6.7 Langzeitbeständigkeit2019-05-03T16:19:20+01:00

6.7 Langzeitbeständigkeit

Eine Klebung ist um so beständiger …

  • … je länger sie chemischen, physikalischen und biologischen Einflüssen …
  • … in Kombination mit mechanischen Belastung standhalten kann, …
  • … ohne unzulässige Veränderungen in den qualitätsentscheidenden Eigenschaften (besonders: Festigkeit, Verformungsfähigkeit) zu erleiden.

Vorhersagbarkeit

Die verschiedenen Ursachen, welche zur Alterung führen, treten in den seltensten Fällen isoliert auf. Stattdessen überlagern sich meist mehrere der genannten Einflüsse.

Bei der Überlagerung addieren sich nicht einfach die Folgen der einzelnen Einflüsse, sondern es kann zu komplexen Wechselwirkungen mit vielfacher Verstärkung oder auch Abschwächung der Effekte kommen.

Da die zukünftigen Einflüsse auf eine Klebung im Regelfall nicht bekannt sind, sondern lediglich abgeschätzt werden können, ist eine exakte Vorhersagbarkeit des realen Alterungsverlaufs nur bedingt möglich. → Abschätzung anhand von Ergebnissen aus Alterungversuchen in Kombination mit Erfahrungen aus dem Feld

Abschätzung der Langzeitbeständigkeit

Häufig gefordert: Lebensdauer von 20 Jahren und mehr.
Praktische oder experimentelle Erfahrung über derart lange Zeiträume liegen bei den in den letzten Jahren entwickelten Hochleistungsklebstoffen nicht vor.
Jedoch können die bei Klebstoffherstellern, Klebstoffanwendern und unabhängigen Beratern vorliegenden Erfahrungen an ähnlichen Klebstoffsystemen in vielen Fällen genutzt werden. Tests zur künstlichen (beschleunigten) Alterung sind jedoch trotzdem notwendig.

Hierzu werden Klebungen innerhalb eines angemessenen Prüfzeitraumes …

  • … in kurzen Zeitspannen …
  • … erhöhten Belastung (Temperatur, rel. Feuchtigkeit, Konzentration) …
  • … ausgesetzt. → „Zeitraffer“-Tests

Abschätzung der Langzeitbeständigkeit

DIN EN ISO 9142: Klebstoffe, Auswahlrichtlinien für Labor-Alterungsbedingungen zur Prüfung von Klebverbindungen

  • Definition von bevorzugten Temperaturen, Einwirkzeiten und relativen Feuchten
  • Vorschlag verschiedener Alterungszyklen, die Wärme, Kälte-, Wasser- und Salzwassereinwirkungen in verschiedenen Kombinationen umfassen

Vielfach: Firmenspezifische Vorschriften zur praxisgerechten Einschätzung des Alterungsverhaltens

Prinzipielle Anforderungen an Labor-Alterungsverfahren

  • Die künstliche Alterung im Labor sollte möglichst alle relevanten Beanspruchungskombinationen enthalten.
  • Unter realistischen Bedingungen sollte der maximal mögliche Zeitraffer-Effekt erreicht werden. Vorsicht! – zu extreme Werte (z. B. bei der Wahl der Temperaturen oder der Konzentration einwirkender Medien) können zu Abbaumechanismen führen, die in der Praxis nicht auftreten!

Programmierbare Klima-Prüfschränke:

Beschleunigte Alterung (Beispiele)

1) Klimaauslagerung (Konstantklima)

  • Lagerung bei konstanten Klimabedingungen (Kombination von Temperatur und rel. Feuchte) über einen längeren Zeitraum
  • An den späteren Einsatzbereich angepasst, bzw. bewusst erhöht, um Zeitraffereffekt zu nutzen

Beispiele:

  • Variante 85/85 (→ 85 °C/85% rel. Feuchtigkeit), Standard in der Mikroelektronik, Dauer: 2000 Stunden
  • Kondenswassertest (DIN EN ISO 6270): 40 °C, 100% rel. F., Dauer wählbar (z. B. Automobilbau: 1000 Stunden)

2) Klimawechseltests (DIN EN ISO 9142)

  • Zyklischer Wechsel zwischen zwei oder mehr Klimabedingungen
  • Vorgegebene Haltezeiten bzw. Übergangszeiten
    → z. B. Simulation des Klima-Einflusses im Freien (Tag/Nacht bzw. Sommer/Winter)

Beispiel: Beeinflussung durch Temperatur- und Feuchtewechsel, z. B. im Freien

3) Salzsprühnebelprüfung (DIN EN ISO 9227)

  • Besprühen der Probekörper mit 5% Kochsalzlösung in einer Kammer über eine bestimmte Dauer (meist 1000 Stunden)
  • Mechanische Prüfung bei 35 °C
  • In der Regel kombiniert mit anderen Alterungsmethoden wie z. B. mit dem Klimawechseltest

→ Beschleunigung der Korrosion (Metallklebungen!)

z. B. als Teil des „VDA-Wechseltests“ (siehe: „Kombinierte Tests“)

4) Kataplasma-Test (DIN EN ISO 9142; Anhang E2)

  • Probe (z. B. Zugscherprobe) in wassergetränktem Wattebausch und ggf. Aluminiumfolie einwickeln und anschließend in PE-Folie luftdicht einschweißen
  • Lagerung über längere Zeit bei erhöhten Temperaturen, danach starke Abkühlung unter den Gefrierpunkt (z. B. 2 Wochen bei 70 °C mit anschließender schneller Umlagerung (max. 30 min); die Prüfkörper werden nach Auspacken 2 Stunden bei -20 °C gelagert; nach anschließender Rekonditionierung im Normklima sollte die Prüfung erfolgen)

Proben in abgeschlossener Atmosphäre Korrosionsprodukte werden nicht abgeführt und können weiter auf die Klebung einwirken; keine Rücktrocknung vor dem Abkühlen → Frostschäden

5) Licht-/UV-Beständigkeitsprüfung:

  • DIN EN ISO 4892-1, -2, -3: Kunststoffe; Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten

6) Medienbeanspruchung:

  • DIN EN ISO 175: Kunststoffe; Prüfverfahren zur Bestimmung des Verhaltens gegen flüssige Chemikalien, bei dem die Prüfkörper den zu untersuchenden Medien bei bestimmten Temperaturen über eine vorgegebene Zeit ausgesetzt werden

7) Kombinierte Tests

z. B. VDA-Wechseltest (VDA 621-415)

  • 24 Stunden Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227
  • 96 Stunden Kondenswasser-Wechselklima nach DIN EN ISO 6270-2
  • 48 Stunden Lagerung bei Raumtemperatur (18 bis 28 °C)

VDA = Verband der deutschen Automobilindustrie

Freibewitterung:

  • Auslagerung der geklebten Proben im Außengelände, z. B. auf dem Dach
  • Gleichzeitiges Einwirken von Temperaturwechsel, Feuchtewechsel, Lichtstrahlung und aggressiven Gasen
  • Empfehlung: vorgespannte/vorgedehnte Proben verwenden

→ Effekte unterscheiden sich von Laboralterungsverfahren

  • Unterschiede je nach Region und Wetterbedingungen (Erfahrung: z. B. 1 Jahr Extramklimazone (Florida: feucht/warm), entspricht etwa 6 – 8 Jahren Mitteleuropa; Quelle: VW)
  • Wertvolle Ergänzung zu den Laborergebnissen

Die Gegenüberstellung des Alterungsverhaltens von Bauteilen aus dem realen Einsatz mit den Ergebnissen aus Freibewitterungsversuchen und aus Labor-Alterungs-Versuchen ermöglicht Aussagen über Korrelationen (Zeitraffungs-Faktor).

Aber Vorsicht:

  • Die Beschleunigung der Effekte ist nicht in jedem Zeitabschnitt konstant.
  • Geänderte, unerwartete bzw. seltene Einflüsse können Alterungen in Zukunft stärker beschleunigen als bisherige Erfahrungen erwarten lassen. → Sicherheitsfaktoren einplanen

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