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Grundlagen des Klebens
Klebstoffe - Klebstofftypen
Die Einteilung in Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere, wie sie bei Kunststoffen üblich ist, ist bei Klebstoffen wenig sinnvoll. Es gibt Klebstoffe (besonders bei den Polyurethanen), die als Duromere, Elastomere und Thermoplaste aushärten. Ein besseres Ordnungskriterium ist die Art und Weise, wie sich der Klebstoff verfestigt – wie er also die notwendige Kohäsion aufbaut.
Quelle: Wikipedia

Einteilung der organischen Klebstoffe und Silicone nach dem Verfestigungsmechanismus

Adhäsion + Kohäsion
Adhäsion umfasst die Haftkräfte an den Kontaktflächen zweier unterschiedlicher oder gleicher Stoffe durch Molekularkräfte. Die Stoffe können sich in festem oder in flüssigem Zustand befinden. Im Bereich der Klebstoffe versteht man unter Adhäsion die Haftung von Klebschichten an den Fügeteiloberflächen. Die Vorgänge bei der Adhäsion sind noch nicht vollständig aufgeklärt. Sie gestalten sich besonders schwierig, weil die Abhängigkeiten zwischen den Klebstoffsystemen und den verschiedenen Fügeteiloberflächen sehr komplex sind.
Bei Klebstoffen bezeichnet Kohäsion die Kräfte, die den Zusammenhalt des Klebstoffs bewirken. Diese Kohäsionskräfte sind zum einen für die Zähigkeit und das Fließverhalten (Rheologie) des unausgehärteten Klebstoffs bei der Verarbeitung und zum anderen für die Festigkeit des ausgehärteten Klebstoffs bei seiner Beanspruchung verantwortlich. Die Kohäsionskräfte in einem Klebstoff werden durch Kennwerte wie E-Modul, Reissdehnung, Temperaturfestigkeit oder Shore-Härte beschrieben.
Oberflächenspannung - Oberflächenbenetzbarkeit
Oberflächenspannung ist eine Eigenschaft der Oberfläche zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas wie etwa der Luft. Die Oberfläche einer Flüssigkeit verhält sich ähnlich einer gespannten, elastischen Folie. Dieser Effekt ist zum Beispiel die Ursache dafür, dass Wasser Tropfen bildet. Benetzung ist ein Verhalten von Flüssigkeiten bei Kontakt mit der Oberfläche von Festkörpern.
Benetzbarkeit ist die zugehörige Eigenschaft. Je nachdem, um welche Flüssigkeit es sich handelt, aus welchem Material die Oberfläche besteht und wie deren Beschaffenheit ist, zum Beispiel in Bezug auf die Rauigkeit, benetzt die Flüssigkeit die Oberfläche mehr oder weniger stark.
Werkstoffe mit einer hohen Oberflächenenergie, sogenannt "hochenergetische Oberflächen" lassen sich einfacher durch Klebstoffe benetzen und erzielen mehrheitlich hohe Verklebungsfestigkeiten.
Beispiele Oberflächenenergie von Werkstoffen:
Werkstoff
Oberflächen-energie mN/m
Werkstoff
Oberflächen-energie mN/m
Paraffin
19
Wasser
72.8
Polytetrafluoräthylen
18.5
Blei
610
Silikon
24
Zinn
710
Polypropylen
29
Zink
1'020
Polyethylen
31
Aluminium
1'200
Polymethylmethacrylat
33...44
Silber
1'250
Polystyrol
33...35
Gold
1'550
Polycarbonat
34...37
Kupfer
1'850
Polyvinylchlorid
40
Titan
2'050
Polyethylenterephtalat
43
Chrom
2'400
Melaminharz
45
Nickel
2'450
Polyamid
46
Eisen
2'550
Epoxidharz
47
Wolfram
6'800
Viskosität
Die Viskosität ist ein Mass für die Zähflüssigkeit eines Fluids. Der Kehrwert der Viskosität ist die Fluidität, ein Mass für die Fliessfähigkeit eines Fluids. Je grösser die Viskosität, desto dickflüssiger (weniger fliessfähig) ist das Fluid; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (fliessfähiger) ist es.
Normalerweise wird mit dem Begriff Viskosität die Viskosität in Scherung verbunden, es ist allerdings auch möglich die Viskosität in Dehnung zu messen, siehe dazu die Seite Dehnviskosität. Teilchen zäher Flüssigkeiten sind stärker aneinander gebunden und somit unbeweglicher; man spricht daher auch von der inneren Reibung. Sie resultiert nicht nur aus den Anziehungskräften zwischen den Teilchen des Fluids (Kohäsion). Bei Feststoffen verwendet man stattdessen die Begriffe der Duktilität, Sprödigkeit und Plastizität. Gelegentlich wird Zähigkeit als Synonym für Viskosität verwendet.
Für eine gute Benetzung sollte der Klebstoff möglichst niederviskos sein und eine geringere Oberflächenspannung haben als das zu verklebende Substrat.
Charakteristisch ist in diesem Zusammenhang der zwischen dem flüssigen Klebstoff und der Fügeteiloberfläche sich ausbildende Benetzungswinkel α. Je geringer dieser ist, desto besser ist die Benetzung. Von einer guten Benetzung spricht man, wenn αWerte unter 30° Celsius aufweist.
Fliessverhalten (Kapillar-)
Kapillarität oder Kapillareffekt ist das Verhalten von Flüssigkeiten, das sie bei Kontakt mit Kapillaren, z.B. engen Röhren, Spalten oder Hohlräumen, in Feststoffen zeigen.
Beispiel: Taucht man ein Glasröhrchen senkrecht in Wasser, steigt das Wasser in der engen Glasröhre ein Stück gegen die Gravitationskraft nach oben.
Niedrigviskose Klebstoffe haben normalerweise ein sehr gutes Fliessverhalten und können auch in engste Spalten und Vertiefungen fliessen.
Mechanische Belastungen
Die Beansprungungsarten einer Verklebung werden in den Graphiken sehr gut aufgezeigt.
Problematisch für eine klebende Verbindung sind Schäl- und Spaltbelastungen. Hier empfiehlt sich möglicherweise ein mechanisches Befestigungssystem.
Klebstoffgerechtes Konstruieren
Das A und O einer sicheren konstruktiven Verklebung ist die klebstoffgerechte Konstruktion. Grundsätzlich gilt - je grösser die Klebfläche je sicherer die Verklebung.
Oberflächenvorbereitung
Für eine gute, dauerhafte Verklebung ist die Oberflächenvorbereitung entscheidend. Eine Verklebung ist nur so gut wie die Oberfläche klebefähig ist. Die meisten Schadenfälle sind auf konstruktive Fehler oder mangelhafte Reinigung der zu verklebenden Oberflächen zurückzuführen.
Klebeband versus Klebstoff
Definition Klebeband: Ist ein Trägermaterial aus Kunststoff, Papier, Textil, Metallen und vielen anderen Werkstoffen, der mit Klebstoff beschichtet ist. Man unterscheidet einseitig oder doppelseitig klebende Systeme. Klebebänder dienen zum Abdecken, Abdichten, Markieren, Bündeln, Verschliessen, Montieren, Befestigen und vielem mehr.
Vorteile vom Klebeband versus Klebstoff:
- Klebebänder liegen als chemisch fertige Klebstoffe (Physikalisch abbindender Klebstoff) in hochviskoser Form vor und haften durch Andruck auf Oberflächen, in Englisch "PRESSURE SENSITIVE TAPE" (druckempfindliche Klebebänder).
- Klebebänder sind bei Raumtemperatur permanent klebrig.Sie müssen nicht durch Wasser, Lösungsmittel oder Hitze aktiviert werden.
- Unter normalen Bedingungen ändert ein Klebeband nicht seine physikalischen Merkmale, d.h. es härtet nicht aus, trocknet nicht und reagiert nicht mit der Oberfläche, zu der es verklebt wurde.
Definition Klebstoff: ist ein Prozesswerkstoff, der zum Kleben verwendet wird. Nach DIN EN 923 wird ein Klebstoff definiert als "nichtmetallischer Werkstoff, der Fügeteile durch Flächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) verbinden kann".
Vorteile vom Klebstoff versus Klebeband:
- Die Festigkeiten speziell von strukturellen Klebstoffen sind ein Mehrfaches von Klebebändern.
- Auch sehr kleine Flächen lassen sich mit hoher Festigkeit verkleben.
Vergleich Hochleistungs-Montageklebebänder zu strukturellen Klebstoffen:
+++ = sehr gut 0=neutral - - - =/sehr schlecht
Kriterien
Klebstoff
Klebeband
Festigkeiten pro mm2 Klebfläche
+++
+
Mechanische Festigkeiten
+++
+
Chemische Festigkeiten
++
++
Mögliche Auftragsdicke
+
+++
Materialkosten pro mm2 Klebfläche
+++
+
Verarbeitungsaufwand/zeit
-
+++
Toxikologie
Die Toxikologie ist die Lehre von den Giftstoffen, den Vergiftungen und der Behandlung von Vergiftungen. Sie ist ein interdisziplinäres Fachgebiet, das meist der Pharmakologie angegliedert ist. Ihr Beschäftigungsfeld überschneidet sich dort mit dem der Biochemie, wo die molekularen Grundlagen der Vergiftungen aufgeklärt werden. Daher sind auch viele Chemiker und Biochemiker als Toxikologen tätig.
Die meisten reaktiven Klebstoffe sind toxisch. Bei deren Verwendung ist auf jeden Fall das in der Schweiz zu jedem Produkt erhältliche Sicherheitsdatenblatt zu beachten und allfällige Schutzmassnahmen wie Handschuhe und Atemschutzmasken zu verwenden.