Ziel der Entwicklung

Im Leichtbau werden zunehmend Metall-Thermoplast-Hybridverbunde in unterschiedlichsten Größen, Geometrien und Zusammensetzungen mit verschiedensten Funktionen hergestellt. Die Vielfalt der möglichen Materialkombinationen ist enorm und wird ständig erweitert.
Ein beträchtlicher Teil von Metall-Thermoplast-Hybrid-Anwendungen macht den Einsatz von Haftmitteln zwingend erforderlich, um hohe Anforderungen an die Verbundfestigkeit erfüllen zu können.
Die Anwendung von Haftmitteln bedeutet jedoch wirtschaftlichen und technologischen Zusatzaufwand bei der Herstellung und kann anwendungsrelevante Risiken mit sich bringen. Besonders nachteilig sind die mit Flüssighaftmittel verbundenen Trocknungsprozesse und
Schadstoffemissionen, die den aktuellen Erfordernissen nach effizienten, automatisierbaren und dabei ökologisch-nachhaltigen Lösungen konträr gegenüberstehen.
Mit dem Einsatz von Feststoff-Haftmitteln wie z. B. reaktiven Hotmelt-Folien werden störende Emissionen von gefährlichen und umweltschädigenden Chemikalien vermieden, Risiken bei der Handhabung minimiert und der Energiebedarf im Herstellungsprozess kann gesenkt werden.
Obwohl bereits einige Hersteller reaktive-Haftmittel-Folien mit guten Ergebnissen für Metall-Kunststoff-Hybridverbunde anbieten, gibt es noch gravierende Probleme, die deren Attraktivität beeinträchtigen.
So sind neben einer unzureichenden Universalität von Folienprodukten oft eine fehlende Beständigkeit der Haftungseigenschaften in Verbunden gegenüber Klima- und Medieneinwirkungen sowie besondere Erfordernisse an die Lagerungsbedingungen reaktiver Folien-Haftmittel häufig genannte Hindernisse für deren breite Anwendung.
Gute Ergebnisse werden jeweils nur für ausgewählte Materialkombinationen und Anwendungsgebiete erzielt. Unternehmen, die wechselnde Metall-Kunststoff-Kombinationen verarbeiten, benötigen oft ein größeres Portfolio von Haftmitteln unterschiedlicher chemischer Eigenschaften mit differierenden Verarbeitungsparametern. Die Aufwendungen für Verarbeitung, Lagerung, Beschaffung und Abfallentsorgung können gravierend sein. Bei Einführung neuer Hybridmaterialkombinationen, veränderten Oberflächeneigenschaften eingesetzter Metalleinleger oder bei geänderten Anforderungen an die Verbunde, entsteht wissenschaftlich-technischer Aufwand für die Recherche, Erprobung oder Modifizierung passender Haftmittelformulierungen bis hin zur Entwicklung neuartiger Haftmittel. Viele Hybrid-Produzenten, insbesondere kleine und mittlere Firmen mit Ausrichtung auf Auftragsfertigung haben hiermit große Probleme und können nicht ausreichend flexibel und schnell auf wechselnde Aufgabenstellungen reagieren.
Der konzeptionelle Ansatz modular zusammenstellbarer Folienkombinationen aus latent reaktiven, lagerstabilen Einzelfolien mit material- und anforderungsspezifisch optimierten Eigenschaften hat eine anwenderfreundliche Verbesserung der verarbeitungstechnischen Möglichkeiten reaktiver Haftmittelfolien in der Hybridtechnologie zum Ziel.
Dies kann vorteilhaft für Produzenten sein, die regelmäßig Hybridverbunde aus unterschiedlichen Materialkombinationen herstellen.

Vorteile und Lösungen

Der innovative Lösungsansatz besteht in der Konzeption von Folienhaftmitteln als modulares System. Aus einem Pool von miteinander kompatiblen und kombinierbaren latent reaktiven Einzelfolien können bedarfsgerecht und aufgabenbezogen für den jeweiligen Metall-Kunststoff-Hybridverbund zwei material- und prozessbezogen optimierte Haftmittelfolien ausgewählt und zu einem wirksamen Haftmittel kombiniert werden (Bild 1).
Durch die Kombination von auf das Metallsubstrat und den Hybrid-Kunststoff zugeschnittenen Haftmittelkomponenten können besonders leistungsfähige Haftsysteme für verschiedenste Verbundprobleme entstehen. Deren Einsatz bringt potenziellen Anwendern weitere Vorteile wie verbesserte Flexibilität bei Materialwechseln oder verringerter Aufwand bei der Suche und Erprobung aufgabenspezifischer Haftmittel. Bei der Entwicklung der Folienkomponenten wurden praxisrelevante Anforderungen wie ausreichende Lagerstabilität und unkomplizierte Verarbeitbarkeit gestellt. Die Zusammenstellung der kombinierten Haftmittelfolien kann so auch direkt in den Hybridisierungsprozess beim Anwender integriert werden.
Durch die geleisteten Projektarbeiten konnte das Konzept der modularen dualen Haftmittelsysteme für Hybridverbunde beispielhaft umgesetzt und an Modell-Hybridverbunden prototypisch getestet werden. Die erreichten Ergebnisse bestätigten den in den Antragsunterlagen formulierten Lösungsansatz und wiesen die Praxisrelevanz der Projektidee nach. Durch Ermittlung von potenziell Erfolg versprechenden Hotmelt-Basiskomponenten wurden latent reaktive Basis-Haftmittelzusammensetzungen formuliert, die durch haftungswirksame Zusätze materialangepasst modifiziert werden können und im Compoundierverfahren bzw. mittels Plattenpresse zu Haftmittelfolien mit anwendungsrelevanten Eigenschaften verarbeitbar sind (Bild 2). In Laborversuchen konnten metall- und kunststoffseitig modifizierte Folienzusammensetzungen entwickelt werden (Bild 3), aus denen im Laborverfahren kombinierte Folien-Versuchs-Haftmittel hergestellt und erfolgreich für die Herstellung von Hybridprüfkörpern im Spritzgussverfahren eingesetzt wurden. Duale Folien-Versuchshaftmittel zeigten in vergleichenden Versuchsreihen an Hybridspritzguss-Modellsystemen signifikant verbesserte Haftungsergebnisse gegenüber nicht kombinierten Haftmittelfolien. Vergleichsversuche mit unterschiedlichen Kombinationen von Haftmittelkomponenten zeigten differenzierte Ergebnisse in Abhängigkeit von den Substratmaterialien des Hybridverbundes. Orientierende Untersuchungen zur Lagerstabilität von Versuchsfolien unterschiedlicher Zusammensetzung ergaben eine anwendergerechte Lagerstabilität von mehreren Monaten ohne Anwendung spezieller Lagerungsbedingungen.

Zielgruppe und Zielmarkt

Duale Folien-Versuchshaftmittel zeigten in vergleichenden Versuchsreihen an Hybridspritzguss-Modellsystemen signifikant verbesserte Haftungsergebnisse gegenüber nicht kombinierten Haftmittelfolien. Vergleichsversuche mit unterschiedlichen Kombinationen von Haftmittelkomponenten zeigten differenzierte Ergebnisse in Abhängigkeit von den Substratmaterialien des Hybridverbundes. Orientierende Untersuchungen zur Lagerstabilität von Versuchsfolien unterschiedlicher Zusammensetzung ergaben eine anwendergerechte Lagerstabilität von mehreren Monaten ohne Anwendung spezieller Lagerungsbedingungen.