Mechanische
Eigenschaften

Kenngrößen der Mechanik

Da die Mechanik als solche ein sehr allgemein gehaltener Begriff ist, macht es Sinn, die entscheidenden Kenngrößen eines Vergusssystems, welche die Mechanik charakterisieren, genau zu beschreiben.

a. Shore-Härte

Die Shore-Härte ist die einfachste Möglichkeit, Aussagen über das mechanische Verhalten einer Vergussmasse zu treffen. Sie kann immer als erster Indikator herangezogen werden. Im Verguss- und Klebstoffbereich unterteilt man üblicherweise in drei Shore-Einheitsbereiche, deren Ergebnisse als dimensionslose Kennzahlen auf einer Skala von 0–100 abgebildet werden:

• Shore 00 beschreibt sehr elastische, z. T. gelartige Materialien – findet oftmals bei silikonbasierten Materialien Einsatz.
• Shore A beschreibt weiche bis zähelastische Materialien; viele PU-basierte Materialien können damit beschrieben werden.
• Shore D beschreibt harte Systeme, bis hin zu sprödharten Materialien.

Da die Shore-Härte immer eine Messung an einer Oberfläche ist, kann sie lediglich als Indikator zur Beschreibung der mechanischen Eigenschaften herangezogen werden. Um materialspezifisches mechanisches Verhalten zu beschreiben, sind weitere Kenngrößen notwendig.

b. E-Modul

Der E-Modul beschreibt die Elastizität beziehungsweise im Umkehrschluss auch die Steifheit eines Materials. Der Wert ist umso höher, je mehr Widerstand ein Material seiner elastischen Verformung entgegensetzt. So besitzt ein elastisches Material ein E-Modul von wenigen N/mm², wohingegen ein sprödhartes Epoxidharz ein E-Modul von mehreren Tausend N/mm² aufweisen kann. Der E-Modul ist eine wichtige Kenngröße bei der Abschätzung des Verhaltens einer Vergussmasse bzw. eines Klebstoffes im Hinblick auf Spannungen im Bauteil bei Temperaturwechsel und genereller Festigkeit des Materials. Wobei hier festzuhalten ist, dass der E-Modul nicht in unmittelbarem Zusammenhang zur Steifigkeit eines Materials steht.

c. Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit beschreibt die Spannung, die im Zugversuch aus der maximal erreichten Zugkraft bezogen auf den ursprünglichen Querschnitt der Probe errechnet wird. Sie beschreibt also die mechanische Widerstandskraft, die ein Material bei mechanischer Beanspruchung wie Zug, Vibration etc. aufweist. Die Einheit ist N/mm².

d. Reißdehnung

Die Reißdehnung ist, wie der Name beschreibt, die Dehnung, bei der ein Prüfkörper im Zugversuch reißt. Je elastischer und linearer ein Material aufgebaut ist, desto höher wird der Wert der Reißdehnung ausfallen. Elastische, gummiartige Systeme weisen eine Reißdehnung von mehreren 100 % der ursprünglichen Messlänge auf, während spröde Materialien z. T. weniger als 1 % Reißdehnung aufweisen.

e. Glasübergangstemperatur T_g

Die Glasübergangstemperatur ist eine materialspezifische Kenngröße für Kunststoffsysteme. Sie beschreibt den Temperaturbereich, in dem der Kunststoff sein mechanisches Verhalten von elastisch und kunststoffartig in glashart und spröde verändert und umgekehrt. Einfluss auf den Glasübergangspunkt kann man nur formulierungsseitig durch Auswahl der polymeren Strukturen nehmen. Die Glasübergangstemperatur ist auch ein Indikator für ein Verhalten der Vergussmasse im Verbau.

So besitzen Systeme mit einem hohen Glasübergangspunkt eine hohe Härte und sind deshalb oftmals für empfindliche Elektronikkomponenten ungeeignet. In diesem Fall werden oft Materialien mit einem niedrigen Glasübergangspunkt im Minustemperaturbereich ausgewählt. Diese Vergussmassen weisen über den kompletten Temperatureinsatzbereich des elektronischen Bauteils nahezu dasselbe mechanische Verhalten auf. Als grobe Faustregel kann man sagen, dass beispielsweise ein PU-System unterhalb der T_g ca. ein Drittel der thermischen Ausdehnung (ppm/K) aufweist wie oberhalb der T_g.

Die Glasübergangstemperatur wird also gerne in Zusammenhang mit der Empfindlichkeit der zu vergießenden bzw. verklebenden Komponente sowie deren Temperatureinsatzgebiet betrachtet. Zu erwähnen ist ebenfalls, dass sich die Glasübergangstemperatur in der Regel über einen gewissen Temperaturbereich von mehreren Kelvin erstreckt und nicht punktuell stattfindet. Auch ist wichtig zu erwähnen, dass ca. 90 % aller Vergussanwendungen mit Systemen gelöst werden, deren Glasübergangstemperatur inmitten des Temperatureinsatzgebietes der zu vergießenden bzw. zu verklebenden Komponente liegt.

f. Thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE)

Die Ausdehnung eines Materials wird mithilfe des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE in ppm/K beschrieben. Je höher der Wert, desto elastischer ist ein Material in der Regel. Bei einem Bauteilabriss wird oftmals die thermische Ausdehnung alleine verantwortlich gemacht, jedoch ist in der Regel ein Zusammenspiel zwischen Ausdehnung und vor allem auch der Spannung im Bauteil, die sich bedingt durch den vorhandenen E-Modul des Materials aufbaut, verantwortlich. Auch geometrische Aspekte können eine Rolle spielen.