Grundlagen von Klebstoffen: Physikalische Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften von Klebstoffen

Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für Produktinformationen zu einem UV-härtenden und wärmehärtenden Klebstoff von der Dexerials-Website. Die wichtigsten Eigenschaften variieren je nach Anwendung, aber die Informationen sind hier enthalten.

In den nächsten Abschnitten werden wir die folgende Tabelle untersuchen, um die Eigenschaften des flüssigen und dann des gehärteten Materials in der Reihenfolge der Zustandsänderung darzustellen.

[Flüssigkeitseigenschaften] Thixotropie: Klebstoffe als thixotrope Flüssigkeiten

Wenn auf flüssiges Wasser eine Kraft ausgeübt wird, kann es auf verschiedene Weise seine Form ändern. Wenn Wasser in eine Tasse gegossen wird, bewirkt die Schwerkraft, dass das Wasser die Tasse so füllt, dass sie der Form ihres Inneren entspricht, ohne dass Lücken entstehen, und die Oberseite wird waagerecht. Flüssigkeiten wie Wasser, bei denen die „aufgewandte Kraft“ und das „Maß der Verformung“ proportional sind, werden als newtonsche Flüssigkeiten bezeichnet.

Andererseits haben Flüssigkeiten wie Mayonnaise andere Eigenschaften als Wasser. Wenn man die Mayonnaise aus der Tube auf den Teller drückt, läuft sie in einem zappeligen Strahl aus dem Mund. Allerdings verteilt sich Mayonnaise auf einem Teller nicht horizontal wie Wasser, sondern steigt zu einem Hügel auf und nimmt eine feste Form an. Eine Flüssigkeit, die die Eigenschaft hat, ihre Viskosität je nach ausgeübter Kraft zu ändern, wie z. B. Mayonnaise, wird als thixotrope Flüssigkeit bezeichnet.

Thixotrope Flüssigkeiten werden häufig als Klebstoffe verwendet. Stark thixotrope Flüssigkeiten ähneln bei geringer Krafteinwirkung eher einem Feststoff und verwandeln sich bei starker Krafteinwirkung in wasserähnliche Flüssigkeiten. Je thixotroper eine Flüssigkeit ist, desto größer ist ihre Formbeständigkeit.

[Flüssigkeitseigenschaften] Viskosität - Die Beziehung zwischen Thixotropie, Viskosität und "Fadenziehen"-

Ein Problem im Zusammenhang mit Thixotropie, das bei der Entwicklung von Klebstoffrezepturen auftritt, ist die Fädenbildung. Wenn eine hochviskose Flüssigkeit wie Honig mit einem Löffel aus einem Behälter geschöpft wird, bildet der Honig dehnbare Fäden. Bei der Entwicklung eines Klebstoffs ist es wichtig, diese Fädenbildung zu minimieren.

Als allgemeine Faustregel gilt, dass dünne Flüssigkeiten wie Wasser keine Fäden bilden. Wird darüber hinaus eine dünne Flüssigkeit wie Wasser thixotropiert, verbessert sich auch die Widerstandsfähigkeit gegen Fadenbruch. Andererseits können hochviskose Flüssigkeiten wie Stärkesirup Fäden bilden, obwohl es sich bei beiden um newtonsche Flüssigkeiten handelt. Wenn eine Flüssigkeit wie Stärkesirup thixotrop gemacht wird, behält sie ihre Form in einem fädenziehenden Zustand, was zu scharfen Ecken führt, genau wie bei Schleim.

Da die Viskosität und Thixotropie einer Flüssigkeit wesentliche Faktoren sind, die ihre Fadenziehbarkeit beeinflussen, müssen sie bei der Entwicklung eines Klebstoffs ausreichend berücksichtigt werden.

In der Praxis werden Flüssigkeiten mit geringer Thixotropie verwendet, damit Klebstoffe bei der Montage elektronischer Bauteile usw. in sehr kleine Zwischenräume fließen können. Umgekehrt werden Flüssigkeiten mit hoher Thixotropie verwendet, um den Klebstoff an der gleichen Stelle zu halten, was besser ist. Bei der Auswahl eines Klebstoffs ist es notwendig, diese mit dem Kunden zu besprechen und die Bauteilstruktur und Verarbeitbarkeit zu berücksichtigen, um die optimale Wahl zu treffen.

[Eigenschaften des ausgehärteten Produkts] Elastizitätsmodul - Elastizitätsmodul und linearer Ausdehnungskoeffizient -

Nach dem Aushärten dehnt sich das Polymer bei Temperaturänderungen aus und zieht sich zusammen (verformt sich). Der Elastizitätsmodul gibt an, wie stark ein Material dieser Verformungskraft widerstehen kann. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist ein Verhältniswert, der angibt, wie stark sich die Größe eines Polymers bei Temperaturänderungen ändert, und der lineare Ausdehnungskoeffizient bezieht sich auf die Längenänderung. Elektronische Bauteile erreichen im Betrieb hohe Temperaturen; im unbenutzten Zustand entspricht ihre Temperatur jedoch der Umgebungstemperatur. Bei der Auswahl von Klebstoffen für solche Anwendungen müssen der Elastizitätsmodul und der lineare Ausdehnungskoeffizient des ausgehärteten Materials berücksichtigt werden, um die Eignung für die jeweilige Einsatzumgebung zu gewährleisten.

Das folgende Foto ist eine Röntgenaufnahme eines auf einer Platine montierten CMOS-Bildsensors, nachdem ein Thermoschocktest durchgeführt wurde.

Vor dem Test wird Klebstoff auf zwei gegenüberliegende Kanten des Sensorchips aufgetragen, um die dünnen Bonddrähte zu schützen. Das Foto links zeigt, dass sich einige Drähte gelöst haben, nachdem sie mit einem Klebstoff mit hohem linearen Ausdehnungskoeffizienten (hohe Ausdehnungs-/Kontraktionsrate durch Hitze) geschützt wurden. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass sich der lineare Ausdehnungskoeffizient des Klebstoffs deutlich von den Koeffizienten des Sensorchips und der Keramikplatte, aus denen die Komponenten bestehen, unterscheidet. Umgekehrt wiesen die mit Klebstoff mit niedrigem linearen Ausdehnungskoeffizienten geschützten Bereiche keine gelösten Drähte auf, da die Dimensionsänderungen denen der anderen Teile ähnelten.

Dieser Test zeigt, dass die Haftung am Objekt nur dann ausreichend ist, wenn das gewünschte Ergebnis (Schutz der Drähte) erreicht wird. Bei der Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten müssen der Elastizitätsmodul und der lineare Ausdehnungskoeffizient bei der Klebstoffauswahl sorgfältig berücksichtigt werden.

Kontrolle des Blutungsphänomens

Als Nächstes gehen wir auf das Ausbluten als Beispiel für Aspekte ein, die in der obigen Eigenschaftstabelle nicht enthalten sind, bei der Klebstoffgestaltung jedoch dennoch berücksichtigt werden sollten.

Die Ausblutung ist ein Hinweis auf die Tendenz einer Flüssigkeit zum Ausbluten oder Austreten. Wird ein flüssiger Klebstoff auf ein poröses Fügeteil aus Material wie Keramik aufgetragen, kann die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung in die Poren des Fügeteils eindringen. Dadurch werden Füllstoffe und feste Härter an der Oberfläche des Fügeteils gefiltert und von der Flüssigkeit getrennt. Dadurch weist die als Filtrat austretende Flüssigkeit mit niedermolekularem Anteil eine geringere Viskosität und eine noch stärkere Tendenz zum Ausbluten auf. Da dieses Ausbluten Defekte verursachen kann, muss es kontrolliert werden.

Um das Ausbluten zu kontrollieren, muss die Ausblutbarkeit des Klebstoffs angepasst werden. Dies geschieht häufig mit den folgenden sechs Methoden:

1. Erhöhen Sie die Viskosität der Hauptkomponente des Klebstoffs, um das Fließen der Flüssigkeit zu verringern.
2. Fügen Sie einen Füllstoff mit hoher Dichte und großer spezifischer Oberfläche hinzu, um die Ölabsorption (die Adsorption der primären Harzkomponente des Klebstoffs) zu erhöhen.
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3. Die Katalysatorpartikelgröße wird feiner gemacht, um die Trennung von der Flüssigkeit zu reduzieren.
4. Durch die Verwendung eines Katalysators mit kleiner Partikelgröße wird die Geschwindigkeit des Viskositätsanstiegs während der Aushärtung erhöht und das Ausbluten unterdrückt.
5. Verwenden Sie keine niedermolekularen Komponenten (z. B. Weichmacher), die nach dem Aushärten zum Ausbluten führen können.
6. Das Harz ist so konzipiert, dass niedermolekulare Bestandteile nach dem Aushärten nicht aus der vernetzten Struktur entweichen.

Die folgenden Fotos zeigen das Ergebnis des Auftragens von Kleben B (mit Ausblutungsschutzmaßnahme 1) auf eine Keramikplatte. Im Vergleich zu den Fotos von Kleben A oben zeigen sie, dass das Ausbluten unterdrückt wurde.

Ein Vergleich des Bildes unmittelbar nach dem Auftragen und 16 Stunden danach zeigt, dass sich der Klebstoff im nassen Zustand ausgebreitet hat. Bei präziser Haftung ist es besser, wenn die Veränderung zwischen Auftragen und Aushärtung minimal ist. Die folgenden Fotos zeigen Kleben C mit Gegenmaßnahme 2. Zwar ist 16 Stunden nach dem Auftragen eine leichte Ausbreitung zu beobachten, diese ist jedoch im Vergleich zu Kleben B ausreichend unterdrückt.
Obwohl 16 Stunden nach der Anwendung eine leichte Benetzung und Ausbreitung auftrat, wurde dies durch Kleben B ausreichend unterdrückt.

Obwohl wir einige der Eigenschaften von Klebstoffen beschrieben haben, können je nach Kundenanwendung weitere Einschränkungen zum Tragen kommen. Bei der Auswahl von Klebstoffen sind zahlreiche Aspekte hinsichtlich Materialien, Verfahren, Ausrüstung und mehr zu berücksichtigen. Bei Dexerials arbeiten wir gemeinsam mit unseren Kunden an der Lösung dieser Probleme und unterstützen die Auswahl und Entwicklung hochwertiger Klebstoffe, die den Kundenbedürfnissen und -zielen entsprechen.