Elastisch Kleben

Schon seit vielen Tausend Jahren Menschheitsgeschichte wird mit Naturprodukten, die sich unsere Vorfahren in ihrer Umgebung suchten und später auch technisch veränderten, geklebt und abgedichtet. In der Urzeit der Menschheit, vor 7000 bis 10.000 Jahren, klebte man beispielsweise Feuersteinspitzen mit Birkenpech an die Schäfte von Pfeilen. Man erhält es durch Erhitzen von Birkenrinde unter Luftabschluss. Boote dichtete man mit Hanf und Asphalt (Erdpech) ab. Die Leimsiederei, also die Herstellung von Klebstoff aus Haut und Knorpeln von Tierkadavern, wurde von den Sumerern vor 6000 Jahren erfunden. Sie beherrschte für Jahrtausende den „Markt“ für Holzklebstoffe.

Erst mit dem Beginn der modernen Polymerchemie (Kunststoffchemie) im 20. Jh. machte das Kleben und Dichten einen nennenswerten Fortschritt, denn man lernte, wie man im Industriereaktor polymere Klebstoffrohstoffe herstellen konnte. Aus diesen konnte man dann die ersten Phenol-Formaldehydklebstoffe und Weißleime fabrizieren. In den Fünfzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts machte dann die Klebstoffentwicklung durch neuere Erkenntnisse in der Polymerchemie, deren Basis schon vor dem 2. Weltkrieg gelegt wurde, rasante Fortschritte. Speziell in Deutschland und den USA wurden neue, hochinteressante, flüssige Polymere gefunden, die man durch geeignete Vernetzungsreaktionen härten konnte. In Kombination mit weiteren Rezepturbestandteilen wurden und werden daraus immer hochwertigere Kleb- und Dichtstoffe gefertigt.

„Sorge dich nicht, klebe!“ Damit dieser Spruch – sehr frei nach Dale Carnegie – Wirklichkeit wird, werden in diesem Kapitel die Grundlagen der Klebtechnologie besprochen. Sie gelten für steife („starre“) und elastische Klebstoffe gleichermaßen.

In diesem Kapitel werden die Eigenschaften und Beispiele möglicher Anwendungen von chemisch aushärtenden Silikonen, Polyurethanen, Silan-Hybridsystemen und Polysulfiden vorgestellt.

Lange bevor die eigentliche Klebung durchgeführt wird, muss man sich zur Planung und Auslegung (Bemessung) der Klebfuge, und zum Klebprozess selbst Gedanken machen. Während die Praxis des elastischen Klebens in Kap. 6 ausführlich beschrieben ist, handelt dieses Kapitel von der Auslegung von Klebfugen.

Wo immer (elastisch) geklebt wird, müssen klebgerecht aufbereitete Fügeteile mit dem ggf. anzumischenden Klebstoff in Kontakt gebracht werden. Danach beginnt die Härtung, verbunden mit einer Zunahme der Festigkeit der Klebung über die Zeit. Nach einer gewissen Zeit hat der Klebstoff seine Handhabungsfestigkeit erreicht, sodass die frisch gefügten Werkstücke gehandhabt werden können. Natürlich muss auch schon ausreichende Haftung zum Werkstück bestehen. Die oft genannte Zahl von 1 MPa kann hierbei nur als Richtwert dienen: Es hängt von den ganz speziellen Umständen ab, wann ein frisch geklebtes Bauteil bewegt werden darf oder wann daran weitere Manipulationen vorgenommen werden dürfen. Nach Erreichen des Korridors der spezifizierten Gebrauchsfestigkeit ist das geklebte Bauteil einsatzfähig. Falls die Klebung noch gewisse Reserven (Sicherheitsfaktor) aufweist, wird dies der Langzeitbeständigkeit zugute kommen.

Vor noch nicht allzu langer Zeit war der Begriff der „Qualität“ sehr eng an die (handwerkliche) Ausführung eines Gegenstands geknüpft. Mit guter Qualität verband man sorgfältige Arbeit, lang anhaltende Funktion, Wartungsarmut einer Maschine oder eines Gebrauchsgegenstandes. Doch hier beginnt bereits der klassische Qualitätsbegriff aufzuweichen, denn Wartungsarmut ist kaum mehr mit der gegenständlichen Qualität verknüpft. Heutzutage wird der Qualitätsbegriff wesentlich breiter als vor einigen Jahrzehnten gesehen.

Heutzutage existiert eine ganze Reihe von Möglichkeiten, sich theoretisch und praktisch im Kleben fortzubilden. Bei den meisten Kursen oder Veranstaltungen steht das elastische Kleben nicht im Fokus, wenn man von einigen speziellen Vorträgen einmal absieht. Doch da das elastische Kleben eine Untergruppe des generellen Klebens darstellt, gelten viele der Lehrinhalte für beide Themenbereiche.

Keine Arbeit ist so wichtig und dringend, dass sie nicht sicher ausgeführt werden sollte. Wenn geplante Vorhaben ein erkennbares Risiko für die arbeitenden Menschen oder die Umwelt beinhalten, müssen sie so verändert werden, dass diese Risiken ausgeschaltet oder minimiert werden. Im Falle der Anwendung elastischer Klebstoffe ist der gesamtheitlich sichere Umgang mit diesen ein „Muss“ für dauerhaft erfolgreiche – und profitable – Prozesse.

Die Prüfung von Klebstoffen bzw. Klebverbindungen umfasst mehrere große Blöcke:

Das elastische Kleben eröffnet(e) aufgrund seiner multifunktionellen Eigenschaften viele neue Möglichkeiten als Verbindungstechnologie, aber es kann natürlich nicht sämtliche Probleme der Fügetechnik lösen. Neben den „klassischen“ Fügetechniken wie Schweißen, Löten, Schrauben, Nieten, Durchsetzfügen etc. werden sich auch steife (schlagzähe) Strukturklebstoffe weiter behaupten und noch viele zusätzliche Anwendungen finden. Auch die Kombination von klassischen Fügetechniken mit dem Verkleben wird laufend weiterentwickelt. – Das Verdienst der elastischen Klebstoffe bzw. der Menschen, die diese entwickelt haben, ist es, neue Materialkombinationen, leichte Konstruktionen und neue Anwendungen, vorwiegend im Transportsektor, erschlossen zu haben.

Speziell das Verbinden von neuen Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und neuen, allerdings klebtechnisch oft anspruchsvollen, Oberflächen werden dem elastischen Kleben noch herausfordernde Aufgaben stellen. Die bereits vorhandenen chemischen Baukästen, mit denen sich maßgeschneiderte Lösungen erzielen lassen, werden sicherlich in der Zukunft durch weitere ergänzt und das Verständnis der Oberflächen wird zu noch besseren und dauerhafteren Lösungen führen.