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Klebmittel auf Epoxidharzbasis Die Erfindung betrifft Klebmittel
auf Epoxidharzbasis, deren Festig5çitseigenschaften wesentlich verbessert sind.
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Bei der Verklebung zweier Gegenstände unterscheidet man allgemein
die Zugscherfestigkeit (gemessen in kp/mm2) und die Schälfestigkeit (gemessen in
kp/mm).
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Es ist eine Eigenschaft der Epoxidharze, als Klebmittel, insbesondere
als Metallklebinittel, hervorragend brauchbar zu sein. Sie weisen dabei eine hohe
Zugscherfestigkeit auf, jedoch läßt die Schälfestigkeit zu wünschen übrig. Verbessert
man durch Zusätze organischer Substanzen die Schälfestigkeit, hat sich entsprechend
dem Stand der Technik gezeigt, daß die Zugscherfestigkeit herabgesetzt wird. Dieser
Sachverhalt gilt in besonderem Maße für schnellhärtende Klebmittel auf Epoxidharzbasis.
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Erainscht ist aber die Kombination von hoher Zugscher- und Schälfestigkeit.
Diese gelingt überraschenderweise ertindunasgemäß
durch die Verwendung
von im wesentlichen unverzweigtem Polychloropren als Zusatz für Klebmittel auf Epoxidharzbasis,
die mit Aminen und/oder Amiden oder deren Derivaten ausgehärtet werden, in Mengen
von 1 bis 20, vorzugsweise 3 bis 9 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgewicht des Klebmittels.
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Der Einfluß des erfindungsgemäßen Modifizierungsmittels hängt in gewissem
Maße vom Typ der als Härter verwendeten Aminoverbindung und auch von der Härtungstemperatur
ab.
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Besonders effektvoll ist es, wenn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Epoxidharze mit Polyaminoamiden, die im Handel z.B. unter der Bezeichnung "Versamide"
erhältlich sind, gehärtet werden. Dieses Harzhärter-Klebsystem führt im unmodifizierten
Zustand bei der Kalt- und Heißhärtung zu einer guten Zugscherfestigkeit, während
die Schälfestigkeit zu wünschen übrig läßt. Setzt man dem System erfindungsgemäß
unverzweigtes Polychloropren zu, so wird die Schälfestigkeit, besonders bei der
Heißhärtung, erheblich gesteigert, während die ohnehin schon gute Zugscherfestigkeit
nicht oder nur unwesentlich beeinflußt wird. Man kommt also hier zu der erwünschten
Kombination einer guten Scher- und Schälfestigkeit.
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Dieser Effekt ist für den Fachmann deshalb besonders überraschend,
weil alle bisher bekannten Maßnahmen, die die SchAlfestigkeit einer Klebverbindung
durch Zusätze organischer Substanzen erheblich steigern, auf Kosten der Scherfestigkeit
gehen.
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Verwendet man andererseits als Härter Polyamine, wie z.B.
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Hexamethylendiamin, Triäthy lentetramin, Diäthylentriamin oder Isophorondiamin,
so resultiert bevorzugt bei der Heißhärtung eine erhebliche Verbesserung der Zugscherfestigkeit
der Verklebung; die Schälfestigkeit wird hier nur in ge-.
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ringem Ausmaße erhöht.
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Als Epoxidharze können die allgemein als Klebmittel üblichen Epoxidharze
auf Diphenylolpropanbasis verwendet werden, ferner Epoxidharze auf aliphatischer
und cycloaliphatischer Basis. Der Effekt, der durch den Zusatz des unverzweigten
Polychloroprensbewirkt wird, hängt aber nicht oder nur in untergeordnetem Maße von
der Art des verwendeten Epoxidharzes. ab. Bei der Herstellung des Klebmittels ist
zu empfehlen, das Polychloropren dem Härter bzw. Härtergemisch zuzusetzen und mit
diesem in das Epoxidharz einzubringen.
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Die folgenden Beispiele zeigen verschieden zusammengesetzte Klebmittel
und deren Eigenschaften. Dabei wird die Zugscherfestigkeit im Zugversuch nach DIN
53 283 ermittelt.
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Die Schälfestigkeit wird durch den Winkelschälversuch nach DIN 53
282.bei einer Klebfugendicke von ca. O,i mm bestimmt, wobei der Schälwiderstand
und nicht der Anriß-Schälwiderstand als Meßgröße zugrunde gelegt wird.
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Als FUgeteilverkstoff wird aus Vergleichsgründen die in DIN 53 281
vorgeschriebene plattierte AlCuMg2-Legierung verwendet.
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Die Oberflächenvorbehandlung des Fügeteilwerkstoffes erfolgt durch
Entfetten in Trichloräthylen und Beizen nach dem bekannten Pickling-Verfahren.
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Die Herstellung der Prüfkörper zur Bestimmung der Zugscher-und Schälfestigkeit
erfolgt nach DIN 53 281.
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In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert, und
zwar in Beispiel 1 bis 4 an Hand der Härtung mit Polyaminoamiden, in Beispiel 5
bis 8 an Hand der Härtung mit Aminen.
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Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel) 10 g eines Epoxidharzes auf Diphenylolpropanbasis
mit einem Epoxidäquivalentgewicht von ca. 195 werden mit 11 g eines Polyaminoamides
mit einer Aminzahl von ca. 300 (die Aminzahl gibt die Menge KOH in mg an, die einem
Gramm Polyaminoamid äquivalent ist) versetzt und intensiv vermischt. Mit dieser
Klebmittelmischung werden Prüfkörper für die Ermittlung de
Zugscher-
und Schälfestigkeit gefertigt. Die Klebverbindung wird bei Kontaktdruck unter verschiedenen
Bedingungen ausgehärtet.
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Ergebnisse:
| Aushärtungsbedingungen Zugscher- $Schälfestigkeit |
| festigkeit |
| Temp. (°C) Zeit (kp/mm2) (kp/mm) |
| 20 24 Std. 1,7 <0,05 |
| 20 48 Std. 2,5 |
| 20 96 Std. 2,8 " |
| 80 20 min 3,2 " |
| 80 40 min 3,3 ., |
| 120 10 min 3,3 |
| 120 20 min 3,4 |
| 140 10 min 3,4 1 |
Beispiel 2 10 g eines Epoxidharzes auf Diphenylolpropanbasis mit einem EpoxidAquivalentgewicht
von ca. 195 werden mit 11 g einer Mischung aus 100 Gewichtsteilen eines Poiyaminoamides
mit einer Aminzahl von ca. 300 und 5 Gewichtsteilen eines unverzweigten Polychloroprens
mit einem mittleren Molekulargewicht von ca. 2000 versetzt und intensiv vermischt.
Mit
dieser Klebmittelmischung werden Prüfkörper für die Ermittlung
der Zugscher- und Schälfestigkeit hergestellt. Die Klebverbindung wird bei Kontaktdruck
unter verschiedenen Bedingungen ausgehärtet.
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Ergebnisse:
| Aushärtungsbedingungen Zugscher- Schälfestigkeit |
| festigkeit |
| Temp. (°C) Zeit (kp/mm2) (kp/mm) |
| . . |
| 20 24 Std. 2,1 0,45 |
| 20 48 Std. 2,6 0,29 |
| 20 120 Std. 2,8 0,28 |
| 80 20 min 3,0 0,35 |
| 80 40 min 3,3 0,36 |
| 120 5 min 3,3 0,48 |
| 120 15 min 3,5 0,55 |
| 140 5 min 3,4 0,52 |
| 140 15 min 3,4 0,54 |
Beispiel 3 Analog Beispiel 2 werden Klebmittelmischungen mit unterschiedlichen Anteilen
von unverzweigtem Polychloropren hergestellt und Festigkeitsprüfungen durchgeführt.
Die Rlebverbindungen werden unter Kontaktdruck 15 Minuten bei 120°C ausgehArtet.
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Ergebnisse:
| Gewichtsteile unver- Zugscher- Schälfestigkeit |
| zweigtes Polychloro- festigkeit |
| pren/100 Gewichtsteile (kp/mm2 |
| Harzhärtergemisch (kp/mm ) (kp/mm) |
| 0 3,4 < 0,05 |
| 1,5 3,4 0,3 (Schäldiagramm |
| ungleichmäßig) |
| 2,5 3,3 0,33 |
| 3,5 3,3 0,40 |
| 5,0 3,4 0,55 |
| 7,5 S;2 0,59 |
| 10,0 3,0 0,57 |
| 12,5 2,9 0,55 |
| 15,0 2,6 0,55 |
Beispiel 4 10 g eines Epoxidharzes auf Diphenylolpropanbasis mit einem Epoxidäquivalentgewicht
von ca. 240 werden mit 6,5 g eines Polyaminoamides mit einer Aminzahl von ca. 380,
dem verschiedene Mengen eines unverzweigten Polychloroprens mit einem mittleren
Molekulargewicht von ca. 2500 zugesetzt sind, versetzt und intensiv vermischt. Mit
den erhaltenen verschiedenen Klebmittelmischungen werden Prüfkörper für die Ermittlung
der Zugscher- und Schälfestigkeiten hergestellt.
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Die Klebverbindungen werden unter Kontaktdruck 15 Minuten
bei
1200C ausgehartet.
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Ergebnisse:
| Gewichtsteile unver- Zugscher- Schäl£estigkeit |
| zweigtes Polychloro- festigkeit |
| pren/100 Gewichtsteile 2 |
| Harzhärtergemisch (kp/mm ) (kp/mm) |
| 0 3,4 < 0,05 |
| 3 3,3 0,37 |
| 4 3,5 0,43 |
| 6 3,4 0,48 |
| 9 3,2 0,58 |
| 12 2,9 0,57 |
| 16 2,7 0,55 |
Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel) 10 g eines Epoxidharzes auf Diphenylolpropanbasis
mit einem Epoxidäquivalentgewicht von ca. 200 werden mit 1,2 g Triäthylentetramin
versetzt und intensiv verrührt. Mit dieser Klebmittelmischung werden Prüfkörper
für die Ermittlung der Zugscher- und Schälfestigkeit hergestellt. Die Klebverbindung
wird bei Kontaktdruck unter verschiedenen Bedingungen ausgehärtet.
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Ergebnisse:
| Aushärtungsbedingungen Zugscher- Schälfestigkeit |
| festigkeit |
| Temp. (°C) Zeit (kp/mm2) (kp/mm) |
| 20 24 std. 0,3 < 0,05 |
| 20 43 Std. 1,1 |
| 20 96 Std. 1,1 " |
| 120 5 min 1,0 " |
| 120 1-5 min 1,2 " |
| 120 30 min 1,3 " |
Beispiel 6 Analog Beispiel 5 wird eine Klebmittelmischung hergestellt, der unterschiedliche
Anteile eines unverzweigten Polychloroprens mit einem mittleren Molekulargewicht
von ca. 2000 zugesetzt werden. Es werden Prüfkörper für die Ermittlung der Festigkeitswerte
hergestellt. Die Klebverbindungen werden bei Kontaktdruck unter verschiedenen Be-Bedingungen
ausgehärtet.
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Ergebnisse:
| Gewichtsteile Hartungsbedingungen Zugscher- Schäl- |
| Polychloropren/ festig- festig- |
| 100 g Harzhär- 0 keit 2 keit |
| tergemisch Temp.( C) Zeit (kp/mm ) (kp/mm) |
| 5 20 24 Std. 1,5 0,11 |
| 5 20 48 Std. 2,1 0,09 |
| 5 20 96 Std. 2,4 0,09 |
| 5 120 5 min 2,9 0,12 |
| 5 120 15 min 3,1 0,11 |
| 12 20 24 Std 1,2 0,07 |
| 12 20 | 48 Std. 1,8 Ot10 |
| 12 20 96 Std. 2,2 0,11 |
| 12 120 5 min | 2,4 0,10 |
| 12 120 | 15 min 2,9 0,11 |
Es resultieren ungleichmäßige Schäldiagramme.
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Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel) Analog Beispiel 5 werden 10 g Epoxidharz
mit 2,3 g Isophorondiamin intensiv vermischt und entsprechende Prüfkörper hergestellt.
Bei Kontaktdruck wird die Klebverbindung unter verschiedenen Bedingungen aus gehärtet.
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Ergebnisse:
| Aushärtungsbedingungen Zugscher- Schälfestigkeit |
| festigkeit |
| Temp. (°C) Zeit (kp/mm2) (kp/mm) |
| 20 24 Std. 0,5 < 0,05 |
| 20 48 Std. 0,8 |
| 20 96 Std. 0,8 " |
| 120 5 min 1,2 " |
| 120 15 min 1,7 " |
| 120 30 min 1,8 " |
Beispiel 8 Analog Beispiel 7 wird eine Klebmittelmischung hergestellt, der unterschiedliche
Anteile eines unverzweigten Polychloroprens mit einem mittleren Molekulargewicht
von ca. 2000 zugesetzt werden. Mit diesen Klebmittelmischungen stellt man Prüfkörper
für die Ermittlung der Festigkeitswerte her, durch Aushärtung unter Kontaktdruck
bei verschiedenen Temperatur- und Zeitbedingungen.
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Ergebnisse:
Gewichtsteile Härtungsbedingungen Zugscher-
Schäl-Polychloropren/ festig- festig-100 g Harzhär- 0 keit 2 keit tergemisch Temp.
(°C) Zeit (kp/mm2) (kp/mm) 5 20 24 Std. 0,7 0,09 5 20 48 Std. 0,8 0,12 5 20 96 Std.
1,0 0,13 5 120 5 min 2,1 0,14 5 120 15 min 2,7 0,15 12 20 24 Std. 0,5 0,07 12 20
48 Std. 0,7 0,13 12 20 96 Std. 0,9 0,16 12 120 5 min 2,0 0,18 12 120 15 min 2,5
0,16 Es resultieren zum Teil ungleichmäßige Schäldiagramme.