DE102018129215A1

DE102018129215A1 - Procedure for the quantitative assessment of adhesive bonds

Info

Publication number: DE102018129215A1
Application number: DE102018129215.5A
Authority: DE
Inventors: Lothar Zapf
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2038-11-21
Also published as: DE102018129215B4

Abstract

Es wird im Folgenden ein Verfahren zur quantitativen Beurteilung von Klebeverbindungen beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren die Bereitstellung einer Prüflösung aus einem Acrylatmonomer und einem Farbstoff, sowie das Auftragen der Prüflösung auf eine erste Bruchfläche eines ersten Fügeteils. Die Bruchfläche entstand bei der Zerstörung einer Klebeverbindung zwischen dem ersten Fügeteil und einem mit dem ersten Fügeteil mittels eines Acrylatklebstoffs verklebten zweiten Fügeteils. Zusätzlich umfasst das Verfahren ein Erwärmen des ersten Fügeteils mit der ersten Bruchfläche und der darauf aufgetragenen Prüflösung auf eine vordefinierte Temperatur auf, wobei die Prüflösung mit Klebstoffresten des Acrylatklebstoffs in der ersten Bruchfläche eine chemische Verbindung eingeht, sodass sich auf den Klebstoffresten eine mit dem Farbstoff eingefärbte erste Oberflächenschicht ausbildet. Das Verfahren weist außerdem ein Abspülen der ersten Bruchfläche mit einer Reinigungslösung auf, wobei Reste der Prüflösung, die nicht chemisch mit dem Acrylatklebstoff reagiert haben, abgespült werden. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen der Flächenanteile an der ersten Bruchfläche, in denen die erste Bruchfläche nicht von der eingefärbten ersten Oberflächenschicht bedeckt ist.A method for the quantitative assessment of adhesive bonds is described below. According to one exemplary embodiment, the method comprises the provision of a test solution composed of an acrylate monomer and a dye, and the application of the test solution to a first fracture surface of a first joining part. The fracture surface resulted from the destruction of an adhesive connection between the first joining part and a second joining part glued to the first joining part by means of an acrylate adhesive. In addition, the method comprises heating the first joining part with the first fracture surface and the test solution applied thereon to a predefined temperature, the test solution forming a chemical connection with adhesive residues of the acrylate adhesive in the first fracture surface, so that one is colored with the dye on the adhesive residues forms the first surface layer. The method also has a rinsing off of the first fracture surface with a cleaning solution, residues of the test solution which have not reacted chemically with the acrylate adhesive being rinsed off. Furthermore, the method comprises determining the area fractions on the first fracture surface in which the first fracture surface is not covered by the colored first surface layer.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die folgende Beschreibung betrifft das Gebiet der Verbindungstechnik mittels Klebstoffen, insbesondere ein Verfahren zur quantitativen Beurteilung von Klebeverbindungen.The following description relates to the field of connection technology using adhesives, in particular a method for the quantitative assessment of adhesive connections.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Beim Einsatz von Klebeverbindungen besteht eine Herausforderung darin, die physikalischen Vorgänge in der Klebeverbindung zu verstehen und durch dieses Verständnis die Prozesssicherheit der Klebeverbindung zu verbessern. Zu diesem Zweck sind zerstörungsfreie und zerstörende Prüfmethoden für das Prüfen von Klebeverbindungen bekannt, wobei die zerstörungsfreien Prüfmethoden, wie z.B. die Ultraschallprüfung, aufwendig und teuer sind. Um die Prüfung zu vereinfachen, wird deshalb in vielen Fällen auf die zerstörende Prüfung zurückgegriffen, bei der eine zuvor hergestellte Klebeverbindung unter Belastung über deren Festigkeitsgrenze hinaus belastet wird, bis die Klebeverbindung bricht und somit zerstört wird. Anschließend werden die sich entlang des Bruches bildenden Bruchflächen an den beiden Fügeteilen der Klebeverbindung analysiert. Eine gut ausgeführte Klebeverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass in der Bruchfläche jene Flächenanteile vorherrschen, in denen der Klebstoff gebrochen ist und sich der Klebstoff beim Bruch nicht von einem der Fügeteile abgelöst hat. Derartige Flächenanteile werden als Kohäsionsbruchanteile bezeichnet. Hingegen ist es wünschenswert, jene Flächenanteile zu minimieren, in denen sich der Klebstoff von einem der Fügeteile abgelöst hat. Diese werden als Adhäsionsbruchanteile bezeichnet.When using adhesive bonds, one challenge is to understand the physical processes in the adhesive bond and to improve the process reliability of the adhesive bond through this understanding. For this purpose, non-destructive and destructive test methods for testing adhesive bonds are known, the non-destructive test methods, e.g. the ultrasound test is complex and expensive. In order to simplify the test, the destructive test is therefore used in many cases, in which a previously established adhesive connection is subjected to a load beyond its strength limit until the adhesive connection breaks and is therefore destroyed. Then the fracture surfaces that form along the fracture on the two joining parts of the adhesive connection are analyzed. A well-executed adhesive connection is characterized by the fact that in the fracture surface there are those parts of the surface in which the adhesive has broken and the adhesive did not come off one of the parts to be joined when it broke. Such areas are called fractions of cohesion. On the other hand, it is desirable to minimize those areas in which the adhesive has become detached from one of the parts to be joined. These are called the fraction of adhesion fractions.

Zur Unterscheidung und Quantifizierung der Kohäsions- und Adhäsionsbruchanteile wird bisher (vor allem bei sehr dünnen Klebstoffschichten von weniger als einem Mikrometer) auf Verfahren, wie die Laser-Scanning-Mikroskopie oder die Infrarot-Spektroskopie zurückgegriffen. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass deren praktische Anwendung teure Laborausrüstung erfordert.To distinguish and quantify the cohesion and adhesion fractions, methods such as laser scanning microscopy or infrared spectroscopy have been used (especially with very thin adhesive layers of less than one micron). However, these methods have the disadvantage that their practical application requires expensive laboratory equipment.

Die Erfinder haben es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Kohäsions- und Adhäsionsbruchanteile in der Bruchfläche auf einfache und kostengünstige Weise bestimmt werden können.The inventors have set themselves the task of developing a method with which the cohesion and adhesion fractions in the fracture surface can be determined in a simple and inexpensive manner.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die genannte wird durch ein Verfahren zur quantitativen Beurteilung von Klebeverbindungen gemäß Anspruch 1 erreicht. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This is achieved by a method for the quantitative assessment of adhesive bonds according to claim 1. Various exemplary embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen.

1 zeigt in einer Seitenansicht eine Klebeverbindung aus einem ersten Fügeteil und einem zweiten Fügeteil.
2 und 3 zeigen, jeweils in einer Seitenansicht, das erste Fügeteil mit einer entlang eines Bruches ausgebildeten ersten Bruchfläche und das korrespondierende zweite Fügeteil mit einer entlang des Bruches ausgebildeten zweiten Bruchfläche.
4 illustriert anhand einer Skizze die Herstellung einer Prüflösung zur Bestimmung der Kohäsions- und Adhäsionsbruchanteile an der ersten Bruchfläche des ersten Fügeteils.
5 zeigt in einer Seitenansicht das erste Fügeteil mit der ersten Bruchfläche beim Auftragen der Prüflösung.
6 zeigt das Fügeteil aus 5 mit der von der Prüflösung bedeckten ersten Bruchfläche.
7 zeigt das Fügeteil aus 6, nachdem die Prüflösung mit Klebstoffresten auf der ersten Bruchfläche unter Ausbildung einer Oberflächenschicht chemisch reagiert hat,
8 zeigt das Fügeteil aus 7 mit der auf der ersten Bruchfläche ausgebildeten Oberflächenschicht nach dem Abspülen von überschüssiger Prüflösung.
9 illustriert in Beispiel des Verfahrens zur quantitativen Beurteilung von Klebeverbindungen anhand eines Ablaufdiagramms.

The invention is explained in more detail below with reference to the examples shown in the figures. The illustrations are not necessarily to scale and the invention is not limited to the aspects shown. Rather, it is important to present the principles on which the invention is based.

1 shows a side view of an adhesive bond from a first joining part and a second joining part.
2nd and 3rd show, in each case in a side view, the first joining part with a first fracture surface formed along a fracture and the corresponding second joining part with a second fracture surface formed along the fracture.
4th uses a sketch to illustrate the production of a test solution for determining the cohesion and adhesion fractions on the first fracture surface of the first joining part.
5 shows a side view of the first part to be joined with the first fracture surface when applying the test solution.
6 shows the part to be joined 5 with the first fracture surface covered by the test solution.
7 shows the part to be joined 6 after the test solution has chemically reacted with adhesive residues on the first fracture surface to form a surface layer,
8th shows the part to be joined 7 with the surface layer formed on the first fractured surface after rinsing off excess test solution.
9 illustrates in an example of the method for the quantitative assessment of adhesive bonds using a flow chart.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 zeigt in einer Seitenansicht eine Klebeverbindung 100 umfassend ein erstes Fügeteil 10 und ein zweites Fügeteil 20. Die Fügeteile 10 und 20 sind über eine Klebstoffschicht 30 aus einem kalthärtenden, radikalisch polymerisierbaren Acrylatklebstoff, der auf Fügeflächen 12 und 22 der Fügeteile 10 und 20 aufgebracht ist, miteinander verklebt. Der Acrylatklebstoff kann vor der Prüfung der Klebeverbindung über einen vordefinierten Aushärtezeitraum aushärten, der in einem Bereich zwischen 24 Stunden und 72 Stunden, beispielsweise zwischen 40 Stunden und 60 Stunden liegen kann. Anschließend werden die beiden Fügeteile 10 und 20 unter Einwirkung der Kräfte F₁ (Scherkräfte) in entgegengesetzte Richtung und parallel zur Klebstoffschicht abgeschert, sodass sich ein Bruch 32 ausbildet. 1 shows a side view of an adhesive connection 100 comprising a first joining part 10th and a second joining part 20th . The parts to be joined 10th and 20th are over an adhesive layer 30th made of a cold-curing, radically polymerizable acrylate adhesive that is applied to joint surfaces 12 and 22 the parts to be joined 10th and 20th is applied, glued together. Before the adhesive bond is tested, the acrylate adhesive can harden over a predefined curing period, which can be in a range between 24 hours and 72 hours, for example between 40 hours and 60 hours. Then the two parts to be joined 10th and 20th under the influence of the forces F ₁ (Shear forces) sheared in the opposite direction and parallel to the adhesive layer, causing a break 32 trains.

2 zeigt in einer Seitenansicht das Fügeteil 10 nach dem Bruch der Klebeverbindung. Die Oberfläche des gebrochenen Klebeverbindung (Bruch 32) auf Seiten des Fügeteils 10 wird als Bruchfläche 40 bezeichnet. Die Bruchfläche 40 weist Bereiche 42, 43, 44 und 46 (erste Bereiche) auf, in denen auch nach dem Brechen der Klebeverbindung noch Klebstoffreste 34 des Acrylatklebstoffs 30 auf der Fügefläche 12 des ersten Fügeteils 10 haften. Zusätzlich weist die Bruchfläche 40 einen oder mehrere Bereiche 48 (zweiter Bereiche) auf, in dem nach Ausbildung des Bruches 32 kein Klebstoffrest 34 des Acrylatklebstoffs 30 mehr auf der Fügefläche 12 haftet und die Fügefläche 12 deshalb freigelegt ist. Die Bereiche 42, 43, 44, 46 und 48 sind nur beispielhaft dargestellt und können auch anders verteilt sein; die Bereiche können ganz oder teilweise zusammenhängen. Alternativ dazu, kann die komplette Fügefläche 12 mit Klebstoffresten 34 bedeckt (d.h. die zweiten Bereiche haben eine Fläche von null) oder freigelegt sein (d.h. die ersten Bereiche haben eine Fläche von null). 2nd shows the side view of the part to be joined 10th after the adhesive bond breaks. The surface of the broken adhesive bond (break 32 ) on the part to be joined 10th is called a fracture surface 40 designated. The fracture surface 40 assigns areas 42 , 43 , 44 and 46 (first areas) in which adhesive residues still remain after breaking the adhesive bond 34 of the acrylic adhesive 30th on the joint surface 12 of the first part to be joined 10th be liable. In addition, the fracture surface shows 40 one or more areas 48 (second areas) in which after formation of the break 32 no adhesive residue 34 of the acrylic adhesive 30th more on the joint surface 12 adheres and the joint surface 12 is therefore exposed. The areas 42 , 43 , 44 , 46 and 48 are only shown as examples and can also be distributed differently; the areas can be connected in whole or in part. Alternatively, the complete joint surface can be used 12 with adhesive residue 34 covered (ie the second areas have an area of zero) or exposed (ie the first areas have an area of zero).

3 zeigt in einer Seitenansicht das andere Fügeteil 20 mit einer Bruchfläche 50. Die Bruchfläche 50 ist komplementär zur Bruchfläche 40, da sich die beiden Bruchflächen 40 und 50 auf gegenüberliegenden Seiten des Bruches 32 bilden. Die Bruchfläche 50 weist daher die Bereiche 52, 53, 54 und 56 (erste Bereiche) auf, in denen die Fügefläche 22 nach Ausbildung des Bruches 32 von Klebstoffresten 36 der Klebstoffschicht 30 bedeckt ist. Des Weiteren weist die Bruchfläche 50 einen oder mehrere Bereiche 58 (zweite Bereiche) auf, in dem nach Bildung des Bruches 32 keine Klebstoffreste 36 der Klebstoffschicht 30 auf der Fügefläche 22 haften und die Fügefläche 22 deshalb freigelegt ist. 3rd shows the side view of the other part to be joined 20th with a broken surface 50 . The fracture surface 50 is complementary to the fracture surface 40 , because the two fracture surfaces 40 and 50 on opposite sides of the break 32 form. The fracture surface 50 therefore points the areas 52 , 53 , 54 and 56 (first areas) in which the joint surface 22 after break formation 32 of adhesive residue 36 the adhesive layer 30th is covered. Furthermore, the fracture surface shows 50 one or more areas 58 (second areas) in which after formation of the fracture 32 no adhesive residue 36 the adhesive layer 30th on the joint surface 22 adhere and the joint surface 22 is therefore exposed.

Die Entstehung der Bereiche 42, 43, 44 und 46 sowie 52, 53, 54 und 56 beruht auf einer anderen Bruchart, als dies bei der Entstehung der Bereiche 48 und 58 der Fall ist. In den Bereichen 42, 43, 44 und 46 sowie 52, 53, 54 und 56 hat bei der Ausbildung des Bruches 32 der bereits ausgehärtete Acrylatklebstoff 30 versagt, weshalb auch nach Ausbildung des Bruches 32 noch Klebstoffreste 34 oder 36 auf den Fügeflächen 12 und 22 haften. In den Bereichen 48 und 58 hat hingegen nicht der Acrylatklebstoff 30 selbst versagt, sondern der Acrylatklebstoff 30 hat sich im Bereich 48 von der Fügefläche 12 und im Bereich 58 von der Fügefläche 22 abgelöst. In den Bereichen 42, 43, 44 und 46 sowie 52, 53, 54 und 56 liegt somit ein Kohäsionsbruch der Klebstoffschicht 30 vor. Hingegen liegt in den Bereichen 48 und 58 jeweils ein Adhäsionsbruch zwischen der Klebstoffschicht 30 und der Fügefläche 12 bzw. der Fügefläche 22 vor. Zur besseren Verständlichkeit wird das Verfahren nachfolgend anhand des ersten Fügeteils 10 erläutert. Unabhängig davon, kann das Verfahren parallel dazu auch uneingeschränkt auf das Fügeteil 20 angewendet werden.The emergence of the areas 42 , 43 , 44 and 46 such as 52 , 53 , 54 and 56 is based on a different type of fracture than when the areas were created 48 and 58 the case is. In the fields of 42 , 43 , 44 and 46 such as 52 , 53 , 54 and 56 has in the formation of the break 32 the already hardened acrylic adhesive 30th fails, which is why even after the break has formed 32 still adhesive residue 34 or 36 on the joining surfaces 12 and 22 be liable. In the fields of 48 and 58 however, does not have the acrylic adhesive 30th itself failed, but the acrylic adhesive 30th has in the field 48 from the joint surface 12 and in the area 58 from the joint surface 22 replaced. In the fields of 42 , 43 , 44 and 46 such as 52 , 53 , 54 and 56 there is therefore a cohesive break in the adhesive layer 30th in front. In contrast, lies in the areas 48 and 58 one adhesion break between the adhesive layers 30th and the joining surface 12 or the joining surface 22 in front. For better understanding, the method is described below using the first joining part 10th explained. Irrespective of this, the method can also be applied to the part to be joined without restrictions 20th be applied.

4 illustriert anhand einer schematischen Skizze die Herstellung einer Lösung 70 (im Folgenden auch als Prüflösung bezeichnet) zur Bestimmung der Kohäsions- und Adhäsionsbruchanteile an der Bruchfläche 40 bei einem ersten Beispiel des Verfahrens (vgl. 5, 6 und 7). Zur Herstellung der Prüflösung 70 wird zunächst ein Acrylatmonomer 60 bereitgestellt, welches unter Normalbedingungen in flüssigem Aggregatzustand vorliegt. Dem Acrylatmonomer 60 wird ein Farbstoff 62 zugegeben, welcher unter Normalbedingungen in festem Aggregatzustand vorliegt. Anschließend findet ein Vermengen 64 des Acrylatmonomers 60 mit dem Farbstoff 62 zu einer Suspension statt, welche die Prüflösung 70 bildet. 4th illustrates the production of a solution using a schematic sketch 70 (hereinafter also referred to as the test solution) for determining the cohesion and adhesion fractions on the fracture surface 40 in a first example of the method (cf. 5 , 6 and 7 ). For the preparation of the test solution 70 first becomes an acrylate monomer 60 provided which is in a liquid state under normal conditions. The acrylate monomer 60 becomes a dye 62 added, which is in a solid state under normal conditions. Then there is a blending 64 of the acrylate monomer 60 with the dye 62 to a suspension instead of the test solution 70 forms.

Der eingesetzte Farbstoff 62 kann ein fluoreszierender Farbstoff sein, der während oder nach einer Bestrahlung mit Licht im ultravioletten Spektralbereich (UV-Licht) sichtbares Licht emittiert. Optional kann der Farbstoff 62 ein fluoreszierender Farbstoff sein, der ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Tinopal® OB (2,5-Thiophen-diylbis(5-tert-butyl-1,3-benzoxazol)), Fluorescein, Eosin B, Rhodamin B und Gemische von mindestens zweien davon. Der Massenanteil des Farbstoffs 62 in der Prüflösung kann in einem Bereich von 0,1% bis 1%, beispielsweise im Bereich von 0,4% bis 0,6% liegen.The dye used 62 can be a fluorescent dye that emits visible light during or after exposure to light in the ultraviolet spectral range (UV light). Optionally, the dye 62 be a fluorescent dye selected from the group comprising Tinopal® OB (2,5-thiophene-diylbis (5-tert-butyl-1,3-benzoxazole)), fluorescein, eosin B, rhodamine B and mixtures of at least two from that. The mass fraction of the dye 62 in the test solution can be in a range from 0.1% to 1%, for example in the range from 0.4% to 0.6%.

5 zeigt in einer Seitenansicht das Fügeteil 10 mit der Bruchfläche 40 beim Auftragen der Prüflösung 70. Die Prüflösung 70 wird auf die gesamte Bruchfläche 40 aufgetragen, sodass die Prüflösung 70 einen Flüssigen Film bildet, der die gesamte Bruchfläche 40 (d.h. die Bereiche 42, 43, 44, 46 und 48) bedeckt. Die Prüflösung 70 hat in den Bereichen 42, 43, 44 und 46 direkten Kontakt mit den Klebstoffresten 34. Hingegen hat die Prüflösung 70 im Bereich 48 direkten Kontakt mit der Fügefläche 12 (ohne nennenswerte zwischenliegende Klebstoffreste). 5 shows the side view of the part to be joined 10th with the fracture surface 40 when applying the test solution 70 . The test solution 70 is on the entire fracture surface 40 applied so that the test solution 70 forms a liquid film that covers the entire fracture surface 40 (ie the areas 42 , 43 , 44 , 46 and 48 ) covered. The test solution 70 has in the fields 42 , 43 , 44 and 46 direct contact with the adhesive residue 34 . On the other hand, the test solution 70 in the area 48 direct contact with the joining surface 12 (without any significant adhesive residues in between).

6 zeigt das Fügeteil 10 aus 5 mit der von der Prüflösung 70 bedeckten Bruchfläche 40. Das Fügeteil 10 mit der Bruchfläche 40 und der aufgetragenen Prüflösung 70 wird auf eine vordefinierte Temperatur erwärmt, die in einem Temperaturbereich von 50°C bis 150°C , beispielsweise zwischen 80°C und 100°C liegen kann. Diese vordefinierte Temperatur wird für eine vordefinierte Zeitspanne (Haltezeit) gehalten, wobei die vordefinierte Haltezeit in einem Bereich von 5 Minuten bis 25 Minuten liegen kann. 6 shows the part to be joined 10th out 5 with that of the test solution 70 covered fracture area 40 . The joining part 10th with the fracture surface 40 and the applied test solution 70 is heated to a predefined temperature, which can be in a temperature range from 50 ° C to 150 ° C, for example between 80 ° C and 100 ° C. This predefined temperature is held for a predefined period of time (holding time), wherein the predefined holding time can be in a range from 5 minutes to 25 minutes.

Durch dieses Erwärmen wird die bereits ausgehärtete Klebstoffschicht 30 (Acrylatklebstoff) thermisch aktiviert und somit wieder reaktionsfähig. Diese thermische Aktivierung ist möglich, da im ausgehärteten Acrylatklebstoff 30 mindestens zwei unterschiedliche Arten von Polymerketten vorhanden sind. Eine erste Art der mindestens zwei unterschiedlichen Arten sind Polymerketten, deren Kettenwachstum bei der Aushärtung beendet wurde und zwar durch einen Inhibitor (beispielsweise Sauerstoff) oder durch das Aufeinandertreffen zweier freier Radikale an den Enden der Polymerketten, die miteinander zu einer stabilen C-C Einfachbindung rekombinieren. Die erste Art der Polymerketten lassen sich thermisch nicht oder nur schwer aktivieren. Hingegen weist eine zweite Art der mindestens zwei unterschiedlichen Arten von Polymerketten endständige freie Radikale auf. Diese freien Radikale werden entweder im Oberflächenbereich der Klebstoffschicht 30 durch Kontakt mit Sauerstoff inhibiert oder sie bleiben auch nach dem Aushärten erhalten, wodurch der Acrylatklebstoff 30 auch nach dem Aushärten thermisch aktivierbar bleibt.This heating up the already hardened adhesive layer 30th (Acrylate adhesive) thermally activated and thus reactive again. This thermal activation is possible because of the hardened acrylic adhesive 30th there are at least two different types of polymer chains. A first type of the at least two different types are polymer chains, the chain growth of which was stopped during hardening, namely by an inhibitor (for example oxygen) or by the collision of two free radicals at the ends of the polymer chains, which recombine with one another to form a stable CC single bond. The first type of polymer chains cannot be activated thermally or only with difficulty. In contrast, a second type of the at least two different types of polymer chains has terminal free radicals. These free radicals are either in the surface area of the adhesive layer 30th inhibited by contact with oxygen or they are retained even after curing, causing the acrylic adhesive 30th remains thermally activated even after curing.

Wenn der bereits ausgehärtete Acrylatklebstoff durch das Erwärmen wieder aktiviert wurde, so kann die aufgetragene Prüflösung 70 chemisch mit den Klebstoffresten 34 der Klebstoffschicht 30 reagieren, und die Prüflösung 70 geht mit dem bereits ausgehärteten und wieder aktivierten Acrylatklebstoff eine chemische Verbindung ein. Das Eingehen der chemischen Verbindung nach der thermischen Aktivierung wird als Nachpolymerisieren bezeichnet. Durch diese chemische Reaktion baut sich in den Bereichen 42, 43, 44 und 46 und somit auf den Klebstoffresten 34 eine dünne, polymer gebundene Oberflächenschicht 72 (siehe 7 und 8) auf, deren Schichtdicke kleiner als 1 µm, beispielsweise kleiner als 0,5 µm ist. Im Bereich 48, in dem keine Klebstoffreste 34 auf der Fügefläche 12 haften, findet indessen keine chemische Reaktion zwischen der Prüflösung 70 und der Fügefläche 12 statt.If the already cured acrylic adhesive has been reactivated by heating, the applied test solution can be used 70 chemically with the adhesive residue 34 the adhesive layer 30th respond, and the test solution 70 enters into a chemical compound with the already hardened and reactivated acrylate adhesive. The formation of the chemical compound after the thermal activation is referred to as post-polymerization. This chemical reaction builds up in the areas 42 , 43 , 44 and 46 and thus on the adhesive residue 34 a thin, polymer-bound surface layer 72 (please refer 7 and 8th ) whose layer thickness is less than 1 µm, for example less than 0.5 µm. In the area 48 in which no adhesive residue 34 on the joint surface 12 adhere, but there is no chemical reaction between the test solution 70 and the joining surface 12 instead of.

7 zeigt in einer Seitenansicht das Fügeteil 10 mit der auf die Bruchfläche 40 aufgetragenen Prüflösung 70, nachdem Teile der Prüflösung 70 mit den Klebstoffresten 34 reagiert haben und sich die Oberflächenschicht 72 auf den Klebstoffresten 34 aufgebaut hat. Im Bereich 48 hat ist hingegen keine Oberflächenschicht 72 entstanden, weil die Prüflösung 70 in diesem Bereich 48 nicht mit der Fügefläche 12 chemisch reagiert hat und keine nennenswerte Klebstoffreste vorhanden sind. 7 shows the side view of the part to be joined 10th with the on the fracture surface 40 applied test solution 70 after parts of the test solution 70 with the adhesive residue 34 have reacted and the surface layer 72 on the adhesive residue 34 has built up. In the area 48 has no surface layer 72 emerged because of the test solution 70 in this area 48 not with the joint surface 12 has reacted chemically and there are no significant residues of adhesive.

Anschließend werden die Teile der Prüflösung 70, die nicht mit den Klebstoffresten 34 reagiert haben, unter Einsatz einer Reinigungslösung 90 durch mindestens einmaliges (beispielsweise dreimaliges) Spülen der Oberflächenschicht 72 und des Bereich 48 entfernt. Die eingesetzte Reinigungslösung 90 kann ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Aceton, Methylethylketon (MEK), Essigester, Tetrahydrofuran und Gemische von mindestens zweien davon.Then the parts of the test solution 70 that are not with the adhesive residue 34 have reacted using a cleaning solution 90 by rinsing the surface layer at least once (for example three times) 72 and the area 48 away. The cleaning solution used 90 can be selected from the group comprising acetone, methyl ethyl ketone (MEK), ethyl acetate, tetrahydrofuran and mixtures of at least two of them.

8 zeigt in einer Seitenansicht das Fügeteil 10 nach dem Spülen mit der Reinigungslösung 90. Nachdem die überschüssige Prüflösung 70 von der Oberflächenschicht 72 bzw. der Fügefläche 12 im Bereich 48 entfernt wurde, sind die Bereiche 42, 43, 44 und 46 von der polymer gebundenen Oberflächenschicht 72 bedeckt. In jenem Bereich 48 der Fügefläche 12, in dem sich aufgrund von fehlenden Klebstoffresten 34 keine Oberflächenschicht 72 gebildet hat, liegt die Fügefläche 12 frei. 8th shows the side view of the part to be joined 10th after rinsing with the cleaning solution 90 . After the excess test solution 70 from the surface layer 72 or the joining surface 12 in the area 48 the areas have been removed 42 , 43 , 44 and 46 from the polymer-bound surface layer 72 covered. In that area 48 the joining surface 12 , which is due to missing adhesive residue 34 no surface layer 72 has formed, the joint surface lies 12 free.

Der in der Oberflächenschicht 72 enthaltene Farbstoff 62 ist nach dem Spülen mit der Reinigungslösung 90 in der Oberflächenschicht 72 immobilisiert und bleibt daher auch nach dem Spülen erhalten. Das heißt, die Oberflächenschicht 72 bleibt auch nach dem Spülen eingefärbt, und durch diese Einfärbung können die Bereiche 42, 43, 44 und 46 mit bloßem Auge, beispielsweise bei senkrechtem Blick auf die Bruchfläche 40 und gegebenenfalls unter Bestrahlung mit UV-Licht von dem Bereich 48 unterschieden werden. Optional kann auch ein Lichtmikroskop zur Inspektion der Bereiche 42, 43, 44 und 46 vom Bereich 48 eingesetzt werden. Die Fläche des Bereiches 48 kann anschließend ausgemessen werden und in ein Verhältnis zu der Gesamtfläche der Bruchfläche 40 gesetzt werden. Dieses Verhältnis repräsentiert den Adhäsionsbruchanteil in der Bruchfläche 40 quantitativ. In gleicher Weise kann auch der Adhäsionsbruchanteil in der Bruchfläche 50 am anderen Fügeteil 20 ermittelt werden. Die Berechnung der Kohäsionsbruchanteile können in ähnlicher Weise erfolgen.The one in the surface layer 72 contained dye 62 is after rinsing with the cleaning solution 90 in the surface layer 72 immobilized and is therefore retained even after rinsing. That is, the surface layer 72 remains colored even after rinsing, and through this coloring the areas can 42 , 43 , 44 and 46 with the naked eye, for example when looking vertically at the fracture surface 40 and optionally under irradiation with UV light from the area 48 be distinguished. Optionally, a light microscope can also be used to inspect the areas 42 , 43 , 44 and 46 from the area 48 be used. The area of the area 48 can then be measured and in relation to the total area of the fracture area 40 be set. That relationship represents the fraction of adhesion fracture in the fracture surface 40 quantitatively. In the same way, the adhesion fraction in the fracture surface 50 on the other joining part 20th be determined. The calculation of the cohesive fractions can be done in a similar way.

Das Vermessen des Flächenbereiches 48 kann beispielsweise mittels einer Kamera erfolgen. Die Zahl der Pixel des Kamerabildes, die in das Bild des Bereichs 48 fallen, bezogen auf die Zahl der Pixel, die in das Bild der gesamten Bruchfläche 40 fallen, repräsentieren den Anteil des Bereichs 48 an der gesamten Bruchfläche. Die Kamera kann mit einem Mikroskop gekoppelt sein. Die Unterscheidung der eingefärbten Bereiche von den nicht eingefärbten Bereichen auf dem Kamerabild und die Bestimmung deren Größe ist mittels an sich bekannter Bildverarbeitungsmethoden einfach durchführbar. Dadurch werden die Adhäsionsbruchanteile einer gebrochenen Klebeverbindung und damit die Qualität der Klebeverbindung quantifizierbar.Measuring the area 48 can be done for example by means of a camera. The number of pixels of the camera image included in the image of the area 48 fall, based on the number of pixels, in the image of the total fracture area 40 fall represent the portion of the area 48 on the entire fracture surface. The camera can be coupled to a microscope. The differentiation of the colored areas from the non-colored areas on the camera image and the determination of their size can be carried out simply by means of image processing methods known per se. This makes it possible to quantify the adhesion fractions of a broken adhesive connection and thus the quality of the adhesive connection.

Die Ermittlung der Adhäsionsbruchanteile und/oder der Kohäsionsbruchanteile in den Bruchflächen 40 und 50 erlaubt eine quantitative Beurteilung der Klebeverbindung. Eine Anwendung des Verfahrens auf die Fügeflächen 12 und 22 beider Fügeteile 10 und 20 erlaubt somit eine Unterscheidung der Bereiche 42, 43 und 44 von dem Bereich 46, da erst durch das Bestimmen der Adhäsionsbruchanteile in beiden Bruchflächen 40 und 50 bestimmt werden kann, dass im Bereich 46 kein Kohäsionsbruch und auch kein Adhäsionsbruch zwischen dem Acrylatklebstoff 30 und der Fügefläche 12, sondern ein Adhäsionsbruch zwischen dem Acrylatklebstoff 30 und der Fügefläche 22 vorliegt. Entsprechendes gilt für die Unterscheidung der Bereiche 52, 53 und 54 von dem Bereich 58 in der Bruchfläche 50.The determination of the adhesion fractions and / or the cohesion fractions in the fracture surfaces 40 and 50 allows a quantitative assessment of the adhesive connection. An application of the method to the joining surfaces 12 and 22 of both parts 10th and 20th thus allows a differentiation of the areas 42 , 43 and 44 from the area 46 , because only by determining the adhesion fractions in both fracture surfaces 40 and 50 that can be determined in the area 46 no break in cohesion and no break in adhesion between the acrylic adhesive 30th and the joining surface 12 , but an adhesion break between the acrylic adhesive 30th and the joining surface 22 is present. The same applies to the differentiation of the areas 52 , 53 and 54 from the area 58 in the fracture surface 50 .

9 zeigt in einem Ablaufdiagramm das erste Beispiel des Verfahrens, wobei das Verfahren die Herstellung (Schritt 1001) einer Prüflösung 70 aus einem Acrylatmonomer 60 und einem Farbstoff 62, das Auftragen (Schritt 1002) der Prüflösung 70 auf eine erste Bruchfläche 40 eines ersten Fügeteils 10, die bei der Zerstörung einer Klebeverbindung 100 zwischen dem ersten Fügeteil 10 und einem mit dem ersten Fügeteil 10 mittels eines Acrylatklebstoffs 30 verklebten zweiten Fügeteils 20 entsteht, sowie das Erwärmen (Schritt 1003) des ersten Fügeteils 10 mit der ersten Bruchfläche 40 inklusive der darauf aufgetragenen Prüflösung 70 auf eine vordefinierte Temperatur aufweist. Die Prüflösung 70 geht dabei mit vorhandenen Klebstoffresten 34 des Acrylatklebstoffs in der ersten Bruchfläche 40 eine chemische Verbindung ein, sodass sich auf den Klebstoffresten 34 eine mit dem Farbstoff 62 eingefärbte erste Oberflächenschicht 72 bildet. Das Verfahren umfasst außerdem das Spülen (Schritt 1004) der ersten Bruchfläche 40 mit einer Reinigungslösung 90 auf. Dadurch werden Reste der Prüflösung 70, die nicht chemisch mit dem Acrylatklebstoff 30 reagiert haben, abgespült und folglich entfernt. Ferner umfasst das Verfahren das Bestimmen der Flächenanteile (Schritt 1005) an der ersten Bruchfläche 40 auf, in denen die erste Bruchfläche 40 nicht von der eingefärbten ersten Oberflächenschicht 72 bedeckt ist. 9 shows in a flow chart the first example of the method, the method producing (step 1001 ) a test solution 70 from an acrylate monomer 60 and a dye 62 , the application (step 1002 ) of the test solution 70 on a first fracture surface 40 of a first part to be joined 10th that in the destruction of an adhesive bond 100 between the first part to be joined 10th and one with the first part to be joined 10th using an acrylic adhesive 30th glued second joining part 20th arises, as well as the heating (step 1003 ) of the first part to be joined 10th with the first fracture surface 40 including the test solution applied to it 70 to a predefined temperature. The test solution 70 goes with existing adhesive residues 34 of the acrylic adhesive in the first fracture area 40 a chemical compound so that it remains on the adhesive residue 34 one with the dye 62 colored first surface layer 72 forms. The procedure also includes rinsing (step 1004 ) of the first fracture surface 40 with a cleaning solution 90 on. This leaves residues of the test solution 70 that are not chemical with the acrylic adhesive 30th have reacted, rinsed and consequently removed. The method further comprises determining the area proportions (step 1005 ) on the first fracture surface 40 on where the first fracture surface 40 not from the colored first surface layer 72 is covered.

Das in der Prüflösung eingesetzte Acrylatmonomer 60 kann beispielsweise ein Methacrylatmonomer, insbesondere Tetrahydrofurfurylmethacrylat sein. Der Acrylatklebstoff 30 kann beispielsweise in Methacrylatklebstoff sein, insbesondere ein Methacrylatklebstoff auf der chemischen Basis von Urethanmethacrylat. Neben Methacrylat können auch andere Acrylate verwendet werden. In systematischer Benennung wird Tinopal OB als 2,5-Thiophendiylbis(5-tert-butyl-1,3-benzoxazol) und Fluorescein als 6-Hydroxy-9-(2-carboxyphenyl)-(3H)-xanthen-3-on bezeichnet. In systematischer Benennung wird Eosin B als 2,7-Dinitro-4,5-dibromfluorescein und Rhodamin B als 9-(2-Carboxyphenyl)-3,6-bis(diethylamino)xanthyliumchlorid bezeichnet. Tetrahydrofurfurylmethacrylat wird in systematischer Benennung als 2-Methyl-2-propensäure(tetrahydro-2-furanyl)methylester bezeichnet.The acrylate monomer used in the test solution 60 can be, for example, a methacrylate monomer, in particular tetrahydrofurfuryl methacrylate. The acrylic adhesive 30th can be, for example, in methacrylate adhesive, in particular a methacrylate adhesive based on the chemical basis of urethane methacrylate. In addition to methacrylate, other acrylates can also be used. In systematic terms, Tinopal OB is referred to as 2,5-thiophenediylbis (5-tert-butyl-1,3-benzoxazole) and fluorescein as 6-hydroxy-9- (2-carboxyphenyl) - (3H) -xanthene-3-one . Systematically named eosin B as 2,7-dinitro-4,5-dibromofluorescein and rhodamine B as 9- (2-carboxyphenyl) -3,6-bis (diethylamino) xanthylium chloride. Tetrahydrofurfuryl methacrylate is systematically called 2-methyl-2-propenoic acid (tetrahydro-2-furanyl) methyl ester.

Alternativ oder optional zu der beschriebenen Scherbelastung, die den Bruch der Klebeverbindung zwischen dem Fügeteil 10 und dem Fügeteil 20 herbeiführt, sind auch noch weitere Belastungsarten anwendbar. So kann die Klebeverbindung 100 auch durch Zugbelastung oder durch Schälbelastung sowie durch eine Kombination aus mindestens zweien der genannten Belastungsarten zerstört werden.Alternatively or optionally to the described shear stress, which breaks the adhesive bond between the joining part 10th and the joining part 20th brings about, other types of stress are applicable. So the adhesive connection 100 can also be destroyed by tensile stress or peeling stress or by a combination of at least two of the stress types mentioned.

Nachfolgend wird das Verfahren anhand eines zweiten Beispiels beschrieben. Zur besseren Verständlichkeit wird dabei nur auf jene Parameter, Stoffe und Verfahrensschritte eingegangen, in denen sich das zweite Beispiel vom ersten Beispiel unterscheidet oder es für die Verständlichkeit des zweiten Beispiels vorteilhaft ist. Demnach wird als Fügeteil 10 ein sandgestrahltes Eisenblech eingesetzt, bei dem die Fügefläche, also die Fläche auf die beim Verkleben der Klebstoff aufgetragen wird, sandgestrahlt ist. Den Fügeteil 20 bildet ein quaderförmiger Permanentmagnet. In einem speziellen Ausführungsbeispiel weist dieser eine Länge L = 7 mm, eine Breite B = 5 mm und eine Höhe H = 4 mm auf. Der Magnet aus einer Kobalt-Samarium-Legierung mit einem Massenverhältnis von 5:1 bestehen.The method is described below using a second example. For better comprehensibility, only those parameters, substances and process steps are discussed in which the second example differs from the first example or it is advantageous for the intelligibility of the second example. Accordingly, as a joining part 10th a sandblasted iron sheet is used, in which the joint surface, i.e. the surface to which the adhesive is applied when glued, is sandblasted. The joining part 20th forms a cuboid permanent magnet. In a special exemplary embodiment, this has a length L = 7 mm, a width B = 5 mm and a height H = 4 mm. The magnet consist of a cobalt-samarium alloy with a mass ratio of 5: 1.

Im vorliegenden Beispiel eignet sich als Acrylatklebstoff ein Einkomponenten-Methacrylatklebstoff (1K-Methacrylatklebstoff) auf chemischer Basis von Urethanmethacrylat, der auch unter dem Markennamen Loctite 661 bekannt ist. Dieser Klebstoff härtet über einen Zeitraum von 48 Stunden vollständig aus und die Klebeverbindung wird anschließend in der bereits beschriebenen Weise unter Scherbelastung zerstört.In the present example, a one-component methacrylate adhesive (1-component methacrylate adhesive) on the chemical basis of urethane methacrylate, which is also known under the brand name Loctite 661, is suitable as the acrylate adhesive. This adhesive cures completely over a period of 48 hours and the adhesive bond is then destroyed in the manner already described under shear stress.

Als Prüflösung wird im zweiten Beispiel des Verfahrens eine Lösung aus einem Methacrylatmonomer, beispielsweise Tetrahydrofurfurylmethacrylat und einem fluoreszierenden Farbstoff, nämlich Tinopal OB hergestellt. Das Tinopal OB wird in das flüssige Tetrahydrofurfurylmethacrylat eingerührt und mit diesem vermengt, sodass der Massenanteil des Tinopal OB in der Prüflösung bei ca. 0,5 % liegt.In the second example of the method, a test solution is prepared as a test solution from a methacrylate monomer, for example tetrahydrofurfuryl methacrylate and a fluorescent dye, namely Tinopal OB. The Tinopal OB is stirred into the liquid tetrahydrofurfuryl methacrylate and mixed with it so that the mass fraction of the Tinopal OB in the test solution is approx. 0.5%.

Nach dem Auftragen dieser Prüflösung auf die Bruchflächen werden das mit der Prüflösung behandelte Eisenblech und der mit der Prüflösung behandelte Magnet auf eine Temperatur von 90°C erwärmt. Diese Temperatur wird für eine Haltezeit von 15 Minuten gehalten, sodass eine prozesssichere, chemische Reaktion der Klebstoffreste des 1K-Methacrylatklebstoffs mit der Prüflösung gewährleistet ist.After this test solution has been applied to the fracture surfaces, the iron sheet treated with the test solution and the magnet treated with the test solution are heated to a temperature of 90 ° C. This temperature is held for a holding time of 15 minutes, so that a process-safe, chemical reaction of the adhesive residues of the 1-component methacrylate adhesive with the test solution is guaranteed.

Nach den 15 Minuten Haltezeit wird die überschüssige Prüflösung durch mehrmaliges, beispielsweise mindestens dreimaliges Spülen mit Tetrahydrofurfurylmethacrylat abgespült und die Bruchfläche am Eisenblech sowie die Bruchfläche am Magneten anschließend an Umgebungsluft getrocknet.After the 15 minute hold time, the excess test solution is rinsed off by repeated rinsing, for example at least three times, with tetrahydrofurfuryl methacrylate, and the broken surface on the iron sheet and the broken surface on the magnet are then dried in ambient air.

Die Adhäsionsbruchanteile an der Gesamtfläche der jeweiligen Bruchflächen können in diesem zweiten Beispiel in derselben Weise ermittelt werden, wie dies bereits im Zusammenhang mit dem ersten Beispiel des Verfahrens beschrieben wurde.In this second example, the adhesion fracture fractions on the total area of the respective fracture surfaces can be determined in the same way as has already been described in connection with the first example of the method.

Claims

Method comprising: Providing a test solution (70) consisting of an acrylate monomer (10) and a dye (62), Applying the test solution (70) to a first fracture surface (40) of a first joining part (10), which when an adhesive connection (100) is destroyed between the first joining part (10) and one with the first joining part (10) by means of an acrylate adhesive (30 ) glued second joining part (20) is formed, Heating (80) the first joining part (10) to a predefined temperature, the test solution (70) with adhesive residues (34) of the acrylate adhesive (30) forming a chemical bond in the first fracture surface (40), so that the adhesive residues (34 ) forms a first surface layer (72) colored with the dye (62), Rinsing the first fracture surface (40) with a cleaning solution (90), residues of the test solution (70) which have not reacted chemically with the acrylate adhesive (30) are rinsed off, Determining the area proportions of the first fracture surface (40) in which the first fracture surface (40) is not covered by the colored first surface layer (72).

Procedure according to Claim 1 , which additionally comprises: applying the test solution (70) to a second fracture surface (50) of the second joining part (20), which results from the destruction of the adhesive connection from the first joining part (10) and the second joining part (20), heating (80 ) of the second joining part (20) to a predefined temperature, the test solution (70) with adhesive residues (36) of the acrylate adhesive (30) entering into a chemical bond in the second fracture surface (50), so that one remains on the adhesive residues (36) rinsing the second fracture surface (50) with a cleaning solution (90), residues of the test solution (70) which have not reacted chemically with the acrylate adhesive (30) are rinsed off, determining the proportions of the surface on the second fracture surface (50), in which the second fracture surface (50) is not covered by the colored second surface layer.

Procedure according to Claim 1 or 2nd , at which the predefined temperature is in a temperature range from 50 ° C to 150 ° C or from 80 ° C to 100 ° C.

Method according to one of the preceding claims, in which the predefined temperature is held for a predefined holding time and the predefined holding time is in a range from 5 minutes to 25 minutes.

Method according to one of the preceding claims, in which the first or the second fracture surface (40; 50) is rinsed three or more times with the cleaning solution (90).

Method according to one of the preceding claims, in which the determination of the surface proportions of the first or second fracture surface (40; 50), in which the test solution (90) has no chemical connection with the acrylate adhesive (30), under irradiation with light in the ultraviolet range he follows.

Method according to one of the preceding claims, in which the acrylate monomer (10) is a methacrylate monomer.

Procedure according to Claim 7 , in which the methacrylate monomer is tetrahydrofurfuryl methacrylate.

Method according to one of the preceding claims, in which the dye (62) is a fluorescent dye which emits visible light during or after irradiation with light in the ultraviolet range.

Procedure according to Claim 9 , in which the fluorescent dye selected from the group comprising Tinopal OB, fluorescein, eosin B, rhodamine B and mixtures of at least two of them.

Method according to one of the preceding claims, in which the mass fraction of the dye (62) in the test solution (70) is in a range from 0.1% to 1% or from 0.4% to 0.6%.

Method according to one of the preceding claims, in which the acrylate adhesive (30) is a methacrylate adhesive.

Procedure according to Claim 12 , in which the methacrylate adhesive is a chemical-based adhesive of urethane methacrylate.

Method according to one of the preceding claims, in which the cleaning solution (90) is selected from the group comprising: acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, tetrahydrofuran and mixtures of at least two of them.

Use of the method according to one of the preceding claims for examining a destroyed adhesive bond between a sandblasted iron sheet as the first joining part (10) and a magnet made of cobalt samarium with a mass ratio of 5: 1 as the second joining part (20).