UV-Licht härtet Klebstoffsysteme aus

Bernhard Weisz ist Mitarbeiter bei der Loctite Deutschland GmbH in München

UV-Klebstoffe und UV-Vergußmassen sind Kunststoffe, die unter Lichtausschluß im flüssigen Aggregatszustand verbleiben. In dieser Form lassen sie sich sehr gut dosieren, wenn sie in lichtundurchlässigen Leitungen gefördert werden. Die UV-Klebstoffe und -Vergußmassen verfügen über eine hohe Adhäsion gegenüber den meisten Materialien. Sie haften sehr gut und können relativ große Spalte überbrücken. Bei Bestrahlung mit UV-Licht verfestigt sich der Klebstoff so schnell, daß die gewünschte Festigkeit oft schon nach wenigen Sekunden erreicht wird. Im ausgehärteten Zustand sind die UV-Klebstoffe mit festen Kunststoffen zu vergleichen.

Um die Klebstoffe in der Tiefe auszuhärten, wird strahlungsstarkes Licht mit Wellenlängen um 365 nm oder 420 nm benötigt (langwelliges UVA-Licht). Die Strahlungsintensität muß so gewählt werden, daß die komplette Klebeschicht durchdrungen wird.

Dickere Schichten erfordern eine höhere Intensität, weil der Klebstoff einen Teil der Strahlung absorbiert. Zur Oberflächenaushärtung ist Licht mit Wellenlängen unterhalb von 280 nm nötig (UVC-Licht), das ebenfalls mit hoher Intensität aufgebracht werden muß. Dieser Vorgang muß exakt gesteuert werden um zu verhindern, daß die Oberfläche des Klebstoffs „klebrig“ bleibt.

Anwendungsbeispiele:

Zu den klassischen Einsatzgebieten von UV-Klebstoffen gehört das Verbinden von Teilen aus UV-Licht-durchlässigen Materialien wie sie zum Beispiel in der Medizintechnik oft vorkommen. Sind unterschiedliche Werkstoffe wie Kunststoff und Metall oder weiche Kunststoffe mit harten Materialien wie Glas zu fügen, sorgen UV-Klebstoffe für spannungsarme Verbindungen. Dies führt zu einer längeren Lebensdauer von Materialien und Verbindung. Die Fügeteile werden beim Kleben weder thermisch noch mechanisch geschädigt, wie dies beim Schweißen, Nieten oder Schrauben häufig vorkommt. Müssen die Verbindungsstellen zwischen den Fügeteilen außerdem dicht sein, so erspart der Klebstoffeinsatz eine zusätzliche, aufwendige Abdichtung.

In der Elektrotechnik werden UV-Klebstoffe gern als Vergußmassen eingesetzt, um empfindliche elektrische Bauteile zu verkapseln oder Stecker abzudichten. Die gute Adhäsion bei Metall- und Kunststoffoberflächen sorgt hier für eine zuverlässige und dauerhafte Versiegelung. Sie ist gegen die meisten Medien widerstandsfähig.

UV-Licht-härtende Vergußmassen bieten außerdem den Vorteil, daß das Material erst dann härtet, wenn es mit UV-Licht bestrahlt wird. Es ist keine fest vorgeschriebene Zeit zwischen Auftragen und Aushärten einzuhalten. Dies erleichtert die Fertigungsplanung. Kleine Werkstücke können auf geeigneten Trägern gesammelt und anschließend in einem Arbeitsgang in der UV-Kammer bestrahlt werden.

Durch spezielle UV-Klebstoffe, die Loctite mit einem sekundären Aushärtesystem ausstattet, lassen sich auch schwierige Verbindungen produktionsgerecht herstellen. Sie sind vor allem dann nützlich, wenn durch Form und Materialstruktur der Fügeteile Schattenpartien entstehen und das UV-Licht nicht alle Bereiche bestrahlen kann. In den Schattenpartien reagiert dann je nach Klebstoffprodukt ein sekundäres Aushärtesystem durch Sauerstoffausschluß (anaerob), durch Wärme, Luftfeuchtigkeit oder durch vorheriges Auftragen eines Aktivators.

Mit diesen Klebstoffen lassen sich auch gut klima- und medienfeste Verbindungen herstellen. In solchen Fällen wird der überschüssige Klebstoff am Rand der Kontaktflächen als Schutzschild eingesetzt. Die schnelle UV-Aushärtung verfestigt den Wulst, der sich an den Kanten gebildet hat. Dieser fixiert das Fügeteil und sorgt gleichzeitig für den Sauerstoffausschluß, der die anaerobe Komplettaushärtung in Gang setzt.

Die schnelle Aushärtung der UV-Klebstoffe läßt sich in der automatischen Fertigung nutzen, um beim Fixieren der zu verbindenden Teile Kosten zu sparen. Das Zuführen der Teile und das Verharren in der Klebeposition kann auf Sekunden verkürzt werden. Dadurch verringert sich der Aufwand, der für den Einsatz von Vorrichtungen zu betreiben ist. Meistens läßt sich die Fixierung schon im Stadium der sogenannten Handfestigkeit lösen. In diesem Zustand ist die Klebeverbindung bereits so weit fortgeschritten, daß die Teile gefahrlos bewegt werden können, obwohl die Endfestigkeit noch nicht erreicht ist. Während der Montage entstehen in der Regel ohnehin nur Belastungen, die weit unter dem Wert der definierten Endfestigkeit liegen, die sich ja an den Betriebsbedingungen des fertigen Gerätes orientiert.

UV-Lichtquellen:

Je nach Anwendung müssen Intensität und Wellenlängen der Strahlung gewählt werden. Die Lichtintensität bestimmt sehr stark die notwendige Bestrahlungsdauer. Wird sie erhöht, verkürzt sich die Aushärtezeit. Somit läßt sich die Taktzeit des Klebevorganges gut auf automatische Anlagen abstimmen.

Das reichhaltige Angebot an Lichtquellen bietet viele Möglichkeiten, den Fertiungsprozeß zu organisieren. Zu den einfachsten und flexibelsten Lösungen für die manuelle und halbautomatische Fertigung gehören UV-Lampengehäuse. Ähnlich wie bei einem Wärmeschrank werden die Teile auf einem Tablett oder direkt hineingestellt und bestrahlt. Für Kleinserien läßt sich dieses Gerät bequem auf die verschiedensten Anforderungen anpassen.

In großen automatischen Produktionsanlagen werden oft Tunnelanlagen eingesetzt, bei denen die Teile gut abgeschirmt unter die UV-Lampen fahren. Nach dem Einlaufen der Transporteinheit wird der Ein- und Ausgang des Lampentunnels geschlossen und der Bestrahlungsprozeß gestartet.

Die Litepoint-UV-Aushärtesysteme von Loctite sind mit beweglichen Lichtleitern ausgestattet. Diese haben die Integration von UV-Lichtquellen in die Produktion enorm vereinfacht. Der Lichtleiter kann das UV-Licht auf einfache Weise an die gewünschte Stelle lenken. Da nur eine geringe seitliche Strahlung auftritt, sinkt der Aufwand für die Abschirmung zum Schutz des Bedienpersonals.

Die mit beweglichen Lichtleitern ausgerüsteten Geräte lassen sich auch außerhalb der Produktionslinien gut einsetzen. Im Prototypenbau oder bei Kleinserien kann der Bediener das UV-Licht manuell direkt an die gewünschte Stelle führen und somit ohne großen Aufwand durch den Einsatz von Vorrichtungen arbeiten.