Fünf Herausforderungen für thermohärtende Klebstoffe und ihre Lösungen

Fünf Verbesserungsbereiche für thermohärtende Klebstoffe

Obwohl thermisch härtende Klebstoffe häufig zum Verkleben elektronischer Bauteile eingesetzt werden, erfordern einige ihrer Eigenschaften Verbesserungen. Fünf dieser Verbesserungen werden im Folgenden beschrieben.

1. Aushärtung bei niedrigen Temperaturen

Viele wärmehärtende Klebstoffe härten bei Temperaturen zwischen 120 und 180 °C aus, was ihre Verwendung bei Fügeteilen mit geringer Wärmebeständigkeit erschwert. Da wärmebeständige Kunststoffe sehr teuer sind, selbst geringste Wärmeverformungen bei optischen Teilen vermieden werden müssen und die Produktminiaturisierung (die Wärmebeständigkeit nimmt mit abnehmender Größe der Fügeteile ab) voranschreitet, besteht ein zunehmender Bedarf an wärmehärtenden Klebstoffen, die bei niedrigen Temperaturen von 60 bis 80 °C aushärten können.

2. Schnelle Aushärtung

Thermisch härtende Klebstoffe härten nicht in Sekunden aus wie UV-härtende Klebstoffe.
Viele Produkte benötigen 30 Minuten bis einige Stunden zum Aushärten, was manchmal zu Engpässen bei der Produktivitätssteigerung führt.

3. Reduzierung der Ausgasung

Es besteht die Möglichkeit, dass niedermolekulare Bestandteile von wärmehärtbaren Klebstoffen während oder nach der Aushärtung ausgasen und das Gerät oder die Arbeitsumgebung verunreinigen.

4. Genauigkeitsverbesserungen behoben

Da das Aushärten einige Zeit in Anspruch nimmt, ist es erforderlich, den zu klebenden Gegenstand bis zum Aushärten mit hoher Präzision zu halten.

5. Noch höhere Zuverlässigkeit

Da elektronische Geräte immer kleiner und leistungsfähiger werden, müssen die Klebstoffe immer zuverlässiger sein.

Um diesem Verbesserungsbedarf gerecht zu werden, arbeitet Dexerials an der Entwicklung innovativer neuer wärmehärtbarer Klebstoffe.

Reaktion auf Verbesserungsbedarf

Der oben beschriebene Verbesserungsbedarf ist nicht erst seit Kurzem vorhanden – es handelt sich um laufende, noch nicht abgeschlossene Entwicklungsthemen. Die numerischen Ziele werden jedoch ständig an den technologischen Fortschritt und die Marktbedürfnisse angepasst. Entscheidend ist dabei, dass die Verbesserungen ohne Beeinträchtigung anderer Eigenschaften erzielt werden müssen. Bei Verbesserungsversuchen müssen jedoch immer Kompromisse in Form von Auswirkungen auf andere Eigenschaften eingegangen werden. Um thermohärtende Klebstoffe zu verbessern, ist es notwendig, eine Lösung zu finden, die diese Anforderungen ohne Nachteile erfüllt.
Bevor wir die spezifischen Lösungen von Dexerials besprechen, werden wir auf die bisher unternommenen Anstrengungen eingehen.

Sowohl bei der Niedertemperatur- als auch bei der Schnellhärtung führen die Verbesserungsanforderungen zu einem Kompromiss. Im Allgemeinen führt eine höhere Härtungstemperatur zu einer schnelleren Aushärtung, eine niedrigere zu einer längeren Aushärtungszeit. Es reicht nicht aus, die Härtungstemperatur zu senken oder die Aushärtungszeit zu verkürzen – Härtungstemperaturen und -zeiten müssen den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls angepasst werden.

Mit anderen Worten: Wir möchten, dass der Klebstoff zu einem für uns passenden Zeitpunkt (Temperatur und Zeit) aushärtet.

Um eine gleichzeitige Aushärtung bei niedrigen Temperaturen und eine schnelle Aushärtung zu ermöglichen, besteht der grundlegende Ansatz darin, Klebstoffe mit höherer chemischer Reaktivität zu entwickeln, die mit geringer Energieaktivierung aushärten können. Allerdings ist ein Klebstoff, der bei einmaligem Anfassen aushärtet, ebenfalls problematisch. Daher gibt es zweikomponentige, wärmehärtende Klebstoffe, die den Hauptklebstoff und den Härter trennen, um eine unerwartete Aushärtung zu verhindern.

Zweikomponentensysteme reagieren erst, wenn die beiden Flüssigkeiten miteinander vermischt werden. Daher können sie lange gelagert werden, ohne dass ihre Haftfähigkeit durch Aktivierung mit geringer Energie verloren geht. Sie werden in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in Farben für kalte Regionen und bei Raumtemperatur härtenden Klebstoffen, die als Lösung für die Aushärtung bei niedrigen Temperaturen und die schnelle Aushärtung verwendet werden.

Bei Zweikomponentensystemen hingegen müssen die beiden Flüssigkeiten in einem genauen Verhältnis gleichmäßig gemischt werden, um eine stabile Leistung zu erzielen. Bei Anwendungen wie Mobilgeräten, die ein hohes Maß an Präzision erfordern, führen selbst geringe Abweichungen im Mischungsverhältnis oder eine ungleichmäßige Mischung zu Schwankungen der Haftqualität. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Verbesserungen hinsichtlich höherer Präzision bei der Positionierung gesicherter Teile und höherer Zuverlässigkeit verloren gehen. Dies erfordert präzises und schnelles Arbeiten am Arbeitsplatz des Kunden.

Neue Ansätze bei wärmehärtbaren Klebstoffen

Einkomponentenklebstoffe werden bei Präzisionsgeräten gegenüber Zweikomponentenklebstoffen bevorzugt.​ Da Einkomponentenklebstoffe von selbst aushärten, kann eine stabile Haftung ohne die Probleme erreicht werden, die bei Zweikomponentensystemen auftreten, wie z. B. Unstimmigkeiten aufgrund des Mischungsverhältnisses, ungleichmäßiges Mischen und Ungleichmäßigkeiten bei flüssigen Komponenten. Sie haben jedoch auch Nachteile: Einige Produkte können bereits bei Raumtemperatur aushärten, da Einkomponentensysteme schon bei geringer Wärmeeinwirkung zu reagieren beginnen. Daher werden viele Einkomponentensysteme im Allgemeinen in Gefrierschränken gelagert. Vor der Verwendung werden sie bei Raumtemperatur einige zehn Minuten bis eine Stunde stehen gelassen, um im Behälter aufzutauen. Nach dem Auftauen werden bestimmte Mengen des Klebstoffs mit Hilfe eines Präzisionsdispensers verwendet.
Unter den Gesichtspunkten der Materialpräzision, des Komforts und der Produktivitätsverbesserung konzentriert sich Dexerials auf die Entwicklung von einkomponentigen thermohärtenden Klebstoffen.

Als Nächstes werden wir auf ein Produkt eingehen, das Dexerials erfolgreich entwickeln konnte, indem es die Herausforderungen im Zusammenhang mit wärmehärtbaren Klebstoffen überwand.

Wärmehärtbarer Epoxidklebstoff mit kationischer Polymerisation unter Verwendung eines latenten Polymerisationsinitiators

Zu den zahlreichen bei Dexerials entwickelten Klebstoffen zählt ein Produkt, das kationische, wärmehärtbare Epoxidklebstoffe mit gekapselten Polymerisationsinitiatoren kombiniert, und eine der jüngsten erfolgreichen Innovationen.

Da das ausgehärtete Material hauptsächlich aus Etherbindungen besteht, zeichnen sich kationische Epoxidklebstoffe durch hohe Wasserbeständigkeit, geringe Aushärtungsschrumpfung und geringere Ausgasung während der Aushärtung aus und erfüllen damit zwei der oben genannten Verbesserungsanforderungen. Sie haben jedoch auch Nachteile wie langsame Aushärtungsreaktionen und Probleme, die durch den Polymerisationsinitiator verursacht werden. Daher wurden sie selten als Klebstoffoption zur Befestigung von Präzisionsteilen in Betracht gezogen.

Da wir davon überzeugt waren, dass die geringe Aushärtungsschrumpfung kationischer, thermohärtbarer Epoxidklebstoffe ein großer Vorteil im Bereich der Präzisionsklebstoffe sein und die Entwicklung neuer Anwendungen ermöglichen könnte, begannen wir mit der Verbesserung dieses Reaktionssystems. Konventionell wird häufig das giftige Antimon (Sb) als Polymerisationsinitiator für dieses Reaktionssystem verwendet, was ein Grund dafür ist, dass diese Klebstoffe bisher gemieden wurden. Daher begannen wir mit der Verbesserung des Polymerisationsinitiators. Bei der Entwicklung eines neuen Polymerisationsinitiators zielten wir nicht nur auf eine schnelle Aushärtung bei niedrigen Temperaturen ab, sondern auch auf die Herstellung des Initiators ohne den Einsatz giftiger Materialien oder Halogene. Schließlich entwickelten wir unseren aktuellen Initiator. Obwohl der neue Initiator die Erwartungen hinsichtlich der Aushärtung bei niedrigen Temperaturen und der schnellen Aushärtung erfüllte, war er so hochaktiv, dass die Aushärtungsreaktion sofort nach Zugabe einsetzte und nicht erst zum günstigsten Zeitpunkt. Ein Einkomponentensystem war aufgrund der Haftqualität und der einfachen Handhabung in der Produktion erforderlich. Dies wiederum erforderte die Schaffung einer Möglichkeit, die Aktivierung bis zum gewünschten Zeitpunkt zu verbergen und so eine Latenzzeit zu erzeugen.

Um dem neuen Polymerisationsinitiator Latenz zu verleihen, schlossen wir ihn in eine Polymerkapsel ein, die wir mit unserem eigenen, einzigartigen Herstellungsverfahren herstellten. Die Kapsel aus Spezialpolymer zerbrach bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur, sodass der darin enthaltene Initiator mit der umgebenden Flüssigkeit in Kontakt kam und die Reaktion einleitete. Solange die Temperatur diesen Grenzwert nicht überschreitet, verbleibt der Initiator in der Kapsel, und es findet keine Aushärtung statt. Die Entwicklung dieses latenten Polymerisationsinitiators für die Thermohärtung ermöglichte eine Einkomponentenlösung, die die Vorteile der geringen Aushärtungsschrumpfung kationischer Epoxidklebstoffe auch im Bereich der thermohärtbaren Klebstoffe nutzte.

Dexerials erforscht weitere Anwendungsmöglichkeiten dieser Latenztechnologie und entwickelt die Technologie zur Verkapselung hochaktiver Materialien sowie die Polymerkapseltechnologie zur Reaktionssteuerung weiter. Darüber hinaus verbessern wir das als Hauptwirkstoff verwendete Harz weiter. Der neue, durch kationische Polymerisation wärmehärtende Klebstoff erfüllt vielfältige Kundenanforderungen wie z. B. Aushärtung bei niedrigen Temperaturen, schnelle Aushärtung sowie reduzierte ionische Verunreinigungen und Ausgasungen. Dexerials wird sich weiterhin auf diesen Bereich konzentrieren und die Verbreitung der Technologie vorantreiben.
*Dexerials produziert und verkauft wärmehärtbare Klebstoffe, die latente Härtungsmittel verwenden. Beachten Sie jedoch, dass das Unternehmen keine latenten Härtungsmittel an externe Parteien verkauft.