Verbindend verkapselt Mikrokapseln optimieren das prozesssichere Kleben auf Knopfdruck

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Mikrokapseln mit reaktivem 2-Komponenten-Klebstoff können Klebprozesse in Industrie und Montage vereinfachen und die Arbeitssicherheit erhöhen. Wie das geht, weiß man am IAP in Potsdam ...

Kleben verbindet bekanntlich Bauteile meist flächig und kann dabei auch unterschiedliche Materialien zusammenbringen. Es ermöglicht dabei auch relativ leichte Konstruktionen. In der industriellen Praxis ist der Klebstoffauftrag aber oft ein zusätzlicher Prozessschritt, was nicht immer von Vorteil ist. Die Klebstoffe müssen dazu auch dosiert, aufgetragen und ausgehärtet werden. Dabei kann der direkte Umgang mit reaktiven Klebstoffkomponenten zusätzliche Anforderungen an Arbeitsschutz, Prozessführung und Schulungsaufwand stellen, wie die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) erklären. Je nach Materialsystem, Temperatur, Untergrund und Belastung kann sich auch die Haftwirkung konventioneller Klebebänder verändern. Ein neuartiger Ansatz, der auf Mikrokapseln basiert, soll davon einige Probleme lösen können. Die Foscher setzen dafür übrigens isocyanatfreie Kleber auf Acrylat- oder Epoxid-Basis ein.

Verschieden befüllte Kapseln lassen es erst unter Druck kleben

Am Institut werden dazu im Rahmen des Fraunhofer-Clusters Programmierbare Materialien CPM also mikroskopisch kleine Kapseln entwickelt, die jeweils eine Einzelsubstanzen eines 2-Komponenten-Klebstoffs einschließen. Man sollte sich diese Mikrokapseln wie viele winzige Reservoirs für Klebstoff vorstellen. Und in jeder Kapsel ist eben eine der beiden Komponenten eingeschlossen. Solange die Kapseln intakt sind, bleibt das System dann inaktiv. Wird aber Druck ausgeübt, der Kapseln schließlich zerplatzen lässt, kommt es zur Vermischung und Vernetzungsreaktion der beiden Komponenten. So entstehe genau an der Kontaktfläche eine feste Verbindung. Ein großer Vorteil sei, dass diese Vernetzung bei Raumtemperatur klappe. Zusätzliche Erwärmungsprozesse oder weitere Aushärtungsschritte sind also nicht nötig. Die technische Herausforderung liegt dabei in der Verkapselung selbst. Denn 2-Komponenten-Klebstoffe sind reaktive Materialien und könnten auch mit den Chemikalien reagieren, die während der Herstellung der Kapselhülle eingesetzt werden. Die Forscher können die Kapselchemie aber äußerst präzise einstellen, wie man betont. Dadurch bleiben die Klebstoffkomponenten aktiv, werden zuverlässig eingeschlossen, können auch sicher gelagert und verarbeitet werden, um sich erst beim Verpressen gezielt zu öffnen. Das sind Kriterien, die von der Industrie verlangt werden.

Klebstofftextile sollen flächige Verklebungen ermöglichen

Die Mikrokapseln sollen jetzt auf flächige Trägermaterialien appliziert werden, die sich wie ein Zwischenlage-Werkstoff verarbeiten lassen. Geeignet sind etwa textile Träger, Fasergewirke oder andere flächige Materialien. So wird der Klebstoff zu einem handhabbaren Material, denn er lässt sich im Bauteil positionieren und entfaltet seine Wirkung erst durch den Fügeschritt. Mögliche Einsatzfelder sind Prozesse, bei denen Bauteile also flächig, kontrolliert und ohne offenen Klebstoffauftrag verklebt werden müssen. In der Automobilindustrie kommen dafür etwa Batterie-Stacks infrage. Weitere Anwendungsfelder sind der Maschinenbau, die Elektronikfertigung oder mikrostrukturierte Bauteile mit feinen Kanälen, bei denen klassische Dosier- und Auftragsverfahren technisch aufwendig, schwer zugänglich oder wirtschaftlich wenig attraktiv sind. Für die Entwicklung dieser Klebstofftextile verbindet das IAP seine Expertise in der Mikroverkapselung mit anwendungsnahen Prüfungen, wie man weiter erfährt. Die Festigkeit der daraus entstehenden Verbindungen wird dann mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) untersucht, was die Grundlage dafür ergibt, geeignete Einsatzfelder mit Partnern gezielt zu bewerten.

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