Hochfestes und witterungsbeständiges Kleben von Floatglas

Long Term Durability of Bonded Floatglass-joints

  • In der vorliegenden Arbeit wird die Beständigkeit geklebter, hochfester Glasverbunde unter natürlicher Bewitterung untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Anforderungen an einen Klebstoff zum hochfesten und witterungsbeständigen Fügen von Glas für Anwendungen im Bauwesen zu spezifizieren und die Tauglichkeit geeignet erscheinender Systeme anhand dieser Anforderungen zu prüfen und zu bewerten. Feuchtigkeit sowie die UV- und Lichteinstrahlung sind die Hauptschädigungsfaktoren für Glasklebungen. Ein Klebstoff für die Befestigung von Punkthaltern an Glas muss unter diesen Belastungen dauerhafte Verbindungen zur Glasoberfläche aufbauen und im Vergleich zu den in linienförmigen Verbindungen eingesetzten Silikonen deutlich höhere Spannungen übertragen können. Als aussichtsreiche Klebstoffkonzepte zur Erfüllung dieser Forderungen werden ein epoxidverstärkter Silyl-Klebstoff und ein Zweikomponenten-Epoxidharzklebstoff mit Haftvermittler ausgewählt. Diese Klebstoffe können der Theorie nach -ebenso wie Silikone- über Si-O-Si-Bindungen an die Glasoberfläche anbinden. Ein in der Praxis bewährter Silikondichtstoff dient als Bewertungsmaßstab für das Alterungsverhalten der gewählten Systeme. Die Untersuchung des Alterungsverhaltens der Klebstoffe erfolgt an Glas-Glas-Modellverbunden in Druckscher- und in Zugschergeometrie. Der Einfluss von Feuchtigkeit auf die Verbindung wird durch eine Wasserlagerung der Modellverbunde bei 40 °C simuliert, eine künstliche Bewitterung belastet die Proben zusätzlich durch UV- und sichtbares Licht. Durch eine parallel zu diesen Versuchen durchgeführte Freibewitterung kann die Aussagekraft der gewonnenen Ergebnisse bewertet werden. Die Wasserlagerung führt bei den mit GD 823 N hergestellten Modellverbunden nach relativ kurzer Zeit zu einem deutlichen Abfall der Verbundfestigkeit und zu einem Wechsel des im ungealterten Zustand kohäsiven Bruchbildes zu adhäsivem Versagen. Die künstliche Bewitterung zeigt die Unempfindlichkeit gegenüber der Einwirkung von Sonnenlicht, erhöhter Temperatur und zeitweiliger Feuchtebelastung. Sie führt zu keiner relevanten Änderung der Festigkeit oder des Bruchbildes der Modellverbunde. Die natürliche Bewitterung der Verbunde führt nach fünf Jahren zu keiner erkennbaren Schädigung des Klebstoffes oder der Grenzfläche. Die ermittelten mechanischen Kennwerte unterscheiden sich nur geringfügig von den im ungealterten Zustand ermittelten Werten. Bei den mit MOS 7 hergestellten Verbunden führt die Wasserlagerung zu einem moderaten Festigkeitsverlust, der durch Trocknung der Proben teilweise rückgängig gemacht werden kann. Dabei ändert sich das Bruchbild vom kohäsiven Versagen im ungealterten Zustand zu einem adhäsiven Versagen nach Wasserlagerung. Nach Rücktrocknung treten bei kürzeren Alterungsdauern wieder Kohäsionsbrüche auf, nach längerer Wasserlagerung bleibt das Bruchbild adhäsiv. Die Ergebnisse der mechanischen Prüfungen deuten auf eine signifikante Nachvernetzung des Klebstoffs im Verlauf der Alterungen hin, die nicht nur durch das Wasser, sondern auch durch die erhöhte Temperatur verursacht wird. Dies kann durch FTIR-Messungen gezeigt werden. Die künstliche Bewitterung führt zu einer deutlichen Schädigung der Verbindung, die sowohl in den mechanischen Kennwerten als auch im Wechsel des Bruchbildes sichtbar wird. Dieses Verhalten zeigen die Proben auch bei Freibewitterung. Längere Lagerung der Proben unter Lichtabschluss bei Umgebungsbedingungen führt zu einer starken Zunahme von Scherfestigkeit und E-Modul durch die langsam ablaufende Nachvernetzung der Epoxidharzphase. Der Klebstoff MOS 7 ist trotz der mit ihm zu erzielenden gut feuchtigkeitsbeständigen Verbunde aufgrund der nicht ausreichenden Beständigkeit bei Bewitterung und der sich stark ändernden mechanischen Eigenschaften für eine direkte UV-Belastung der Grenzfläche und einen Einsatz in feucht-warmer Umgebung weniger geeignet. Die mit dem Epoxidharz Sichel Metallon FL verklebten Modellverbunde werden sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 120 °C ausgehärtet. Nach beiden Aushärtebedingungen zeigen die Verbunde nach Alterung in 40 °C warmem Wasser nur geringe Verluste der Festigkeit. Erst die Erhöhung der Alterungstemperatur auf 70 °C führt zu einem deutlichen Festigkeitsverlust mit erkennbaren Vorteilen der Heißaushärtung. Bei künstlicher Bewitterung lassen sich geringfügige Unterschiede der verklebten Glasseite erkennen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verklebung der Ofenseite zu einer etwas besseren Beständigkeit führt. Technisch sind die ermittelten Unterschiede nur von geringer Bedeutung. Die Freibewitterung hinterlässt nach fünf Jahren keine erkennbaren Schäden an der Klebung.
  • This work was done to test the weather resistance of high performance glass assemblies. The weathering resistance of high strength adhesives for use with glass has so far prevented the "spot-bonding" technique from replacing mechanical fastenings. The aim of this work is to define and specify the requirements made on high performance, weather-resistant glass joints typical to the building industry, and then to use this specification to evaluate several candidate adhesives. Humidity, UV irradiation and light sensitivity are the major causes of damage to high performance bonded glass joints. An adhesive to be used for "spot-bonding" with glass must not only be able to form a lasting, durable bond to the glass surface, but also to be able to withstand significantly higher loads than those joints currently made using the approved beaded joint system employing Silicone adhesives. In addition, such a high performance adhesive would also have to be resistant to Hydrolysis and UV irradiation for at least 25 years. Promising candidate systems chosen for evaluation were an epoxy-modified Silyl-Adhesive and a two component epoxy adhesive with adhesion promoter. These adhesives were chosen as candidates as they should theoretically be able to chemically adhere to the surface of glass in the same way as Silicones do - by creating Si-O-Si chains. A well proven Industry Standard Silicone adhesive was included in the tests to act as a benchmark, and all tests were made on uniform standard float glass to float glass joints under shear loadings. The effects of moisture were simulated through immersion of the model joints in water at 40°C, and those of weathering were simulated through subjecting the model joints to UV and visible light irradiation. The water immersion tests quickly resulted in a significant reduction in the bond strength of the GD823N joints, as well as in a change in the mode of failure in comparison with the non-immersed control samples. Those samples which had been immersed exhibited adhesive failure, whilst the non-immersed samples exhibited cohesive failure. The accelerated weathering tests were performed to establish the resistance of the adhesive joints to the effects of sunlight, elevated temperatures and to long term moisture exposure. They did not show any significant change in either the strength or mode of failure in the sample joints. Actual weathering tests were carried out for 5 years and also showed no evident deterioration of the adhesive joints or their edges, and the resultant mechanical properties of the joints were only marginally different from the non-weathered control samples. The tests on the benchmarked Silicone adhesive joints showed that the water immersion tests did not reflect long term moisture exposure in reality, and could only be relied upon to give comparative results. The MOS7 bonded samples exhibited a moderate strength loss which could sometimes be recovered when the sample was allowed to dry out completely. The mode of failure in the non-aged condition was cohesive, which changed to adhesive failure in the aged condition. When dried out before testing, the mode of failure for samples immersed for short periods of time returned to a cohesive mode, whilst samples immersed for longer period continued to fail adhesively. Results of the tests to determine mechanical properties indicated a significant post curing of the adhesive in the course of the ageing tests, which was caused not only by exposure to water, but also to elevated temperatures. This can be shown with FTIR. The accelerated weathering tests resulted in obvious damage to the joints which could be seen not only in the change in their mechanical properties, but also in the change in their mode of failure. Although joints with good moisture resistance can be achieved using MOS 7, the product has not shown enough resistance to weathering, nor does it retain enough of its properties after exposure to UV irradiation or warm humid environments to be a suitable candidate. Immersion in water at 40°C resulted in only a small reduction in joint strength irrespective of the cure schedule used. This only began to have a measurable difference when the water immersion temperature reached 70°C, where a significantly higher strength loss by the room temperature cured adhesive is observed than that of the samples with the adhesive which had been cured at 120°C. The accelerated weathering tests showed that there was very little difference in results between the "top side" of the float glass, and the "tin-side", with the "top-side" having given the slightly better results. From a technical point of view, the recorded differences were of no importance.

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Metadaten
Author:Michael Graf
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-17778
Advisor:Walter Brockmann
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2003
Year of Publication:2003
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2003/07/11
Tag:Epoxidharzklebstoff; MS-Klebstoff ; Silikonklebstoff
Epoxy Adhesive; MS-Polymers ; Silicones
GND-Keyword:Alterung ; Alterungsbeständigkeit; Floatglas ; Kleben ; Klebstoff
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten

$Rev: 12793 $