DE19540364C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Schrumpfverhaltens von Klebstoffen, insbesondere von Reaktionsharzklebstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Schrumpfverhaltens von Klebstoffen, insbesondere von Reak­ tionsharzklebstoffen, sowie eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens.

Eine Reihe von Klebstoffen haben die Eigenschaft, während des Aushärtens zu schrumpfen. Um eine Aussage über das Maß des Schrumpfens machen zu können, ist es notwendig, die Klebstoffe daraufhin zu testen.

Aus der JP-A-63-18229 ist ein Verfahren zur Messung der Schrumpfspannung eines Harzes bei einer aus einer Metall­ schicht und einer Harzschicht bestehenden Leiterplatte bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Harz bei hoher Tem­ peratur und unter Druck auf die Metallplatte aufgebracht. Die Schrumpfspannung wird nach Abkühlen des Harzes aufgrund des Maßes der Verformung der Metallplatte ermittelt.

Um störungsfrei die Schrumpfspannung von härtbaren Harzen zu messen, wird bei einem aus der JP-A-62-110151 bekannten Verfahren aus Duroplast ein Ring um ein Metallrohr geformt und ausgehärtet. Anschließend wird in das Rohr ein Deh­ nungsmeßstreifen geklebt und beim Herausziehen des Rohrs aus dem Ring ein Dehnungsmeßwert ermittelt, der zur Berech­ nung der Schrumpfspannung dient.

Aus der EP-A-0 275 825 sind ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Messung von Volumenänderungen, insbesondere Schwundmessungen an Duroplasten während der Härtung, bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird das auszumessende Material mit einem solchen Druck beaufschlagt, daß eine völlig homogene Probe ohne Riß- und Blasenbildung erzielt wird. Gleichzeitig und unabhängig voneinander werden unter nicht-isothermen Bedingungen der beaufschlagte Druck, der durch die Probe auf den Boden ausgeübte Druck, die Tempera­ tur in der Probe und in deren Umgebung und das Volumen der Probe gemessen und einer Recheneinheit zugeführt. Die bekannte Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens weist einen Meßzylinder mit einer Meßbohrung und einen in diese Meßbohrung passenden, druckbeaufschlagten Meßkolben sowie einen dem Meßkolben zugeordneten Wegaufnehmer, eine Tempe­ ratursonde im Meßzylinder, eine Temperatursonde in der Meß­ bohrung zur Messung der Temperatur in der Probe, einen Druckmesser in der Druckluftzufuhrleitung, einen Druckauf­ nehmer am dem Meßkolben entgegengesetzten Ende der Meßboh­ rung und eine Heizung für den Meßzylinder auf.

Eine Vorrichtung zur Messung des Schrumpfverhaltens von Reaktionsharzmassen ist aus der DD-PS 2 06 587 bekannt. Die Vorrichtung besteht aus zwei Platten, die temperiert werden können. Die Platten werden parallel zueinander so justiert, daß zwischen den beiden Platten ein definierter Hohlraum entsteht, in den die zu messende Reaktionsharzmasse einge­ bracht werden kann. Der Hohlraum ist so gestaltet, daß die während des Härtungsvorgangs der Reaktionsharzmasse eintre­ tende Maßänderung zwischen den Platten als lineare Schwin­ dung mit an sich bekannten Meßverfahren erfaßt werden kann.

Diese bekannten Verfahren und die dazu benötigten Vorrich­ tungen erfordern einen relativ hohen technischen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das auf einfache Weise, mit gerin­ gem technischen Aufwand und kostengünstig ausführbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine definierte Klebstoffschicht auf die Oberfläche eines plat­ tenförmigen, biegbaren Substrats, insbesondere eines Objektträgers, gleichmäßig aufgetragen wird, daß der Kleb­ stoff auf dem Substrat aushärtet und daß bei und/oder nach dem Aushärten die Biegung des Substrats gemessen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß das Schrumpfverhalten des zu prüfenden Klebstoffs ohne aufwen­ dige technische Mittel beurteilt werden kann. Der Klebstoff wird in definierter Schichtdicke mit einem geeigneten Werk­ zeug, beispielsweise einer Rakel, auf dem Substrat, z. B. einem handelsüblichen Objektträger aus Glas, aufgebracht. Für die Untersuchung des Schrumpfverhaltens von Klebstoffen hat sich bei Verwendung eines Objektträgers als Substrat eine Stärke der Klebstoffschicht von 0,1 mm bis 1 mm als zweckmäßig erwiesen. Während des Aushärtvorgangs biegt sich das Substrat infolge der Schrumpfung des Klebstoffs. Das Ausmaß der Biegung ist proportional zum Ausmaß des Schrumpfverhaltens des Klebstoffs, so daß aufgrund des durch Messung erhaltenen Werts für die Größe der Biegung auf einfache Weise eine genaue Aussage über das Schrumpf­ verhalten des Klebstoffs getroffen werden kann. Das Messen der Biegung des Substrats erfolgt vorzugsweise optisch, kann aber auch mechanisch oder elektrisch erfolgen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das plattenförmige Substrat zum Auftragen des Klebstoffs an einer seiner Schmalseiten von einer Spannvorrichtung festgehalten, während der übrige Teil des Substrats durch eine Unterlage abgestützt wird, die nach dem Auftragen des Klebstoffs wieder entfernt wird. Auf diese Weise schwebt der größte Teil des Substrats während des Aushärtens des Klebstoffs frei und die Biegung des Sub­ strats kann gut beobachtet und gemessen werden.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens besteht aus einer Grundplatte mit einem Träger, einer auf dem Träger angeordneten Spannvorrichtung zum Festhalten des Substrats und einer Meßvorrichtung, die dem dem Einspannende entgegengesetzten Ende des Substrats benachbart ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach und kostengün­ stig in ihrer Herstellung und einfach in ihrer Handhabung. Ein Ende des Substrats wird vor oder unmittelbar nach dem Auftrag des zu testenden Klebstoffs in die Spannvorrichtung eingespannt. Während des Aushärtvorgangs des Klebstoffs biegt sich der freie Teil des Substrats entsprechend dem Ausmaß des Schrumpfens des Klebstoffs, was mittels der Meß­ vorrichtung gemessen und ausgewertet werden kann.

Ist das Substrat während des Auftragens des Klebstoffs mit einem seiner Enden bereits in der Spannvorrichtung einge­ spannt, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auf die Grundplatte eine Unterlage aufgesetzt ist, die eine in der Einspannebene liegende Auflagefläche für das Substrat bildet und auch bei eingespanntem Substrat wieder von die­ sem entfernt werden kann. Dadurch wird erreicht, daß das Substrat beim Auftragen des Klebstoffs unterstützt wird und nicht zerbrechen kann. Weiterhin kann bei entsprechender Breite der Unterlage das Werkzeug für den Klebstoffauftrag auf der Unterlage geführt werden. Nach dem Klebstoffauftrag wird die Unterlage wieder entfernt, so daß das Aushärten des Klebstoffs und das Messen der Biegung am freischweben­ den Teil des Substrats erfolgen kann. Dadurch wird ein genaues Meßergebnis gewährleistet.

Der Klebstoffauftrag auf das Substrat kann erfindungsgemäß durch eine Rakel erfolgen, deren Abstreifkante breiter ist als das Substrat und eine erste Ausnehmung wenigstens in der Größe des Querschnitts des Substrats aufweist, wobei in dieser ersten Ausnehmung eine zweite Ausnehmung vorgesehen ist, deren Breite kleiner ist als die Breite des Substrats und deren Höhe der gewünschten Schichtdicke des aufzubrin­ genden Klebstoffs entspricht. Mit dieser Ausgestaltung der Rakel wird erreicht, daß der Klebstoff auf das Substrat jeweils in der definierten Schichtdicke und -breite aufge­ tragen werden kann, was die Voraussetzung für den Erhalt reproduzierbarer Ergebnisse darstellt. Die Rakel wird an einem Ende des Substrats senkrecht aufgesetzt, wobei die erste Ausnehmung das Substrat übergreift, und über das andere Ende des Substrats hinaus abgezogen. Die Dicke und Breite der beim Abziehen der Rakel auf dem Substrat ver­ bleibenden Klebstoffschicht wird von der Formgestalt der zweiten Ausnehmung bestimmt.

Um mit noch größerer Sicherheit zu gewährleisten, daß die Klebstoffschicht in gewünschter Schichtdicke aufgebracht wird, ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch vorgesehen, daß die Unterlage beiderseits des Substrats eine Führungsfläche für die Rakel aufweist, so daß die Rakel auf der Unterlage sicher und fest geführt wird.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß die Meßvor­ richtung aus einer auf der Grundplatte befestigbaren und sich in Biegerichtung des Substrats erstreckenden durch­ sichtigen Platte besteht, die mit einer Skala versehen ist.

Mit Hilfe einer solchen, vergleichsweise einfachen Meßvor­ richtung läßt sich sehr genau die Auslenkung des freien Endes des Objektträgers und damit das Ausmaß der Biegung optisch erfassen. Die Meßvorrichtung ist lösbar mit der Grundplatte verbunden und kann zur Vorbereitung des Sub­ strats von der Grundplatte abgenommen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung zum Messen des Schrumpfverhaltens von Klebstoffen ohne aufgesetzte Meßvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung zum Messen des Schrumpfverhaltens von Klebstoffen mit aufgesetzter Meßvorrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Fig. 4 und

Fig. 6 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 4.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung zum Messen des Schrumpfverhaltens von Klebstoffen besteht aus einer rechteckigen Grundplatte 1, an deren Unterseite vier Füße 2 angebracht sind. Auf der Oberseite der Grund­ platte 1 ist im Bereich einer Hälfte ein quaderförmiger Träger 3 befestigt. Der Träger 3 weist auf der Oberseite an seiner der Mitte der Grundplatte 1 zugekehrten Wand 4 eine Ausnehmung auf, die eine Auflagefläche 5 für ein Ende eines Objektträgers 6 bildet. Die Auflagefläche 5 wird durch eine Stufe begrenzt, die einen Anschlag für den Objektträger 6 bildet. Dadurch wird sichergestellt, daß die Einspannlänge und die freie Länge des jeweils eingespannten Objektträgers jeweils gleich bleibt. Auf dem Träger 3 ist eine Spannvorrichtung 7 befestigt. Die Spannvorrichtung 7 besteht aus einem Lagerbock 8, an dem ein Handhebel 9 und ein Spannhebel 10 befestigt sind. An dem Spannhebel 10 ist eine einstellbare Spannpratze 11 angebracht, die gegen das auf der Auflagefläche 5 befind­ liche Ende des Objektträgers 6 gespannt ist, so daß die­ ser unverrückbar festgeklemmt ist.

Auf dem anderen, freien Teil der Grundplatte 1 liegt eine Unterlage 12 auf, die als quaderförmiger Klotz, bei­ spielsweise aus Kunststoff, ausgebildet ist und auf der der nicht eingespannte Teil des Objektträgers 6 mit sei­ ner Unterseite aufliegt. Die Unterlage 12 erstreckt sich in Längsrichtung zwischen der Wand 4 des Trägers 3 und einer Schiene 13, die an dem gegenüberliegenden Ende der Grundplatte 1 angeordnet ist. In ihrer Breite erstreckt sich die Unterlage 12 nahezu über die gesamte Breite der Grundplatte 1. Die Unterlage kann auch weniger breit sein. Sie muß jedoch mindestens so breit sein, daß sie den Objektträger bzw. ein anderes plattenförmiges Sub­ strat vollständig unterstützt. Die Höhe der Unterlage 12 entspricht dem Abstand zwischen der Oberfläche der Grund­ platte 1 und der Unterseite des in die Spannvorrichtung 7 eingespannten Objektträgers 6. An einer ihrer Längsseiten weist die Unterlage 12 einen Griff 14 auf.

Das Auftragen einer definierten Klebstoffschicht auf den Objektträger 6 erfolgt mittels einer Rakel 15, deren Abstreifkante 16, wie in Fig. 3 gezeigt, breiter ist als der Objektträger 6 und eine mittige erste Ausnehmung 17 aufweist, deren Größe dem Querschnitt des Objektträgers 6 entspricht. In dieser ersten Ausnehmung 17 ist eine eben­ falls mittige zweite Ausnehmung 18 ausgebildet, deren Breite kleiner ist als die Breite des Objektträgers 6. Zum Aufbringen des Klebstoffs wird die Rakel 15, wie in Fig. 1 dargestellt, senkrecht zum Objektträger 6 nahe dessen eingespanntem Ende aufgesetzt und in Richtung des Pfeils P senkrecht stehend über die Oberfläche des Objektträgers 6 über dessen freies Ende hinaus bis in die in den Fig. 1 und 2 in gestrichelten Linien darge­ stellte Position 15′ abgezogen. Während des Abziehens stützt sich die Abstreifkante 16 der Rakel 15 beiderseits des Objektträgers 6 auf der Unterlage 12 ab und wird mit den Kanten der ersten Ausnehmung 17 entlang den Kanten des Objektträgers 6 genau parallel zu diesem geführt. Beim Abziehen der Rakel 15 wird der zuvor auf dem Objekt­ träger 6 aufgetragene Klebstoff, der auf sein Schrumpf­ verhalten geprüft werden soll, auf der Oberfläche des Objektträger 6 verteilt, und zwar derart, daß sich auf der Oberfläche eine Klebstoffschicht bildet, deren Breite und Höhe der Formgestalt der zweiten Ausnehmung 18 ent­ spricht.

Nach dem Auftragen wird die Unterlage 12 entfernt und der Klebstoff kann aushärten. Das Aushärten kann von alleine erfolgen oder beispielsweise mittels einer nicht dargestellten UV- oder IR-Lichtquelle bewirkt werden, die über dem Objektträger 6 angebracht ist. Ferner wird eine Meßvorrichtung 19, wie in den Fig. 4 bis 6 gezeigt, auf der dem freien Ende des Objektträgers 6 benachbarten Seite auf die Grundplatte 1 aufgesetzt.

Die Meßvorrichtung 19 besteht aus einer rechteckigen durchsichtigen Platte 20, beispielsweise aus Glas oder aus Acrylglas, die sich in Biegerichtung des Objektträ­ gers 6 erstreckt und, wie in Fig. 6 zu erkennen, mit einer Skala 21 versehen ist. Die Platte 20 ist an einem Schenkel 22 eines Winkels 23 befestigt, der mit seinem anderen Schenkel auf der Grundplatte 1 aufliegt. In dem Schenkel 24 sind Zentrierstifte 25 angebracht, die in Bohrungen 26 in der Grundplatte 1 eingreifen.

Zum Messen der Biegung des Objektträgers 6 wird entspre­ chend der in Fig. 6 dargestellten Ansicht durch die Platte 20 hindurch die Stirnkante 27 des freien Endes des Objektträgers 6 beobachtet und ihre Position in Bezug auf die Skala festgehalten. Zur Beobachtung kann beispiels­ weise eine Videokamera eingesetzt werden. Die Messung erfolgt nach vollständiger Abkühlung des Objektträgers, d. h. sobald die Position der Stirnkante 27 des Objektträ­ gers 6 stabil bleibt. Ebenso können verschiedene Zwi­ schenphasen während der Aushärtung des Klebstoffs gemes­ sen werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Messen des Schrumpfverhaltens von Kleb­ stoffen, insbesondere von Reaktionsharzklebstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß eine definierte Klebstoff­ schicht auf die Oberfläche eines plattenförmigen, bieg­ baren Substrats gleichmäßig aufgetragen wird, daß der Klebstoff auf dem Substrat aushärtet und daß bei und/oder nach dem Aus­ härten die Biegung des Substrats gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als biegbares Substrat ein Objektträger verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff in einer Schichtdicke von 0,1 mm bis 1,0 mm aufgetragen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Substrat zum Auftragen des Klebstoffs an einer seiner Schmalseiten von einer Spannvorrichtung festgehalten wird, während der übrige Teil des Substrats durch eine Unterlage abgestützt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage nach dem Auftragen des Klebstoffs wieder entfernt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Grundplatte (1) mit einem Träger (3), einer auf dem Träger (3) angeordneten Spannvorrichtung (7) zum Fest­ halten des Substrats (6) und einer Meßvorrichtung (19) zum Messen der Biegung des Substrats, die dem dem Einspannende entgegengesetzten Ende des Substrats (6) benachbart ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Grundplatte (1) eine Unterlage (12) aufge­ setzt ist, die eine in der Einspannebene liegende Auf­ lagefläche für das Substrat (6) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (12) auch bei eingespanntem Substrat (6) wieder von diesem entfernbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (12) eine Führungs­ fläche für eine Rakel zum Auftragen des Klebstoffs hat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (19) aus einer auf der Grundplatte (1) befestigbaren und sich in Bie­ gerichtung des Substrats (6) erstreckenden durchsichti­ gen Platte (20) besteht, die mit einer Skala (21) ver­ sehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (19) lösbar mit der Grundplatte (1) verbunden ist.

12. Rakel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rakel (15) eine Abstreifkante (16) hat, die breiter ist als das Substrat (6), und eine erste Ausnehmung (17) wenigstens in der Größe des Querschnitts des Substrats (6) aufweist und daß in dieser ersten Ausnehmung (17) eine zweite Ausnehmung (18) vorgesehen ist, deren Breite kleiner ist als die Breite des Substrats (6) und deren Höhe der gewünschten Schichtdicke des aufzubrin­ genden Klebstoffs entspricht.