Kleben – erfolgreich und fehlerfrei

Das Kleben wird den

stoffschlüssigen

Fügeverfahren zugeordnet. Fügeverfahren dienen der Herstellung von Verbindungen aus Werkstoffen gleicher Art oder aus Werkstoffkombinationen.

Die Klebstoffe sind hinsichtlich ihres chemischen Aufbaus den

organischen

Verbindungen zuzuordnen. Im Gegensatz zu der

anorganischen

Chemie, in der die Stoffe aus der unbelebten Natur behandelt werden (z. B. Mineralien, Metalle), befasst sich die organische Chemie mit den Verbindungen des Kohlenstoffs als zentralem Element der vielfältigen Stoffe, die die belebte Natur ausmachen (z. B. pflanzliche und tierische Produkte wie Holz, Eiweiße, Harze, Fette, Erdöl).

Wie in Kapitel 2 erläutert, bestehen die Reaktionsklebstoffe aus Monomeren bzw. Prepolymeren, die die für eine chemische Reaktion notwendigen Voraussetzungen besitzen. Diese Voraussetzungen sind ihre „reaktiven Gruppen“, mit denen die Moleküle ausgestattet sind. Sie benötigen nur den richtigen „Anstoß“, damit die Reaktion auch „anspringen“ kann. So ein Anstoß kann z. B. erfolgen, wenn einem Monomer A das zu seinem „Haken“ genau passende Monomer mit der „Öse“ B zugemischt wird. Dann beginnen sich die Monomere A und B miteinander zu vereinigen, sie „reagieren“ miteinander. Nach dem Mischen liegt demnach eine „reaktive“ Mischung vor, in der mit zunehmender Zeit immer mehr A- und B-Monomere sich zu dem Polymer AB verbinden (in Bild 3.1 vereinfacht dargestellt, es bilden sich auch verzweigte bzw. vernetzte Strukturen). Bei der Klebstoffverarbeitung spricht man von den beiden

Komponenten

A und B, die, da sie normalerweise in flüssiger Form vorliegen, nach den Angaben in Abschnitt 7.2.2 miteinander gemischt werden.

Wie in Abschnitt 3.2 beschrieben, werden bei den Reaktionsklebstoffen zwei Arten unterschieden, und zwar

zweikomponentige (2K-) Klebstoffe

einkomponentige (1K-) Klebstoffe.

Bei den folgenden Darstellungen der wichtigsten Reaktionsklebstoffe wird auf die Zugehörigkeit zu einer dieser beiden Gruppen jeweils besonders hingewiesen. Weiterhin werden ergänzende Hinweise über spezielle Klebstoffeigenschaften, Verarbeitungsbedingungen sowie auch zu den wesentlichen chemischen Formeln gegeben.

Wie bereits in Abschnitt 2.2.2 beschrieben, treten bei diesen Klebstoffen in der Klebfuge keine chemischen Reaktionen auf, da die Klebschichtpolymere bereits in einem „fertigen“ Zustand vorliegen. Somit wird diesen Klebstoffen vor der Verarbeitung auch keine zweite Komponente zugeführt, es handelt sich ausnahmslos um einkomponentige Systeme. Um diese auf die Fügeteile auftragen zu können, müssen sie in einen benetzungsfähigen Zustand überführt werden (Abschn. 6.2). Die dafür gegebenen Möglichkeiten finden sich bei einigen dieser Klebstoffe in ihren Bezeichnungen wieder.

Eine häufig gestellte Frage bezieht sich auf die Ursachen für die Ausbildung der Haftung von Klebstoffen/Klebschichten auf Oberflächen.

Nach der Beschreibung der Grundlagen über den Aufbau der Klebstoffe und die Klebstoffarten sowie über die in Klebungen wirksamen Bindungsverhältnisse gilt es, die für die Herstellung von Klebungen wichtigsten Verfahrensschritte darzustellen.

Die im Bereich der Klebtechnik am häufigsten gestellte Frage ist die nach

dem

geeigneten Klebstoff für

das

zu lösende Klebproblem, und der Fragesteller ist häufig enttäuscht, weil eine eindeutige Antwort nicht gegeben werden kann. Die Verunsicherung wird gefördert durch das schier unendliche Angebot an Klebstoffen, aber auch durch die häufig auf den Verpackungen angegebenen „Versprechungen“ über die unbegrenzten Möglichkeiten der Anwendung der einzelnen Produkte „zum Verkleben und Verbinden von Werkstoffen aller Art“. Wenn dann noch unverständliche chemische Fachausdrücke hinzukommen, wundert es nicht, dass so mancher Anwender – vielleicht auch unterstützt durch eigene schlechte Erfahrungen – dem Kleben kein großes Zutrauen entgegenbringt.

Die in Kapitel 8 dargestellten Grundlagen und Kriterien zur Klebstoffauswahl beziehen sich in weiten Bereichen auf fertigungstechnische Anwendungen im industriellen Maßstab. Die Erfahrung zeigt, dass sich der Anwender im nichtindustriellen Bereich bei der Klebstoffauswahl mehr an den zu klebenden Werkstoffen und deren klebtechnischen Eigenschaften orientiert. Aus diesem Grund werden bei der Beschreibung der Werkstoffe im Folgenden ebenfalls Hinweise auf die jeweils empfohlenen oder auch nicht empfohlenen Klebstoffe mit den entsprechenden Begründungen gegeben. Zu erwähnen ist ergänzend, dass ein Großteil der Ausführungen in Abschnitt 8.3 allgemein gültigen Charakter haben.

Was verstehen wir unter der

Festigkeit

eines Werkstoffs oder einer Klebung? Bewusst oder unbewusst unterscheiden wir Werkstoffe nach ihrem Festigkeitsverhalten. So wird z. B. ein Stahl als „fest“ bezeichnet, weil man ihn durch Kräfte belasten kann, z. B. ein Stahlseil durch Zugbelastung. Als weniger fest sieht man demgegenüber Kunststoffe wie Polyethylen oder Plexiglas an, als „weich“ bezeichnen wir z. B. Gummi. „Fest“ ist demnach ein Werkstoff dann, wenn er sich unter Einwirkung äußerer Kräfte gar nicht oder nur wenig verformt. Weniger feste Werkstoffe zeigen eine sichtbare Verformung (z. B. ein Kunststoffseil) und „weiche“ Werkstoffe wie Gummi lassen sich mit geringem Kraftaufwand über große Bereiche verformen (dehnen). Die wesentliche Ursache für diese verschiedenen Erscheinungsformen ist die in Abschnitt 6.4 beschriebene „innere Festigkeit“, die „Kohäsion“ der Werkstoffe, die in ihrem unterschiedlichen Atom- bzw. Molekülaufbau begründet ist.

Dieses Kapitel lückenlos zu beschreiben, hieße den Umfang des Buches auf ein Vielfaches auszuweiten. Ein Kompromiss kann nur darin liegen, anhand ausgewählter Anwendungsbereiche aufzuzeigen, worauf sich die heutige Bedeutung der Fertigungstechnologie Kleben als fortschrittliches Fügeverfahren begründet.

Wenn Klebungen bei einer Beanspruchung durch Kräfte „halten“ sollen, ist nicht nur der richtige Klebstoff auszuwählen, sondern es muss auch die Anordnung der Fügeteile in der Klebfuge „klebgerecht“ gestaltet sein. Hierfür gibt es einige Grundregeln, die zu beachten sind: