Während hohe Klebfestigkeiten bei manchen Kunststoffen wie Polyamid leicht erreicht werden, ist das bei anderen Kunststoffen nicht so einfach der Fall. Im zweiten Teil unserer Reihe „Schwer zu verklebende Materialien“ beschäftigen wir uns mit LCP und zeigen, mit welchen Produkten und Methoden Verbindungen dauerhaft und zuverlässig halten.
LCP ist eine Familie von High-Performance-Kunststoffen, die sehr gute mechanische Eigenschaften besitzen, inhärent flammwidrig und bis über 300 °C formbeständig sind. Zudem sind sie extrem fließfähig und füllen im Spritzguss problemlos lange, dünne und komplizierte Fließwege bei minimaler Verzugsneigung. Deshalb eignen sie sich für filigrane Formteile, wie sie in der Mikroelektronik gefordert sind.
Was für ein Kunststoff ist LCP?
Die Abkürzung LCP beschreibt keine bestimmte chemische Zusammensetzung, wie es etwa bei Polycarbonat (PC) der Fall ist, sondern steht für „Liquid crystal polymers“. Das sind Polymere, die flüssigkristalline Eigenschaften aufweisen. Bestimmte Bereiche des Materials liegen also als kristalline Strukturen vor, die von amorphen Bereichen umgeben sind.
Die mechanischen Eigenschaften des flüssigkristallinen LCP können in einem relativ breiten Spektrum eingestellt werden, indem man das Verhältnis von kristallinen und amorphen Phasen und den Grad der Verknüpfung verändert. Darüber hinaus beeinflusst die Form der kristallinen Strukturen die Eigenschaften des Materials. LCP ist also nicht gleich LCP. Ein Ergebnis davon ist, dass sich die Haftung desselben Klebstoffs auf unterschiedlichen LCP-Sorten wie E130i, E463i oder E525T deutlich unterscheidet.
Allerdings gilt LCP als ein schwierig zu verklebendes Material, was an seiner chemischen Struktur und der typischen „Spritzgusshaut“ liegt, die sich auf der Oberfläche bildet. Als weitere klebtechnische Herausforderung ist LCP häufig zu ca. 30% mit Mineralien oder Glasfasern gefüllt, u.a. zum Erreichen eines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE von ~12 ppm/K). Da der zweite Fügepartner oft eine deutlich höhere Wärmeausdehnung hat, muss der Klebstoff hier zusätzlich Spannungen ausgleichen.
Niederdruckplasma als Zauberwort
Tatsächlich ist die Klebstoffhaftung auf LCP zunächst gering, wie die initialen Druckscherfestigkeits-Werte im Diagramm zeigen. Das gilt insbesondere nach einer Klimalagerung bei erhöhten Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit. Im Diagramm ist aber auch abzulesen, dass die Haftung durch eine Plasmavorbehandlung signifikant verbessert werden kann. Wie die Ergebnisse zeigen, lässt sich LCP also doch gut verkleben.
Dabei bleiben die Werte selbst nach einer Alterung noch auf einem sehr hohen Niveau. Die verbesserte Haftung liegt daran, dass die Plasmavorbehandlung die LCP-Oberfläche aufbricht und die Glasfasern stärker freilegt, wie Aufnahmen mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) zeigen. Eine zu starke Vorbehandlung kann allerdings auch zu schlechterer Adhäsion führen, da die Glasfasern dann nicht mehr ausreichend in der LCP-Matrix eingebettet sind. Niederdruckplasma ist für LCP daher im Allgemeinen die Vorbehandlungsmethode der Wahl, wobei das verwendete Methodengas (Luft, Sauerstoff oder Stickstoff) keine entscheidende Rolle spielt.
LCP-geeignete Klebstoffe von DELO
DELO hat in den vergangenen Jahren eine Reihe von Klebstoffen entwickelt, die eine sehr gute Performance auf LCP zeigen. Da die meisten für die Unterhaltungselektronik konzipiert sind, verfügen sie außer einer guten Haftung auch über eine hohe Lichtfixierfestigkeit, die Möglichkeit der Niedrigtemperaturhärtung bei 80 °C sowie eine sehr gute Falltest- und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Daneben gibt es auch Produkte für Die-Attach-Anwendungen, die eine gute Reflow-Stabilität aufweisen.
Hier eine Auswahl aus dem Produktportfolio von DELO:
