de.wedoany.com-Bericht: Deutschland – Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP hat eine Mikrokapsel-Klebstofftechnologie entwickelt, bei der die Komponenten eines Zweikomponenten-Klebstoffs in Mikrokapseln eingeschlossen werden. Durch Druckausübung wird die Klebereaktion ausgelöst, ohne dass ein zusätzlicher Aushärteschritt erforderlich ist.
Klebverbindungen ermöglichen das Fügen von Bauteilen über große Flächen, die Kombination unterschiedlicher Materialien und fördern den Leichtbau. In der industriellen Praxis erfordert das Auftragen von Klebstoff jedoch oft zusätzliche Prozessschritte wie Dosierung, Auftrag und Aushärtung. Die direkte Handhabung reaktiver Klebstoffkomponenten stellt hohe Anforderungen an Arbeitssicherheit, Prozesskontrolle und Bedienerschulung. Die Klebkraft herkömmlicher Klebebänder kann zudem je nach Materialsystem, Temperatur, Substrat und Belastung im Laufe der Zeit variieren.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat das Fraunhofer IAP im Rahmen des Fraunhofer-Exzellenzclusters Programmable Materials CPM neuartige Mikrokapseln entwickelt. Jede Kapsel enthält eine Komponente eines Zweikomponenten-Klebstoffsystems. Solange die Kapseln intakt bleiben, ist das System inert. Bei Druckausübung platzen die Kapseln, die beiden Komponenten treffen aufeinander und vernetzen sich, wodurch eine feste Verbindung auf der Kontaktfläche entsteht. Dieser Prozess erfolgt bei Raumtemperatur ohne zusätzlichen Aushärteschritt.
Die größte technische Herausforderung liegt in der Verkapselung selbst, da reaktive Zweikomponenten-Klebstoffe mit den Chemikalien zur Kapselhüllenbildung interagieren können. Laut Dr. Christian Neumann, Wissenschaftler am Fraunhofer IAP, kann durch präzise Steuerung der Kapselchemie sichergestellt werden, dass die Klebstoffkomponenten aktiv bleiben, zuverlässig verkapselt, lager- und verarbeitbar sind und sich unter Druck selektiv öffnen. Da der Klebstoff erst im Fügeschritt aktiviert wird, wird der direkte Kontakt der Bediener mit reaktiven Komponenten reduziert. Die Forscher konzentrieren sich auf isocyanatfreie Klebstoffsysteme auf Acrylat- oder Epoxidbasis, was für Unternehmen attraktiv ist, die isocyanathaltige Formulierungen vermeiden möchten.
In der nächsten Entwicklungsphase werden die Mikrokapseln auf flächige Trägermaterialien wie textilbasierte Substrate oder Fasergestricke aufgebracht, sodass der Klebstoff zu einem positionierbaren Zwischenlagenmaterial wird, das erst beim Fügen aktiviert wird. Mögliche Anwendungen umfassen Batteriestapel in der Automobilindustrie, den Maschinenbau, die Elektronikfertigung sowie Mikrostrukturbauteile mit feinen Kanälen, bei denen herkömmliche Dosier- und Auftragsmethoden technisch anspruchsvoll oder wirtschaftlich nachteilig sind. Die Klebfestigkeit wird derzeit gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU bewertet. In der Fraunhofer-Pilotanlage für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ können die Mikrokapseln im Tonnenmaßstab produziert werden, was ausreichend Material für anwendungsorientierte Tests liefert. Das Institut sucht nun Industrie- und Forschungspartner, die spezifische Komponenten, Trägermaterialien oder Montageprozesse beitragen.
