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Auswahlkriterien für Klebstoffe

Flyingfox_admin — Thu, 15 Mar 2018 13:50:41 +0000

Auswahlkriterien für Klebstoffe

Loctite Worldwide Design Handbook

Werkstoffe, Belastung, Verarbeitung, Wirtschaftlichkeit

Die Auswahl des optimalen Klebstoffs für einen bestimmten Zweck erfordert oft einen Kompromiss.
Die Auswahl wird bestimmt durch:

Werkstoffe
Leistungserwartung
Auftrags- bzw. Verarbeitungsmethode
Wirtschaftlichkeit

1. Werkstoffe

Der Klebstoff muss mit den zu klebenden Werkstoffen verträglich sein, das heißt, er sollte die erforderliche Festigkeit aufweisen, ohne den Werkstoff anzugreifen. Außerdem sollte der Klebstoff nicht durch den Werkstoff angegriffen werden, z. B. durch Weichmacherwanderung.

2. Leistungserwartung

Die Einsatzbedingungen der Klebverbindungen müssen spezifiziert werden. Bei konstruktiven Klebverbindungen sind die Art der Verbindung und die Größe der einwirkenden Kräfte kritische Faktoren.

Scherkräfte:

Scherkräfte wirken parallel zur Klebfläche (gleichmäßige Flächenbelastung). Sie sind häufiger als Zugkräfte.

Zugkräfte:

Zugkräfte wirken senkrecht zur Klebfläche (gleichmäßige Flächenbelastung).

Schälkräfte:

Schälkräfte wirken nur auf die Kante der geklebten Fläche, so dass ihnen nur eine geringe Klebstoffmenge entgegenwirken kann.

Spaltkräfte:

Spaltkräfte sind nicht einheitlich über die Klebfläche verteilt, sondern konzentrieren sich auf einen begrenzten Raum. Die Klebfläche sollte so gestaltet sein, dass alle Kräfte möglichst gleichmäßig verteilt zur Auswirkung kommen. Spalt- und Schälbeanspruchungen sollten, wenn möglich, konstruktiv vermieden werden.

In der Praxis wird wegen der einfacheren konstruktiven Herstellung die überlappte Scherverbindung bevorzugt, da hierbei die höchsten Festigkeiten erzielt werden können.
Zu den erwarteten mechanischen Belastungen kommen ggf. noch Einsatztemperaturen hinzu, die mit berücksichtigt werden müssen. Die Festigkeit von Klebverbindungen ist abhängig von diesen Temperaturen. Im Allgemeinen lassen die Festigkeitswerte mit steigender Temperaturbelastung nach.

Weitere Faktoren, die bei der Leistungserwartung eine Rolle spielen, sind die Beständigkeit des Klebstoffs gegen Alterungseinflüsse wie Witterung, Feuchtigkeit, Öle und verschiedene Chemikalien.

3. Auftrags- und Verarbeitungsmethode

Eine rationelle Auftrags- bzw. Verarbeitungsmethode trägt einen Teil zur Wirtschaftlichkeit des Klebstoffs bei. Dabei müssen sowohl die Auftragsmethode, die erforderliche Temperatur und der Druck für die Härtung, die Abbinde- und Härtungszeit, als auch die gesamten Kosten des Herstellungsprozesses zu einer Wirtschaftlichkeitsberechnung herangezogen werden. Die Gesamtkosten enthalten auch die Kosten für das Verarbeitungsgerät, die erforderlichen Arbeitskräfte, deren notwendige Fähigkeiten und die zu erwartende Produktionsmenge (Ergiebigkeit).

4. Wirtschaftlichkeit

Bei der Auswahl eines Klebstoffs und der Berechnung der Wirtschaftlichkeit ist der Preis des Klebstoffs von untergeordneter Bedeutung. Maßgebend sind vielmehr Faktoren wie bereits unter 3. aufgeführt. Diese Aspekte ergeben zusammen mit weiteren Einsparungen (z. B. Arbeitskosten, Wegfall von Nachbearbeitungsvorgängen) den endgültigen Aufwand je gefertigtem Stück.

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Konstruktionsbetrachtungen bei Klebeverbindungen

Flyingfox_admin — Wed, 14 Mar 2018 16:58:53 +0000

Konstruktionsbetrachtungen bei Klebeverbindungen

Loctite Worldwide Design Handbook

Die Festigkeit und Langzeitbeständigkeit von Klebeverbindungen wird vorrangig durch folgende Parameter beeinflusst:

Klebstoff
Werkstoff
Einsatzbedingungen
Klebefugengeometrie
Belastung

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Klebstoffs bestimmen Adhäsionsvermögen und die innere Festigkeit von Klebeverbindungen. Ebenso hängt die Langzeitbeständigkeit stark von der Art des Klebstoffs ab. Die unterschiedlichen Klebstofftechnologien stellen nicht nur unterschiedliche Festigkeitsklassen und Elastizitätsmodule zur Auswahl, sondern bieten auch die Wahl der besten Adhäsionseigenschaften.

Häufig stellen die Werkstoffe und ihre Oberflächenbeschaffenheit die ersten Auswahlkriterien hinsichtlich des optimalen Klebstoffs oder der Klebefugengestaltung dar, aber auch die Steifigkeit der Bauteile und die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe sind wichtige Kriterien für die Auswahl des am besten geeigneten Klebstoffs.

Die Einsatzbedingungen der Klebeverbindung (Temperatur, Chemikalien, Lösungsmittel und Feuchtigkeit) beeinflussen die Klebstoffauswahl unmittelbar. Hinsichtlich der Langzeitbeständigkeit sind die Einsatzbedingungen und die einwirkenden Kräfte die wichtigsten Parameter.

Die Klebefugengestaltung wird als wichtigster Parameter für den optimalen Einsatz eines Klebstoffs angesehen. Die Gestaltung muss den Limitationen des Klebstoffs angepasst (z. B. Durchhärtetiefe, Spaltfüllung) werden. Dadurch vermeidet man ungünstige Belastungen für die Klebeverbindung (Spalt- und Schälbeanspruchung).

Kräfte und resultierende Beanspruchungen

Die auf Klebeverbindungen einwirkenden Kräfte führen zu unterschiedlichen Arten von Spannungen, normalerweise angegeben in N/mm². Im Fall reiner Zug- und Druckbelastung ist die Spannungsverteilung in der Klebefuge sehr gleichmäßig. Somit wirkt auf jeden Teil der Klebefläche dieselbe Belastung und zur Berechnung der Spannungen wird die Kraft einfach durch die Klebefläche geteilt. In der Realität treten reine Zug- und reine Druckbeanspruchungen nur sehr selten auf, aber Scher-, Spalt- und Schälbeanspruchungen treten häufiger in Erscheinung. Die daraus resultierende Spannungsverteilung in der Klebefuge ist ungleichmäßig und daher für eine bestimmte Stelle der Verbindung schwieriger zu kalkulieren. Scherbeanspruchungen verteilen sich in der Klebefuge auf eine Weise, dass Spannungsspitzen auftreten. Die Endpunkte der Klebung müssen einer höheren Belastung standhalten als deren Mitte. Werden Klebeverbindungen Spalt- oder Schälbeanspruchungen ausgesetzt, konzentriert sich der größte Teil der Belastung an einem Endpunkt.

Konstruktion von Klebeverbindungen

Ziel einer optimalen Klebefugengestaltung ist es, eine gleichförmige Spannungsverteilung zu erzielen. Aus diesem Grund müssen Konstrukteure gute Kenntnisse darüber besitzen, wie in Klebefugen die Spannungsverteilung erfolgt. Bei der Konstruktion von Klebeverbindungen sind einige Leitlinien zu beachten.

Die Spalt- und Schälbeanspruchung ist auf ein Mindestmaß zu reduzieren

Die Spannungsverteilung in Abb. 93 lässt erkennen, dass Schäl- und Spaltbeanspruchungen nach Möglichkeit auszuschließen sind.

Abb. 94 zeigt einige Vorschläge, wie Schäl- oder Spaltbelastungen in günstigere Belastungen umgewandelt werden können.

Abb. 93: Die häufigsten Belastungsarten und ihre Spannungsverteilung in der Klebefuge

Abb. 94: Schälbeanspruchungen und konstruktive Gegenmaßnahmen

Die Klebefläche ist bis zum Höchstmaß zu vergrößern

Ein weitere einfache, aber sehr wichtige Möglichkeit Klebefugen zu verbessern oder eine Konstruktion so zu verändern, dass sie sich für das Kleben eignet, ist, die Klebefläche zu vergrößern. Häufig ist die Klebefläche so klein, dass eine zu hohe Schäl- oder Spaltbelastung entsteht. Die Steifigkeit der Bauteile und des Klebstoffs beeinflusst die Bruchlast von Klebeverbindungen. Im Allgemeinen gilt: Je steifer ein Bauteil, desto geringer der Einfluss der Klebefugengeometrie auf die Festigkeit der Klebung.

Abb. 95: Günstige und weniger günstige Beanspruchungen von Klebeverbindungen. Je größer die Klebefläche, desto besser.

Optimierung überlappter Klebefugen

Exzentrische Krafteinleitungen sind zu vermeiden:

Eine einfach überlappte Klebeverbindung zeigt aus verschiedenen Gründen keine gleichmäßige Schubspannungsverteilung. Ein Grund sind die exzentrisch angreifenden Kräfte, die bei einer solchen Verbindung ein Biegemoment verursachen. Dieses Biegemoment ruft zusätzliche Zugspannungen hervor, insbesondere an den Endpunkten der Klebung. Wie Abb. 97 zeigt, lassen sich die negativen Auswirkungen des Biegemoments auf unterschiedliche Weise verringern.

Erhöhung der Klebefugenbreite:

Die Schubspannungsverteilung wird durch die Verbreiterung der Klebefuge nicht verändert. Dies bedeutet, dass die Bruchlast von überlappten Klebeverbindungen proportional mit der Klebefugenbreite zunimmt. Das heißt, eine doppelte Klebefugenbreite führt zur Verdoppelung der Bruchlast, wie es in Abb. 98 dargestellt ist.

Optimierung der Überlappung:

Eine Optimierung der Fugenüberlappung bedeutet nicht einfach, die Klebefuge auf ein Höchstmaß zu verlängern, da sich die Bruchlast nicht proportional mit der Klebefugenlänge oder der Klebefläche erhöht. Aus der Verteilungskurve der Scherbeanspruchung ist ersichtlich, dass die Enden einer Klebung einer höheren Beanspruchung standhalten als die Mitte der Klebefuge. Wird die Überlappungslänge deutlich erhöht, hat dies möglicherweise nur geringe oder gar keine Auswirkungen auf die Bruchlast. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Klebefuge an der Spannungsspitze am Endpunkt der Überlappung, dort wo die Adhäsions- oder Kohäsionsfestigkeit des Klebstoffs überschritten wird, zu brechen beginnt.

Abb. 96: Deformation einer einfach überlappten Verbindung durch exzentrisch wirkende Kräfte

Abb. 97: Verschiedene Möglichkeiten zur Beseitigung von Problemen aufgrund exzentrisch wirkender Kräfte

Klebeschichtdicke:

Mit größerer Klebstoffschichtstärke können Klebeverbindungen gegenüber Scherbeanspruchungen besser elastisch nachgeben. Die zusätzliche Dicke verteilt die Scherbelastung über einen größeren Bereich. Dies führt zu einer geringeren spezifischen Verformung des Klebstoffs und folglich zu einer Verringerung von Spannungsspitzen. Dies ist mit der Verwendung eines Klebstoffs mit geringerem E-Modul vergleichbar; in beiden Fällen entsteht eine stärker elastisch nachgebende Klebeverbindung.

Abb. 99 zeigt, dass mit Erhöhung der Überlappungslänge der Durchschnittswert der Schubspannung verringert wird und dies führt zu einer nichtproportionalen Erhöhung der Bruchlast. Sind größere Klebeflächen erforderlich, um die Belastung zu tragen, ist es sinnvoller, die Breite der Klebefuge zu vergrößern als deren Überlappungslänge.

Abb. 98: Die Bruchlast erhöht sich proportional mit der Vergrößerung der Klebefugenbreite.

Abb. 99: Eine Erhöhung der Überlappungslänge führt zu einer nichtproportionalen Erhöhung der Bruchlast.
_____ = reale Spannungsverteilung
– – – – – = Mittelwert der Spannung

Besondere Anforderungen an das Kleben von Kunststoffteilen

Unter den Begriff „Kunststoff“ fallen viele synthetische Werkstoffe. Für deren Klassifizierung gibt es einige Möglichkeiten.

Die wohl einfachste ist eine grobe Unterteilung in drei Grundtypen:

Duroplaste
Thermoplaste
Elastomere

Diese einfache Unterteilung ist jedoch ungeeignet für eine Abgrenzung der Klebbarkeit. Der unterschiedliche chemische Aufbau der jeweiligen Kunststoffe und die daraus resultierenden physikalischen Eigenschaften sind die entscheidenden Einflußgrößen für die Klebetechnik.

Wie bei allen zu klebenden Werkstoffen müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein:

Der Klebstoff muss den Kunststoff benetzen können, das heißt, die Oberflächenenergie des Kunststoffs muss größer oder gleich der Oberflächenspannung des Klebstoffs sein.
Die Oberfläche des Kunststoffs muss adhäsionsfreundliche Eigenschaften aufweisen, das heißt, eine chemische und physikalische Wechselwirkung in der Grenzschicht zwischen Klebstoff und Oberfläche zeigen.

Wird eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, ist der betreffende Kunststoff häufig für das Kleben ungeeignet. Wird keine der Bedingungen erfüllt, kann der Kunststoff nicht ohne eine Vorbehandlung geklebt werden.

Einfluss von Kunststoffoberflächen

Bei Kunststoffen besteht oft das Problem, dass die Volumeneigenschaften (die Eigenschaften des Basismaterials an sich) nicht den Oberflächeneigenschaften entsprechen. Dies kann auf die Rezeptur des Kunststoffs und/oder den Herstellungsprozess zurückzuführen sein. Eine energiearme Oberflächenschicht hat eine geringe Festigkeit der Klebeverbindung zur Folge, unabhängig vom verwendeten Klebstoff.

Kunststoffe mit niedermolekularen Bestandteilen

Zahlreiche Kunststoffe enthalten niedermolekulare Bestandteile. Hierzu zählen Stabilisatoren, nichtreaktionsfähige Bestandteile, Lösungsmittelrückstände, Weichmacher und verschiedene Füllstoffe. All diese Bestandteile können das Kleben beeinflussen, wenn sie auf der Oberfläche vorhanden sind. Viele von ihnen neigen dazu, an die Oberfläche zu wandern (Migration) und sich dort anzusammeln. Auf diese Weise bildet sich eine separate Schicht auf der Oberfläche des Basismaterials, welche die potentielle Festigkeit der Klebung deutlich verringert oder eine Klebung sogar verhindert.

Interne und externe Formtrennmittel

Interne und externe Formtrennmittel werden eingesetzt, um ein einfaches Entformen von gespritzten oder gepressten Kunststoffteilen zu gewährleisten. Formtrennmittel werden als „intern“ bezeichnet, wenn sie dem Granulat bereits beigemischt sind und während der Verarbeitung des Kunststoffs ihre Wirkung entfalten. Sie erzeugen häufig Oberflächen, die nur schwer oder gar nicht geklebt werden können. Diese Formtrennmittel können im gesamten Kunststoff verteilt sein, sodass ein Abschleifen der Oberfläche möglicherweise wirkungslos ist.
„Externe“ Formtrennmittel hingegen werden in die offene Form gesprüht. Sie basieren auf Paraffinen, Seifen und Ölen (z. B. Silikonöl). Diese Formtrennmittel können sich nicht nur auf der Oberfläche sondern auch in Schichten nahe der Oberfläche befinden. Mechanisches Aufrauen (z. B. Schmirgeln) stellt die wirksamste Vorbehandlung für solche Oberflächen dar.

Verarbeitungsbedingte Oberflächeneigenschaften

Während des Formens von Kunststoffteilen können Oberflächenstrukturen und somit „Oberflächeneigenschaften“ entstehen, die sich von den Eigenschaften des „Basismaterials“ unterscheiden. Sie werden als Spritzhaut bezeichnet. Es handelt sich dabei um glatte, verdichtete Oberflächen, normalerweise mit inneren Spannungen. Je stärker eine Spritzhaut ausgeprägt ist, umso schlechter sind ihre Klebeeigenschaften. Ihre Wirkung ist mit einer den Grundwerkstoff bedeckenden Schutzbeschichtung vergleichbar. Die einfachste und wirksamste Art der Vorbehandlung besteht in der Zerstörung dieser Oberflächenschicht durch mechanisches Entfernen, z. B durch Schmirgeln oder Schleifen.

Spannungsrissbildung bei thermoplastischen Kunststoffen

Amorphe, thermoplastische Kunststoffe ohne Füllstoff neigen bei Kontakt mit bestimmten Flüssigkeiten (Lösungsmitteln) zur Rissbildung. Dies wird häufig auch als „Spannungsrisskorrosion“ bezeichnet. Die anfälligsten Kunststoffe sind Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und Polystyrol (PS). Es kommt zur Rissbildung durch das Zusammenwirken zweier Umstände:

Im Werkstück müssen gewisse Spannungen vorhanden sein. In den meisten Kunststoffteilen sind sie aufgrund der Verarbeitung bereits in Form von „eingefrorenen“ Spannungen vorhanden oder sie entstehen durch das Einwirken externer Kräfte.
Ein niedermolekulares Medium wirkt auf das Teil ein (z. B. Aceton oder Alkohol).
Auch Klebstoffe können, solange sie im flüssigen Zustand sind, Spannungsrisskorrosion verursachen.

Unerwünschte Eigenschaften bei Klebevorgängen

Verfahren der Oberflächenbehandlung

Niedermolekulare Bestandteile an der Oberfläche

Reinigen mit geeigneten Lösungsmitteln bzw. Reinigern
Mechanisch entfernen (Schmirgeln oder Schleifen)

Interne Formtrennmittel an der Oberfläche

Reinigen mit wässrigen, basischen Reinigern

Externe Formtrennmittel an der Oberfläche

Mechanisch entfernen (Schmirgeln oder Schleifen)
Mit geeigneten Reinigern entfernen

Spritzhaut

Mechanisch entfernen

Möglichkeiten zur Vermeidung von Rissbildung

Durch folgende Maßnahmen oder durch die Wahl eines anderen Kunststoffs kann die Rissbildung bei Kunststoffen während des Klebevorgangs weitgehend vermieden werden:

Tempern der Kunststoffteile, wodurch interne Spannungen abgebaut werden.
Teile beim Fügen nicht klemmen, pressen oder deformieren; dies erzeugt Spannungen von außen.
Einsatz schnellhärtender Klebstoffe, die das lösungsmittelartige Einwirken des flüssigen Klebstoffs reduzieren, womit die Spannungsrisskorrosion minimiert wird.
Bei Einsatz von Cyanacrylaten sparsame Dosierung des Klebstoffs, sodass sich kein Klebstoffüberschuss an den Rändern der Klebefuge bildet, oder Verwendung eines Aktivators, um überschüssigen Klebstoff auszuhärten.
Bei Einsatz von UV-aushärtenden Klebstoffen ist zu gewährleisten, dass die Aushärtung in der Klebefuge durch UV-Licht unmittelbar nach dem Auftragen des Klebstoffs erfolgt. Schattenbereiche, in denen der Klebstoff flüssig bleibt, sind zu vermeiden.
Anaerobe Klebstoffe sind für ungefüllte amorphe thermoplastische Werkstoffe ungeeignet.

Zusammenfassung der Problemlösungen für das Kleben von Kunststoffteilen

Oft können mehrere störende Effekte gleichzeitig auftreten. In vielen Fällen haben sich mechanische Oberflächenbehandlungen als die wirksamste und umfassendste Lösung erwiesen. Das Verfahren ändert die Oberflächenstruktur auf eine für die Klebung positive Art und Weise und die effektive Klebefläche vergrößert sich durch ihre Rauigkeit.

Physikalische und chemische Verfahren der Oberflächenvorbehandlung werden in Fällen eingesetzt, in denen sich das Kleben von Kunststoffen als schwierig oder unmöglich erwiesen hat, um eine bessere Verbindung zwischen Klebstoff und Oberfläche zu erzielen.

Kleben mit Loctite-Klebstoffen

Loctite-Klebstoffe sind Reaktionsklebstoffe. Sie werden in flüssiger Form aufgetragen und reagieren unter geeigneten Bedingungen zu Feststoffen (Aushärtung). Der ausgehärtete Klebstoff ist ein Kunststoff. Loctite-Klebstoffe besitzen folgende Aushärtemechanismen und daraus resultierende Eigenschaften:

Anaerobe Klebstoffe:

Sie reagieren unter Sauerstoffausschluss und Metallkontakt. Die Klebefläche muss mindestens 5 mm breit sein, um den Ausschluss von Sauerstoff zu gewährleisten. Anaerobe Klebstoffe von Loctite beweisen ihre Qualität beim Schraubensichern, bei Welle-Nabe-Verbindungen und beim Dichten. Bei Klebeanwendungen werden sie gewählt, wenn die zu klebenden Bauteile verwindungssteif sind und die Klebefuge auf weniger als 0,5 mm beschränkt ist. Aufgrund des Aushärtemechanismus werden sie vorwiegend bei Metallen verwendet.

Modifizierte Acrylate:

Sie härten bei Sauerstoffausschluss und Kontakt mit einem Aktivator aus. Bei diesen Klebstoffen treten keine Probleme hinsichtlich der Topfzeit wie bei gemischten Komponenten oder der „offenen Zeit“ auf, da der Klebstoff nur bei Kontakt mit einem Aktivator aushärtet. Die Klebefläche muss mindestens 5 mm breit sein, um den Ausschluss von Sauerstoff zu gewährleisten. Verglichen mit anaeroben Klebstoffen besitzen sie eine bessere Schlagzähigkeit und Schälfestigkeit sowie zudem eine gute Adhäsion zu zahlreichen Werkstoffen.

UV-aushärtende Loctite-Klebstoffe:

Sie reagieren bei Bestrahlung mit UV-Licht. Eine wichtige Voraussetzung dabei ist, dass das UV-Licht die gesamte Klebefläche erreichen kann. Hierzu muss mindestens ein Fügeteil für die geeignete Wellenlänge des UV-Lichtes durchlässig sein. UV-Lampen von Loctite sind hinsichtlich Intensität und Strahlungsspektrum auf die Klebstoffe abgestimmt. Die wichtigsten Highlights dieser Klebstofffamilie sind sehr schnelles Aushärten, gutes Spaltfüllvermögen und Adhäsion zu zahlreichen Werkstoffen.

Cyanacrylate:

Sekundenkleber härtet zwischen zwei eng anliegenden Klebeflächen sehr schnell aus. Die kondensierte Feuchtigkeit auf den Fügeflächen initiiert die Aushärtereaktion, die von der Werkstoffoberfläche zur Mitte des Klebespaltes verläuft. Cyanacrylate werden für das Kleben kleiner Teile ausgewählt, und um äußerst kurze Fixierzeiten zu erzielen. Wegen ihres eingeschränkten Spaltfüllvermögens (max. 0,25 mm) erfordern sie genau passende Oberflächen. Ihre Adhäsion zu den meisten Werkstoffen ist ausgezeichnet und die Klebefestigkeit bei Scher- und Zugbelastung ist sehr gut. Sie sind weder auf Glas noch bei Teilen zu verwenden, die über längere Zeiträume Wasser ausgesetzt sind.

Urethane:

Einkomponentige Urethan-Klebstoffe härten durch Luftfeuchtigkeit zu einem Elastomer aus. Die Polymerisation wird durch die Reaktion der Feuchtigkeit mit einem Isocyanat-Komplex ausgelöst. Hierdurch wird die Durchhärtetiefe auf ca. 10 mm beschränkt. Der ausgehärtete Klebstoff ist äußerst zäh-elastisch, verfügt über mittlere bis hohe Kohäsionsfestigkeit und ist überlackierbar.

Silikone:

Sie härten typischerweise durch Reaktion mit Luftfeuchtigkeit aus, obwohl auch Formulierungen verfügbar sind, die durch Bestrahlung mit UV-Licht aushärten. Silikone unterscheiden sich aufgrund der Spaltprodukte, die beim Aushärten durch die Reaktion mit Luftfeuchtigkeit entstehen (z. B. Essigsäure, Alkohol oder Oxim). Das ausgehärtete Silikon ist ein sehr flexibles Material mit ausgezeichneter Adhäsion zu zahlreichen Werkstoffen. Die Witterungsbeständigkeit ist hervorragend; unpolare Lösungsmittel rufen jedoch leicht einen Quellvorgang hervor.

Oberflächenvorbereitung

Geklebte Verbindungen werden durch einen unvollständigen Kontakt von Klebstoff und Werkstoff nachteilig beeinflusst. Eine angemessene Vorbehandlung der Oberflächen und die richtige Wahl des Klebstoffs stellen den Erfolg der Klebung sicher. Unterschiedliche Vorbehandlungsprozesse, von der einfachen mechanischen Reinigung und der chemischen Entfettung bis zur komplexen physikalischen Oberflächenbehandlung, sind möglich.

Die Oberflächenvorbereitung ist der kritischste Schritt beim Herstellen einer Klebeverbindung. Bei unzureichender Oberflächenvorbereitung kommt es zwangsläufig zu einem nicht vorhersehbaren Versagen der Klebeverbindung in der Grenzfläche von Fügeteil und Klebstoff. Bei zweckdienlicher Oberflächenvorbereitung können Klebungen hergestellt werden, die der angegebenen Festigkeit des Klebstoffs und/oder der Primerkombination entsprechen. Außerdem ist die Oberflächenvorbehandlung sowohl für die Anfangsfestigkeit einer Klebeverbindung als auch für ihre Langzeitbeständigkeit unter den Einsatzbedingungen ein Schlüsselfaktor.

Als Mindestanforderung müssen Verfahren der Oberflächenvorbereitung Öl, Fett oder sonstige Schichten entfernen, deren Haftfestigkeit zum Grundwerkstoff geringer als die der Klebeverbindung ist. Bei zahlreichen Fügeteilen aus Metall und Kunststoff bedient man sich des einfachen Abschleifens und/oder des Abwischens mit Lösungsmitteln. Bei einigen Metallen ist diese einfache Oberflächenbehandlung jedoch unzureichend, um eine gute Adhäsion oder eine Langzeitbeständigkeit zu erzielen.

Beständigkeit

Bei der Wahl eines Klebstoffs für einen bestimmten Anwendungsfall ist einer der wichtigsten Faktoren die Umgebung, in der die Klebeverbindung eingesetzt werden soll. Natürlich ist die von der Verbindung aufzunehmende Kraft der wichtigste Faktor, da die Klebeverbindung der erwarteten maximalen Beanspruchung (ohne übermäßiges Kriechen) standhalten und die dynamischen Dauerbelastungen aufnehmen muss. Wechselbeanspruchungen, vor allem langsame, schaden einer Klebeverbindung sehr viel mehr als eine konstante Dauerlast. Der für ausgewählte Klebstoff muss diesen Lasten und Beanspruchungen standhalten können, und zwar nicht nur zu Beginn, sondern auch nach anhaltender Einwirkung der härtesten Betriebsbedingungen, die während ihrer Lebensdauer auftreten können. Wärme und Feuchtigkeit stellen in der Regel die schädlichsten Umwelteinflüsse für die meisten Klebeverbindungen dar.

Spannungen aufgrund sehr unterschiedlicher Wärmeausdehnung zweier Materialien, wie dies z. B. bei Kunststoff-Metall-Klebeverbindungen der Fall sein kann, erfordern zäh-elastische (nicht spröde) Klebstoffe mit niedrigem E-Modul, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Andere Faktoren, die die Beständigkeit von Klebeverbindungen beeinflussen, sind Lösungsmittel und UV-Licht. Es empfiehlt sich, grundsätzlich einen Klebstoff zu wählen, der gegen diese Faktoren beständig ist. Es sollte davon abgesehen werden, die Klebefuge mit einer Schutzschicht zu überziehen, die rissig oder mit der Zeit durchlässig für Lösungsmittel oder Feuchtigkeit werden kann.

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Einführung Kleben

Flyingfox_admin — Wed, 14 Mar 2018 15:56:22 +0000

Einführung Kleben

Loctite Worldwide Design Handbook

Das Fügen mithilfe von Klebstoff bietet Vorteile gegenüber mechanischen Verfahren zum Verbinden von Bauteilen. Klebstoffe verteilen Belastungen und Spannungen über die gesamte Fügefläche und erzielen so eine gleichmäßigere Verteilung der statischen und dynamischen Belastungen, anstatt diese auf hochbeanspruchte Punkte zu konzentrieren. Klebeverbindungen sind aus diesem Grund beständiger gegen Biege- und Vibrationsbelastungen als Nietverbindungen.

Klebstoffe können Klebeverbindungen gleichzeitig abdichten und beugen so der Korrosion vor, die bei mechanischen Verbindungen auftreten kann. Klebstoffe erleichtern das Fügen unregelmäßig geformter Oberflächen und sorgen so für einfachere Verbindungen mit geringen (oder keinen) Änderungen an Abmessungen oder Geometrie der Teile.

Beim Einsatz von Klebstoffen sind natürlich einige Faktoren zu berücksichtigen. Der Klebstoff muss für die verwendeten Werkstoffe geeignet und mit dem Fertigungsverfahren kompatibel sein. Er muss zudem die erwarteten Betriebslasten übertragen und den Einsatzbedingungen standhalten. Auch die Oberflächenvorbereitung, das Auftragungsverfahren und die Aushärtesysteme sind zu beachten – wie auch die zeitlichen Faktoren und die Kosten zu berücksichtigen sind.

Dieser Abschnitt will die Parameter von Klebstoffen erläutern, die der richtigen Auswahl und der erfolgreichen Anwendung zugrunde liegen.

Fügen ebener Flächen

Die drei wichtigsten Verbindungsarten sind:

Mechanische Verbindung – mit Schrauben und Nieten
Thermische Verbindung – durch Schweißen, Hartlöten und Weichlöten
Chemische Verbindung – mit Klebstoffen

Abb. 91: Spannungsverteilung in Schweiß-, Niet- und Klebeverbindungen

Mechanische Verbindung

Eine Schraubenverbindung ist die ideale Verbindungsmethode, wenn ein häufiges, problemloses Lösen der Verbindung erforderlich ist. Schraubenverbindungen sind außerdem normalerweise sehr zuverlässig. Sie können sich jedoch unter bestimmten Umständen lockern und sollten, wie im Kapitel „Schrauben sichern“ beschrieben, gesichert werden.

Bei Schrauben- oder Nietverbindungen müssen Bohrungen angebracht werden, die zur Schwächung der Bauteile führen. Im Bereich der Bohrungen entstehen Spannungsspitzen, wenn die Verbindung Belastungen ausgesetzt ist. Dies kann in einigen Fällen zu einer vorzeitigen Ermüdung des Materials führen (siehe Abb. 91). Deshalb muss bei der Verwendung solcher Verbindungselemente die Materialstärke erhöht werden, damit die erforderliche Stabilität gewährleistet ist. Außerdem wird durch Schrauben- bzw. Nietlöcher die Korrosionsgefahr erhöht. Aus diesem Grund ist häufig ein zusätzliches Abdichten oder ein Schutz des Werkstoffs erforderlich. Dies ist zumeist kompliziert und kostspielig. Werden unterschiedliche Metalle miteinander verbunden, können Kontaktkorrosion und unterschiedliche thermische Ausdehnung auftreten.

Thermische Verbindung

Geschweißt oder gelötet können normalerweise nur ähnliche Werkstoffe werden. Diese Verbindungen können nicht mehr oder nur unter sehr großen Schwierigkeiten gelöst werden. Während der Schweiß- und Lötvorgänge treten sehr hohe Temperaturen auf, die unerwünschte Spannungen verursachen. Dadurch können Bauteile versagen (siehe Abb. 91) und das Metallgefüge kann beschädigt werden.

Abb. 92: Kontaktkorrosion

Klebeverbindungen

Klebeverbindungen erweitern den konstruktiven Spielraum, da sie folgende Vorteile bieten:

Gleichmäßige Spannungsverteilung:

Spannungsspitzen aufgrund von Bohrungen entfallen (s. Abb. 91).

Keine Schädigung der Werkstoffe:

Die Eigenschaften der Werkstoffe werden nicht beeinträchtigt, wie es bei Schweißvorgängen der Fall sein kann.

Kein Fügeteilverzug: Da die Teile nicht wie beim Schweißen erwärmt werden, können Bauteile unterschiedlicher Masse und Größe problemlos gefügt werden.

Kombination unterschiedlicher Werkstoffe:

Ermöglicht es Konstrukteuren, Werkstoffe so auszuwählen und zu kombinieren, dass deren Eigenschaften optimal genutzt werden.

Abdichten von Trennfugen:

Klebstoffe wirken auch als Dichtungen. Schrauben- und Nietverbindungen erfordern häufig Abdichtungsmaßnahmen und dies bedeutet zusätzliche Arbeit und Kosten.

Isolation:

Metalle mit unterschiedlichen elektrochemischen Eigenschaften können gefügt werden. Korrosion, Reiberosion und Passungsrost werden vermieden (s. Abb. 92).

Geringere Anzahl an Bauteilen:

Stifte, Schrauben, Nieten und Klemmen sind überflüssig.

Verbesserte Produkterscheinung:

Klebeverbindungen bieten ein geschlossenes Erscheinungsbild. Anders als bei Schweißnähten sind die Verbindungsstellen nach dem Fügen nicht mehr sichtbar. Dieser Vorteil bietet Konstrukteuren viele Möglichkeiten, das Aussehen eines Produktes zu verbessern.

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Alterung von Klebungen

Flyingfox_admin — Wed, 14 Mar 2018 15:26:56 +0000

Alterung von Klebungen

Loctite Worldwide Design Handbook

Die Auswirkung der Alterung über einen längeren Zeitraum lässt sich nur bestimmen, wenn die zusammenwirkenden Einflussgrößen und die geometrischen Parameter sorgfältig einbezogen werden. Bei speziellen Anwendungen bietet Loctite entsprechende Unterstützung. In den technischen Datenblättern sind Kurven für die Wärmealterung dargestellt. Hier wurden alle Klebstoffe unter den konstanten Einflussfaktoren Wärme und Zeit geprüft.

Genauere Aussagen über das Alterungsverhalten von Klebstoffen im speziellen Anwendungsfall können nur getroffen werden, wenn man die Originalteile versuchsweise den tatsächlichen Einsatzbedingungen aussetzt.

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Lösen von Klebeverbindungen

Flyingfox_admin — Wed, 14 Mar 2018 13:06:51 +0000

Lösen von Klebeverbindungen

Loctite Worldwide Design Handbook

Die meisten Klebeverbindungen können mit den üblichen Verfahren wie „Abziehen“ oder „Auspressen“ gelöst werden. Bei hochfesten Klebeverbindungen werden die Teile vor dem Lösen auf 300° C bis 400° C erwärmt. Klebstoffreste können mechanisch entfernt werden. Bevor die Teile neu geklebt werden, sind die Klebeflächen wieder zu reinigen.

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Fehlerbehebung beim Kleben

Flyingfox_admin — Wed, 14 Mar 2018 12:53:17 +0000

Fehlerbehebung beim Kleben

Loctite Worldwide Design Handbook

Zahlreiche Faktoren beeinflussen die erfolgreiche Durchführung einer Klebung. Für den Fall dass Probleme auftreten sollten, bietet die Loctite Corporation umfassende technische Unterstützung bei der Problemlösung an.

Die meisten Probleme, die bei der Durchführung einer Klebung auftreten, fallen in folgende Kategorien:

Keine Aushärtung

Härtet der flüssige Klebstoff wie erwartet aus oder wird der Aushärtevorgang durch einen Faktor gehemmt bzw. verhindert?

Kein Klebstoff

So einfach diese Lösung scheinen mag: Ein guter Fehlersucher überprüft stets, ob an der gewünschten Stelle auch Klebstoff aufgetragen wurde.

Keine Adhäsion

Werden die Adhäsionskräfte durch Verschmutzungen oder Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Fügeteils beeinträchtigt?

Schlechte Klebefestigkeit

Nach Überprüfung aller anderen Faktoren und der Eignung des Klebeverfahrens ist zu klären, ob der richtige Klebstoff ausgewählt wurde.

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Beurteilung einer zerstörten Klebung

Flyingfox_admin — Wed, 14 Mar 2018 11:25:08 +0000

Beurteilung einer zerstörten Klebung

Loctite Worldwide Design Handbook

Einige wichtige Ursachen für das Versagen einer Klebeverbindung können anhand des Aussehens der Fügeteile analysiert werden. Bei genauer Betrachtung der Teile kann festgestellt werden, ob ein Versagen der Adhäsion oder der Kohäsion zum Bruch der Klebung führte oder ob sogar die Fügeteile zerstört wurden.

Adhäsionsversagen

Der Klebstoff löst sich vollständig von der Oberfläche eines Fügeteils ab.

Kohäsionsversagen

Der Klebstoff bricht in sich selbst. An beiden Fügeteilen befinden sich Klebstoffreste.

Beurteilung und Maßnahmen zur Verbesserung:

Das Aussehen einer zerstörten Klebung liefert nur eine Aussage darüber, wo die Schwachstelle der Klebung liegt, nicht aber, wodurch der Bruch verursacht wurde. Um korrigierende Maßnahmen ergreifen zu können, müssen die Ursachen für das Versagen der Klebung gefunden werden.

Adhäsionsversagen

Maßnahmen zur Festigkeitserhöhung:

Offensichtlich liegt der Schwachpunkt der Klebung an der Grenzschicht zwischen Fügeteil und Klebstoff.
Entweder handelt es sich um einen schlecht klebbaren Werkstoff oder die Klebefläche war verschmutzt.
In beiden Fällen kann die Festigkeit durch eine geeignete Vorbehandlung der Oberfläche erhöht werden.

Kohäsionsversagen

Maßnahmen zur Festigkeitserhöhung

Der Klebstoff ist durch äußere Einwirkung überlastet (z. B. Spannungsspitzen, Temperatur, Alterung).
Abhilfe: konstruktive Änderungen der Klebegeometrie und/oder Wahl eines anderen Klebstofftyps, da der verwendete Typ für diese Anwendung nicht geeignet ist.

Ursachen und Lösungen für zerstörte Klebungen

Mögliche Ursachen

Maßnahmen

Fehlerhafte Fügeteile

Toleranzen, Spalte und Werkstoffe überprüfen und genauer kontrollieren.

Verunreinigte Fügeteile

Vorbehandlung auf Eignung überprüfen und entsprechend abändern (z. B. Reinigungsmittel, Reinigungsverfahren, anschließende Zwischenlagerung).

Fehlerhafte oder falsche Durchführung der Klebung

Alle Prozessparameter und Durchführung der Klebung überprüfen.
Art und Zeit der Fixierung optimieren.
Überprüfen, ob im fixierten Zustand alle Härtungsbedingungen erfüllt sind.

Ungenügende Aushärtung des Klebstoffes

Härtungsvoraussetzungen überprüfen (z.B. Spalt, Luftabschluss, Temperatur, Feuchtigkeit usw.).
Im Datenblatt angegebene Aushärtezeit einhalten. Überprüfen, ob Klebstoff nicht überlagert
war.

Mechanische Überbeanspruchung oder ungünstige Beanspruchung (Schälung)

Vergrößern Sie die Klebefläche und/oder ändern Sie die Klebefugenkonfiguration hinsichtlich der Krafteinwirkung. Prüfung der Eignung des Klebstoffs für die Art der Beanspruchung (Zugspannung, Scherbeanspruchung usw.).

Thermische Überbeanspruchung

Klebstoff mit höherer Temperaturbeständigkeit wählen.

Korrosion bzw. Unterwanderung sowie Zerstörung der Klebstoffschicht durch flüssige und gasförmige Medien

Fügespalt an den Kontaktflächen zum Medium durch geeignete Beschichtung schützen oder die Fügeteile so gestalten, dass kein Kontakt zum Medium besteht.

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Reiniger, Aktivatoren und Primer

Flyingfox_admin — Wed, 14 Mar 2018 10:51:03 +0000

Reiniger, Aktivatoren und Primer

Loctite Worldwide Design Handbook

Reiniger

Um mit Klebstoffen beste Ergebnisse zu erzielen, wird empfohlen, dass die zu klebenden Teile frei von Verunreinigungen sind. Für die manuelle Reinigung bei kleinen Serienfertigungen, der Instandsetzung oder Wartung bietet Loctite umweltfreundliche Reiniger an. Mit ihnen lassen sich die meisten Fette, Öle und Schmiermittel rückstandslos entfernen.

Aktivatoren

Neben Klebstoffen werden auch Aktivatoren angeboten. Bei manchen Klebstoffen (z. B. modifizierte Acrylate) sind Aktivatoren unbedingt erforderlich, um die Aushärtung zu initiieren, während bei anderen Klebstoffen (z. B. anaeroben Klebstoffen) der Aktivator nur eine Option zur Verbesserung oder Beschleunigung der Aushärtung darstellt. Im Vergleich zu den Primern verbessern Aktivatoren normalerweise nicht die Adhäsion, sie verbessern jedoch die Kohäsion von Klebstoffen dadurch, dass sie eine sichere Aushärtung gewährleisten.

Abb. 23: Hier zeigt sich, wie einfach es ist, Kunststoffe mit niedriger Oberflächenenergie zu kleben:
Primer aufsprühen, den Klebstoff auftragen und Fügeteile zusammenfügen – fertig!

Primer

Primer werden zur Verbesserung der Adhäsion und Haltbarkeit der Klebung eingesetzt, sie unterstützen jedoch nicht die Aushärtung von Klebstoffen. Da der Primer eine Brücke zwischen dem Werkstoff und dem Klebstoff bildet, gibt es keinen Universalprimer für alle vorhandenen Klebstoffe. Aus diesem Grund bietet Loctite verschiedene Primer an, um Adhäsion und Beständigkeit optimal zu verbessern.

Als Beispiel für die Anwendung von Primern sei die Anwendung mit dem Primer Loctite 770 für Cyanacrylate genannt. Die Klebung von Kunststoffen wie PP (Polypropylen), PE (Polyethylen), PTFE (Polytetrafluorethylen), Silikon und zahlreichen thermoplastischen Elastomeren, erfordert eine Ionisationsvorbehandlung der Oberfläche der Klebeflächen. Loctite hat einen Primer entwickelt, der diese Kunststoffe so aktiviert, dass sie erfolgreich geklebt werden können. Beste Ergebnisse wurden mit einer Kombination der Produkte Loctite 770 (Primer) und Loctite 406 (Cyanacrylatklebstoff) erzielt.

Sowohl bei PP und PE als auch bei thermoplastischen Elastomeren werden hohe Festigkeiten erzielt. Silikone, PTFE und damit verwandte Kunststoffe können nun ebenfalls in begrenztem Umfang geklebt werden. Ein bedeutender Vorteil des Primer im Vergleich zur Methode der Ionisationsvorbehandlung von Oberflächen ist seine einfache Anwendung: Er wird möglichst dünn auf die Klebefläche aufgesprüht oder aufgepinselt. Nach einer kurzen Ablüftzeit (10 bis 60 Sekunden) wird der Klebstoff wie gewöhnlich aufgetragen und die Einzelteile werden zusammengefügt (vgl. Abb. 23).

Der Primer Loctite 770 ist nicht bei Kunststoffen zu verwenden, die auch ohne Vorbehandlung problemlos geklebt werden können, z. B. PVC (Polyvinylchlorid), ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), NBR (Nitrilkautschuk). Wird beispielsweise PVC mit PP geklebt, ist nur die PP-Oberfläche mit dem Primer vorzubehandeln. Wie bei jeder Klebeverbindung müssen natürlich auch hier die Oberflächen zuvor gereinigt werden. Weil es so einfach zu handhaben ist und bei unpolaren Kunststoffen mit niedriger Oberflächenenergie eine hohe Festigkeit ermöglicht, stellt Loctite 770 eine interessante Alternative zu komplizierteren Verfahren der Oberflächenvorbehandlung dar (vgl. Abb. 23).

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Vorbehandlung der zu klebenden Oberflächen

Flyingfox_admin — Fri, 09 Mar 2018 15:14:16 +0000

Vorbehandlung der zu klebenden Oberflächen

Loctite Worldwide Design Handbook

Für optimale Ergebnisse beim Kleben ist eine geeignete Oberflächenvorbehandlung erforderlich. Die Festigkeit einer Klebeverbindung wird vor allem von der Adhäsion zwischen den Fügeoberflächen und dem Klebstoff bestimmt. Dabei ist besonders zu beachten, dass eine Verbindung umso fester ist, je gründlicher die Oberflächen zuvor gereinigt und vorbehandelt wurden (siehe Abbildung 19).

Die Adhäsionskräfte können durch folgende Maßnahmen verbessert werden:

Entfernen unerwünschter Oberflächenfilme durch Entfetten oder mechanisches Abschleifen
Aufbau einer neuen aktiven Oberfläche durch Primerauftrag
Änderung der Oberflächenaktivität durch Beizen, Coronabehandlung, Niederdruckplasmabehandlung usw.

Abb. 19: Verunreinigungen auf den Oberflächen der Werkstücke beeinträchtigen die Adhäsion

Entfetten von Klebeflächen

Um eine optimale Klebeverbindung zu erzielen, müssen Öl, Fett, Staub und sonstige Schmutzreste vollständig von der Klebefläche entfernt werden. Dazu eignen sich Lösungsmittel, die rückstandslos ablüften. Die wichtigsten Lösungsmittel und ihr Reinigungsvermögen sind der folgenden Tabelle zu entnehmen.

Wässrige Reinigungssysteme auf basischer oder saurer Grundlage enthalten fast immer Korrosionsschutzmittel. Verbleiben diese auf der gereinigten Klebefläche, können sie die Adhäsion des Klebstoffes verringern oder die Aushärtung des Klebstoffes hemmen. Bei Einsatz solcher Reinigungssysteme sollten stets Vorversuche durchgeführt werden. In jedem Fall müssen die Fügeflächen gründlich abgespült oder abgewischt werden.

Durch die Kapillarwirkung des flüssigen Klebstoffs werden sogar die kleinsten Zwischenräume im Fügebereich ausgefüllt. Der ausgehärtete Klebstoff ist danach in den Rautiefen der zu verbindenden Teile „verankert“. Der Aushärtevorgang wird durch den Kontakt des Klebstoffs mit den Metalloberflächen initiiert, die als Katalysator wirken. Passive Materialien besitzen nur eine geringe oder überhaupt keine katalytische Wirkung, sodass für eine schnelle und vollständige Aushärtung Aktivatoren eingesetzt werden müssen. In solch einem Fall wird vor der Auftragung des Klebstoffs der flüssige Aktivator auf eine oder beide Fügeflächen aufgebracht. Es brauchen dabei keine Komponenten gemischt oder Topfzeiten beachtet zu werden.

Lösungsmittel	Reinigungskraft	Leichte Entzündlichkeit bzw. Brennbarkeit
Kohlenwasserstoffe (z.B.Isoparaffine)	Gut	Ja
Ketone (z.B. Aceton)	Gut	Ja
Alkohole (z.B. Isopropanol)	Mäßig	Ja
auf Wasserbasis	Gut	Nein

Abb. 20: Waschlösungen: Typische Auswirkung der Konzentration auf die Endfestigkeit von Klebstoffen.

Abb. 21: Waschlösungen: Typische Auswirkung der Trocknungsposition (vertikal oder horizontal) auf die Endfestigkeit von Klebstoffen.

Werden bei großen Stückzahlen spezielle Entfettungsbäder verwendet, ist zu empfehlen, dass grob verschmutzte Oberflächen schon vorbereitend gesäubert werden, damit das Reinigungsbad nicht schon nach kürzester Zeit völlig verschmutzt ist. Häufig werden Dampfentfettungssysteme verwendet. Hierbei wird das Lösungsmittel bis zum Siedepunkt erwärmt, sodass es verdampft. Wenn die kalten Werkstücke mit dem verdampften Reinigungsmittel in Berührung gebracht werden, kondensiert das Reinigungsmittel an den Werkstücken. Die sich bildende Flüssigkeit löst die verbleibenden Schmutz- und Fettpartikel ab. Das Entfetten erfolgt häufig in geschlossenen Geräten unter Einsatz von entfettenden Lösungsmitteln.

Bei vielen Anwendungen genügt die Vorbehandlung der Oberflächen mit einem Schnellreiniger. Er entfernt Öle, Fette, lose Schmutzpartikel und sonstige Verunreinigungen und bereitet so die Flächen ausreichend für eine Klebung vor. Beim Reinigen mit Lösungsmitteln kann die chemische Entfettung zur Ablösung von Verschmutzungen von der Oberfläche durch mechanische Maßnahmen (Reinigen mit Putzlappen und Bürsten) unterstützt werden, um bessere Ergebnisse zu erhalten.

Mechanische Vorbehandlung

Verschmutzte Metalloberflächen sind häufig mit einer Oxidschicht überzogen, die nicht durch bloßes Entfetten entfernt werden kann. In solchen Fällen ist eine mechanische Vorbehandlung erforderlich wie Sandstrahlen, Schmirgeln oder Bürsten mit der Drahtbürste.

Sandstrahlen ist eine gute Methode, um größere Flächen zu reinigen. Die durch dieses Verfahren erzielte Rautiefe führt zu guten Klebeergebnissen, sofern nicht zu grobes Strahlgut verwendet wird. Durch Schmirgeln wird ebenfalls eine gute Rautiefe erreicht. Hierbei ist vor allem auf eine geeignete Körnung zu achten (z. B. 300 bis 600 für Aluminium, 100 für Stahl). Nach dem Sandstrahlen sowie nach dem Schmirgeln und Bürsten sollten die Teile entfettet werden, um zurückgebliebenen Schleifstaub restlos zu entfernen. Stark verschmutzte Teile sollten zusätzlich vor der mechanischen Behandlung entfettet werden, damit der Strahlsand bzw. das verwendete Schleifmittel nicht einfach nur die Schmutzpartikel auf der Oberfläche verschmiert. Mechanische Vorbehandlungsverfahren sind in der Praxis sehr einfach durchzuführen und liefern in der Regel auch gute Grundlagen für eine ausreichende Klebefestigkeit.

Beim Kleben von Kunststoffen oder Gummiteilen ist die Oberflächenhaut bzw. die Vulkanisationshaut zuvor mechanisch zu entfernen. Bei Kunststoffen haben sich beispielsweise Strahlmittel aus Hartgusskies oder Elektrokorund bewährt. Gummioberflächen sollten mit Lösungsmitteln oder durch Schmirgeln gereinigt werden, um Formtrennmittel zu entfernen.

Beizen

Für das Beizen von Oberflächen werden relativ aggressive Chemikalien eingesetzt. Abhängig vom Material werden sehr saure oder stark alkalische Medien verwendet. Beizen verändert die Oberfläche des Werkstückes, da reaktive Gruppen hinzugefügt werden. Wurzelähnliche Vertiefungen können sich bilden, die zusätzliche Möglichkeiten für die mechanische Verkrallung des Klebstoffes bieten. Die Wirkung dieser Behandlung ist von Werkstoff zu Werkstoff unterschiedlich. Der gewerbliche Einsatz ist beschränkt, da die Handhabung und die Beseitigung von Beizlösungen immer kostspieliger geworden ist.

Oberflächenvorbehandlung mit ionisierten Gasen

Durch die Ionisationsvorbehandlung der Oberfläche ändert sich die Polarität der Oberflächen und ihre Energie, wie es auch bei der nasschemischen Vorbehandlung der Fall ist. In Abhängigkeit des Werkstoffes, der Geometrie des Werkstückes, des Produktionsablaufs und der Anzahl der Einzelteile werden die in der folgenden Tabelle bezeichneten Verfahren eingesetzt.

Primer

Primer bestehen in der Regel aus einer chemisch aktiven Komponente, die in einem Lösungsmittel fein verteilt ist. Die Primerlösung wird auf die Oberfläche des Fügeteils aufgepinselt oder aufgesprüht. Nach der Verdunstung des Lösungsmittels bleibt die aktive Komponente auf der Oberfläche zurück. Je nach Primerart kann der Klebstoff sofort auf die zu klebende Fläche aufgetragen werden z. B. bei Polyolefinprimern für Cyanacrylate oder der Primer muss vor dem Klebstoffauftrag eine bestimmte Zeit mit der Luftfeuchtigkeit reagieren. Primer verbessern in der Regel die Klebbarkeit des Fügeteils, indem sie als chemische Brücke zwischen dem Fügeteil und dem Klebstoff fungieren. Die reaktive Komponente eines Primers ist daher gewöhnlich auch multifunktional: Ein Teil der reaktiven Gruppen reagiert vorzugsweise mit der Werkstoffoberfläche und der restliche Teil der reaktiven Gruppen bildet eine gute Bindung zu dem Klebstoff aus.

Vorbehandlungsmethoden

Werkstoff	Entfernung	Mechanischer Abrieb	Beizen	Primer (in Abhängigkeit des Klebstoffes)	Corona	Niederdruck- plasma
Metalle	XXX	XXX	X	X		X
Glas	XXX	X	X	X	X	X
Keramik	XXX		X	X	X	X
Kunststoffe	XXX	XXX	X	X	XXX	XXX
Gummi	XXX	X	X	X	X	X
Holz	X	XXX	X	X		X

xxx = bevorzugte Methode
x = alternative Methode oder ergänzende Methode

Prüfung der Benetzbarkeit

Die Oberflächenvorbehandlung kann mit der Wassertropfenprobe überprüft werden. Auf die gereinigte Oberfläche werden mehrere Tropfen reinen Wassers aufgebracht. Auf einer unzureichend gereinigten Oberfläche bleibt die kugelige Form des Tropfens weitgehend erhalten. Die Oberfläche muss nochmals gereinigt werden. Wenn das Wasser auf der behandelten Fläche verläuft, liegt eine gute Benetzung vor. Die Klebefläche ist ausreichend sauber.

Für anodische Beschichtungen auf Aluminium und Magnesium ist diese Methode nicht geeignet.

Der Vorteil der Wassertropfenprobe liegt in der guten Verfügbarkeit der Testflüssigkeit Wasser.

Ein Nachteil ist die unterschiedliche Wasserhärte, die sich auf die Oberflächenspannung auswirkt. In manchen Fällen liefert die Wassertropfenprobe nicht einmal mit destilliertem Wasser verlässliche Ergebnisse. Für solche Fälle sind Vergleichsflüssigkeiten mit definierter Oberflächenspannung zu empfehlen. Mit der Wassertropfenprobe kann nur die Benetzbarkeit und nicht die Klebbarkeit der Werkstoffoberfläche geprüft werden.

Abb. 22: Die Oberflächenvorbereitung kann mithilfe der Wassertropfenprobe oder mithilfe von Flüssigkeiten mit definierter Oberflächenspannung geprüft werden.

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Die Aushärtungsmechanismen der Klebstoffe

Flyingfox_admin — Sat, 24 Feb 2018 20:12:12 +0000

Die Aushärtungsmechanismen der Klebstoffe

Loctite Worldwide Design Handbook

Bei den meisten Loctite Klebstoffen handelt es sich um reaktive Polymere. Durch eine Reihe von chemischen Polymerisationsreaktionen gehen sie vom flüssigen in den festen Aggregatzustand über. Für besondere Anwendungsbereiche hat Loctite unterschiedliche Klebstoffe mit speziellen Aushärteeigenschaften entwickelt. Anhand der Aushärteeigenschaften können die Klebstoffe in folgende Gruppen eingeteilt werden:

anaerob aushärtende Klebstoffe
durch UV-Licht aushärtende Klebstoffe (auch mit sekundären Aushärtesystemen)
anionisch aushärtende Klebstoffe (Cyanacrylate)
mit Aktivatoren aushärtende Klebstoffe (modifizierte Acrylate)
durch Feuchtigkeit aushärtende Klebstoffe (Silikone, Urethane)
warmhärtende Klebstoffe (Epoxidharze)

Anaerob aushärtende Klebstoffe

Anaerobe Klebstoffe sind Einkomponentenklebstoffe, die unter Sauerstoffabschluss bei Raumtemperatur aushärten. Die im flüssigen Klebstoff enthaltene Härterkomponente bleibt inaktiv, solange sie mit Luftsauerstoff in Berührung steht. Sobald der Klebstoff vom Luftsauerstoff abgeschlossen wird, z. B. durch das Zusammenbringen der Fügeteile, erfolgt die Aushärtung sehr schnell – besonders bei gleichzeitigem Metallkontakt. Den Aushärtemechanismus kann man sich folgendermaßen vorstellen: Bei Ausschluss des Luftsauerstoffs bilden sich unter Einwirkung von Metallionen (Cu, Fe) freie Radikale, die den Polymerisationsvorgang einleiten (siehe Abbildung 2).

Durch die Kapillarwirkung des flüssigen Klebstoffs werden sogar die kleinsten Zwischenräume im Fügebereich ausgefüllt. Der ausgehärtete Klebstoff ist danach in den Rautiefen der zu verbindenden Teile „verankert“. Der Aushärtevorgang wird durch den Kontakt des Klebstoffs mit den Metalloberflächen initiiert, die als Katalysator wirken. Passive Materialien besitzen nur eine geringe oder überhaupt keine katalytische Wirkung, sodass für eine schnelle und vollständige Aushärtung Aktivatoren eingesetzt werden müssen. In diesem Fall wird vorm Auftragen des Klebstoffs der flüssige Aktivator auf eine oder beide Fügeflächen aufgebracht. Es brauchen dabei keine Komponenten gemischt oder Topfzeiten beachtet zu werden.

Abb. 2: Der Aushärtevorgang bei anaeroben Klebstoffen: Im flüssigen Zustand (1) wird der Klebstoff durch die ständige Sauerstoffzufuhr stabil gehalten. Bei Einschluss des Klebstoffs im Fügespalt und Trennung von der Sauerstoffzufuhr (2) werden die Peroxide durch Reaktion mit den Metallionen zu freien Radikalen. Die Radikale leiten die Bildung von Polymerketten ein (3). Der ausgehärtete Zustand (4) zeigt eine feste Struktur mit vernetzten Polymerketten.

Durch anaerobe Reaktion ausgehärtete Klebstoffe besitzen im allgemeinen folgende Eigenschaften:

gute Temperaturbeständigkeit (von –55° C bis max. +230° C)
schnelle Aushärtung
einfache Dosierbarkeit mit automatischen Dosiergeräten, da nur eine Komponente
Feinstbearbeitung von Werkstücken nicht erforderlich; Rautiefen zwischen 8 und 40 µm sind zulässig
gleichzeitige Dichtungswirkung mit ausgezeichneter chemischer Beständigkeit
gute Beständigkeit gegenüber mechanischen Schwingungen
gute Beständigkeit bei dynamischen Dauerlasten

Passive und aktive Werkstoffe und ihre Auswirkung auf die anaerobe Aushärtung

Aktive Werkstoffe
Schnelle Aushärtung

Messing
Bronze
Kupfer
Eisen
Stahl

Passive Werkstoffe
Langsamere Aushärtung*

Anodische Beschichtungen
Aluminium (mit niedrigem Kupfergehalt)
Keramik
Chromatschichten
Glas
hochlegierter Stahl
Nickel
Oxidschichten
Kunststoffe
Silber
rostfreier Stahl
Zinn
Zink

* Aktivatoren für schnelle Fixierung verwenden

Die Aushärtung, insbesondere die Aushärtegeschwindigkeit bei anaeroben Produkten, wird im Wesentlichen durch Folgendes beeinflusst:

Fügeteile (Abb. 4)
Spalt zwischen den Werkstücken (Abb. 5)
die Temperatur (Abb. 6)
den Aktivator (Abb. 7)

Abb. 4: Aushärtegeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Material.

Abb. 5: Aushärtegeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Spalt.

Abb. 6: Aushärtegeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur.

Abb. 7: Aushärtegeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Aktivator.

Durch UV-Licht aushärtende Klebstoffe

Die Aushärtegeschwindigkeit dieser Klebstoffe hängt von der Intensität und der Wellenlänge des UV-Lichts ab. Deshalb erfordert eine durch UV-Licht eingeleitete Polymerisation stets eine genaue Abstimmung von Produkt und UV-Strahlungsquelle. Durch die UV-Strahlung werden die Fotoinitiatoren gespalten. Die so entstehenden Radikale initiieren die Polymerisation (siehe Abbildung 8). Die Loctite-UV-Aushärtesysteme verfügen über ein Strahlungsspektrum, das optimal auf die Aushärteeigenschaften der Loctite-Produkte ausgelegt ist.

Aufgrund der verschiedenen Vorgänge bei der UV-Aushärtung werden in der Regel drei Bereiche unterschieden:

Tiefenaushärtung durch UV-Strahlung
Oberflächenaushärtung durch UV-Strahlung
Aushärtung durch Sekundärsysteme

Abb. 8: Der Aushärtevorgang bei UV-aushärtenden Klebstoffen: Im flüssigen Zustand liegen (1) Monomere und Fotoinitiatoren reaktionsfrei nebeneinander. Bei der Bestrahlung mit UV-Licht (2) werden die Fotoinitiatoren in freie Radikale gespalten. Die Radikale leiten die Bildung von Monomerketten (3) ein. Vernetzte Polymerketten im ausgehärteten Zustand (4).

Abb. 9: Elektromagnetisches Spektrum. Das Diagramm zeigt die Strahlungsarten und zugehörigen Wellenlängen, aus denen sich das elektromagnetische Spektrum zusammensetzt.

Tiefenaushärtung

UV-Systeme, die ein sehr strahlungsstarkes Licht mit Wellenlängen von 300 bis 400 nm (langwelliges UVA-Licht) ausstrahlen, sind besser geeignet, wenn man eine größere Aushärtungstiefe erzielen möchte (siehe Abbildung 10).

Oberflächenaushärtung

Beim Vergießen und Beschichten mit UV-aushärtenden Produkten ist die Oberflächenaushärtung von großer Bedeutung. Werden ungeeignete UV-Lampensysteme eingesetzt, kann eine klebrige Oberfläche zurückbleiben. Um dies zu verhindern, muss die UV-Strahlungsquelle eine hohe Intensität im Wellenlängenbereich unterhalb von 300 nm erzeugen.
Dadurch kann die unerwünschte Reaktion der Klebstoffoberfläche mit dem Luftsauerstoff, die das Aushärten des Produktes an der Oberfläche verhindert, weitgehend unterbunden werden (siehe Abbildung 11). Die Strahlungsspektren der „energiereichen“ Loctite-UV-Lichtsysteme garantieren eine zuverlässige Aushärtung, ohne dass eine klebrige Oberfläche zurückbleibt.

Aushärtung durch Sekundärsysteme

Falls die UV-Strahlung nicht zu allen mit Kleber benetzten Stellen gelangt, hat Loctite Klebstoffe entwickelt, die über ein zweites Aushärtesystem verfügen. An den Schattenstellen kann eine vollständige Polymerisation durch folgende Sekundärsysteme erreicht werden:

Anaerobe Aushärtung
Aushärtung durch Wärme
Aushärtung mit Aktivatoren
Aushärtung durch Luftfeuchtigkeit

Abb. 10: Typisches Aushärteverhalten von UV-Produkten bei der Tiefenaushärtung

Abb. 11: Typisches Aushärteverhalten von UV-Produkten bei der Oberflächenaushärtung

Die Aushärtung von UV-Klebstoffen hängt von der richtigen Wellenlänge und Intensität des Lichts an der Klebeschicht ab. Aus diesem Grund ist die Lichtdurchlässigkeit der Werkstoffe (vgl. Abb. 12) bei der Auswahl des richtigen Klebstoffes ein wichtiges Kriterium. Für PC (Polycarbonat), PVC (Polyvinylchlorid) oder vergleichbare Werkstoffe wurden Klebstoffe entwickelt, die durch „sichtbares Licht aushärten“. Diese Klebstoffe können mit UVA-Licht aushärten, zeigen jedoch ein deutlich besseres Härtungsverhalten, wenn sie Licht mit hoher Intensität von ca. 420 nm (sichtbares Licht) ausgesetzt werden.

Abb. 12: UV-Durchlässigkeit von Glas und Kunststoffen.

Durch UV-Licht aushärtende Klebstoffe weisen im Allgemeinen die folgenden charakteristischen Eigenschaften auf:

hohe Festigkeit
großes Spaltfüllvermögen
sehr kurze Aushärtezeiten für das Erreichen der Handfestigkeit
gute bis sehr gute Medienbeständigkeit
gute Dosierbarkeit mit automatischen Dosiersystemen, weil es nur eine Komponente gibt

Anionisch aushärtende Klebstoffe (Cyanacrylate)

Die Cyanacrylatklebstoffe (Einkomponentenkleber) polymerisieren bei Kontakt mit schwach basischen Oberflächen. Im Allgemeinen ist die Luftfeuchtigkeit ausreichend, um die Aushärtung innerhalb weniger Sekunden zu initiieren. Die Feuchtigkeit auf der Klebefläche neutralisiert den Stabilisator des Klebstoffs. Die Polymerisation erfolgt so von Oberfläche zu Oberfläche. Um eine möglichst schnelle Aushärtung bis zur Handfestigkeit zu erzielen, ist ein „Nullspalt“ erstrebenswert. Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn am Arbeitsplatz eine relative Luftfeuchtigkeit von 40 % bis 60 % herrscht. Geringere Feuchtigkeit verlangsamt die Aushärtung, höhere Feuchtigkeit beschleunigt sie. Dies kann jedoch die Endfestigkeit der Klebeverbindung beeinträchtigen (vgl. Abb. 13).

Zu den typischen Anwendungsbereichen von UV-aushärtenden Klebstoffen und Dichtungsmaterialien zählen:

Kleben von Glas und Glas oder von Glas und Metall
Kleben transparenter Kunststoffe
Abdichten elektronischer Bauteile (z. B. Relais)
Kleben von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten
Beschichten von Leiterplatten (Elektronik)
Abdichten/Kleben bei Hochtemperaturanwendungen
Fügen von Metallteilen (Welle-Nabe-Verbindungen) und Aushärtung überschüssigen Klebstoffes durch UV-Licht zur raschen Fixierung
Kleben von Metall- und Kunststoffteilen und Aushärtung überschüssigen Klebstoffes durch UV-Licht zur raschen Fixierung

Trockene Luft beeinträchtigt die Festigkeit der Klebung in der Regel nicht. Längere Aushärtezeiten verlangsamen jedoch die Produktion. Mithilfe eines Luftaufbereitungssystems kann am Klebearbeitsplatz eine günstige Luftfeuchtigkeit konstant gehalten werden. Saure Oberflächen (pH-Wert < 7) können die Aushärtung verzögern oder sogar verhindern, basische Oberflächen (pH-Wert > 7) hingegen beschleunigen die Aushärtung (siehe Abbildung 14).

Abb. 13:
Aushärteverhalten von Cyanacrylatklebstoffen in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit.

Abb. 14: Der Aushärtevorgang bei Cyanacrylatklebstoffen: Der saure Stabilisator (rot) verhindert eine Verbindung der Klebstoffmoleküle untereinander und hält den Klebstoff flüssig (1). Die Oberflächenfeuchtigkeit (blau) neutralisiert den Stabilisator (2), und die Polymerisation beginnt (3). Es bilden sich viele miteinander verflochtene Polymerisationsketten (4).

Die zu verklebenden Teile müssen nach dem Auftragen des Klebstoffs schnell zusammengefügt werden, da die Zeit bis zum Beginn der Polymerisation (offene Zeit) nur wenige Sekunden beträgt. Die offene Zeit ist von der relativen Luftfeuchtigkeit, der Feuchtigkeit der Klebeflächen und der Umgebungstemperatur abhängig. Aufgrund der äußerst schnellen Aushärtezeit sind Cyanacrylatklebstoffe besonders gut für das Verkleben kleinerer Teile geeignet.

Cyanacrylatklebstoffe sollten einseitig und sparsam aufgetragen werden. Die beste Klebung wird erzielt, wenn nur so viel Klebstoff aufgetragen wird, wie zum Ausfüllen des Fügespalts erforderlich ist.

Wie bereits erläutert, hängt die Aushärtegeschwindigkeit von der Feuchtigkeit auf der Klebefläche ab. Um die Aushärtung zu beschleunigen oder um von der Luftfeuchtigkeit unabhängig zu sein, können Aktivatoren eingesetzt werden. Auch überschüssiger Klebstoff oder ein offener Klebstofftropfen (z. B. für das Kleben von Drähten) härtet bei Verwendung von Aktivatoren innerhalb von Sekunden aus.

Cyanacrylatklebstoffe besitzen im Allgemeinen die folgenden charakteristischen Eigenschaften:

sehr hohe Scher- und Zugfestigkeiten
sehr schnelle Aushärtung (Fixierung innerhalb Sekunden)
kleben fast alle Werkstoffe
gute Alterungsbeständigkeit

Zu den typischen Anwendungsbereichen von Cyanacrylatklebstoffen zählen:

poröse Werkstoffe und leicht saure Oberflächen
schwer zu klebende Kunststoffe, sehr schnelle Fixierung
höhere Viskosität mit gutem Spaltfüllvermögen
poröse Werkstoffe, mit hervorragendem Spaltfüllvermögen, gelartige Viskosität
geringe Ausgasung, schwacher Geruch, wird eingesetzt, wenn optische Eigenschaften Priorität besitzen
Kleben ungleicher Werkstoffe, flexibles Cyanacrylat, wird häufig für das Kleben von Metall und Kunststoff eingesetzt
Kleben von Metall und Metall oder Metall und anderen Werkstoffen
Kleben unterschiedlicher Werkstoffe, beste Temperatur- und Wärmealterungsbeständigkeit

Mit Aktivatoren aushärtende Klebstoffe (modifizierte Acrylate)

Diese Klebstoffe härten bei Raumtemperatur mithilfe eines Aktivators aus. Abhängig vom verwendeten Klebstoff können Klebstoff und Aktivator separat auf die Klebeflächen aufgebracht oder in einem statischen Mischer vorgemischt werden. Klebstoffe, die in Verbindung mit einem niedrigviskosen Aktivator eingesetzt werden, werden nicht vorgemischt. Der Klebstoff und der Aktivator werden immer separat auf die Klebeflächen aufgetragen. Der Klebstoff beginnt auszuhärten, wenn die beiden Teile zusammengefügt werden.

Um auf flüssige Aktivatoren verzichten zu können, stehen auch Acrylat-Klebstoffe zur Verfügung, bei denen der Aktivator dieselbe Konsistenz wie der Klebstoff aufweist. Hierbei handelt es sich um Zweikomponentensysteme, bei denen Klebstoff und Aktivator getrennt aufgetragen werden, und zwar Raupe neben Raupe oder Raupe auf Raupe. Wenn die beiden zu klebenden Teile zusammengefügt werden, vermischen sich die Klebstoffkomponenten durch den Fügeprozess. Besitzt der gemischte Klebstoff eine Topfzeit von 5 Minuten oder mehr, kann auch ein statischer Mischer verwendet werden. Dies bietet den Vorteil, dass bereits vorgemischter Klebstoff dosiert wird und die Durchmischung nicht vom Fügeprozess der Teile abhängt.

Abb. 15: In Abhängigkeit der Anwendungsanforderungen kann Methode a) oder b) ausgewählt werden. In jedem Fall sind Komponente A und Komponente B des Klebstoffes so aufzutragen, dass während des Zusammenfügens eine Durchmischung erfolgt.

Modifizierte Acrylat-Klebstoffe besitzen im Allgemeinen die folgenden charakteristischen Eigenschaften:

sehr hohe Scher- und Zugfestigkeiten
gute Stoßfestigkeit
großer Einsatztemperaturbereich (–55° C bis +120° C)
kleben fast alle Werkstoffe
großes Spaltfüllvermögen (insbesondere vorgemischte Acrylate)
gute Medienbeständigkeit

Zu den typischen Anwendungsbereichen modifizierter Acrylat-Klebstoffe zählen:

Kleben von Lautsprechern
Magnetkleben
Strukturelles Kleben

Durch Luftfeuchtigkeit aushärtende Klebstoffe

Die Polymerisation dieser Klebstoffe/Dichtungsmaterialien wird (in den meisten Fällen) durch eine Kondensationsreaktion, eine Reaktion mit der Luftfeuchtigkeit, herbeigeführt.

Zu dieser Gruppe gehören zwei allgemeine chemische Substanzen:

Silikone:

Diese Werkstoffe vulkanisieren bei Raumtemperatur durch Reaktion mit der Luftfeuchtigkeit (Raumtemperaturvulkanisierung = RTV). Im Vergleich zur anionischen Reaktion der Cyanacrylate, bei der die Feuchtigkeit den Stabilisator neutralisiert, nutzen Silikone das Wassermolekül zur Vernetzung. Das heißt, dass die Feuchtigkeit in das Silikon an die Stelle eindringen muss, an der die Vulkanisierung stattfindet. Wird das Wassermolekül in die Bindung zwischen den Silikonmolekülen integriert, wird ein Nebenprodukt freigesetzt. In Abhängigkeit der Aushärtungschemie kann das freigesetzte Nebenprodukt sauer (z. B. Essigsäure), basisch (z. B. Amin) oder neutral (z. B. Oxim oder Alkohol) sein.

Die Aushärtegeschwindigkeit dieser Klebstoffe hängt vorrangig von der relativen Luftfeuchtigkeit ab.

Die Eigenart des Aushärtemechanismus führt dazu, dass Silikone vom äußeren zum inneren Bereich der Klebung vulkanisieren. Aufgrund der erforderlichen Feuchtigkeitsmigration zum Ort der Vernetzung ist die Aushärtetiefe auf 10 – 15 mm begrenzt.

Abb. 16: Aushärtegeschwindigkeit in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit

Silikonelastomere (oder ausgehärtete Silikone) besitzen im Allgemeinen die folgenden Eigenschaften:

außerordentliche Wärmebeständigkeit (mehr als 230° C)
elastisch, zäh, hohe Dehnung
niedriger bis mittlerer E-Modul
wirksame Dichtung gegen zahlreiche flüssige Medien
ausgezeichnetes Spaltfüllvermögen

Abb. 17: Eine typische Klebefuge, geklebt mit Silikon.

Zu den typischen Anwendungen für Silikone gehören:

Flächendichten und Abdichten in der Automobilindustrie
Abdichten bei Hochtemperaturanwendungen
Abdichten und Kleben (insbesondere bei kleinen Werkstücken)
UV-Licht-Aushärtung
Abdichten und Vergießen (neutrales Nebenprodukt)
Beschichtung von Leiterplatten
UV-Licht-Aushärtung

Polyurethane:

Polyurethane werden durch einen Mechanismus gebildet, bei dem Wasser mit einem Inhaltsstoff reagiert, der Isocyanatgruppen enthält. Wie bei Silikonen muss das Wassermolekül in den Klebstoff an die Stelle eindringen, an der die Vernetzung stattfindet. Dies führt zu demselben Aushärteverhalten, das auch die Silikone aufweisen, jedoch ohne dass Nebenprodukte an die Umgebung abgegeben werden. Die Aushärtegeschwindigkeit hängt wie bei der Aushärtung von Silikonen ebenfalls von der relativen Luftfeuchtigkeit ab.

Polyurethane besitzen im Allgemeinen die folgenden Eigenschaften:

ausgezeichnete Zähigkeit
Elastizität, hohe Dehnung
ausgezeichnetes Spaltfüllvermögen
nach der Aushärtung überlackierbar
ausgezeichnete chemische Beständigkeit

Um die beste und beständigste Adhäsion zu erzielen, wird die Verwendung geeigneter Reiniger und Primer (Haftvermittler) empfohlen. Abhängig von den Oberflächen werden unterschiedliche Primer verwendet.

Warmhärtende Klebstoffe

Bei den warmhärtenden Klebstoffen handelt es sich vorwiegend um Einkomponentenklebstoffe. Typische Beispiele sind warmhärtende Epoxide. Sie bestehen vorwiegend aus Harz und Härter. Die Aushärtetemperatur hängt vom Härter ab. Eine typische Mindestaushärtetemperatur ist 100° C.

Die Aushärtezeit hängt mit der Aushärtetemperatur zusammen – je höher die Aushärtetemperatur, umso kürzer ist die Aushärtezeit. Normalerweise ist eine Mindesttemperatur zur Aktivierung des Härters und zur Initiierung der Polymerisation erforderlich.

Zu den typischen Anwendungen von Polyurethanen zählen:

Kleben
Abdichten

Abb. 18: Aushärtezeit in Abhängigkeit von der Temperatur.

Neben den echten warmhärtenden Klebstoffen gibt es noch einige andere Klebstoffe, die die Warmhärtung als zusätzlichen Aushärtemechanismus einsetzen. Anaerobe Klebstoffe besitzen einen zusätzlichen Warmhärtemechanismus, der bei 120° C beginnt.
Die warmhärtenden Klebstoffe decken eine große Bandbreite an Eigenschaften ab und sind stark von der chemischen Basis (z. B. Epoxid, Methacrylat) abhängig.

Typische warmhärtende Epoxide besitzen im Allgemeinen die folgenden Eigenschaften:

mittlere bis hohe Festigkeit
gute Adhäsion zu vielen Werkstoffen
gutes Spaltfüllvermögen
gute bis sehr gute Beständigkeit gegenüber Medien

Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen:

Chipkleben (Elektronik)
Relaisabdichtung
Imprägnieren
Schraubensichern, Gewindedichten, Flächendichten, Fügen von Welle-Nabe-Verbindungen
Kleben

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Der Beitrag Die Aushärtungsmechanismen der Klebstoffe erschien zuerst auf Seyffer GmbH - Wiki.