritte möglich sind. Eine Fixierung durch weitere Vorrichtungen, damit die zwei Bauteile an der gewünschten Position verbleiben, ist dadurch nicht mehr notwendig. Geringe Kräfte - angezeigt durch den Pfeil 501 - können auf das zweite Bauteil 300 einwirken, ohne dass die Fügeverbindung zerstört wird. Auf diese Weise können Transport oder andere Verarbeitungsschritte durchgeführt werden.
Schematisch ist eine Uhr dargestellt, die die Zeit T₁ darstellt, das heißt nach etwa 5 Sekunden, nach dem Aktivierungsschritt, der in der vorangegangenen 4 dargestellt ist. Diese sogenannte vorteilhafte Schnellaktivierung bzw. Cure on Demand kann genutzt werden, um den gesamten Herstellungsaufwand zu vermindern, da keine Fixierung der Teile mehr notwendig ist. Außerdem kann auf weitere Energie verzichtet werden, die beispielsweise für eine Wärmehärtung notwendig gewesen wäre. Da dieser Zweikomponentenkleber kalthärtend ist, kann eine vollständige Aushärtung ohne weitere Energiezufuhr nach mehreren Stunden erwartet werden.
7 zeigt schematisch das vollständig ausgehärtete Verbundbauteil bestehend aus dem Substrat bzw. ersten Bauteil 200 und einem weiteren Bauteil 300 sowie der Klebstoffzusammensetzung. Der vollständig ausgehärtete Fügebereich 132 (T₂) wird durch eine schräge Schraffur in der Zeichnung veranschaulicht. Die Uhr zeigt beispielhaft einen Ablauf bis zur finalen Aushärtung von mehreren Stunden (T₂), wobei dieser Zeitraum (T₂) auch mehrere Tage umfassen kann. Nach der vollständigen Aushärtung ist der Verbund auch mit größeren Kräften belastbar, wie durch den Pfeil 502 angedeutet sind.
8 zeigt den zeitlichen Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Klebstoffzusammensetzung, die zwei Reaktionscharakteristika aufweist. Der erste Schritt des Verfahrens umfasst das Vermischen S10 der zweikomponentigen Klebstoffzusammensetzung, so dass eine Reaktion zur Vernetzung in Gang gesetzt wird. Der nächste Verfahrensschritt umfasst das Aufbringen S11 eines Zweikomponenten-Klebstoffes, der auch ein strahlungshärtendes Additiv umfasst. Diese Klebstoffzusammensetzung wird auf einer Oberfläche eines ersten Bauteils aufgetragen, ungefähr in der Größenordnung, wie das zweite Bauteil, das gefügt werden soll. Der nächste Schritt S20 umfasst das Zusammenfügen der beiden Bauteile.
Um die zusammengefügten Bauteile für ein weiteres Handling zu fixieren, wird der Schritt S30 eingeleitet. Der Schritt S30 kann zu einem beliebig gewählten Zeitpunkt begonnen werden und umfasst die Aktivierung der Klebstoffzusammensetzung in einem ersten Fügebereich durch eine erste Bestrahlungscharakteristik. Durch diese Bestrahlung wird dieser erste Fügebereich, der beispielsweise eine Randnaht darstellen kann, aktiviert und fixiert, während der noch nicht aktivierte im Schatten liegende zweite Fügebereich nicht aktiviert wird. Dadurch kann eine weitere Handhabung S 32 des Bauteilverbundes ermöglicht werden. Es müssen hier für die Fixierung keine Werkzeuge oder andere aufwändigen Haltemechanismen verwendet werden. Die vollständige Aushärtung des Zweikomponentenklebers wird im Zeitraum von mehreren Stunden geschehen. Erst im Schritt S32 ist die Grünfestigkeit des Zweikomponentenklebers erreicht, wohingegen die Grünfestigkeit des UV-härtenden Klebers bereits nach wenigen Sekunden im Schritt S31 erreicht ist. Nach Ablauf der vollständigen Aushärtung des Zweikomponentenklebers ist in Schritt S40 die endgültige Festigkeit erreicht.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassend“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt. Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.

Claims

Verfahren zum Fügen von mindestens einem ersten Bauteil (200) mit mindestens einem zweiten Bauteil (300) umfassend: Aufbringen einer durch elektromagnetische Strahlung (400) aktivierbaren und mindestens eine erste und eine zweite Reaktionscharakteristik aufweisenden Klebstoffzusammensetzung (100) auf mindestens einer Oberfläche (210) des ersten Bauteiles (200), wobei der ersten und zweiten Reaktionscharakteristik jeweils eine erste und eine zweite Bestrahlungscharakteristik zugeordnet ist; In-Kontakt-bringen der aufgebrachten Klebstoffzusammensetzung (130) mit mindestens einer Oberfläche (310) des zweiten Bauteiles (300); Aktivierung der Klebstoffzusammensetzung (100) in einem ersten Fügebereich (131) durch die erste Bestrahlungscharakteristik, wobei der erste Fügebereich (131) schneller aktiviert wird als ein zweiter Fügebereich (133), um die mindestens zwei zu fügenden Bauteile (200, 300) zur Handhabung bis zur vollständigen Aushärtung des zweiten Fügebereiches (133) über den ersten Fügebereich (131) zu fixieren, wobei die Klebstoffzusammensetzung ein durch elektromagnetische Strahlung aktivierbares Additiv enthält und das durch elektromagnetische Strahlung aktivierbare Additiv der Klebstoffzusammensetzung nach einem kationischen und/oder radikalen Reaktionsmechanismus polymerisiert, wobei die Basis der zweikomponentigen Klebstoffzusammensetzung(100) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Polyurethane ; Silan-modifizierte Polymere; und Mischungen daraus, wobei die zweikomponentige Klebstoffzusammensetzung (100) auf einer Basis eines Polyurethans und/oder eines Silan-modifizierten Polymers ein durch elektromagnetische Bestrahlung aktivierbares Additiv aus Acrylat umfasst, wobei das mindestens erste Bauteil (200) ausgewählt ist aus einem Material aus einer Gruppe bestehend aus: Faserverbundmaterialien; Phenolharzzusammensetzungen, Polyphenylsulfon; Polycarbonate; und Mischungen daraus, wobei das mindestens zweite Bauteil (300) ausgewählt ist aus Materialien aus einer Gruppe bestehend aus: Polyamide, Polyetherimid; Glasfaserverbundmaterial; und Mischungen daraus, wobei das mindestens erste Bauteil und/oder Bestandteile der Klebstoffzusammensetzung (100) alkalisch sind und das aktivierbare Additiv der Klebstoffzusammensetzung (100) nach einem radikalen Reaktionsmechanismus polymerisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das In-Kontakt-bringen der aufgebrachten Klebstoffzusammensetzung (130) derart erfolgt, dass sich die Klebstoffzusammensetzung in dem ersten Fügebereich weiter als eine Oberfläche (310) des zweiten Bauteiles (300) derart erstreckt, dass das zweite Bauteil (300) diesen ersten Fügebereich (131) bei einer Bestrahlung (400) nicht abschattet.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das In-Kontakt-bringen der aufgebrachten Klebstoffzusammensetzung (130) derart erfolgt, dass sich die Klebstoffzusammensetzung weiter als alle Seiten der Oberfläche (310) des zweiten Bauteiles (300) derart erstreckt, dass das zweite Bauteil (300) diesen ersten Fügebereich (131) bei einer Bestrahlung (400) nicht abschattet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das Aufbringen der Klebstoffzusammensetzung ein Mischen einer ersten und einer zweiten räumlich getrennten Klebstoffkomponente (101, 102) zu einer durch elektromagnetische Strahlung aktivierbaren zweikomponentigen Klebstoffzusammensetzung (100) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichtes von 750 nm bis einschließlich der UV-A-Strahlung liegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das durch elektromagnetische Strahlung aktivierbare Additiv der Klebstoffzusammensetzung (100) einen geringeren Anteil umfasst als die jeweils erste und zweite Komponente der Klebstoffzusammensetzung (100).
Verbund, hergestellt nach einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6.
Verbund nach Anspruch 7, wobei das erste Bauteil (200) ein Strukturbauteil eines Flugzeuges ist; und wobei das zweite Bauteil (300) eine Halteranordnung für Kabel, Schläuche oder Isolierungsmaterialien ist.
Flugzeug mit einem Verbund nach Anspruch 7 und 8.