WO2011107351A1 - Verfahren zur verklebung von substraten - Google Patents

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WO2011107351A1
WO2011107351A1 PCT/EP2011/052388 EP2011052388W WO2011107351A1 WO 2011107351 A1 WO2011107351 A1 WO 2011107351A1 EP 2011052388 W EP2011052388 W EP 2011052388W WO 2011107351 A1 WO2011107351 A1 WO 2011107351A1
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WO
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heat
resins
adhesive
activatable
workpiece
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PCT/EP2011/052388
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Marc Husemann
Frank Hannemann
Hans Karl Engeldinger
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Tesa Se
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    • C09J2475/00—Presence of polyurethane

Definitions

  • the present invention relates to the bonding of plastic elements from the electronics industry by means of heat-activatable films and ultrasound.
  • Adhesive tapes are used regularly to join two joining partners.
  • pressure-sensitive adhesive tapes also referred to as self-adhesive tapes
  • the pressure-sensitive adhesive tapes usually have only limited adhesive forces.
  • the bond strengths are often no longer sufficient to effect a stable adhesive bond. For example, in the electronics sector, this problem occurs due to a progressive miniaturization of electronic devices and equipment, for example those from the consumer goods sector.
  • Another method for assembling two joining partners is the so-called ultrasonic welding. At least one of the substrate surfaces is softened by the action of ultrasound and thus welded to the other substrate surface.
  • the welding of plastics together is possible, especially in plastics, which have relatively similar melting temperatures. Unfortunately, this is rarely the case in the electronics industry. Often different plastics are connected.
  • ultrasonic welding As with all other welding processes, the material is also melted by applying heat at the welding point during ultrasonic welding. In ultrasonic welding, the necessary heat is generated by a high-frequency mechanical vibration. The main feature of this method is that the heat required for welding between the components is created by molecular and boundary surface friction in the components. Thus, ultrasonic welding belongs to the group of friction welding.
  • the ultrasonic welding device required for this purpose consists essentially of the assemblies:
  • the ultrasonic frequency is generated by means of the generator. This converts the mains voltage into a high-frequency high voltage.
  • the electrical energy thus generated is transmitted to an ultrasonic transducer, the so-called converter.
  • the converter operates in particular according to the piezoelectric effect, in which the property of certain crystals, which expand and contract when applied alternating electric field, is used. This results in mechanical vibrations, which are transmitted via an amplitude transformation piece on a stamp, the so-called sonotrode or welding horn.
  • the amplitude of the Vibration can be affected by the amplitude transformation piece in size.
  • the vibrations are transmitted under pressure, in particular in the range of 2 to 5 N / mm 2 , to the workpiece clamped between the sonotrode and an anvil, whereby the necessary heat for the welding process is produced by molecular and boundary surface friction. Due to the local temperature, at least one of the joining partners or their surface begins to soften, and the damping coefficient increases. The increase of the damping factor leads to further heat generation, which ensures the effect of a self-accelerating reaction. This process is characterized by very low welding times and thus often high efficiency.
  • the welded joint After cooling, the welded joint is tight. Since the sonotrode is permanently exposed to ultrasonic vibrations, the demands on the material are very high. In most cases, carbide-coated titanium is therefore used. If the plastics to be joined soften significantly different melting temperatures, the welding is problematic because the welding temperature must at least equal the temperature of the higher of the two melting points. Thus, the plastic with the lower melting point is exposed early to a high temperature load, which can lead to undesirable structural changes. Frequently, the joining partners are not heated until melting, but the connection is effected by a mechanical toothing of the joining partners with each other, but this causes lower stabilities of the joint assembly.
  • a modification of the ultrasonic welding is given by the fact that not soften the joining partners themselves, but between the joining partners, a connecting element is provided which melts by ultrasonic activation and thus causes the joining between the joining partners. This is of particular interest if the joining partners do not melt or if the temperature is too high or are temperature-sensitive.
  • Heat-activatable adhesive films can also be activated to effect the bonding by means of the aforementioned technique.
  • the bonding of joining partners by means of heat-activatable films activated by ultrasonic technology has already been described for automotive applications (WO 2009/021801 A).
  • the method according to the prior art is not suitable for the bonding of a large number of joining partners, since they are not equal to the mechanical influence of the sonotrode and either their surface or the joining partner itself would be destroyed. This problem arises in particular in joining partners of very brittle, fragile materials, from too soft materials, from temperature-sensitive materials or in cases where the bond area between the joining partners is very small and therefore high bond strengths must be achieved, which regularly preferred can be achieved at higher temperature activatable adhesive systems.
  • the activations described in particular do not meet the requirements of the electronics industry, since the bond areas are significantly smaller and thus higher bond strengths are required.
  • optical components are often glued together in the electronics industry.
  • An example is e.g. PMMA windows on polycarbonate / acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer plastics, (PC / ABS), or glasses, or on glass fiber reinforced polyamide housings.
  • the ultrasound activation can cause (mechanically induced) damage, which then no longer makes the materials appear optically clear, or in the case of glasses, e.g. a complete destruction of the material occur.
  • the object of the invention is to provide a method which enables ultrasound activation for a larger number of heat-activatable bonds and in particular to allow adhesions in the electronics sector via such a method.
  • This object is achieved by a method for bonding two parts to be joined by means of a composite element, in particular a heat-activated adhesive film, wherein the composite element is first arranged between the adherends to be bonded, so that a workpiece is formed, the workpiece is brought into the contact region of a sonotrode and the heating the adhesive sheet is caused by means of ultrasonic activation such that ultrasonic vibrations are transmitted under pressure to the workpiece by means of the sonotrode, wherein according to the invention a layer of at least one protective material (“protective material layer”) is provided between the sonotrode and the workpiece.
  • a layer of at least one protective material (“protective material layer”) is provided between the sonotrode and the workpiece.
  • the inventive method is preferably carried out in such a way that the protective material layer is removed after bonding by means of the heat-activated adhesive film back from the workpiece, for example, together with the sonotrode.
  • the protective material layer is therefore used only temporarily, ie not as a permanent layer.
  • the ultrasonic activation can also be used for a large number of such applications of a heat-activatable adhesive film, for which this is not possible by the prior art processes.
  • the protective material can take on a surface-protecting function and / or a dampening function.
  • the protective material layer does not have to be excessively strong, in unexpected ways a significant effect could already be determined by layer thicknesses of a few 10 ⁇ m.
  • a plastic film or a film made of a plastic composite is used as the protective material layer.
  • Such films are also referred to as sacrificial films, since they - as stated above - preferably after the bonding process is removed again from the joining compound.
  • the sacrificial foil may in the simplest case be e.g. consist of polyethylene or polypropylene and has a thickness of preferably 20 to 100 ⁇ . Damage to the sacrificial foil can occur here. It may therefore be advantageous to use sacrificial foils which have higher mechanical stability, such as e.g. those of or based on polyurethane, polyimide and / or polyester, more preferably polyethylene terephthalate (PET). For temporary fixation, it can also be advantageous if these films are provided on one side with a weakly adhesive PSA. According to the invention, the bond strength of these single-sided pressure-sensitive adhesive tapes according to PSTC-101 is preferably less than 1.5 N / cm. The PSA should be removable residue-free in a preferred design.
  • softer films In the event that brittle-sensitive materials are bonded, it is advantageous to use softer films. These should preferably have a Shore hardness D (15 sec. Value) of less than 60, preferably less than 50.
  • the Shore hardness is a material characteristic for elastomers and plastics and is specified in the DIN 53505 and DIN 7868 standards.
  • the density of polyethylene (PE) can be modified. Particular preference is given to low-density polyethylene (LDPE; High pressure polyethylene) having a density ranging from 0.910 to 0.940 g / cm 3 .
  • LLDPE linear low-density polyethylene
  • the protective material layer in particular the sacrificial foil, is reversibly self-adhesive, either inherently self-adhesive and / or comprising at least one layer of self-adhesive compositions.
  • This allows a good positioning of the protective layer and a good fate to achieve the desired position during the process.
  • the stickiness of the protective layer is advantageously low, so that the protective layer can be easily removed from the workpiece again.
  • the method known for ultrasonic welding as shown in the introductory part of this document, is advantageously used, wherein it is modified by the inventive use of the protective material layer.
  • the composite element is heated and brought to its application temperature (equal to or greater than the activation temperature).
  • the workpiece for holding the component of a molded plastic such. a cast phenolic resin or polyurethanes.
  • the materials are slightly softer than the commonly used metals, such as aluminum or stainless steel, and so can also have a dampening effect.
  • a foam or a blanket can be used in an advantageous embodiment.
  • Printing blankets are characterized by usually by a fabric layer, a pore layer and a rubbery layer, wherein the latter may also be a blend with EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymers).
  • An essential feature is the Shore hardness. The Shore hardness is preferably between 20 and 150, very preferably between 50 and 100.
  • one or more blankets can be used, as they are known in particular from the printing industry.
  • foams based on e.g. Rubbers, silicones, polyethylenes, polyethylene / EVA mixtures or polyurethane-based.
  • the material should preferably have at least a thickness of 1 mm.
  • heat-activatable films can be monolayer systems based on a heat-activated adhesive; optionally an additized heat-activatable adhesive.
  • the heat-activatable film consists of a layer of the (optionally additivated) heat-activatable adhesive.
  • heat-activatable films are used which are composed of two or more interconnected layers (optionally each independently optionally additivated) heat-activatable heat-activatable adhesives used.
  • a heat-activatable film consists of two laminated (or otherwise interconnected) heat-activatable adhesive layers.
  • the individual adhesive layers, in particular the outer adhesive layers can be excellently adapted to the respective joining partner to be bonded.
  • two elastomer-based films, two thermoplastic-based films, or a composite elastomer-based film and a thermoplastic-based film may be used.
  • a composite of two acrylate-based films or a composite of an acrylate-based film with an elastomeric or thermoplastic-based film may be excellent for the particular application.
  • heat-activatable films comprising at least one carrier or reinforcing film or a plurality of carrier and / or reinforcing films which have at least two outer layers of heat-activatable adhesives can be used.
  • the outer heat-activatable adhesive layers may be identical or different, with the same applies to the adhesive layers, what has already been presented above for the carrierless two- or multi-layer heat-activatable adhesive film.
  • a carrier-free training for example as an adhesive tape with two different adhesives or comprising only one layer of adhesive (so-called transfer adhesive tapes) is particularly useful if the composite element should have as small a height as possible, such as in bonding in the miniature area.
  • transfer adhesive tapes are very useful when glued on rougher plastic surfaces, since then the heat-activatable film has a much better flow and thus better wetting takes place.
  • the training with an additional carrier for example, particularly advantageous when a particularly high mechanical stability of the composite element itself is required, such as highly loaded compounds and to improve the punchability when using stamped parts as a composite element.
  • the flow behavior is minimized for very small diecuts, so that the diecuts remain dimensionally stable during the ultrasonic activation.
  • two or more (not interconnected), identical or different heat-activatable films in particular each of the films according to one of the aforementioned embodiments, be used for bonding the joining partners.
  • heat-activatable adhesive film As heat-activatable adhesive film (s), it is possible in principle to use all known films based on heat-activatable adhesives which are known from the prior art and which are suitable for bonding the respective joining partners (thus the heat-activatable films should advantageously also be selected in the application according to the invention be that none of the joining partners at the respective activation energy of the heat-activatable film (s) used damage).
  • thermoplastic heat-activatable films and / or elastic heat-activatable films are advantageously possible to use thermoplastic heat-activatable films and / or elastic heat-activatable films.
  • reactive heat-activatable films here in particular the heat-activatable films, which comprise at least one elastomeric component and one or more reactive components, in particular reactive resins, or consist of the abovementioned components.
  • the adhesive mass (s) used for or for the heat-activatable film (s) are those which are as short as possible Allow process times. In combination with the ultrasound activation, the entire process of joining the plastic elements can be done very quickly and efficiently. It has been shown that it is favorable if heat-activatable adhesives are selected which have process times of below 10 s, preferably below 5 s, more preferably below 2 s for activation.
  • the cooling phase under pressure preferably proceeds in a time frame between 1 and 30 seconds, particularly preferably below 10 seconds, particularly preferably below 5 seconds. The pressure depends on the type of heat-activatable adhesives used. Thus, for thermoplastic heat-activatable film in the ultrasonic phase and in the cooling phase preferably between 1 .5 and 8 bar used.
  • heat-activatable films preferably between 2 and 15 bar, very preferably between 3 and 12 bar are applied in the ultrasonic phase and in the cooling phase. It is also possible that the pressure level differs in the ultrasonic phase and in the cooling phase.
  • Heat-activatable films are used very advantageously, which can be heated particularly well by ultrasound.
  • a preferred group of heat-activatable films used is that of the elastic - and therefore vibration-inducing - materials, in particular the rubbers. It is very advantageous to use films based on (heat-activatable) nitrile rubber compositions, very particularly preferably films based on reactive systems.
  • elastomers can be used advantageously nitrile butadiene rubbers. Suitable nitrile butadiene rubbers are available, for example, from EuropriEn TM from Eni Chem, or from Krynac TM and Perbunan TM from Bayer, or from Breon TM and Nipol N TM from Zeon. Hydrogenated nitrile-butadiene rubbers are available under Therban TM from Bayer and Zetpol TM from Zeon. Nitrile butadiene rubbers are polymerized either hot or cold.
  • the nitrile rubber (s) preferably have an acrylonitrile content of 15 to 45% by weight. With acrylonitrile contents of more than 15% by weight, complete phase separation with the reactive resins can usually be avoided.
  • Another criterion for the nitrile rubber is the Mooney viscosity. As a high flexibility in Low temperatures should be ensured, the Mooney viscosity should be below 100 (Mooney ML 1 +4 at 100 ° C).
  • Commercial examples of such nitrile rubbers are, for example, Nipol TM N917 from Zeon Chemicals.
  • the elastomer component may advantageously comprise carboxyl-, amine-, epoxy- or methacrylate-terminated nitrile-butadiene rubbers, preferably with a proportion of the abovementioned modified nitrile-butadiene rubbers of not more than 20% by weight.
  • Such elastomers are particularly preferably used with a molecular weight of M w ⁇ 20,000 g / mol and an acrylonitrile content of 5% to 30%. With an acrylonitrile content of at least 5% or more, in turn, a good miscibility of the components can be realized.
  • Commercial examples of such terminated nitrile rubbers are, for example, Hycar TM from Noveon.
  • carboxy-terminated nitrile-butadiene rubbers preference is given to using rubbers having a carboxylic acid number of from 15 to 45, very preferably from 20 to 40.
  • the carboxylic acid number corresponds to the amount of KOH (value in milligrams) needed to completely neutralize the carboxylic acid.
  • amine-terminated nitrile-butadiene rubbers particularly preferred are rubbers having an Armin value of from 25 to 150, more preferably from 30 to 125.
  • the Armin value refers to the amine equivalents determined by titration against HCl in ethanolic solution.
  • the Armin value is based on amine equivalents per 100 grams of rubber divided by 100.
  • Reactive resins are advantageously added as a further component to the elastomer component.
  • the proportion of reactive resins in the heat-activable adhesive is preferably between 25 and 75 wt .-%.
  • reactive resins can be used very advantageously epoxy resins, wherein the resins may be present in particular oligomeric and / or polymeric.
  • the molecular weight M w (weight average) of the epoxy resins used is preferably in the range from 100 g / mol up to a maximum of 10,000 g / mol for epoxy resins.
  • epoxy resins include epichlorohydrin, glycidyl esters, the reaction product of bisphenol A and epichlorohydrin, the reaction product of epichlorohydrin and p-aminophenol.
  • Commercial examples of epoxy resins useful in the present invention include, for example, Araldite TM 6010, CY-281 TM, ECN TM 1273, ECN TM 1280, MY 720, RD-2 from Ciba Geigy, DER TM 331, DER TM 732, DER TM 736, DEN TM 432, DEN TM 438, DEN TM 485 from Dow Chemical, Epon TM 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871, 872,1001, 1004, 1031 etc.
  • novolak resins can furthermore be used alone or in combination with other reactive resins, in particular those mentioned in this document.
  • Novolak resins are commercially available on Celanese's Epi-Rez TM 5132, Sumitomo Chemical's ESCN-001, Ciba Geigy's CY-281, DEN TM 431, DEN TM 438, Quatrex 5010 from Dow Chemical, RE 305S from Nippon Kayaku, Epiclon TM N673 from DaiNipon Ink Chemistry or Epicote TM 152 from Shell Chemical.
  • reactive resins alone or in combination with other - in particular the reactive resins mentioned in this document - melamine resins can be used, such as e.g. Cymel TM 327 and 323 from Cytec.
  • terpene phenolic resins such as e.g. Use NIREZ TM 2019 from Arizona Chemical.
  • phenolic resins such as. YP 50 from Toto Kasei, PKHC from Union Carbide Corp. and BKR 2620 from Showa Union Gosei Corp. deploy.
  • phenolic resole resins can also be used as reactive resins in combination with other phenolic resins.
  • reactive resins alone or in combination with other reactive resins, in particular those mentioned in this document, it is also possible to use polyisocyanates such as Coronate TM L from Nippon Polyurethane Ind., Desmodur TM N3300 or Mondur TM 489 from Bayer.
  • adhesive-increasing (tackifying) resins are also added as a further component; very advantageous to a proportion of up to 30 wt .-%, based on the total mixture of the activatable adhesive.
  • the tackifying resins to be added the previously known adhesive resins described in the literature can be used.
  • the adhesive for the heat-activatable adhesive film may optionally be added further additives.
  • crosslinkers and accelerators can also be optionally added to the mixture.
  • imidazoles commercially available as 2M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, PO550, L07N from Shikoku Chem. Corp. are suitable as accelerators. or Curezol 2MZ from Air Products.
  • crosslinkers are HMTA (hexamethylenetetramine) additives.
  • amines in particular tert. -Amine use for acceleration.
  • plasticizers can also be used.
  • plasticizers based on polyglycol ethers, polyethylene oxides, phosphate esters, aliphatic carboxylic acid esters and benzoic acid esters can advantageously be used according to the invention; furthermore aromatic carboxylic acid esters, relatively high molecular weight diols, sulfonamides and adipic acid esters.
  • the adhesive fillers eg fibers, carbon black, zinc oxide, titanium dioxide, chalk, solid or hollow glass spheres, microspheres of other materials, silica, silicates
  • nucleating agents e.g fibers, carbon black, zinc oxide, titanium dioxide, chalk, solid or hollow glass spheres, microspheres of other materials, silica, silicates
  • blowing agents e.g., blowing agents, adhesive-enhancing additives and thermoplastics
  • Compounding and / or anti-aging agents for example in the form of primary and secondary antioxidants or in the form of light stabilizers added.
  • additives can be added advantageously, such as polyvinyl formal, polyvinyl butyrals, polyacrylate rubbers, chloroprene rubbers, ethylene-propylene-diene rubbers, methyl-vinyl silicone rubbers, fluorosilicone rubbers, tetrafluoroethylene-propylene copolymer rubbers, butyl rubbers , Styrene-butadiene rubbers.
  • polyvinyl formal polyvinyl butyrals
  • polyacrylate rubbers such as polyvinyl formal, polyvinyl butyrals, polyacrylate rubbers, chloroprene rubbers, ethylene-propylene-diene rubbers, methyl-vinyl silicone rubbers, fluorosilicone rubbers, tetrafluoroethylene-propylene copolymer rubbers, butyl rubbers , Styrene-butadiene rubbers.
  • Polyvinyl butyrals are available, for example, under the name Butvar TM from Solucia, under Pioloform TM from Wacker and under Mowital TM from Kuraray.
  • Polyacrylate rubbers are available under Nipol AR TM from Zeon.
  • Chloroprene rubbers are available under Baypren TM from Bayer.
  • Ethylene-propylene-diene rubbers are available under Keltan TM from DSM, under Vistalon TM from Exxon Mobile and under Buna EP TM from Bayer.
  • Methyl vinyl silicone rubbers are available from Silastic TM from Dow Corning and Silopren TM from GE Silicones. Fluorosilicone rubbers are available under Silastic TM from GE Silicones.
  • Butyl rubbers are available on Esso Butyl TM from Exxon Mobile. Styrene-butadiene rubbers are available as Buna S TM from Bayer, and Europrene TM from Eni Chem and under Polysar S TM from Bayer. Polyvinylformals are available on Formvar TM from Ladd Research.
  • thermoplastic materials and / or mixtures thereof can be added to the heat-activatable adhesive composition based on elastomers, for example those from the group of the following polymers: polyurethanes, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymers, polyesters, hard Polyvinyl chlorides, soft polyvinyl chlorides, polyoxymethylenes, polybutylene terephthalates, polycarbonates, fluorinated polymers, such as.
  • elastomers for example those from the group of the following polymers: polyurethanes, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymers, polyesters, hard Polyvinyl chlorides, soft polyvinyl chlorides, polyoxymethylenes, polybutylene terephthalates, polycarbonates, fluorinated polymers, such as.
  • polytetrafluoroethylene polyamides, ethylene vinyl acetates, polyvinyl acetates, polyimides, polyethers, copolyamides, copolyesters, polyolefins, such as polyethylene, polypropylene, polybutene, polyisobutene, poly (metha) crylate.
  • the degree of hardness of the resulktierenden adhesives can be influenced.
  • the thermoplastic materials have a much lower attenuation, but they usually flow better after the heat reaction to a substrate.
  • the melting point of the adhesive can be varied.
  • Fluorinated polymers have a significantly higher temperature resistance.
  • synthetic rubbers such as, for example, styrene isoprene, di and triblock copolymers (SIS), styrene-butadiene, di- and triblock copolymers (SBS), styrene-ethylene-butadiene, di- and triblock copolymers (SEBS).
  • SIS styrene isoprene
  • SBS styrene-butadiene
  • SEBS styrene-ethylene-butadiene
  • the bond strength of the activatable adhesive can be increased by further targeted additivation.
  • Polyimine or polyvinyl acetate copolymers also use as adhesion-promoting additives.
  • heat-activatable films are those based on adhesives which in turn are based on thermoplastic materials.
  • Thermoplastic heat-activatable films are based on at least one thermoplastic component, in particular in such a way that the heat-activatable film also behaves thermoplastically.
  • the composition of the adhesive of the heat-activatable film and / or the heat-activatable film can itself be limited to the one thermoplastic component and / or to a mixture of thermoplastic components; However, other (non-thermoplastic) components and / or additives may also be added.
  • all amorphous and partially crystalline thermoplastics which are suitable for heat-activating the bonding of the respective joining partners, in particular of metal parts on plastics, metal parts or glasses, can be used for the invention.
  • thermoplastics having a melting temperature T s in the range of -10 ° C to + 40 ° C (crystalline and partially crystalline systems) and / or a glass transition temperature T G in the range of 85 ° C and 150 ° C (partially crystalline and amorphous Systems) are used.
  • the static glass transition temperature or the melting temperature is determined by differential scanning calorimetry according to DIN 53765.
  • Thermoplastics which are suitable according to the invention are, for example, polyesters or copolyesters, polyamides or copolyamides, thermoplastic polyurethanes, polyolefins, for example polyethylene (Hostalen®, Hostalen Polyethylen GmbH), polypropylene (Vestolen P®, DSM). Furthermore, it is also possible to use mixtures ("blends") of different thermoplastics, as well as heat-activatable films based on at least two different thermoplastics (eg double-sided coating or different coating on both carrier nonwoven sides).
  • poly-olefins are used as thermoplastic copoants.
  • Various heat-activatable poly- ⁇ -olefins are commercially available from Degussa under the trade name Vestoplast TM.
  • the thermoplastic component (s) can optionally be added with adhesion-increasing resins or reactive resins.
  • the proportion of the resins is advantageously between 2 and 30 wt .-% based on the thermoplastic or the thermoplastic blend.
  • tackifying resins and as reactive resins the compounds already described in the elastomeric films can be used.
  • thermoplastic heat-activated films can be added to the thermoplastic heat-activated films.
  • heat-activatable film As a heat-activatable film according to the present invention, it is also possible to use films based on heat-activatable acrylate-based adhesives; in the simplest Auslanderiungs such films consisting of a layer of a (optionally additivated) heat-activatable adhesive based on acrylate
  • the activatable adhesives consist of a base polymer a) comprising
  • a2) from 5 to 30% by weight of a copolymerizable vinyl monomer having at least one carboxylic acid and / or sulfonic acid and / or phosphonic acid group a3) from 1 to 10% by weight of a copolymerizable vinyl monomer having at least one epoxy group or one acid anhydride function
  • the polymer a) is itself or is a component of an activatable PSA which becomes tacky under the action of temperature and optional pressure and builds up a high bond strength after bonding and cooling as a result of solidification.
  • these activatable PSAs have different static glass transition temperatures T G, A or a melting point T S, A.
  • acrylic and methacrylic acid esters with unbranched or branched hydrocarbon chains in particular alkyl groups having 4 to 14 carbon atoms, preferably having 4 to 9 carbon atoms.
  • alkyl groups having 4 to 14 carbon atoms, preferably having 4 to 9 carbon atoms.
  • examples are n-butyl acrylate, n-pentyl acrylate, n-hexyl acrylate, n-heptyl acrylate, n-octyl acrylate, n-nonyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate, behenyl acrylate, their branched isomers, e.g. 2-ethylhexyl acrylate.
  • Further classes of compounds to be used, which can advantageously be added in small amounts under a1) are methyl methacrylates, cyclohexyl methacrylates, isobornyl acrylate and isobornyl methacrylates.
  • component a2) it is possible, for example, to use itaconic acid, acrylic acid, methacrylic acid, vinylacetic acid, fumaric acid, crotonic acid, aconitic acid, dimethylacrylic acid, ⁇ -acryloyloxypropionic acid, trichloroacrylic acid, vinylphosphonic acid, vinylsulfonic acid and vinylsulfonic acid, to name only a few.
  • the monomers of component a3) are, for example, glycidyl methacrylate, maleic anhydride and itaconic anhydride.
  • Suitable monomers of component a4) are, for example, vinyl esters, vinyl ethers, vinyl halides, vinylidene halides, vinyl compounds with aromatic rings and heterocycles in the ⁇ -position, to mention only a few here, but not by way of limitation. Concrete examples of these monomers are vinyl acetate, vinyl formamide, vinyl pyridine, ethyl vinyl ether, vinyl chloride, vinylidene chloride and acrylonitrile.
  • component a4) alone or in combination with other monomers, in particular the abovementioned monomers of component a4), compounds comprising the functional groups hydroxy, acid amide, isocyanato or amino groups can be used.
  • component a4) are hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate,
  • aromatic vinyl compounds wherein the aromatic nuclei preferably contain from 4 to 18 carbon atoms and may also contain heteroatoms.
  • Particularly preferred examples are styrene, 4-vinylpyridine, N-vinylphthalimide, methylstyrene, 3,4-dimethoxystyrene, 4-vinylbenzoic acid, although this list is not exhaustive.
  • the average molecular weights M w (weight average) of the acrylate component of the heat-activatable adhesives are very preferably chosen such that they are in a range from 20,000 to 2,000,000 g / mol; specially prepared for further use as a heat-activable adhesive having average molecular weights M w of 100,000 to 500,000 g / mol.
  • the determination of the average molecular weight is carried out by size exclusion chromatography (SEC).
  • SEC size exclusion chromatography
  • the acrylate component may advantageously be added to epoxy compounds, in particular epoxy resins.
  • the Epoxyverbiinditch are chosen in principle from the entire group of epoxy compounds.
  • the epoxy resins may be monomers, oligomers or polymers.
  • Polymeric epoxy resins may be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic in nature.
  • the epoxy resins preferably have at least 2 epoxy groups which can be used for crosslinking.
  • the molecular weight of the epoxy resins used preferably varies from 100 g / mol up to a maximum of 25,000 g / mol for polymeric epoxy resins.
  • the compounds already mentioned in the discussion of the elastomer systems can be used as epoxy resins.
  • the acrylate-based adhesive may contain other formulation ingredients such as fillers, pigments, rheological additives, adhesion enhancers, plasticizers, elastomers, anti-aging agents (antioxidants), sunscreens, UV absorbers, and other auxiliaries and additives such as desiccants (e.g. Example molecular sieve zeolites, calcium oxide), flow and leveling agents, wetting agents (surfactants) or catalysts.
  • desiccants e.g. Example molecular sieve zeolites, calcium oxide
  • flow and leveling agents e.g. Example molecular sieve zeolites, calcium oxide
  • wetting agents surfactants
  • fillers all finely ground solid additives such as chalk, magnesium carbonate, zinc carbonate, kaolin, barium sulfate, titanium dioxide or calcium oxide can be used. Further examples are talc, mica, silicic acid, silicates or zinc oxide. It is also possible to use mixtures of the substances mentioned.
  • Used pigments may be organic or inorganic in nature. There are all kinds of organic or inorganic color pigments in question, for example, white pigments such as titanium dioxide to improve the light and UV stability, and metal pigments.
  • rheological additives are fumed silicas, phyllosilicates
  • Additives for improving the adhesion may be, for example, substances from the groups of polyamides, epoxides or silanes.
  • plasticizers are phthalic acid esters, trimellitic esters, phosphoric esters, esters of adipic acid and other acyclic dicarboxylic acid esters, fatty acid esters, hydroxycarboxylic esters, alkylsulfonic esters of phenol, aliphatic, cycloaliphatic and aromatic mineral oils, hydrocarbons, liquid or semi-solid rubbers (for example nitrile or polyisoprene rubbers), liquid or semisolid polymers of butene and / or isobutene, acrylic esters, polyvinyl ethers, liquid and soft resins based on the raw materials, which also form the basis for tackifier resins, wool wax and other waxes, silicones and polymer plasticizers such as polyesters or polyurethanes.
  • plasticizers are phthalic acid esters, trimellitic esters, phosphoric esters, esters of adipic acid and other acyclic dicarboxylic acid esters, fatty acid est
  • Suitable resins are all natural and synthetic resins, such as rosin derivatives (for example, by disproportionation, hydrogenation or esterification derived derivatives), coumarone-indene and polyterpene resins, aliphatic or aromatic hydrocarbon resins (C-5, C-9 , (C-5) 2 resins), mixed C-5 / C-9 resins, hydrogenated and partially hydrogenated derivatives of the types mentioned, resins of styrene or ⁇ -methylstyrene and terpene-phenolic resins.
  • the adhesive resins already mentioned above can be used.
  • Suitable elastomers are, for example, EPDM rubbers (ethylene-propylene-diene copolymer) or EPM rubbers (ethylene-propylene copolymer), polyisobutylene, butyl rubber, ethylene-vinyl acetate, hydrogenated block copolymers of dienes (for example by hydrogenation of SBR (styrene Butadiene rubbers), BAN (butadiene-acrylonitrile copolymers), NBR (nitrile-butadiene rubbers), SBS (styrene-butadiene-styrene block copolymers), SIS (styrene-isoprene), cSBR (carboxylated styrene-butadiene rubber) Styrene block copolymers) or IR (isoprene rubbers), such polymers are known, for example, as SEPS (styrene-ethylene-propylene-styrene block copolymers) and SE
  • the preparation of the polymers for the heat-activable adhesives can be carried out by the customary processes known from the prior art.
  • the invention further relates to the use of ultrasonic activation for heating heat-activatable films, in particular the use of the method according to the invention and its variants, which are described in the context of this document, for the fields of application set out below.
  • Another area of application is the application in the electronic field, in particular in the field of electronic consumer goods.
  • metals, plastics, glasses with metals, plastics and / or glasses can be bonded here High strength can be achieved without causing damage to the bonded joining partners.
  • the inventive method is particularly suitable for bonding viewing windows, display windows, data displays or the like in electronic devices (in frame brackets, on the display or the like), without scratching the window material - or the housing - or otherwise take damage.
  • the object is achieved by a method for connecting two plastic elements, in particular for producing a plastic housing, by means of a composite element, in particular as described above.
  • a composite element formed as a surface element which has at least one adhesive which is initially non-adhesive.
  • This composite element is arranged between the plastic elements to be connected.
  • the composite element and the two plastic elements are arranged in the desired position, then applied a sacrificial foil between the plastic surface and ultrasound sonotrode and then activates the adhesive.
  • the activation of the adhesive creates a permanent connection between the plastic elements.
  • the method according to the invention offers the advantage that an occurrence of microstructural changes in the plastic elements can be reduced or completely avoided.
  • the positioning of the plastic elements and the composite element itself and thus the entire handling is significantly simplified. Nevertheless, a permanent connection is achieved, which withstands even greater load forces.
  • the composite element serves as a buffer, which compensates for a temperature difference between the plastic elements to be connected and thus reduces the structural change in the plastic elements.
  • the activation of the adhesive can be carried out in a particularly simple manner by means of ultrasonic welding.
  • such welding operations enable activation of the adhesive in very short process times.
  • process times of less than 10 s are possible.
  • the bond strength is determined by a dynamic shear test according to DIN EN 1465.
  • the bond area is 2 cm 2 .
  • a 3 mm thick PC plate with a width of 2 cm is connected to a PC plate with a width of 2 cm and a layer thickness of 3 mm by means of a heat-activatable film.
  • test samples are torn apart with a tensile tester at a test speed of 10 mm / min.
  • the result is given in N / mm 2 and represents the maximum force related to the bond area, which is measured to separate the test specimens (PC and PC).
  • the measurement is carried out at 23 ° C and 50% relative humidity.
  • a frame of 3 mm thick ABS (outside 50 x 40 mm, inside 30 x 24 mm) and a 1 mm thick PMMA window (45 x 35 mm) is centered with a rectangular, frame-shaped pattern of heat-activated film under ultrasonic heating and adhered to the inventive method.
  • the heat-activated film is rectangular and has a web width of 2 mm.
  • the entire bond area is 300 mm 2 .
  • the bonded PMMA window is then pressed out with a Zwick Tensile Tester by a punch at 10 mm / min. The stamp pushes out the middle of the window and has the dimensions 20 mm x 25 mm. The maximum required force is measured. Examples
  • Dynapol TM S1227 from Degussa was pressed between two layers of siliconized glassine release paper in a hot press at 140 ° C to 150 ⁇ .
  • the melting range of the copolyester is between 86 ° C and 109 ° C.
  • Grilltex TM 1442 E from EMS-Grilltech was pressed between two layers of siliconized glassine release paper in a hot press at 140 ° C to 150 ⁇ .
  • the melting range of the polymer is between 93 ° C and 121 ° C.
  • the bonding was carried out with the ultrasonic device, PS MPC (+) digital control 'from Hermann Ultraschalltechnik.
  • the device operates at 35 kHz and with a welding power of 1000 W.
  • Titanium carbide sonotrodes were used, which have the shape of the bonding surface for the two test specimens in test methods A and B.
  • the sonotrodes were used to apply pressure and ultrasound. Before the ultrasound activation, a mechanical fixation took place, so that the ultrasound could be targeted.
  • the sacrificial foil selected was a 40 ⁇ thick PE foil, whose extension exceeded that of the frame and which was inserted between the sonotrode and the workpiece.
  • the machine parameters used for bonding are in the Result part listed.
  • the lower fixation of the component was done with damping by a blanket. It was used by the company Phönix the model Sapphire® Carat.
  • the blanket has a thickness of 1 .96 mm and a total Shore hardness of 78 Shore A.
  • test specimens were produced by different methods.
  • bond strength was determined according to test method A (dynamic shear test).
  • US ultrasonic
  • Table 1 shows that very high bond strengths are already possible in the dynamic shear test using ultrasound technology. However, the comparison with the post-cooling under pressure also clarifies that even higher bonding strengths are possible by the pressure application without ultrasound compared to the reference examples without subsequent pressure application.
  • test method B is used very frequently in the field of mobile telephony.
  • the experiments carried out are described in Table 2.
  • the ultrasound was introduced from the side of the PMMA window.
  • Table 2 shows that higher adhesion strengths can be achieved in all cases by the additional application of pressure. Also, the sacrificial film had no negative impact on the bond strength in the push-out test. By varying the ultrasonic time, the bond strengths can be further increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verklebung zweier Fügeteile mittels einer hitzeaktivierbaren Klebefolie, wobei die hitzeaktivierbare Klebefolie zunächst zwischen den zu verklebenden Fügeteilen angeordnet wird, so dass ein Werkstück entsteht, das Werkstück in den Kontaktbereich einer Sonotrode gebracht wird und die Erwärmung der Klebmassenfolie mittels Ultraschallaktivierung derart hervorgerufen wird, das mittels der Sonotrode Ultraschallschwingungen unter Druck auf das Werkstück übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sonotrode und dem Werkstück eine Schicht eines Schutzmaterials vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Verklebunq von Substraten
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verklebung von Kunststoffelementen aus der Elektronikindustrie mittels Hitze-aktivierbarer Folien und Ultraschall.
Zum Zusammenfügen zweier Fügepartner werden regelmäßig Klebebänder eingesetzt. Dabei werden insbesondere Haftklebebänder (auch als Selbstklebebänder bezeichnet) eingesetzt, die häufig bereits bei der Kontaktierung mit der jeweils zu verklebenden Oberfläche, insbesondere aber unter Einwirkung eines gewissen Druckes, hineichende Klebkräfte aufweisen, um die Klebefügung der Fügepartner zu bewirken. Die Haftklebebänder weisen aber üblicherweise nur eingeschränkte Klebkräfte auf. Insbesondere in den Fällen, in denen nur eine sehr kleine Verklebungsfläche zur Verfügung steht, sind die Klebkräfte oftmals nicht mehr ausreichend, um einen stabilen Klebeverbund zu bewirken. Beispielweise im Elektronikbereich tritt dieses Problem durch eine voranschreitende Miniaturisierung der elektronischen Geräte und Apparaturen, beispielsweise solchen aus dem Konsumgüterbereich, auf.
Als Alternative zur Erzielung höherer Klebkräfte werden zunehmend hitzeaktivierbare Folien eingesetzt. Derartige Klebefolien weisen bei Raumtemperatur keine oder nur sehr geringe Klebkräfte auf, entwickeln aber durch Aktivierung mit Wärme deutlich höhere Klebkräfte, wobei die Verklebungsstärke nach Herstellung des Klebeverbundes und nach dem Abkühlen erhalten bleibt. Daher werden gegenüber konventionellen Haftklebebändern deutlich höhere Verklebungsfestigkeiten in den Produkten erzielt. Die zur Aktivierung notwendige Wärme wird üblicherweise durch eine Metallkontaktierung eingebracht. Daher werden derartige hitzeaktivierbaren Folien in der Elektronikindustrie insbesondere zur Verklebung von Metall/Kunststoffbauteilen eingesetzt. Der Einsatz für Kunststoff/Kunststoff-Verklebungen gestaltet sich schwierig, und derzeit werden hitzeaktivierbaren Folien in der Elektronikindustrie nicht eingesetzt. Es kommt hinzu, dass Kunststoffe als thermische Isolatoren wirken und somit einen schnellen Wärmeeintrag unterbinden. Aus dem Stand der Technik (DE 10 2005 037 662 A1 ; DE 10 2005 037 663 A1 ) ist die Verwendung eines Klebebandes bekannt, welches erst durch einen thermischen Schweißvorgang eine permanent klebende Verbindung mit einem polymeren Untergrund auf der einen Seite und einem weiteren Stück desselben Klebebandes auf der anderen Seite eingeht.
Ein weiteres Verfahren zum Zusammenfügung zweier Fügepartner (Substrate) ist das sogenannte Ultraschallschweißen. Zumindest eine der Substratoberflächen wird dabei durch die Einwirkung von Ultraschall erweicht und somit mit der anderen Substratoberfläche verschweißt. Somit ist insbesondere das Verschweißen von Kunststoffen miteinander möglich, ganz besonders bei Kunststoffen, die relativ ähnliche Schmelztemperaturen aufweisen. Leider ist dies in der Elektronikindustrie nur selten der Fall. Häufig werden verschiedene Kunststoffe miteinander verbunden.
Wie bei allen anderen Schweißverfahren wird auch beim Ultraschallschweißen an der Schweißstelle das Material durch Zuführen von Wärme aufgeschmolzen. Beim Ultraschallschweißen wird die notwendige Wärme durch eine hochfrequente mechanische Schwingung erzeugt. Das Hauptmerkmal dieses Verfahrens ist, dass die zum Schweißen notwendige Wärme zwischen den Bauteilen durch Molekular- und Grenzflächenreibung in den Bauteilen entsteht. Somit gehört das Ultraschallschweißen zur Gruppe des Reibschweißens.
Das hierzu erforderliche Ultraschallschweißgerät besteht im Wesentlichen aus den Baugruppen:
· Generator
• Schwinggebilde (Sonotrode)
• Amboss
Erzeugt wird die Ultraschallfrequenz mit Hilfe des Generators. Dieser wandelt die Netzspannung in eine hochfrequente Hochspannung um. Die so erzeugte elektrische Energie wird zu einem Ultraschall-Wandler, dem so genannten Konverter, übertragen. Der Konverter arbeitet insbesondere nach dem piezoelektrischen Effekt, bei dem die Eigenschaft bestimmter Kristalle, die sich bei angelegtem elektrischen Wechselfeld ausdehnen und zusammenziehen, genutzt wird. Hierdurch entstehen mechanische Schwingungen, die über ein Amplitudentransformationsstück auf einen Stempel, die so genannte Sonotrode oder Schweißhorn, übertragen werden. Die Amplitude der Schwingung kann durch das Amplitudentransformationsstück in ihrer Größe beeinflusst werden. Die Schwingungen werden unter Druck, insbesondere im Bereich von 2 bis 5 N/mm2, auf das zwischen der Sonotrode und einem Amboss eingespanntes Werkstück übertragen, wobei durch Molekular- und Grenzflächenreibung die notwendige Wärme für den Schweißprozess erzeugt wird. Durch die örtliche Temperatur beginnt zumindest einer der Fügepartner bzw. dessen Oberfläche zu erweichen, und der Dämpfungskoeffizient steigt. Die Zunahme des Dämpfungsfaktors führt zu weiterer Wärmeerzeugung, was den Effekt einer sich selbst beschleunigenden Reaktion gewährleistet. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch sehr geringe Schweißzeiten und dadurch oft hohe Wirtschaftlichkeit.
Nach dem Auskühlen ist die Schweißverbindung fest. Da die Sonotrode dauerhaft Ultraschallschwingungen ausgesetzt ist, sind die Anforderungen an das Material sehr hoch. Meistens wird daher carbidbeschichtetes Titan eingesetzt. Sofern die miteinander zu verbindenden Kunststoffe deutlich voneinander abweichende Schmelztemperaturen aufweichen, ist das Verschweißen problematisch, da die Schweißtemperatur mindestens der Temperatur des höheren der beiden Schmelzpunkte entsprechen muss. Damit wird der Kunststoff mit dem niedrigeren Schmelzpunkt schon frühzeitig einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt ist, die zu unerwünschten Gefügeveränderungen führen kann. Häufig werden die Fügepartner nicht bis zum Schmelzen erhitzt, sondern die Verbindung durch eine mechanische Verzahnung der Fügepartner miteinander bewirkt, was aber geringere Stabilitäten des Fügeverbundes bewirkt. Eine Abwandlung des Ultraschallschweißens wird dadurch gegeben, dass nicht die Fügepartner selbst erweichen, sondern zwischen den Fügepartnern ein Verbindungselement vorgesehen ist, welches durch Ultraschallaktivierung schmilzt und somit die Fügung zwischen den Fügepartnern bewirkt. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Fügepartner nicht oder bei zu hoher Temperatur schmelzen oder temperaturempfindlich sind.
Auch hitzeaktivierbare Klebefolien lassen sich zur Bewirkung der Verklebung mittels der vorgenannten Technik aktivieren. So ist beispielsweise bereits die Verklebung von Fügepartnern mittels hitzeaktivierbarer Folien, die durch Ultraschalltechnik aktiviert werden, für Automobilanwendungen beschrieben worden (WO 2009/021801 A). Das Verfahren gemäß des Stands der Technik ist aber für die Verklebung einer Vielzahl von Fügepartnern nicht geeignet, da diese dem mechanische Einfluss der Sonotrode nicht gewachsen sind und entweder deren Oberfläche oder der Fügepartner selbst zerstört werden würden. Diese Problematik stellt sich insbesondere bei Fügepartnern aus sehr spröden, zerbrechlichen Materialien, aus zu weichen Materialien, aus temperatursensitiven Materialien oder auch in den Fällen, in denen die Verklebungsfläche wischen den Fügepartnern sehr klein ist und daher hohe Verklebungsfestigkeiten erzielt werden müssen, was regelmäßig bevorzugt mit bei höherer Temperatur aktivierbaren Klebesystemen erreicht werden kann.
Die beschriebenen Aktivierungen genügen insbesondere nicht den Anforderungen der Elektronikindustrie, da hier die Verklebungsflächen bedeutend kleiner sind und somit höhere Verklebungsfestigkeiten erforderlich sind. Zudem werden in der Elektronikindustrie häufig optische Bauteile miteinander verklebt. Ein Beispiel sind z.B. PMMA-Fenster auf Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer-Kunststoffen, (PC/ABS), oder Gläser, oder auf Glasfaser-verstärkten Polyamid-Gehäusen. Hier können durch die Ultraschallaktivierung (mechanisch bewirkte) Schädigungen auftreten, die die Materialen anschließend nicht mehr optisch klar erscheinen lassen oder bei Gläsern kann z.B. eine komplette Zerstörung des Materials auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzubieten, die Ultraschall-Aktivierung für eine größere Zahl hitzeaktivierbarer Verklebungen zu ermöglichen und insbesondere Verklebungen im Elektronik-Bereich über ein solches Verfahren zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Verklebung zweier Fügeteile mittels eines Verbundelementes, insbesondere einer hitzeaktivierbaren Klebefolie, wobei das Verbundelement zunächst zwischen den zu verklebenden Fügeteilen angeordnet wird, so dass ein Werkstück entsteht, das Werkstück in den Kontaktbereich einer Sonotrode gebracht wird und die Erwärmung der Klebmassenfolie mittels Ultraschallaktivierung derart hervorgerufen wird, das mittels der Sonotrode Ultraschallschwingungen unter Druck auf das Werkstück übertragen werden, wobei erfindungsgemäß zwischen der Sonotrode und dem Werkstück eine Schicht zumindest eines Schutzmaterials („Schutzmaterial-Schicht") vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in bevorzugter Weise derart ausgeführt, das die Schutzmaterial-Schicht nach der Verklebung mittels der hitzeaktivierbaren Klebefolie wieder vom Werkstück entfernt wird, beispielsweise zusammen mit der Sonotrode. In vorteilhafter Weise wird die Schutzmaterial-Schicht daher nur temporär, also nicht als Permanent-Schicht, eingesetzt.
In überraschender Weise lässt sich die Ultraschallaktivierung bei Verwendung einer Schutzmaterial-Schicht auch für eine Vielzahl solcher Anwendungen einer hitzeaktivierbaren Klebfolie einsetzen, für die dieses nach den Verfahren nach dem Stand der Technik nicht möglich ist. Dabei kann das Schutzmaterial eine oberflächenschützende Funktion und/oder eine dämpfende Funktion einnehmen. Die Schutzmaterial-Schicht muss dabei nicht übermäßig stark ausgeführt werden, in unerwarteter Weise konnte bereits durch Schichtdicken von wenigen 10 μηη ein signifikanter Effekt festgestellt werden.
In einer vorteilhaften Vorgehensweise wird als Schutzmaterial-Schicht eine Kunststofffolie oder eine Folie aus einem Kunststoffverbund eingesetzt. Derartige Folien werden auch als Opferfolien bezeichnet, da sie - wie vorstehend ausgeführt - bevorzugt nach dem Verklebungsprozess wieder vom Fügeverbund entfernt wird.
Die Opferfolie kann im einfachsten Fall z.B. aus Polyethylen oder Polypropylen bestehen und weist eine Dicke von bevorzugt 20 bis 100 μηη auf. Ein Schädigung der Opferfolie kann dabei auftreten. Es kann daher von Vorteil sein, Opferfolien einzusetzen, die eine höhere mechanische Stabilität aufweisen, wie z.B. solche aus oder auf Basis von Polyurethan, Polyimid und/oder Polyester, besonders bevorzugt Polyethylenterephthalat (PET). Zur temporären Fixierung kann es auch von Vorteil sein, wenn diese Folien einseitig mit einer schwach klebenden Haftklebemasse ausgestattet sind. Dabei ist erfindungsgemäß die Klebkraft dieser einseitigen Haftklebebänder nach PSTC-101 bevorzugt kleiner 1 ,5 N/cm. Die Haftklebemasse sollte in einer bevorzugten Auslegung rückstandsfrei entfernbar sein.
Für den Fall, das bruchsensitive Materialien verklebt werden, ist es von Vorteil, weichere Folien einzusetzen. Dies sollten bevorzugt eine Shore-Härte D (15 sec. Wert) von kleiner 60, bevorzugt kleiner 50, aufweisen. Die Shore-Härte ist ein Werkstoff kennwert für Elastomere und Kunststoffe und ist in den Normen DIN 53505 und DIN 7868 festgelegt. Zur Herabsetzung der Shore-Härte D kann bei Polyethylen (PE) z.B. die Dichte modifiziert werden. Besonders bevorzugt wird Low-Density-Polyethylen (LDPE; Hochdruck-Polyethylen) mit einer Dichte im Bereich von 0,910 bis 0,940 g/cm3 eingesetzt. In einer weiteren sehr bevorzugten Auslegungsform wird LLDPE (Linear-Low- Density-Polyethylen) als Folienmaterial eingesetzt. In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist die Schutzmaterial-Schicht, insbesondere die Opferfolie, reversibel selbstklebend ausgestaltet, entweder inhärent selbstklebend und/oder umfassend zumindest eine Schicht einer Selbstklebemassen. Damit lässt sich eine gute Positionierbarkeit der Schutzschicht sowie ein guter Verbleib an gewünschter Position während des Prozesses erzielen. Die Klebrigkeit der Schutzschicht ist vorteilhaft gering, damit die Schutzschicht ohne Schwierigkeiten wieder vom Werkstück entfernt werden kann.
Denkbar sind auch Ausführungen, wobei die Schutzschicht dauerhaft auf dem Werkstück verklebt wird und nach Prozessende auf diesem dauerhaft verbleibt. Da die Schutzschicht im Prozess aber die Belastungen abfangen soll, die ansonsten auf das Werkstück einwirken würden, wären für diese Ausführung insbesondere prozessstabile Materialien einzusetzen.
Zur Ultraschallaktivierung wird vorteilhaft das zum Ultraschallschweißen bekannte Verfahren, wie es im einführenden Teil dieser Schrift dargestellt wurde, verwendet, wobei es durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Schutzmaterial-Schicht modifiziert ist. Dabei wird das Verbundelement erwärmt und auf seine Anwendungstemperatur (gleich oder größer der Aktivierungstemperatur) gebracht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkstück selbst dämpfend gelagert ist, um die durch die
Schwingungen hervorgerufene mechanische Belastung des Werkstücks zu verringern.
Dies kann insbesondere durch eine gedämpfte Lagerung des Werkstücks erzielt werden.
Auch kann das Werkstück zur Halterung des Bauteils aus einem Formkunststoff, wie z.B. einem gegossenen Phenolharz oder Polyurethanen, gefertigt sein. Die Materialien sind etwas weicher als die üblicherweise eingesetzten Metalle, wie Aluminium oder Edelstahl, und können so auch eine dämpfende Wirkung haben.
Für die gedämpfte Lagerung kann in einer vorteilhaften Ausführung ein Schaum oder ein Drucktuch eingesetzt werden. Drucktücher kennzeichnen sich durch in der Regel durch eine Gewebeschicht, eine Porenschicht und einer kautschukartigen Schicht, wobei letztere auch eine Mischung mit EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymeren) sein kann. Ein wesentliches Charakteristikum ist auch hier die Shore-Härte. Die Shore-Härte liegt hier bevorzugt zwischen 20 und 150, sehr bevorzugt zwischen 50 und 100.
Sehr vorteilhaft können beispielsweise eines oder mehrere Drucktücher eingesetzt werden, wie sie insbesondere aus der Druckindustrie bekannt sind. Neben den Drucktüchern können aber auch Schäume auf Basis von z.B. Kautschuken, Silikonen, Polyethylenen, Polyethylen/EVA Gemischen oder auf Polyurethanbasis eingesetzt werden. Auch für diese wird vorteilhaft eine Shore-Härte zwischen 20 und 150, sehr bevorzugt zwischen 50 und 100, gewählt. Das Material sollte bevorzugt zumindest eine Dicke von 1 mm besitzen.
Als hitzeaktivierbare Folien lassen sich einschichtige Systeme auf Basis einer hitzeaktivierbaren Klebemasse; optional einer additivierten hitzeaktivierbaren Klebemasse, einsetzen. In einer ersten Ausführung besteht die hitzeaktivierbare Folie dabei aus einer Schicht der (ggf. additivierten) hitzeaktivierbaren Klebemasse.
Als weitere Ausführungsform werden hitzeaktivierbare Folien eingesetzt, die aus zwei oder aus mehreren miteinander verbundenen Schichten (ggf. jeweils unabhängig voneinander optional additivierter) hitzeaktivierbarer hitzeaktivierbarer Klebemassen aufgebaut sind, eingesetzt. In der einfachsten Ausführung besteht eine derartige hitzeaktivierbare Folie aus zwei laminierten (oder anderweitig miteinander verbundenen) hitzeaktivierbaren Klebemassenschichten. Dabei können die einzelnen Klebemassenschichten, insbesondere die außenliegenden Klebemassenschichten, hervorragend an den jeweils zu verklebenden Fügepartner angepasst sein.
Es können beispielweise zwei Folien auf Elastomerbasis, zwei Folien auf Thermoplastenbasis oder ein Verbund aus einer Folie auf Elastomerbasis und einer Folie auf Thermoplastenbasis eingesetzt werden. Auch ein Verbund aus zwei Folien auf Acrylatbasis oder ein Verbund aus einer Folie auf Acrylatbasis mit einer Folie auf Elastomer- oder auf Thermoplastenbasis kann für die jeweilige Anwendung hervorragend geeignet sein.
Schließlich können hitzeaktivierbare Folien umfassend zumindest eine Träger- oder Verstärkungsfolie oder mehrere Träger- und/oder Verstärkungsfolien eingesetzt sein, die zumindest zwei außenliegende Schichten hitzeaktivierbarer Klebemassen aufweisen. Die außenliegenden hitzeaktivierbaren Klebemassenschichten können dabei identisch oder unterschiedlich sein, wobei für die Klebemassenschichten das gleiche gilt, was vorstehend für die trägerlose zwei- bzw. mehrschichtige hitzeaktivierbare Klebefolie bereits dargestellt wurde.
Eine trägerfreie Ausbildung, etwa als Klebeband mit zwei unterschiedlichen Klebmassen oder umfassend nur eine Klebemassenschicht (sogenannte Transferklebebänder), ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Verbundelement insgesamt eine möglichst geringe Höhe aufweisen soll, etwa bei Verklebungen im Miniaturbereich. Auch sind Transferklebebänder sehr sinnvoll, wenn auf raueren Kunststoffoberflächen verklebt wird, da dann die Hitze-aktivierbare Folie einen deutlich besseren Fluss aufweist und somit eine bessere Benetzung stattfindet.
Demgegenüber ist die Ausbildung mit einem zusätzlichen Träger zum Beispiel dann besonders günstig, wenn eine besonders hohe mechanische Stabilität des Verbundelements selbst erforderlich ist, etwa bei hochbelasteten Verbindungen sowie zur Verbesserung der Stanzbarkeit bei Verwendung von Stanzteilen als Verbundelement. Zudem wird bei sehr kleinen Stanzlingen das Fließverhalten minimiert, so dass die Stanzlinge während der Ultraschallaktivierung dimensionsstabil bleiben.
Alternativ können zwei oder mehrere (nicht miteinander verbundene), identische oder unterschiedliche hitzeaktivierbare Folien, insbesondere jede der Folien gemäß einer der vorgenannten Ausführungen, zur Verklebung der Fügepartner eingesetzt werden.
Als hitzeaktivierbare Klebefolie(n) lassen sich grundsätzlich alle bekannten Folien auf Basis hitzeaktivierbarer Klebmassen einsetzen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind und die für die Verklebung der jeweiligen Fügepartner geeignet sind (so sollten auch bei der erfindungsgemäßen Anwendung die hitzeaktivierbaren Folien vorteilhaft derart gewählt werden, dass keiner der Fügepartner bei der jeweiligen Aktivierungsenergie der verwendeten hitzeaktivierbaren Folie(n) Schaden nimmt).
So lassen sich erfindungsgemäß vorteilhaft thermoplastische hitzeaktivierbare Folien und/oder elastische hitzeaktivierbare Folien einsetzen. Hervorragend geeignet sind reaktive hitzeaktivierbare Folien, hier seinen insbesondere die hitzeaktivierbaren Folien erwähnt, die zumindest eine elastomere Komponente sowie ein oder mehrere Reaktivkomponenten, insbesondere Reaktivharze, umfassen oder aus den vorgenannten Komponenten bestehen.
In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei der oder bei den für die hitzeaktivierbare(n) Folie(n) verwendeten Klebmasse(n) um solche, die möglichst kurze Prozesszeiten ermöglichen. In Kombination mit der Ultraaschallaktivierung kann so der gesamte Prozess des Verbindens der Kunststoff elemente sehr schnell und effizient erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn hitzeaktivierbare Klebmassen gewählt werden, die Prozesszeiten von unterhalb 10 s, vorzugsweise von unterhalb 5 s, weiter vorzugsweise von unterhalb 2 s zur Aktivierung aufweisen. Die Kühlphase unter Druck verläuft bevorzugt in einem Zeitrahmen zwischen 1 und 30 Sekunden, besonders bevorzugt unterhalb 10 Sekunden, besonders bevorzugt unterhalb 5 Sekunden. Der Druck ist abhängig von der Art der eingesetzten Hitze-aktivierbaren Klebemassen. So werden für thermoplastische Hitze-aktivierbaren Folie in der Ultraschallphase und in der Kühlphase bevorzugt zwischen 1 .5 und 8 bar eingesetzt. Für reaktive Hitze-aktivierbaren Folien werden in der Ultraschallphase und in der Kühlphase bevorzugt zwischen 2 und 15 bar, sehr bevorzugt zwischen 3 und 12 bar aufgebracht. Es ist auch möglich, dass sich das Druckniveau in der Ultraschallphase und in der Kühlphase unterscheidet. Sehr vorteilhaft werden hitzeaktivierbare Folien eingesetzt, die durch Ultraschall besonders gut erwärmt werden können. Eine bevorzugte Gruppe eingesetzter hitzeaktivierbarer Folien ist diejenige der elastischen - und daher schwingungsanregenden - Materialien, insbesondere der Kautschuke. Sehr vorteilhaft lassen sich Folien auf Basis von (hitzeaktivierbaren) Nitrilkautschukmassen einsetzen, ganz besonders bevorzugt Folien auf Basis von Reaktivsystemen. Dies sind insbesondere Folien, bei denen der (elastischen) Klebemassen-Basiskomponente Reaktivharze wie beispielsweise Epoxy-Harze, Novolak-Harze, Melamin-Harze, Terpenphenolharze, Phenolharze und/oder Polyisocyanante zugesetzt sind. Als Elastomere lassen sich vorteilhaft Nitrilbutadienkautschuke einsetzen. Geeignete Nitrilbutadienkautschuke sind beispielsweise unter Europrene™ von Eni Chem, oder unter Krynac™ und Perbunan™ von Bayer, oder unter Breon™ und Nipol N™ von Zeon erhältlich. Hydrierte Nitril-Butadien Kautschuke sind unter Therban™ von Bayer und unter Zetpol™ von Zeon erhältlich. Nitrilbutadienkautschuke werden entweder heiß oder kalt polymerisiert.
Der oder die Nitrilkautschuke weisen bevorzugt einen Acrylnitril-Anteil von 15 bis 45 Gew.-% auf. Bei Acrylnitril-Anteilen von mehr als 15 Gew.-% lässt sich üblicherweise eine vollständige Phasenseparierung mit den Reaktivharzen vermeiden. Ein weiteres Kriterium für den Nitrilkautschuk ist die Mooney-Viskosität. Da eine hohe Flexibilität bei tiefen Temperaturen gewährleistet werden soll, sollte die Mooney-Viskosität unterhalb 100 liegen (Mooney ML 1 +4 bei 100 °C). Kommerzielle Beispiele für solche Nitrilkautschuke sind z.B. Nipol™ N917 der Firma Zeon Chemicals. Die Elastomerkomponente kann vorteilhaft Carboxyl-, Amin-, Epoxy- oder Methacrylat- terminierte Nitrilbutadienkautschuke umfassen, bevorzugt mit einem Anteil der vorgenannten modifizierten Nitrilbutadienkautschuke von maximal 20 Gew.-%. Solche Elastomere werden besonders bevorzugt mit einem Molekulargewicht von Mw < 20.000 g/mol und einem Acrylnitril-Anteil von 5 % bis 30 % eingesetzt. Bei einem Acrylnitril-Anteil von zumindest 5 % oder mehr lässt sich wiederum eine gute Mischbarkeit der Komponenten realsieren. Kommerzielle Beispiele für solche terminierten Nitrilkautschuke sind z.B. Hycar™ der Firma Noveon.
Als Carboxy-terminierte Nitrilbutadienkautschuke werden bevorzugt Kautschuke mit einer Carbonsäurezahl von 15 bis 45, sehr bevorzugt von 20 bis 40 eingesetzt. Die Carbonsäurezahl entspricht der Menge an KOH (Wert in Milligramm), der benötigt wird, um die Carbonsäure komplett zu neutralisieren.
Als Amin-terminierte Nitrilbutadienkautschuke werden besonders bevorzugt Kautschuke mit einem Armin-Wert von 25 bis 150, mehr bevorzugt von 30 bis 125 eingesetzt. Der Armin-Wert bezieht sich auf die Amin-Äquivalente, die durch Titration gegen HCl in ethanolischer Lösung bestimmt werden. Der Armin-Wert wird dabei auf Amin-Äquivalente pro 100 Gramm Kautschuk, geteilt durch 100, bezogen. Als weitere Komponente werden der Elastomer-Komponente vorteilhaft Reaktivharze zugesetzt. Der Anteil der Reaktivharze in der hitzeaktivierbaren Klebemasse beträgt bevorzugt zwischen 25 und 75 Gew.-%.
Als Reaktivharze lassen sich sehr vorteilhaft Epoxy-Harze einsetzen, wobei die Harze insbesondere oligomer und/oder polymer vorliegen können. Das Molekulargewicht Mw (Gewichtsmittel) der eingesetzten Epoxy-Harze liegt bevorzugt im Bereich von 100 g/mol bis zu maximal 10000 g/mol für Epoxy-Harze.
Vorteilhaft eingesetzte Epoxy-Harze umfassen Epichlorhydrin, Glycidyl-Ester, das Reaktionsprodukt aus Bisphenol A und Epichlorhydrin, das Reaktionsprodukt aus Epichlorhydrin und p-Aminophenol. Vorteilhaft erfindungsgemäß verwendbare kommerzielle Beispiele für Epoxy-Harze sind z.B. Araldite™ 6010, CY-281™, ECN™ 1273, ECN™ 1280, MY 720, RD-2 von Ciba Geigy, DER™ 331 , DER™ 732, DER™ 736, DEN™ 432, DEN™ 438, DEN™ 485 von Dow Chemical, Epon™ 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871 , 872,1001 , 1004, 1031 etc. von Shell Chemical und HPT™ 1071 , HPT™ 1079 ebenfalls von Shell Chemical. Beispiele für kommerzielle aliphatische Epoxy-Harze sind z.B. Vinylcyclohexandioxide, wie ERL-4206, ERL-4221 , ERL 4201 , ERL-4289 oder ERL-0400 von Union Carbide Corp. Als Reaktivharze können weiterhin allein oder in Kombination mit anderen - insbesondere den in dieser Schrift genannten - Reaktivharzen Novolak-Harze eingesetzt werden. Novolak-Harze sind kommerziell erhältlich unter Epi-Rez™ 5132 von Celanese, ESCN-001 von Sumitomo Chemical, CY-281 von Ciba Geigy, DEN™ 431 , DEN™ 438, Quatrex 5010 von Dow Chemical, RE 305S von Nippon Kayaku, Epiclon™ N673 von DaiNipon Ink Chemistry oder Epicote™ 152 von Shell Chemical.
Weiterhin lassen sich als Reaktivharze allein oder in Kombination mit anderen - insbesondere den in dieser Schrift genannten - Reaktivharzen Melamin-Harze einsetzen, wie z.B. Cymel™ 327 und 323 von Cytec.
Weiterhin lassen sich als Reaktivharze allein oder in Kombination mit anderen - insbesondere den in dieser Schrift genannten - Reaktivharzen Terpenphenolharze, wie z.B. NIREZ™ 2019 von Arizona Chemical einsetzen.
In bevorzugter Weise lassen sich allein oder in Kombination mit anderen - insbesondere den in dieser Schrift genannten - Reaktivharzen als Reaktivharze auch Phenolharze, wie z.B. YP 50 von Toto Kasei, PKHC von Union Carbide Corp. und BKR 2620 von Showa Union Gosei Corp. einsetzen. Weiterhin lassen sich als Reaktiveharze auch Phenolresolharze auch in Kombination mit anderen Phenolharzen einsetzen.
Weiterhin lassen sich als Reaktivharze allein oder in Kombination mit anderen - insbesondere den in dieser Schrift genannten - Reaktivharzen auch Polyisocyanate, wie z.B. Coronate™ L von Nippon Polyurethan Ind., Desmodur™ N3300 oder Mondur™ 489 von Bayer einsetzen. In einer vorteilhaften Ausführung der reaktiven aktivierbaren Klebmasse sind als weitere Komponente außerdem klebkraftsteigernde (klebrig machende) Harze zugesetzt; sehr vorteilhaft zu einem Anteil von bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung der aktivierbaren Klebmasse. Als zuzusetzende klebrig machende Harze sind die vorbekannten und in der Literatur beschriebenen Klebharze einsetzbar. Genannt seien stellvertretend die Pinen-, Inden- und Kolophoniumharze, deren disproportionierte, hydrierte, polymerisierte, veresterte Derivate und Salze, die aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffharze, Terpenharze und Terpenphenolharze sowie C5-, C9- sowie andere Kohlenwasserstoffharze. Kombinationen zweier oder mehrerer der vorgenannten und/oder weiterer Harze können eingesetzt werden, um die Eigenschaften der resultierenden Klebmasse wunschgemäß einzustellen. Im allgemeinen lassen sich alle mit den Nitrilkautschuken kompatiblen (löslichen) Harze einsetzen, insbesondere sei verwiesen auf alle aliphatischen, aromatischen, alkylaromatischen Kohlenwasserstoffharze, Kohlenwasserstoffharze auf Basis reiner Monomere, hydrierte Kohlenwasserstoffharze, funktionelle Kohlenwasserstoffharze sowie Naturharze. Auf die Darstellung des Wissensstandes im „Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" von Donatas Satas (van Nostrand, 1989) sei ausdrücklich hingewiesen.
Der Klebmasse für die hitzeaktivierbare Klebfolie können optional weitere Additive zugesetzt sein.
Um die Reaktion zwischen den beiden Komponenten zu beschleunigen, lassen sich auch optional Vernetzer und Beschleuniger in die Mischung zu additivieren. Als Beschleuniger eignen sich zum Beispiel Imidazole, kommerziell erhältlich unter 2M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, P0505, L07N von Shikoku Chem. Corp. oder Curezol 2MZ von Air Products. Weiterhin eignen sich als Vernetzer HMTA (Hexamethylentetramin) Zusätze. Weiterhin lassen sich auch Amine, insbesondere tert. -Amine zur Beschleunigung einsetzen.
Weiterhin lassen sich auch Weichmacher einsetzen. Erfindungsgemäß vorteilhaft können beispielsweise Weichmacher auf Basis Polyglykolethern, Polyethylenoxiden, Phosphatestern, aliphatische Carbonsäureester und Benzoesäureester eingesetzt werden; weiterhin aromatische Carbonsäureester, höhermolekulare Diole, Sulfonamide und Adipinsäureester.
Optional werden der Klebmasse Füllstoffe (z.B. Fasern, Ruß, Zinkoxid, Titandioxid, Kreide, Voll- oder Hohlglaskugeln, Mikrokugeln aus anderen Materialien, Kieselsäure, Silikate), Keimbildner, Blähmittel, klebverstärkende Additive und Thermoplaste, Compoundierungsmittel und/oder Alterungsschutzmittel, zum Beispiel in Form von primären und sekundären Antioxidantien oder in Form von Lichtschutzmitteln, zugesetzt. Weitere Additive können vorteilhaft hinzugesetzt werden, wie z.B. Polyvinylformal, Polyvinylbutyrale, Polyacrylat-Kautschuke, Chloropren-Kautschuke, Ethylen-Propylen- Dien-Kautschuke, Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuke, Fluorsilikon-Kautschuke, Tetrafluorethylen-Propylen-Copolymer-Kautschuke, Butylkautschuke, Styrol-Butadien- Kautschuke. Durch Zugabe dieser Additive lässt sich das elastische und/oder viskoelastische Verhalten der Klebmasse beeinflussen, die Temperaturstabilität erhöhen und/oder die Lösungsmittelbeständigkeit verbessern.
Polyvinylbutyrale sind beispielsweise unter der Bezeichnung Butvar™ von Solucia, unter Pioloform™ von Wacker und unter Mowital™ von Kuraray erhältlich. Polyacrylat- Kautschuke sind unter Nipol AR™ von Zeon erhältlich. Chloropren-Kautschuke sind unter Baypren™ von Bayer erhältlich. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke sind unter Keltan™ von DSM, unter Vistalon™ von Exxon Mobile und unter Buna EP™ von Bayer erhältlich. Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuke sind unter Silastic™ von Dow Corning und unter Silopren™ von GE Silicones erhältlich. Fluorsilikon-Kautschuke sind unter Silastic™ von GE Silicones erhältlich. Butyl-Kautschuke sind unter Esso Butyl™ von Exxon Mobile erhältlich. Styrol-Butadien-Kautschuke sind unter Buna S™ von Bayer, und Europrene™ von Eni Chem und unter Polysar S™ von Bayer erhältlich. Polyvinylformale sind unter Formvar™ von Ladd Research erhältlich.
Erfindungsgemäß vorteilhaft können der hitzeaktivierbaren Klebmasse auf Elastomer- Basis auch ein oder mehrere thermoplastische Materialien und/oder deren Mischungen zugesetzt sein, zum Beispiel solche aus der Gruppe der folgenden Polymere: Polyurethane, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymere, Polyester, Hart- Polyvinylchloride, Weich-Polyvinylchloride, Polyoxymethylene, Polybutylenterephthalate, Polycarbonate, fluorierte Polymere, wie z. B. Polytetrafluorethylen, Polyamide, Ethylenvinylacetate, Polyvinylacetate, Polyimide, Polyether, Copolyamide, Copolyester, Polyolefine, wie z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polybuten, Polyisobuten, Poly(metha)crylate. Durch Zugabe dieser Monomere kann der Härtegrad der resulktierenden Klebmassen beeinflusst werden. So weisen die thermoplastischen Materialien eine deutlich geringere Dämpfung auf, fließen aber dafür in der Regel besser nach der Wärmeaktvierung auf ein Substrat auf. Auch kann der Schmelzpunkt der Klebmasse variiert werden. Fluorierte Polymere weisen eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit auf. Durch Beimischung eines Anteils thermoplastischer Komponenten zu der Elastomerkomponente lassen sich diese Eigenschaften zumindest teilweise auf die resultierende Klebmasse übertragen.
Auch die Additivierung mit Synthesekautschuken, wie zum Beispiel Styrolisopren, Di und Triblockcopolymere (SIS), Styrolbutadien, Di- und Triblockcopolymere (SBS), Styrolethylenbutadien, Di- und Triblockcopolymer (SEBS), ist möglich.
Die Klebkraft der aktivierbaren Klebmasse kann durch weitere gezielte Additivierung gesteigert werden. So lassen sich z.B. Polyimin- oder Polyvinylacetat-Copolymere auch als klebkraftfördernde Zusätze verwenden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden als hitze-aktivierbare Folien solche auf Basis von Klebmassen, die ihrerseits auf thermoplastischen Materialien basieren, eingesetzt.
Thermoplastische hitzeaktivierbare Folien basieren auf zumindest einer thermoplastischen Komponente, insbesondere derart, dass auch die hitzeaktivierbare Folie sich thermoplastisch verhält. Dabei kann sich die Zusammensetzung der Klebmasse der hitzeaktivierbaren Folie und/oder der hitzeaktivierbaren Folie selbst auf die eine thermoplastische Komponente und/oder auf eine Mischung thermoplastischer Komponenten beschränken; es können aber auch weitere (nicht-thermoplastische) Komponenten und/oder Additive zugesetzt sein. Für die Erfindung können prinzipiell alle amorphen und teilkristallinen Thermoplaste eingesetzt werden, die unter Hitzeaktivierung zur Verklebung der jeweiligen Fügepartner, insbesondere von Metallteilen auf Kunststoffen, Metallteilen oder Gläsern, geeignet sind.
In einer bevorzugten Vorgehensweise werden Thermoplaste mit einer Schmelztemperatur Ts im Bereich von -10° C bis + 40 °C (kristalline und teilkristalline Systeme) und/oder einer Glasübergangstemperatur TG im Bereich von 85 °C und 150 °C (teilkristalline und amorphe Systeme) eingesetzt. Die Bestimmung der statischen Glasübergangstemperatur bzw. der Schmelztemperatur erfolgt über Dynamische Differenzkalorimetrie nach DIN 53765.
Die Angaben zur Glasübergangstemperatur TG beziehen sich auf den Glasumwandlungstemperatur-Wert Tg nach DIN 53765:1994-03, sofern im Einzelfall nichts anderes angegeben ist. Die Angaben zur Schmelztemperatur Ts beziehen sich auf den Peak-Maximum-Wert TSP der Schmelztemperaturmessung nach DIN 53765:1994-03, sofern im Einzelfall nichts anderes angegeben ist. Erfindungsgemäß geeignete Thermoplasten sind beispielweise Polyester bzw. Copolyester, Polyamide bzw. Copolyamide, thermoplastische Polyurethane, Polyolefine, wie z.B. Polyethylen (Hostalen®, Hostalen Polyethylen GmbH), Polypropylen (Vestolen P®, DSM). Des Weiteren können auch Mischungen („Blends") aus unterschiedlichen Thermoplasten eingesetzt werden, sowie auch hitzeaktivierbare Folien auf Basis zumindest zweier unterschiedliche Thermoplasten (z.B. doppelseitige Beschichtung oder unterschiedliche Beschichtung auf beiden Trägervliesseiten).
In einer weiteren Ausführungsform werden als thermoplastische Koponente Poly-a- olefine eingesetzt. Von der Firma Degussa sind unter dem Handelsnamen Vestoplast™ unterschiedliche Hitze-aktivierbare Poly-a-olefine kommerziell erhältlich. Zur Optimierung der klebtechnischen Eigenschaften und des Aktivierungsbereiches lassen sich der bzw. den thermoplastischen Komponente/n optional Klebkraft-steigernde Harze oder Reaktivharze hinzusetzten. Der Anteil der Harze beträgt vorteilhaft zwischen 2 und 30 Gew.-% bezogen auf den Thermoplasten bzw. den thermoplastischen Blend. Als klebrig machende Harze und als Reaktivharze lassen sich die bei den Elastomerfolien bereits beschriebenen Verbindungen einsetzen.
Den thermoplastischen hitzeaktivieren Folien können optional eines oder mehrere der weiteren Additive zugesetzt sein, die bei den Elastomerkomponenten bereits genannt wurden.
Als hitzeaktivierbare Folie gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich weiterhin Folien auf Basis hitzeaktivierbarer Klebmassen auf Acrylatbasis einsetzen; in einfachster Ausführiungs solche Folien bestehend aus einer Schicht eine (ggf. additivierten) hitzeaktivierbaren Klebemasse auf Acrylatbasis
In einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Variante bestehen die aktivierbaren Klebmassen aus einem Basispolymer a), umfassend
a1 ) 40 bis 95 Gew.-% Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester mit der
folgenden Formel
CH2 = C(Ri)(COOR2), wobei Ri = H und/oder CH3 und R2 = H und/oder Alkylketten mit 1 bis 30 C- Atomen sind.
a2) 5 bis 30 Gew.-% eines copolymerisierbaren Vinylmonomers mit zumindestens einer Carbonsäure und/oder Sulfonsäure- und/oder Phosphonsäuregruppe a3) 1 bis 10 Gew.-% eines copolymerisierbaren Vinylmonomers mit zumindestens einer Epoxygruppe oder einer Säureanhydridfunktion
a4) 0 bis 20 Gew.-% eines copolymerisierbaren Vinylmonomers, welches mit der funktionellen Gruppe zur Kohäsionssteigerung, der Erhöhung der Reaktivität der Vernetzung, oder zur direkten Vernetzung beitragen kann,
und b) 5 - 50 Gew.-% eines Epoxy-Harzes oder einer Mischung aus mehreren Epoxy- Harzen.
Das Polymer a) ist selbst oder ist Komponente eine(r) aktivierbare(n) Haftklebemasse, die unter Temperatureinwirkung und optionalen Druck haftklebrig wird und nach der Verklebung und Abkühlen durch die Verfestigung eine hohe Klebkraft aufbaut. Je nach Anwendungstemperatur weisen diese aktivierbaren Haftklebemassen unterschiedliche statische Glasübergangstemperaturen TG,A oder einen Schmelzpunkte TS,A auf.
In einer sehr bevorzugten Vorgehensweise werden als Monomere im Sinne der Komponente a1 ) Acryl- und Methacrylsäureester mit unverzweigten oder verzweigten Kohlenwasserstoffketten, insbesondere Alkylgruppen, mit 4 bis 14 C-Atomen, bevorzugt mit 4 bis 9 C-Atomen, eingesetzt. Beispiele sind n-Butylacrylat, n-Pentylacrylat, n- Hexylacrylat, n-Heptylacrylat, n-Octylacrylat, n-Nonylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, Behenylacrylat, deren verzweigte Isomere, wie z.B. 2-Ethylhexylacrylat. Weitere einzusetzende Verbindungsklassen, die - vorteilhaft in geringen Mengen - unter a1 ) hinzugesetzt werden können, sind Methylmethacrylate, Cyclohexylmethacrylate, Isobornylacrylat und Isobornylmethacrylate.
Als Monomere der Komponente a2) können beispielsweise Itaconsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylessigsäure, Fumarsäure, Crotonsäure, Aconitsäure, Dimethylacrylsäure, ß-Acryloyloxypropionsäure, Trichloracrylsäure, Vinylphosphonsäure, Vinylsulfonsäure und Vinylsulfonsäure eingesetzt werden, um nur einige zu nennen.
In einer bevorzugten Weise werden als Monomere der Komponente a3) beispielweise Glycidylmethacrylat Maleinsäureanhydrid und Itaconsäureanhydrid eingesetzt. Als Monomere der Komponente a4) sind zum Beispiel Vinylester, Vinylether, Vinylhalogenide, Vinylidenhalogenide, Vinylverbindungen mit aromatischen Cyclen und Heterocyclen in α-Stellung geeignet, um hier auch nur einige nicht einschränkend zu nennen. Konkrete Beispiele für diese Monomere sind Vinylacetat, Vinylformamid, Vinylpyridin, Ethylvinylether, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid und Acrylonitril.
Weiterhin können als Monomere der Komponente a4) allein oder in Kombination mit anderen Monomeren, insbesondere den vorgenannten Monomeren der Komponente a4), Verbindungen umfassend die funktionellen Gruppen Hydroxy-, Säureamid-, Isocyanato- oder Aminogruppen eingesetzt werden.
Weitere besonders bevorzugte Beispiele für die Komponente a4) sind Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat,
Hydroxypropylmethacrylat, Allylalkohol, Acrylamid, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, Phenylacrylat, Phenylmethacrylat, t-Butylphenylacrylat, t-Butylaphenylmethacrylat, Phenoxyethylacrlylat, Phenoxyethylmethacrylat, 2-Butoxyethylmethacrylat, 2- Butoxyethylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Cyanoethylmethacrylat, Cyanoethylacrylat, 6-Hydroxyhexylmethacrylat, N-tert.-Butylacrylamid, N- Methylolmethacrylamid, N-(Buthoxymethyl)methacrylamid, N-Methylolacrylamid, N- (Ethoxymethyl)acrylamid, N-Isopropylacrylamid, Tetrahydrofurfurylacrlyat, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Im Sinne der Komponente a4) lassen sich weiterehin aromatische Vinylverbindungen einsetzen, wobei bevorzugt die aromatischen Kerne aus 4 bis 18 Kohlenstoffatome umfassen und auch Heteroatome enthalten können. Besonders bevorzugte Beispiele sind Styrol, 4-Vinylpyridin, N-Vinylphthalimid, Methylstyrol, 3,4-Dimethoxystyrol, 4- Vinylbenzoesäure, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Die mittleren Molekulargewichte Mw (Gewichtsmittel) der Acrylatkomponente der hitzeaktivierbaren Klebemassen werden sehr bevorzugt derart gewählt, dass sie in einem Bereich von 20.000 bis 2.000.000 g/mol liegen; speziell für die weitere Verwendung als hitzeaktivierbere Klebmasse mit mittleren Molekulargewichten Mw von 100.000 bis 500.000 g/mol hergestellt. Die Bestimmung des mittleren Molekulargewichtes erfolgt über Größenausschlusschromatographie (SEC). Der Acrylatkomponente können vorteilhaft Epoxyverbindungen, insbesondere Epoxidharze, zugesetzt sein. Gewählt werden die Epoxyverbiindungen prinzipiell aus der gesamten Gruppe der Epoxyverbindungen. So können die Epoxy-Harze Monomere, Oligomere oder Polymere sein. Polymere Epoxy-Harze können aliphatischer, cycloaliphatischer, aromatischer oder heterocyclischer Natur sein. Die Epoxy-Harze weisen bevorzugt zumindestens 2 Epoxy-Gruppen auf, die zur Vernetzung genutzt werden können. Das Molekulargewicht der eingesetzten Epoxy-Harze variiert bevorzugt von 100 g/mol bis zu maximal 25000 g/mol für polymere Epoxy-Harze. Als Epoxy-Harze lassen sich insbesondere die hierfür bei der Diskussion der Elastomer-Systeme bereits genannten Verbindungen einsetzen.
Die acrylatbasierte Klebmasse kann weitere Rezeptierungsbestandteile enthalten, wie zum Beispiel Füllstoffe, Pigmente, rheologische Additive, Additive zur Verbesserung der Haftung, Weichmacher, Elastomere, Alterungsschutzmittel (Antioxidantien), Lichtschutzmittel, UV-Absorber sowie sonstige Hilfs- und Zusatzstoffe, wie beispielsweise Trockenmittel (zum Beispiel Molekularsieb-Zeolithe, Calciumoxid), Fließ- und Verlaufmittel, Benetzer (Tenside) oder Katalysatoren.
Als Füllstoffe können alle feingemahlenen festen Zusatzstoffe wie zum Beispiel Kreide, Magnesiumcarbonat, Zinkcarbonat, Kaolin, Bariumsulfat, Titandioxid oder Calciumoxid eingesetzt werden. Weitere Beispiele sind Talkum, Glimmer, Kieselsäure, Silikate oder Zinkoxid. Auch Mischungen der genannten Stoffe können eingesetzt werden.
Eingesetzte Pigmente können organischer oder anorganischer Natur sein. Es kommen alle Arten organischer oder anorganischer Farbpigmente in Frage, beispielsweise Weißpigmente wie etwa Titandioxid zur Verbesserung der Licht- und UV-Stabilität, sowie Metallpigmente.
Beispiele für rheologische Additive sind pyrogene Kieselsäuren, Schichtsilikate
(Bentonite), hochmolekulare Polyamidpulver oder Rhizinusölderivat-Pulver.
Additive zur Verbesserung der Haftung können zum Beispiel Stoffe aus den Gruppen der Polyamide, Epoxide oder Silane sein.
Beispiele für Weichmacher sind Phthalsäureester, Trimellitsäureester, Phosphorsäureester, Ester der Adipinsäure sowie andere acyclische Dicarbonsäureester, Fettsäureester, Hydroxycarbonsäureester, Alkylsulfonsäureester des Phenols, aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Mineralöle, Kohlenwasserstoffe, flüssige oder halbfeste Kautschuke (zum Beispiel Nitril- oder Polyisoprenkautschuke), flüssige oder halbfeste Polymerisate aus Buten und/oder Isobuten, Acrylsäureester, Polyvinylether, Flüssig- und Weichharze auf Basis der Rohstoffe, die auch die Basis für Klebrigmacherharze darstellen, Wollwachs und andere Wachse, Silikone sowie Polymerweichmacher wie etwa Polyester oder Polyurethane.
Geeignete Harze sind alle natürlichen und synthetischen Harze, wie etwa Kolophonium- Derivate (zum Beispiel durch Disproportionierung, Hydrierung oder Veresterung entstandene Derivate), Cumaron-Inden- und Polyterpen-Harze, aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoff-Harze (C-5, C-9, (C-5)2-Harze), gemischte C-5 / C-9- Harze, hydrierte und teilhydrierte Derivate der genannten Typen, Harze aus Styrol oder α-Methylstyrol sowie Terpen-Phenolharze. Auch hier sind die bereits weiter oben genannten Klebharze einsetzbar.
Geeignete Elastomere sind zum Beispiel EPDM-Kautschuke (Ethylen-Propylen-Dien- Copolymerisat) oder EPM- Kautschuke (Ethylen-Propylen-Copolymerisat), Polyisobutylen, Butylkautschuk, Ethylen-Vinylacetat, hydrierte Blockcopolymere aus Dienen (zum Beispiel durch Hydrierung von SBR (Styrol-Butadien-Kautschuken), cSBR (carboxylierte Styrol-Butadien-Katuschuke), BAN (Butadien-Acrylonitril-Copolymere), NBR (Nitril- Butadien-Kautschuke), SBS (Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere), SIS (Styrol- Isopren-Styrol-Blockcopolymere) oder IR (Isopren-Kautschuke), solche Polymere sind zum Beispiel als SEPS (Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-Blockcopolymere) und SEBS (Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol-Blockcopolymere) bekannt) oder Acrylatcopolymere wie ACM (Acrylatkautschuk).
Die Herstellung der Polymere für die hitzeaktivierbaren Klebemassen kann nach den üblichen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren durchgeführt werden.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin der Einsatz der Ultraschallaktivierung zur Erwärmung hitzeaktivierbarer Folien, insbesondere der Einsatz des im Rahmen dieser Schrift dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Ausführungsvarianten, für die nachfolgend dargelegten Anwendungsgebiete.
So ergibt sich eine besonders effektive wie einfache Möglichkeit, Kunststoffelemente permanent miteinander zu verbinden, ohne die Kunststoffelemente selbst beim Prozess des Verbindens zu beschädigen.
Weiteres Anwendungsgebiet ist die Anwendung im elektronischen Bereich, insbesondere auf dem gebiet der Elektronik-Konsumgüter. Hier können insbesondere Metalle, Kunststoffe, Gläser mit Metallen, Kunststoffen und/oder Gläsern verklebt werden, dabei können hohe Festigkeiten erzielt werden, ohne dass es zu einer Schädigung der verklebten Fügepartner kommt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Verklebung von Sichtfenstern, Displayfenstern, Datenanzeigen oder dergleichen in elektronischen Geräten (in Rahmenhalterungen, auf dem Display oder dergleichen), ohne das das Fenstermaterial - oder das Gehäuse - hierbei zerkratzen oder anderweitig Schaden nehmen.
Schließlich wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Verbinden zweier Kunststoffelemente, insbesondere zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses, mittels eines Verbundelements, insbesondere wie es zuvor beschrieben wurde, gelöst. Bei diesem Verfahren wird ein als Flächenelement ausgebildetes Verbundelement eingesetzt, das zumindest eine Klebmasse aufweist, die zunächst nichtklebend ist. Dieses Verbundelement wird zwischen den zu verbindenden Kunststoffelementen angeordnet. Erst wird das Verbundelement sowie die beiden Kunststoffelemente in der gewünschten Lage angeordnet, dann eine Opferfolie zwischen Kunststoffoberfläche und Ultraschallsonotrode aufgebracht und dann die Klebmasse aktiviert. Dabei wird durch die Aktivierung die Klebmasse eine permanente Verbindung zwischen den Kunststoffelementen erzeugt. Gegenüber Schweißverfahren ohne Verwendung eines Verbundelements bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass ein Auftreten von Gefügeveränderungen in den Kunststoffelementen reduziert oder vollständig vermieden werden kann. Gegenüber dem Einsatz herkömmlicher Klebebänder wird die Positionierung der Kunststoffelemente und des Verbundelements selbst und damit die gesamte Handhabung deutlich vereinfacht. Dennoch wird eine permanente Verbindung erzielt, die auch gegenüber größeren Belastungskräften standhält.
Von Vorteil ist dabei auch, dass zwei Kunststoffelemente aus von einander unterschiedlichen Kunststoffen miteinander verbunden werden können. Das Verbundelement dient dabei als Puffer, der einen Temperaturunterschied zwischen den zu verbindenden Kunststoffelementen ausgleicht und somit die Gefügeveränderung in den Kunststoffelementen verringert.
Die Aktivierung der Klebmasse ist auf besonders einfache Weise mittels Ultraschallschweißens durchführbar. Insbesondere derartige Schweißvorgänge ermöglichen eine Aktivierung der Klebmasse in sehr kurzen Prozesszeiten. So sind beispielsweise Prozesszeiten von unterhalb 10 s, möglich. Vorzugsweise erfolgt die Aktivierung der Klebmasse in einer Prozesszeit unterhalb 5 s, weiter vorzugsweise unterhalb 2 s.
Testmethoden:
Verklebungsfestigkeit A)
Die Verklebungsfestigkeit wird mit einem Dynamischen Schertest nach DIN EN 1465 bestimmt. Die Verklebungsfläche beträgt 2 cm2. Es wird eine 3 mm dicke PC-Platte mit einer Breite von 2 cm mit einer PC-Platte mit einer Breite von 2 cm und einer Schichtdicke von 3 mm mittels einer hitzeaktivierbaren Folie verbunden.
Die Prüfmuster werden mit einer Zugprüfmaschine mit einer Prüfgeschwindigkeit von 10 mm/min auseinander gerissen. Das Ergebnis wird in N/mm2 angegeben und stellt die auf die Verklebungsfläche bezogene maximale Kraft dar, die gemessen wird, um die Prüfkörper (PC und PC) von einander zu trennen. Die Messung wird bei 23°C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit durchgeführt.
Push-out Test B)
Ein Rahmen aus 3 mm dickem ABS (außen 50 x 40 mm, innen 30 x 24 mm) und ein 1 mm dickes PMMA-Fenster (45 x 35 mm) wird mit einem rechteckigen, rahmenförmigen Muster der hitzeaktivierbaren Folie zentrisch unter Ultraschall-Erwärmung und dem erfinderischen Verfahren verklebt. Die hitzeaktivierbare Folie ist rechteckig und weist eine Stegbreite von 2 mm auf. Die gesamte Verklebungsfläche beträgt 300 mm2. Anschließend wird nach 24 h Konditionierung bei 23°C und 50 % Luftfeuchtigkeit mit einem Zwick Tensile Tester durch einen Stempel das verklebte PMMA-Fenster mit 10 mm/min herausgedrückt. Der Stempel drückt mittig das Fenster raus und weist die Dimensionen 20 mm x 25 mm auf. Es wird die maximal erforderliche Kraft gemessen. Beispiele
Beispiel 1)
Dynapol™ S1227 der Fa. Degussa wurde zwischen zwei Lagen silikonisiertem Glassine- Trennpapier in einer Heißpresse bei 140°C auf 150 μηι ausgepresst. Der Schmelzbereich des Copolyesters liegt zwischen 86°C und 109°C.
Beispiel 2)
Grilltex™ 1442 E der Fa. EMS-Grilltech wurde zwischen zwei Lagen silikonisiertem Glassine-Trennpapier in einer Heißpresse bei 140°C auf 150 μηη ausgepresst. Der Schmelzbereich des Polymeren liegt zwischen 93°C und 121 °C.
Beispiel 3)
50 Gew.-% Breon N36 C80 (Nitrilkautschuk) der Fa. Zeon, 40 Gew.-% Phenol-Novolak Harz Durez 33040 abgemischt mit 8 % HMTA (Rohm und Haas) und 10 Gew.-% des Phenolresolharzes 9610 LW der Fa. Bakelite wurden als 30 %ige Lösung in Methylethylketon in einem Kneter hergestellt. Die Knetdauer betrug 20 h. Die Hitze- aktivierbare Klebemasse wurde anschließend aus Lösung auf ein Glassinetrennpapier ausgestrichen und bei 100°C für 10 Minuten getrocknet. Nach der Trocknung betrug die Schichtdicke 100 μηη. Zwei dieser Lagen wurden dann anschließend mit einem Rolllaminator bei 100°C zusammenkaschiert. Anschließend betrug die Schichtdicke 200 μηι.
Verklebung:
Die Verklebung wurde durchgeführt mit dem Ultraschallgerät ,PS MPC (+) digital control' der Firma Hermann Ultraschalltechnik. Das Gerät arbeitet bei 35 kHz und mit einer Schweißleistung von 1000 W. Es wurden Titancarbid-Sonotroden eingesetzt, die die Form der Verklebungsfläche für die beiden Prüfkürper in Testmethode A und B aufweisen. Mit den Sonotroden wurde der Druck und der Ultraschall eingebracht. Vor der Ultraschallaktivierung fand eine mechanische Fixierung statt, so dass der Ultraschall gezielt eingebracht werden konnte.
Als Opferfolie wurde eine 40 μηη dicke PE Folie ausgewählt, deren Ausdehnung derjenigen des Rahmens überschritten und die zwischen Sonotrode und Werkstück eingelegt wurde. Die eingesetzten Maschinenparameter zur Verklebung sind im Ergebnisteil aufgeführt. Die untere Fixierung des Bauteils erfolgte mit Dämpfung durch ein Drucktuch. Es wurde von der Firma Phönix das Modell Sapphire® Carat eingesetzt. Das Drucktuch besitzt eine Dicke von 1 .96 mm und eine Gesamt Shore Härte von 78 Shore A.
Ergebnisse:
Im Folgenden wurden Prüfkörper nach unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Zunächst wurde die Verklebungsfestigkeit nach Prüfmethode A ermittelt (Dynamischer Schertest). Es wurden folgende Maschinenparameter eingestellt (Abkürzug: US = Ultraschall).
Tabelle 1
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Tabelle 1 kann entnommen werden, dass im Dynamischen Schertest mit der Ultraschalltechnik bereits sehr hohe Verklebungsfestigkeiten möglich sind. Der Vergleich mit der Nachkühlung unter Druck verdeutlicht aber auch, dass durch die Druckapplizierung ohne Ultraschall noch höhere Verklebungsfestigkeiten möglich sind gegenüber den Referenzbeispielen ohne nachträgliche Druckapplizierung.
Weiterhin sind für anwendungstechnische Prüfungen im Elektronikbereich auch andere Prüfmethoden relevant. So wird z.B. der Push-Out Test (Testmethode B) sehr häufig im Mobilfunktelefonbereich eingesetzt. Die durchgeführten Versuche sind in Tabelle 2 beschrieben. Bei allen Verklebungen wurde der Ultraschall von Seiten des PMMA Fensters eingebracht. Tabelle 2
Figure imgf000025_0001
Tabelle 2 kann entnommen werden, dass in allen Fällen durch die zusätzliche Applizierung von Druck höhere Verklebungsfestigkeiten realisiert werden können. Auch hatte die Opferfolie keinen negativen Einfluss auf die Verklebungsfestigkeit im Push-out Test. Durch Variation der Ultraschallzeit lassen sich zudem die Verklebungsfestigkeiten weiter erhöhen.
Die optische Überprüfung der PMMA Fenster ergab, dass durch die PE-Opferfolie eine Schädigung der PMMA-Fensteroberfläche vollständig vermieden werden konnte. Alle andere Beispiele zeigten dagegen leichte Formen der thermischen Schädigung. Es konnte ein Abdruck der Sonotrode festgestellt werden.
Vergleichend wurde in einem weiteren Experiment das PMMA-Fenster durch ein Glasfenster gleicher Dimension ausgetauscht. Die Verklebung wurde mit Beispiel 3 durchgeführt. Als Verklebungsparameter wurden gewählt:
Druck = 8 bar
Zeit = 0.8 s
Zeit ohne Ultraschall: 5 s Ultraschallleistung: 488 W
Ultraschallenergie: 313 J
In einem ersten Verklebungsversuch wurde ohne PE Folie und ohne Drucktuch verklebt. Im Zuge der Ultraschallaktivierung zerbrach das Glas. Anschließend wurde der identische Versuch mit der 40 μηη PE Folie und dem 1 ,96 mm dicken Drucktuch (siehe Verklebung) durchgeführt. Diesmal zerbrach das Fenster nicht.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Verklebung zweier Fügeteile mittels einer hitzeaktivierbaren Klebefolie,
wobei die hitzeaktivierbare Klebefolie zunächst zwischen den zu verklebenden
Fügeteilen angeordnet wird, so dass ein Werkstück entsteht,
das Werkstück in den Kontaktbereich einer Sonotrode gebracht wird
und die Erwärmung der Klebmassenfolie mittels Ultraschallaktivierung derart hervorgerufen wird, das mittels der Sonotrode Ultraschallschwingungen unter
Druck auf das Werkstück übertragen werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Sonotrode und dem Werkstück eine Schicht eines Schutzmaterials vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
als Schicht eines Schutzmaterials eine Kunststofffolie eingesetzt wird.
Verfahren nach einem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
als Kunststofffolie eine Folie aus Polyethylen oder aus Polypropylen eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie eine Dicke von 20 bis 100 μηη aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Werkstück bei der Aktivierung der hitzeaktivierbaren Klebefolie mechanisch dämpfend gelagert ist.
Verfahrne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
als hitzeaktivierbare Folie eine solche auf Basis einer hitzeaktivierbaren Klebmasse umfassend 30 - 70 Gew.-% Nitrilkautschuke eingesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hitzeaktivierbaren Klebmasse Reaktivharze beigemischt sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
als Reaktivharze Epoxy-Harze, Novolak-Harze, Melamin-Harze,
Terpenphenolharze, Phenolharze und/oder Polyisocyanante eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Verklebung von Bauteilen in elektronischen Konsumgütern.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Verklebung von Sichtfenstern und/oder Anzeigevorrichtungen in elektronischen Konsumgütern.
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