WO2010023166A1 - Verfahren zum verkleben von bauteilen unter ausbildung einer temperaturbeständigen klebstoffschicht - Google Patents

Verfahren zum verkleben von bauteilen unter ausbildung einer temperaturbeständigen klebstoffschicht Download PDF

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WO2010023166A1
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epoxy resin
resin system
reaction resin
particles
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PCT/EP2009/060833
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Roland Mueller
Irene Jennrich
Gerhard Hueftle
Patrick Stihler
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Robert Bosch Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H10N30/80—Constructional details

Definitions

  • the present invention relates to a method for bonding components to form a functioning at least in the temperature range of> 100 0 C to ⁇ 160 0 C adhesive layer, wherein the adhesive layer is obtained from a curable reaction resin system. It further relates to the use of a reaction resin system for bonding permanent magnet permanent magnets comprising piezoelectric ceramics and / or rare earth elements, and a component assembly comprising a piezoelectric ceramics, an impedance matching layer, and an adhesive layer in contact with the piezoelectric ceramics and the impedance matching layer.
  • Hardenable reaction resin systems are disclosed for example in DE 103 45 139 Al.
  • resin systems in particular potting compounds, laminating or impregnating resins
  • resin components are to be processed as a two-component mass and comprise a resin component, a mineral filler and polymer particles dispersed in the resin component.
  • the filler comprises nanoparticles.
  • the invention therefore proposes a method for bonding components to form a functional at least in the temperature range of> 100 0 C to ⁇ 160 0 C functional adhesive layer, wherein the adhesive layer is obtained from a curable reaction resin system.
  • the method is characterized in that the reaction resin system is an epoxy resin component (A) and in the epoxy resin component
  • (A) comprises dispersed polymer particles (B), wherein furthermore the dispersed polymer particles comprise addition-crosslinked silicone elastomer.
  • the reaction resin system is preferably to be processed as a two-component adhesive, ie after addition of a curing agent to the resin formulation. Under one
  • Epoxy resin component is generally understood to mean a molecule having two or more epoxide groups.
  • the cured reaction resin system can be impact-modified without sacrificing the modulus of elasticity and the glass transition temperature.
  • the silicone elastomer particles were obtained by an addition-crosslinking mechanism. This is based on the hydrosilylation of carbon-carbon double bonds in the polymer chain. This results in a different hydrophobicity of the particle surface compared to crosslinked by condensation
  • the proportion of the elastomer particles in the epoxy resin component may be, for example,> 30% by weight to ⁇ 50% by weight or> 38% by weight to ⁇ 42% by weight.
  • the bonding of the components themselves can be carried out, for example, at room temperature and the curing of the reaction resin system at elevated temperature.
  • That the adhesive layer to ⁇ 160 0 C is functional at least in the temperature range of> 100 0 C, in the present invention means in particular that in accordance with DIN EN 26922, "Determination of tensile strength perpendicular to the adhesive surface" certain tensile strength until failure of the adhesive bond within this temperature range is> 50%, preferably> 70% and more preferably> 90% of the tensile strength thus determined at room temperature.
  • Reactive resin system further comprises a component for adjusting thixotropic properties (C), this component (C) comprises hydrophilic fumed silica particles, which are in the form of aggregates or agglomerates of primary particles and wherein the primary particles have an average particle size of> 1 nm to ⁇ 25 nm.
  • This component (C) comprises hydrophilic fumed silica particles, which are in the form of aggregates or agglomerates of primary particles and wherein the primary particles have an average particle size of> 1 nm to ⁇ 25 nm.
  • Reaction resin system under shear as occurs for example by pressing from a nozzle, has a lower viscosity than the applied, but mechanically unaffected system.
  • non-horizontal surfaces can be specifically provided with the reaction resin system.
  • Hydrophilic fumed silica particles can be prepared by the combustion of tetrachlorosilane in one
  • the hydrophilic properties are due to silanol and siloxane groups on the surface of the particles.
  • the term “aggregates” is understood to mean primary particles which are juxtaposed flat or edge-shaped, and primary particles which are punctiformly mounted under agglomerates.
  • the mean particle size of the primary particles can also be in a range from> 5 nm to ⁇ 20 nm or from> 10 nm to ⁇ 15.
  • the agglomerates or aggregates may, for example, occupy a size of> 20 nm to ⁇ 100 ⁇ m.
  • the component for adjusting thixotropic properties (C) has a BET specific surface area of> 100 m 2 / g to ⁇ 300 m 2 / g and a
  • the BET surface area can preferably be determined using the standards DIN 66131 and DIN 66132.
  • the BET surface area thus determined can also be in a range from> 180 m / g to ⁇ 220 m / g.
  • the tamped density can be determined in accordance with the standard DIN EN ISO 787/11 and can also be in a range of> 50 g / l to ⁇ 50 g / l.
  • the epoxy resin component (A) comprises a resin based on bisphenol A, bisphenol B and / or bisphenol F.
  • bisphenol A diglycidyl ether can be used. - A -
  • the proportion by weight of the component for adjusting thixotropic properties (C) to the total weight fraction of the epoxy resin components present in the reaction resin system is in a ratio of> 0.1: 100 to ⁇ 10: 100.
  • any additives, fillers, etc., which may be present, are not taken into account in this calculation.
  • a formulation for a reaction resin system having 100 parts by weight of an epoxy resin component based on bisphenol A with 40% by weight addition-crosslinked silicone elastomer particles.
  • Formulation further contain 6 parts by weight of component C in the form of a hydrophilic fumed silica having a BET surface area of 200 m / g.
  • component C in the form of a hydrophilic fumed silica having a BET surface area of 200 m / g.
  • the ratio can also decrease.
  • Possible further ratio ranges are> 1: 100 to ⁇ 7: 100 and>
  • the reaction resin system further comprises a hardener component (D) selected from anhydride hardener and / or amine hardener.
  • a hardener component (D) selected from anhydride hardener and / or amine hardener.
  • An example of an anhydride hardener is
  • Phthalic anhydride An example of an amine hardener is isophoronediamine or dicyandiamide (DiCy).
  • the amine hardeners can also be added to accelerators.
  • the components are piezoelectric ceramics and / or rare earth elements comprising permanent magnets.
  • piezoelectric ceramics are lead zirconate titanates (PZT) and lead magnesium niobates (PMN).
  • permanent magnets are samarium-cobalt or neodymium-iron-boron magnets.
  • Piezoelectric ceramics may be included in ultrasonic transducers, for example.
  • Rare earth magnets can be, for example, components of electric motors.
  • a further subject matter of the present invention is the use of a reaction resin system comprising an epoxy resin component (A) and polymer particles (B) dispersed in the epoxy resin component (A), wherein furthermore the dispersed polymer particles comprise addition-crosslinked silicone elastomer for bonding elements of the rare earth magnets.
  • the reaction resin system further comprises a component for adjusting thixotropic properties (C), this component (C) comprising hydrophilic fumed silica particles which are in the form of aggregates or agglomerates of primary particles and wherein
  • Primary particles have a mean particle size of> 1 nm to ⁇ 25 nm.
  • a further subject of the present invention is the use of a reaction resin system comprising an epoxy resin component (A) and polymer particles (B) dispersed in the epoxy resin component (A), wherein furthermore the dispersed polymer particles comprise addition-crosslinked silicone elastomer, for
  • the reaction resin system further comprises a component for adjusting thixotropic properties (C), this component (C) comprises hydrophilic fumed silica particles which are present in the form of aggregates or agglomerates of primary particles and wherein the primary particles have a mean particle size of> 1 nm to ⁇ 25 nm.
  • this component (C) comprises hydrophilic fumed silica particles which are present in the form of aggregates or agglomerates of primary particles and wherein the primary particles have a mean particle size of> 1 nm to ⁇ 25 nm.
  • Another object of the present invention is a component assembly comprising a piezoelectric ceramic, an impedance matching layer, and a contact with the piezoelectric ceramic and the impedance matching layer wherein the adhesive layer is obtained from a curable reaction resin system which comprises an epoxy resin component (A) and polymer particles (B) dispersed in the epoxy resin component (A), wherein furthermore the dispersed polymer particles comprise addition-crosslinked silicone elastomer.
  • a curable reaction resin system which comprises an epoxy resin component (A) and polymer particles (B) dispersed in the epoxy resin component (A), wherein furthermore the dispersed polymer particles comprise addition-crosslinked silicone elastomer.
  • the piezoelectric ceramic is an ultrasonic transducer.
  • the piezoelectric ceramic can be, for example, a lead zirconate titanate
  • PZT lead magnesium niobate
  • PMN lead magnesium niobate
  • Impedance matching layer serves for better transmission of the ultrasonic waves from and to the piezoelectric ceramic. It is preferred if it has a density of> 0.5 g / cm to ⁇ 0.6 g / cm. It has been found that the adhesive layer described in the invention leads to an improvement of the acoustic signal transmission from and to the piezoelectric element.
  • the reaction resin system further comprises a component for adjusting thixotropic properties (C), this component (C) comprises hydrophilic fumed silica particles which are present in the form of aggregates or agglomerates of primary particles and wherein the primary particles have an average particle size of> 1 nm to ⁇ 25 nm.
  • this component (C) comprises hydrophilic fumed silica particles which are present in the form of aggregates or agglomerates of primary particles and wherein the primary particles have an average particle size of> 1 nm to ⁇ 25 nm.
  • Setting thixotropic properties a BET specific surface area of> 100 m 2 / g to ⁇ 300 m 2 / g and a tamped density of> 20 g / l to ⁇ 80 g / l on.
  • reaction resin systems Details of the described reaction resin systems have already been described above. Of course, the further refinements of the reaction resin system can also be transferred to the component arrangement according to the invention.
  • Silica 1 pyrogenic hydrophilic silica with a mean primary particle size of 12 nm and a BET surface area of
  • Hardener 1 latently accelerated anhydride hardener
  • Hardener 2 fast amine hardener made of polyamines, mostly isophoronediamine
  • This formulation contained 100 parts by weight of the epoxy resin 1 and 51 parts by weight of the curing agent 1.
  • the cured system had a glass transition temperature T g of about 160 0 C.
  • This formulation contained 100 parts by weight of the epoxy resin 1 and 20 parts by weight of the curing agent 2.
  • the cured system had a glass transition temperature T g of about 130 0 C.
  • This formulation contained 50 parts by weight of the epoxy resin 1 and 50 parts by weight of the epoxy resin 2 and 64.5 parts by weight of the curing agent 1.
  • the cured system had a glass transition temperature T g of about 160 0 C.
  • Formulation 4 This formulation contained 50 parts by weight of the epoxy resin 1 and 50 parts by weight of the epoxy resin 3 and 51 parts by weight of the curing agent 1.
  • the cured system had a glass transition temperature T g of about 160 0 C.
  • This formulation contained 100 parts by weight of the epoxy resin 1 and 6 parts by weight of the thixotropic agent silica 1 and 51 parts by weight of the curing agent 1.
  • the cured system had a glass transition temperature T g of about 160 0 C.
  • This formulation contained 100 parts by weight of the epoxy resin 1 and 6 parts by weight of the thixotropic agent silica 1 and 20 parts by weight of the curing agent 2.
  • the cured system had a glass transition temperature T g of about 130 0 C.
  • This formulation contained 50 parts by weight of the epoxy resin 1 and 50 parts by weight of the epoxy resin 2, further 5.25 parts by weight of the thixotropic agent silica 1 and 61 parts by weight of the curing agent 1.
  • the cured system had a glass transition temperature T g of about 160 0 C.
  • This formulation contained 50 parts by weight of the epoxy resin 1 and 50 parts by weight of the epoxy resin 3, further 4.5 parts by weight of the thixotropic silica 1 and 49 parts by weight of the curing agent 1.
  • the cured system had a glass transition temperature T g of about 160 0 C.
  • a piezoelectric ceramic was glued to an impedance matching layer by means of the formulations according to the invention. This ceramic had corresponding contacts, so that they could produce ultrasound. The amplitude of the ultrasound emitted by the piezoelectric ceramic through the impedance matching layer was determined.
  • a temperature shock change was carried out simultaneously. In this case, the temperature of the ultrasonic arrangement of -40 0 C changed to +140 0 C in 5 seconds and then back from +140 0 C to -40 0 C in 5 seconds. For one cycle, this temperature change was carried out for one hour. A deterioration of the properties of the adhesive layer is manifested in one
  • Temperature shock change test initially remained almost stable until it slowly decreased. Thus, over 800 cycles of change were run through before a deterioration of the ultrasonic amplitude was observed in the performance characteristics. In non-inventive comparative adhesive layers of epoxy resins showed from the beginning of the thermal cycling test to a strong decrease in the ultrasonic amplitude.
  • the ultrasound amplitude was determined as a function of the temperature with piezoelectric ceramics adhered to an impedance matching layer. Again, for the adhesive layer of the invention and non-inventive epoxy resin formulations were used.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben von Bauteilen unter Ausbildung einer mindestens im Temperaturbereich von ≥ 100 °C bis ≤ 160 °C funktionsfähigen Klebstoffschicht, wobei die Klebstoffschicht aus einem härtbaren Reaktionsharzsystem erhalten wird. Das Reaktionsharzsystem umfasst eine Epoxidharzkomponente (A) und in der Epoxidharzkomponente (A) dispergierte Polymerpartikel (B), wobei weiterhin die dispergierten Polymerpartikel additionsvernetztes Silikonelastomer umfassen. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Reaktionsharzsystems zum Verkleben von piezoelektrische Keramiken und/oder Elemente der seltenen Erden umfassende Permanentmagnete und eine Bauteilanordnung, umfassend eine piezoelektrische Keramik, eine Impedanzanpassungsschicht sowie eine mit der piezoelektrischen Keramik und der Impedanzanpassungsschicht in Kontakt befindliche Klebstoffschicht.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Verkleben von Bauteilen unter Ausbildung einer temperaturbeständigen Klebstoffschicht
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben von Bauteilen unter Ausbildung einer mindestens im Temperaturbereich von > 100 0C bis < 160 0C funktionsfähigen Klebstoffschicht, wobei die Klebstoffschicht aus einem härtbaren Reaktionsharzsystem erhalten wird. Sie betrifft weiterhin die Verwendung eines Reaktionsharzsystems zum Verkleben von piezoelektrische Keramiken und/oder Elemente der seltenen Erden umfassende Permanentmagnete und eine Bauteilanordnung, umfassend eine piezoelektrische Keramik, eine Impedanzanpassungsschicht sowie eine mit der piezoelektrischen Keramik und der Impedanzanpassungsschicht in Kontakt befindliche Klebstoffschicht.
Gegenwärtig sind flexible Klebstoffe für einen Anwendungsbereich bis etwa 80 0C bekannt. Diese können jedoch nicht in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen höhere Temperaturen, Temperaturwechsel und sogar gleichzeitig mechanische Erschütterungen auftreten. Beispiele für solche Anwendungen sind piezoelektrische Ultraschallwandler und bestimmte Elektromotoren.
Härtbare Reaktionsharzsysteme werden beispielsweise in DE 103 45 139 Al offenbart.
Diese Harzsysteme, insbesondere Vergussmassen, Laminier- oder Imprägnierharze, sind als Zweikomponentenmasse zu verarbeiten und beinhalten eine Harzkomponente, einen mineralischen Füllstoff und in der Harzkomponente dispergierte Polymerpartikel. Der Füllstoff umfasst Nanopartikel. Nicht beschrieben ist jedoch, wie sich solche Reaktionsharz-Klebstoffsysteme bei höheren Temperaturen, Temperaturwechseln oder mechanischen Beanspruchungen verhalten. Es besteht also weiterhin der Bedarf an alternativen und weiterentwickelten Verfahren, um Bauteile zu verkleben.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß vorgeschlagen wird daher ein Verfahren zum Verkleben von Bauteilen unter Ausbildung einer mindestens im Temperaturbereich von > 100 0C bis < 160 0C funktionsfähigen Klebstoffschicht, wobei die Klebstoffschicht aus einem härtbaren Reaktionsharzsystem erhalten wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsharzsystem eine Epoxidharzkomponente (A) und in der Epoxidharzkomponente
(A) dispergierte Polymerpartikel (B) umfasst, wobei weiterhin die dispergierten Polymerpartikel additionsvernetztes Silikonelastomer umfassen.
Das Reaktionsharzsystem ist vorzugsweise als Zweikomponentenklebstoff zu verarbeiten, also nach Zugabe eines Härters zu der Harzformulierung. Unter einer
Epoxidharzkomponente ist im Allgemeinen ein Molekül mit zwei oder mehr Epoxidgruppen zu verstehen.
Durch die in der Epoxidharzkomponente zusätzlich vorhandenen Silikonelastomerpartikel kann das ausgehärtete Reaktionsharzsystem ohne Einbußen beim Elastizitätsmodul sowie der Glasübergangstemperatur schlagzäh modifiziert werden. Die Silikonelastomerpartikel wurden durch einen additionsvernetztenden Mechanismus erhalten. Dieser beruht auf der Hydrosilylierung von Kohlenstoff- Kohlenstoff-Doppelbindungen in der Polymerkette. Hieraus resultiert eine andere Hydrophobie der Partikeloberfläche gegenüber durch Kondensation vernetzten
Silikonelastomeren. Der Anteil der Elastomerpartikel in der Epoxidharzkomponente kann beispielsweise > 30 Gewichts-% bis < 50 Gewichts-% oder > 38 Gewichts-% bis < 42 Gewichts-% betragen.
Das Verkleben der Bauteile selbst kann beispielsweise bei Raumtemperatur erfolgen und die Aushärtung des Reaktionsharzsystems bei erhöhter Temperatur.
Dass die Klebstoffschicht mindestens im Temperaturbereich von > 100 0C bis < 160 0C funktionsfähig ist, bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass die gemäß DIN EN 26922 "Bestimmung der Zugfestigkeit senkrecht zur Klebefläche" bestimmte Zugfestigkeit bis zum Versagen der Klebeverbindung innerhalb dieses Temperaturbereichs > 50%, bevorzugt > 70% und mehr bevorzugt > 90% der so bestimmten Zugfestigkeit bei Raumtemperatur beträgt.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das
Reaktionsharzsystem weiterhin eine Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C), diese Komponente (C) hydrophile pyrogene Siliziumdioxidpartikel umfasst, welche in Form von Aggregaten oder Agglomeraten von Primärpartikeln vorliegen und wobei die Primärpartikel eine mittlere Teilchengröße von > 1 nm bis < 25 nm aufweisen. Die Einstellung thixotroper Eigenschaften bedeutet insbesondere, dass das
Reaktionsharzsystem bei Scherung, wie sie beispielsweise durch das Pressen aus einer Düse auftritt, eine niedrigere Viskosität als das aufgetragene, aber mechanisch unbeeinflusste System aufweist. Hierdurch können auch nicht-horizontale Oberflächen gezielt mit dem Reaktionsharzsystem versehen werden. Hydrophile pyrogene Siliziumdioxidpartikel lassen sich durch die Verbrennung von Tetrachlorsilan in einer
Knallgasflamme erhalten. Die hydrophilen Eigenschaften rühren von Silanol- und Siloxangruppen auf der Oberfläche der Partikel her. Gemäß DIN 53206 werden unter Aggregaten flächig oder kantenförmig aneinander gelagerte Primärteilchen und unter Agglomeraten punktförmig aneinander gelagerte Primärteilchen verstanden. Die mittlere Teilchengröße der Primärpartikel kann auch in einem Bereich von > 5 nm bis < 20 nm oder von > 10 nm bis < 15 liegen. Die Agglomerate oder Aggregate können beispielsweise eine Größe von > 20 nm bis < 100 μm einnehmen.
Es ist hierbei möglich, dass die Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C) eine spezifische BET-Oberfläche von > 100 m2/g bis < 300 m2/g und eine
Stampfdichte von > 20 g/l bis < 80 g/l aufweist. Die BET-Oberfläche kann vorzugsweise anhand der Normen DIN 66131 und DIN 66132 bestimmt werden. Die so bestimmte BET-Oberfläche kann auch in einem Bereich von > 180 m /g bis < 220 m /g liegen. Die Stampfdichte kann in Anlehnung an die Norm DIN EN ISO 787/11 bestimmt werden und kann auch in einem Bereich von > 50 g/l bis < 50 g/l liegen.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Epoxidharzkomponente (A) ein Harz auf der Basis von Bisphenol A, Bisphenol B und/oder Bisphenol F. Beispielsweise kann Bisphenol A- digylcidy lether eingesetzt werden. - A -
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens steht der Gewichtsanteil der Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C) zum Gesamt-Gewichtsanteil der im Reaktionsharzsystem vorliegenden Epoxidharzkomponenten in einem Verhältnis von > 0,1 :100 bis < 10:100. Im Falle von fertig verfügbaren Handelsprodukten für Epoxidharzkomponenten werden also die gegebenenfalls enthaltenen Additive, Füllstoffe, etc. bei dieser Berechnung nicht mit berücksichtigt. Als Beispiel sei in eine Formulierung für ein Reaktionsharzsystem mit 100 Gewichtsteilen einer Epoxidharzkomponente auf der Basis von Bisphenol A mit 40 Gewichts-% additionsvernetzten Silikonelastomerpartikeln betrachtet. In der
Formulierung sind weiterhin 6 Gewichtsanteile der Komponente C in Form einer hydrophilen pyrogenen Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 200 m /g enthalten. Hier liegt also ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Thixotropiermittel C zu Bisphenol A-Epoxid von 10:100 vor. Durch die Zumischung anderer Epoxide kann das Verhältnis aber auch sinken. Mögliche weitere Verhältnisbereiche sind > 1 :100 bis < 7:100 und >
3:100 bis < 6:100.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Reaktionsharzsystem weiterhin eine Härterkomponente (D) ausgewählt aus Anhydridhärter und/oder Aminhärter. Ein Beispiel für einen Anhydridhärter ist
Phthalsäureanhydrid. Ein Beispiel für einen Aminhärter ist Isophorondiamin oder auch Dicyandiamid (DiCy). Den Aminhärtern kann weiterhin auch Beschleuniger zugefügt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Bauteile piezoelektrische Keramiken und/oder Elemente der seltenen Erden umfassende Permanentmagnete. Beispiele für piezoelektrische Keramiken sind Blei-Zirkonat-Titanate (PZT) und Blei-Magnesium-Niobate (PMN). Beispiele für Permanentmagnete sind Samarium-Cobalt- oder Neodym-Eisen-Bor-Magnete. Solche Bauteile, welche mechanischen Schwingungen und Temperaturwechseln ausgesetzt sind, profitieren am meisten vom erfindungsgemäßen Klebeverfahren. Piezoelektrische Keramiken können beispielsweise in Ultraschallwandlern enthalten sein. Seltenerdmagnete können beispielsweise Bauteile von Elektromotoren sein. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Reaktionsharzsystems umfassend eine Epoxidharzkomponente (A) und in der Epoxidharzkomponente (A) dispergierte Polymerpartikel (B), wobei weiterhin die dispergierten Polymerpartikel additionsvernetztes Silikonelastomer umfassen, zum Verkleben von Elemente der seltenen Erden umfassenden Magneten.
In einer Ausführungsform dieser Verwendung umfasst das Reaktionsharzsystem weiterhin eine Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C), diese Komponente (C) hydrophile pyrogene Siliziumdioxidpartikel umfasst, welche in Form von Aggregaten oder Agglomeraten von Primärpartikeln vorliegen und wobei die
Primärpartikel eine mittlere Teilchengröße von > 1 nm bis < 25 nm aufweisen.
Details zu den beschriebenen Verwendungen wurden bereits vorstehend beschrieben. Die weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahren können selbstverständlich auch auf die erfindungsgemäße Verwendung übertragen werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Reaktionsharzsystems umfassend eine Epoxidharzkomponente (A) und in der Epoxidharzkomponente (A) dispergierte Polymerpartikel (B), wobei weiterhin die dispergierten Polymerpartikel additionsvernetztes Silikonelastomer umfassen, zum
Verkleben von piezoelektrischen Keramiken.
In einer Ausführungsform dieser Verwendung umfasst das Reaktionsharzsystem weiterhin eine Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C), diese Komponente (C) hydrophile pyrogene Siliziumdioxidpartikel umfasst, welche in Form von Aggregaten oder Agglomeraten von Primärpartikeln vorliegen und wobei die Primärpartikel eine mittlere Teilchengröße von > 1 nm bis < 25 nm aufweisen.
Details zu den beschriebenen Verwendungen wurden bereits vorstehend beschrieben. Die weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahren können selbstverständlich auch auf die erfindungsgemäße Verwendung übertragen werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Bauteilanordnung, umfassend eine piezoelektrische Keramik, eine Impedanzanpassungsschicht sowie eine mit der piezoelektrischen Keramik und der Impedanzanpassungsschicht in Kontakt befindliche Klebstoffschicht, wobei die Klebstoffschicht aus einem härtbaren Reaktionsharzsystem erhalten wird, welches eine Epoxidharzkomponente (A) und in der Epoxidharzkomponente (A) dispergierte Polymerpartikel (B) umfasst, wobei weiterhin die dispergierten Polymerpartikel additionsvernetztes Silikonelastomer umfassen.
Solch eine Bauteilanordnung ist vorteilhafterweise Bestandteil eines Ultraschalldurchflussmessgeräts. In einer Ausführungsform ist die piezoelektrische Keramik daher ein Ultraschallwandler.
Allgemein kann die piezoelektrische Keramik beispielsweise eine Blei-Zirkonat-Titanat-
(PZT) oder Blei-Magnesium-Niobat- (PMN) Keramik sein. Die
Impedanzanpassungsschicht dient zur besseren Übertragung der Ultraschallwellen von und zu der piezoelektrischen Keramik. Bevorzugt ist, wenn sie eine Dichte von > 0,5 g/cm bis < 0,6 g/cm aufweist. Es wurde festgestellt, dass die in der Erfindung beschriebene Klebstoffschicht zu einer Verbesserung der akustischen Signalübertragung von und zu dem piezoelektrischen Element führt.
In einer weiteren Ausführungsform dieser Bauteilanordnung umfasst das Reaktionsharzsystem weiterhin eine Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C), diese Komponente (C) hydrophile pyrogene Siliziumdioxidpartikel umfasst, welche in Form von Aggregaten oder Agglomeraten von Primärpartikeln vorliegen und wobei die Primärpartikel eine mittlere Teilchengröße von > 1 nm bis < 25 nm aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform dieser Bauteilanordnung weist die Komponente zur
Einstellung thixotroper Eigenschaften (C) eine spezifische BET-Oberfläche von > 100 m2/g bis < 300 m2/g und eine Stampfdichte von > 20 g/l bis < 80 g/l auf.
Details zu den beschriebenen Reaktionsharzsystemen wurden bereits vorstehend beschrieben. Die weiteren Ausgestaltungen des Reaktionsharzsystems können selbstverständlich auch auf die erfindungsgemäße Bauteilanordnung übertragen werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Formulierungsbeispiele für Reaktionsharzsysteme weiter erläutert. Dabei haben die verwendeten Substanzbezeichnungen die folgende Bedeutung: Epoxidharz 1 Bisphenol A-Epoxidharz, modifiziert mit 40 Gewichts-% Silikonelastomerpartikel (additionsvernetzt)
Epoxidharz 2 Bisphenol A-Epoxidharz
Epoxidharz 3 Bisphenol A/F-Epoxidharz, modifiziert mit 40 Gewichts-% Siliziumdioxid-Nanopartikeln
Siliziumdioxid 1 pyrogenes hydrophiles Siliziumdioxid mit einer mittleren Größe der Primärteilchen von 12 nm und einer BET-Oberfläche von
200 m2/g
Härter 1 latent beschleunigter Anhydridhärter
Härter 2 schneller Aminhärter aus Polyaminen, mehrheitlich Isophorondiamin
Formulierung 1
Diese Formulierung enthielt 100 Gewichtsteile des Epoxidharzes 1 und 51 Gewichtsteile des Härters 1. Das ausgehärtete System wies eine Glasübergangstemperatur Tg von ca. 160 0C auf.
Formulierung 2
Diese Formulierung enthielt 100 Gewichtsteile des Epoxidharzes 1 und 20 Gewichtsteile des Härters 2. Das ausgehärtete System wies eine Glasübergangstemperatur Tg von ca. 130 0C auf.
Formulierung 3
Diese Formulierung enthielt 50 Gewichtsteile des Epoxidharzes 1 und 50 Gewichtsteile des Epoxidharzes 2 sowie 64,5 Gewichtsteile des Härters 1. Das ausgehärtete System wies eine Glasübergangstemperatur Tg von ca. 160 0C auf.
Formulierung 4 Diese Formulierung enthielt 50 Gewichtsteile des Epoxidharzes 1 und 50 Gewichtsteile des Epoxidharzes 3 sowie 51 Gewichtsteile des Härters 1. Das ausgehärtete System wies eine Glasübergangstemperatur Tg von ca. 160 0C auf.
Formulierung 5
Diese Formulierung enthielt 100 Gewichtsteile des Epoxidharzes 1 und 6 Gewichtsteile des Thixotropiemittels Siliziumdioxid 1 sowie 51 Gewichtsteile des Härters 1. Das ausgehärtete System wies eine Glasübergangstemperatur Tg von ca. 160 0C auf.
Formulierung 6
Diese Formulierung enthielt 100 Gewichtsteile des Epoxidharzes 1 und 6 Gewichtsteile des Thixotropiemittels Siliziumdioxid 1 sowie 20 Gewichtsteile des Härters 2. Das ausgehärtete System wies eine Glasübergangstemperatur Tg von ca. 130 0C auf.
Formulierung 7
Diese Formulierung enthielt 50 Gewichtsteile des Epoxidharzes 1 und 50 Gewichtsteile des Epoxidharzes 2, weiterhin 5,25 Gewichtsteile des Thixotropiemittels Siliziumdioxid 1 sowie 61 Gewichtsteile des Härters 1. Das ausgehärtete System wies eine Glasübergangstemperatur Tg von ca. 160 0C auf.
Formulierung 8
Diese Formulierung enthielt 50 Gewichtsteile des Epoxidharzes 1 und 50 Gewichtsteile des Epoxidharzes 3, weiterhin 4,5 Gewichtsteile des Thixotropiemittels Siliziumdioxid 1 sowie 49 Gewichtsteile des Härters 1. Das ausgehärtete System wies eine Glasübergangstemperatur Tg von ca. 160 0C auf.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Klebverbindung werden nachfolgend dokumentiert.
In einer Untersuchung wurde mittels der erfindungsgemäßen Formulierungen eine piezoelektrische Keramik auf eine Impedanzanpassungsschicht geklebt. Diese Keramik wies entsprechende Kontaktierungen auf, so dass sie Ultraschall erzeugen konnte. Die Amplitude des von der piezoelektrischen Keramik durch die Impedanzanpassungsschicht abgegebenen Ultraschalls wurde ermittelt. Während der Ultraschallabgabe wurde gleichzeitig ein Temperaturschockwechsel durchgeführt. Hierbei wechselte die Temperatur der Ultraschallanordnung von -40 0C auf +140 0C in 5 Sekunden und dann zurück von +140 0C auf -40 0C in 5 Sekunden. Für einem Zyklus wurde dieser Temperaturwechsel eine Stunde lang durchgeführt. Eine Verschlechterung der Eigenschaften der Klebstoffschicht manifestiert sich in einer
Verringerung der Ultraschallamplitude bei steigender Anzahl von Temperaturschockwechseln.
Es zeigte sich, dass die Ultraschallamplitude bei den Versuchsexemplaren mit aus erfindungsgemäßen Formulierungen erhaltenen Klebstoffschichten im Verlaufe der
Temperaturschockwechselprüfung zunächst annähernd stabil blieb, bis sie langsam abnahm. So wurden über 800 Wechselzyklen durchlaufen, bevor eine die Gebrauchseigenschaften beeinträchtigende Abnahme der Ultraschallamplitude zu beobachten war. Bei nicht- erfindungsgemäßen Vergleichsklebeschichten aus Epoxyharzen zeigte von Beginn der Temperaturwechselprüfung an eine starke Abnahme der Ultraschallamplitude.
In einer weiteren Untersuchung wurde die Ultraschallamplitude in Abhängigkeit von der Temperatur bei auf einer Impedanzanpassungsschicht aufgeklebten piezoelektrischen Keramiken ermittelt. Auch hier wurden für die Klebeschicht erfindungsgemäße und nicht- erfindungsgemäße Epoxyharz-Formulierungen verwendet.
Es zeigte sich, dass bei mit erfindungsgemäß verklebten Versuchsexemplaren sowohl die absolute Ultraschallamplitude höher als auch ihre Abnahme bei steigender Temperatur bis hin zum Glasübergangspunkt des Epoxyharzes geringer als bei den
Vergleichsklebstoffen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Verkleben von Bauteilen unter Ausbildung einer mindestens im Temperaturbereich von > 100 0C bis < 160 0C funktionsfähigen Klebstoffschicht, wobei die Klebstoffschicht aus einem härtbaren Reaktionsharzsystem erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsharzsystem eine Epoxidharzkomponente (A) und in der Epoxidharzkomponente (A) dispergierte Polymerpartikel (B) umfasst, wobei weiterhin die dispergierten Polymerpartikel additionsvernetztes Silikonelastomer umfassen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Reaktionsharzsystem weiterhin eine Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C) umfasst, diese Komponente (C) hydrophile pyrogene Siliziumdioxidpartikel umfasst, welche in Form von Aggregaten oder Agglomeraten von Primärpartikeln vorliegen und wobei die Primärpartikel eine mittlere Teilchengröße von > 1 nm bis < 25 nm aufweisen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Komponente zur Einstellung thixotroper EEiiggeennsscchhaafftteenn ((CC)) eeiinnee ssppeezziiffiisscchhee BBEETT--OObbeerrflflääcchhee Λ von > 100 m2/g bis < 300 m2/g und eine Stampfdichte von > 20 g/l bis < 80 g/l aufweist.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Epoxidharzkomponente (A) ein Harz auf der Basis von Bisphenol A, Bisphenol B und/oder Bisphenol F umfasst.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gewichtsanteil der Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C) zum Gesamt-Gewichtsanteil der im Reaktionsharzsystem vorliegenden Epoxidharzkomponenten in einem Verhältnis von > 0,1 :100 bis < 10:100 steht.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Reaktionsharzsystem weiterhin eine Härterkomponente (D) ausgewählt aus Anhydridhärter und/oder Aminhärter umfasst.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bauteile piezoelektrische
Keramiken und/oder Elemente der seltenen Erden umfassende Permanentmagnete sind.
8. Verwendung eines Reaktionsharzsystems umfassend eine Epoxidharzkomponente (A) und in der Epoxidharzkomponente (A) dispergierte Polymerpartikel (B), wobei weiterhin die dispergierten Polymerpartikel additionsvernetztes Silikonelastomer umfassen, zum
Verkleben von Elemente der seltenen Erden umfassenden Magneten.
9. Verwendung gemäß Anspruch 8, wobei das Reaktionsharzsystem weiterhin eine Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C) umfasst, diese Komponente (C) hydrophile pyrogene Siliziumdioxidpartikel umfasst, welche in Form von Aggregaten oder Agglomeraten von Primärpartikeln vorliegen und wobei die Primärpartikel eine mittlere Teilchengröße von > 1 nm bis < 25 nm aufweisen.
10. Verwendung eines Reaktionsharzsystems umfassend eine Epoxidharzkomponente (A) und in der Epoxidharzkomponente (A) dispergierte Polymerpartikel (B), wobei weiterhin die dispergierten Polymerpartikel additionsvernetztes Silikonelastomer umfassen, zum Verkleben von piezoelektrischen Keramiken..
11. Verwendung gemäß Anspruch 10, wobei das Reaktionsharzsystem weiterhin eine Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C) umfasst, diese Komponente
(C) hydrophile pyrogene Siliziumdioxidpartikel umfasst, welche in Form von Aggregaten oder Agglomeraten von Primärpartikeln vorliegen und wobei die Primärpartikel eine mittlere Teilchengröße von > 1 nm bis < 25 nm aufweisen.
12. Bauteilanordnung, umfassend eine piezoelektrische Keramik, eine
Impedanzanpassungsschicht sowie eine mit der piezoelektrischen Keramik und der Impedanzanpassungsschicht in Kontakt befindliche Klebstoffschicht, wobei die Klebstoffschicht aus einem härtbaren Reaktionsharzsystem erhalten wird, welches eine Epoxidharzkomponente (A) und in der Epoxidharzkomponente (A) dispergierte Polymerpartikel (B) umfasst, wobei weiterhin die dispergierten Polymerpartikel additionsvernetztes Silikonelastomer umfassen.
13. Bauteilanordnung gemäß Anspruch 12, wobei das Reaktionsharzsystem weiterhin eine Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C) umfasst, diese
Komponente (C) hydrophile pyrogene Siliziumdioxidpartikel umfasst, welche in Form von Aggregaten oder Agglomeraten von Primärpartikeln vorliegen und wobei die Primärpartikel eine mittlere Teilchengröße von > 1 nm bis < 25 nm aufweisen.
14. Bauteilanordnung gemäß Anspruch 13, wobei die Komponente zur Einstellung thixotroper Eigenschaften (C) eine spezifische BET-Oberfläche von > 100 m2/g bis < 300 m /g und eine Stampfdichte von > 20 g/l bis < 80 g/l aufweist.
15. Bauteilanordnung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die piezoelektrische Keramik ein Ultraschallwandler ist.
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