Klebetechnik

Einleitung

Kleben ist eines der bedeutendsten stoffschlüssigen Fügeverfahren, wo gleiche oder andersartige Werkstoffe ohne strukturelle Veränderung der Fügeteile verbunden werden können.

Besonders vorteilhaft ist das Kleben dann, wenn unterschiedliche Werkstoffe mit ihren unterschiedlichen Vorteilen im Verbund verbunden werden sollen.

Bei fachgerechter Verwendung können nahezu alle Werkstoffe in beliebiger Kombination langzeitbeständig miteinander verbunden werden; Kleben ermöglichte erst die Entwicklung moderner Verbundwerkstoffe.
Auch die Nachteile der konventionellen Fügeverfahren können durch Kleben umgangen werden. So tritt keine thermische Schädigung wie bei Schweißen oder Löten ein, es tritt auch keine Materialschwächung durch Anbringen von Nietverbindungen oder Schraublöcher auf – Kleber fügen ohne Materialschädigung.

Weitere mögliche Vorteile des Klebens sind die elektrochemische Trennung von Fügeteilen, die gleichzeitige Abdichtung von Spalten, der Ausgleich von Unebenheiten oder Toleranzen und die flächige Verbindungsmöglichkeit sowie die Auswahl unterschiedlicher Klebematerialien.
Damit ermöglicht Kleben materialschonende Verbindungen, spart Zeit, Kostenund Arbeitsaufwand, Kleben ermöglicht aber auch korrosionsfreie Verbindungen sowie den Abbau von Spannungsspitzen und erlaubt elastische Verbindungsmöglichkeiten.

Überdies besteht auch noch die Möglichkeit vibrations- bzw. geräuschdämmend, gas- und flüssigkeitsdichtend sowie schützend zu kleben oder beschichten.

Auch wenn das Kleben eines der ältesten Techniken der Menschheit ist, so ist aus heutiger Sicht Kleben als „das moderne Fügeverfahren“ anzusehen.

Grundlagen

Das einfachste Fügeverfahren geschieht durch Zusammenlegen von Teilen.

Damit eine Substanz eine ausreichende Anhaftung (Adhäsion) ausbilden kann, muss diese nahe genug an die Oberfläche herankommen.
Alle trennenden bzw. störenden Stoffe sind dabei zuerst zu entfernen und manchmal ist sogar das Aktivieren von Oberflächen notwendig.

Oberflächen sind vor dem Kleben von öligen, fettigen, salzigen oder verunreinigenden Substanzen zu befreien, d.h. zu reinigen – so lange, bis eine einwandfreie Oberfläche zur Anhaftung des Klebers vorliegt.
Kleben gehört zur Disziplin der Oberflächentechnik und unterscheidet sich hier nicht von den Anforderungen, die auch an einwandfreie Lackierflächen gestellt werden.

Wichtig ist auch, dass die Moleküle an der Oberfläche beweglich genug sind, um an die zu klebende Oberfläche nahe genug heranzukommen.

Feststoffe sind hier gegenüber Flüssigkeiten im Nachteil; aus diesem Grunde sind die meisten Klebstoffe mehr oder weniger flüssig, müssen allerdings auch ausreichend benetzende Eigenschaften mitbringen.

Die Benetzungsfähigkeit hängt von der vorhandenen Oberflächenspannung ab.

Ein geeigneter Kleber zeigt unterschiedliche Bindungseigenschaften, gegeben durch Ladungsverteilungen in den Molekülen, als auch durch Dipolkräfte sowie durch Wasserstoffbrückenbindungen, manchmal auch durch chemische bzw. ionische Bindungen.

Ein geeigneter Klebstoff ist aber auch durch die richtige Wahl in Bezug auf das Verhältnis der Oberflächenspannungen von Klebstoff zu Fügeteil charakterisiert.

Eine niedrige Oberflächenspannung ist ein Garant für eine gute Benetzung; diese kann u.U. auch durch gewisse Oberflächenvorbehandlungsverfahren verbessert werden.

Um bessere Verbindungen aufbauen zu können, ist es oft vorteilhaft, wenn raue Oberflächenstrukturen gegeben sind, um mikromechanische Verklammerungen zu erhalten;manchmal ist es möglich, auch durch Oberflächenerweichung den Kleber in das Substrat sozusagen einzudiffundieren,um so bessere Haftung zu erhalten.

Natürlich ist für die Beständigkeit einer Verbindung auch die innere Festigkeit des Klebstoffs, die Kohäsion, maßgebend.Von besonderer Bedeutung ist hier auch ein ungestörter Abbindeprozess nach Vorgabe.

Dass der Verarbeiter durch die besonders sorgfältige Ausführung von Vorbereitungs-, Klebe- und Abbindeprozess zum Erfolg der Verklebung beiträgt ist eine besonders zu betonende Tatsache.

Oberflächenvorbehandlung/ -vorbereitung

Eine qualitativ gute und dauerhafte Verklebung ist an eine geeignete Beschaffenheit der Kleber-Kontaktfläche gebunden, um die notwendige Adhäsion sicherstellen zu können.

Optimale Klebeergebnisse zu erzielen bedeutet lose wie feste Beläge, Öle, Fette, Staub udgl. auf der Substratoberfläche beseitigen zu müssen und zudem die Oberfläche in einen Zustand zu versetzen, wo es Klebern möglich ist, sich festzuhalten.

Auf den meisten Oberflächen finden sich fremdartige Beläge, oftmals fest verhaftet, oft auch fettig bzw. ölig, manchmal als chemische Reaktionsschicht, manchmal als loser Adsorptionsbelag. All diese Stoffe sind rückstandsfrei zu entfernen.

Auch muss eine flächige Benetzbarkeit des Klebers sichergestellt werden und eine ausreichende Oberflächenrauheit hergestellt werden.

Es ist also zu reinigen, mechanisch und energetisch vozubehandeln.

Zunächst ist physikalisch, also durch Abwischen, Abbürsten, Schleifen, Strahlen udgl., aber auch durch Absaugen, Abblasen von Verunreinigungen zu befreien und allenfalls eine ausreichend raue Oberfläche herzustellen.

Anschließend ist durch den Einsatz von organischen Lösemitteln bzw. auch wässrigen Reinigen bzw. chemischen Vorbehandlungsverfahren eine „chemisch-physikalisch reine“ Oberfläche herzustellen.

Als chemische Möglichkeiten stehen hier zudem das Beizen oder chemische Verfahren wie das Phosphatieren, Fluorieren, Zirkon-Passivieren, Chromatieren bis hin zum Oxidieren zu Verfügung.

In speziellen Fällen ist nach der Herstellung von ausreichend rauen und sauberen Oberflächen auch noch durch energetische oder chemische Oberflächenvorbehandlungen die Oberflächen in einen entsprechend klebefreundlichen Zustand zu versetzen, wie dies zumeist bei unpolaren Materialien der Fall ist.

Hier stehen Beflammen, das Plasmavorbehandeln, die Corona-Entladung oder auch Aktivieren bzw. Primern zu Verfügung, um die Oberflächenenergie zu erhöhen.

Bei den meisten Klebeanwendungen reicht eine Reinigung mit einem Schnellreiniger. Dieser entfernt Fette, Öle und auch losen Schmutz so weit, dass Verklebungen problemlos möglich werden. Durch Einsatz mechanischer Artikel, z.B. von Bürsten, kann die Wirkung noch verstärkt werden.

Besonders zu beachten sind Rückverschmutzungen bzw. Rückbefettung schon gereinigter oder vorbehandelter Teile.

Dies kann z.B. durch schon gebrauchte Fetzen, verbrauchte Reinigungsflüssigkeiten oder unvorsichtiges Handling passieren.

Primer sind chemische Haftvermittler, die mittels dünner organischer Schicht von ca. 1g/m² zu einer Verbesserung der Verklebbarkeit führen.

Dabei verbinden sich diese Haftvermittler sowohl mit dem Klebesubstrat als auch mit dem Klebstoff und stellen so eine starke Verbindung her. Sie härten unterhalb der Kleberreaktionstemperatur und können Korrosionsinhibitoren oder auch passivierende Substanzen enthalten.

Primer können im gegebenen Fall die Zwischenhaftung, die Adhäsion verbessern – Aktivatoren verbessern im gegebenen Fall die Kohäsion, also die Kleberstabilität.

Aktivatoren sind chemische Beschleuniger bzw. Initiatoren, die u.U. auch in den Kleber gemischt werden oder aber einseitig auf Klebeflächen aufgebracht werden können, während die andere Klebeseite den Kleber trägt. Der Klebstoff beginnt dabei forciert auszuhärten, wenn die beiden Teile zusammengefügt werden.

Sehr nahe an diesem System sind Zweikomponentensysteme, wo durch den Reaktionspartner A mit dem Reaktionspartner B erst eine reaktive Härtung stattfinden kann.

Etliche Kleber reagieren durch ihre Umgebungsbedingungen, also durch Luftfeuchtigkeit, Feuchte, Temperatur usw. erst aus. Hier kann durch gezielte Veränderung der Umgebungsbedingungen auch eine Veränderung in der Aushärtegeschwindigkeit des Klebers erreicht werden.

Zu beachten ist dabei, dass Luftfeuchtehärter in ihren inneren Bereich nur begrenzt aushärten, da die auspolymerisierten äußeren Schichten eine Sperrschicht bilden.

Eine weitere Gruppe sind die anaeroben Kleber, die nicht nur Luftabschluss sondern auch ein bestimmtes Umgebungsmilieu benötigen.

In jedem Fall sind die Produktdatenblätter des jeweiligen Klebers hier maßgebend und der Beschreibung ist bei der Verarbeitung genau zu folgen.
Bei allfälligen Rückfragen stehen wir natürlich gerne mit unserem KLEBERix-Rückfragesystem zu Verfügung.

Was bedeutet "Kleben"?

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