Klebverbindungen 27.03.2017 J.Bohn

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Definition von Klebstoff "Ein Klebstoff ist ein nicht metallischer Werkstoff, der Körper durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) verbinden kann, ohne dass sich das Gefüge der Körper wesentlich ändert." (Definition von Klebstoff nach DIN-Norm 16920) 27.03.2017 J.Bohn 4

Haftmechanismus Zwei Kräftearten sind zuständig für die Wirkung einer Klebeverbindung: Adhäsion (Das Haften gleich oder verschiedenartiger Stoffe aneinander) Kohäsion (Zusammenhangskräfte zwischen den Atomen bzw. Molekülen eines Stoffes) Unter Adhäsion versteht man hierbei die herrschenden Kräfte zwischen dem Kleber und dem Werkstoff welcher mit dem Kleber in direktem Kontakt steht und unter Kohäsion die wirkenden Kräfte in der Klebeschicht. Da die Adhäsionskräfte nur eine minimale Reichweite haben (molekulare Größenordnung) und Oberflächen im mikroskopischen Bereich eher zerklüftet und rauh sind, kommen sich zwei Materialien in der Realität nur selten so nahe, das es zu einer spürbaren Adhäsion (Grenzflächenhaftung) kommt. Nur ein flüssiger Stoff kann sich den Oberflächenkonturen vollständig anpassen und als „Brückenmedium“ eine Adhäsion bewirken. Da aber der innere Zusammenhalt (Kohäsion) von Flüssigkeiten im Normalfall äußerst gering ist und sie somit als verbindendes Element nicht geeignet sind müssen sie die Eigenschaft haben, nachdem sie sich an die Oberfläche geschmiegt haben zu verfestigen. Hier kommen nun die Klebstoffe ins Spiel. Die benötigte Adhäsion ist gegeben und wenn ein Klebstoff aushärtet erhält er die nötige Kohäsion. 27.03.2017 J.Bohn 5

Adhäsion und Kohäsion Fügeteil 1 Klebstoff Fügeteil 2 27.03.2017 J.Bohn

Adhäsion und Kohäsion 27.03.2017 J.Bohn

Adhäsion und Kohäsion 27.03.2017 J.Bohn

Aufbau einer Klebung 27.03.2017 J.Bohn

Klebstoffarten Die Klebeschicht entsteht durch physikalische Vorgänge wie das Ablüften des Lösungsmittels vor dem Fügen, erstarren der Klebstoffschmelze oder Gelieren (bei einem mehrphasigen System). Diese Kleber sind besonders geeignet um Metalle (undurchlässiges Werkstoffe) mit porösen Werkstoffen wie z.B. Holz zu verbinden. Hingegen sind sie ungeeignet um zwei undurchlässige Werkstoffpaarungen wie z.B. Metall – Metall zu verbinden, da bei größeren Klebeflächen ein ausreichendes Ablüften und somit eine gute Bindung nicht möglich ist. Physikalisch abbindende Klebstoffe sind thermoplastisch und sind somit wärmeempfindlich, sie haben eine erhöhte Kriechneigung und sind anfälliger gegen Lösungsmittel als chemisch abbindende Klebstoffe. Reaktionsklebstoffe sind  Klebstoffe, die durch zugesetzten Härter (Katalysator) oder weitere Komponenten chemische Reaktionen auslösen, und somit sehr feste und dauerhafte Verbindungen eingehen. Meist werden Reaktionsklebstoffe aus zwei Stoffen zusammengemischt Grundstoff (Bindemittel) und Härter (Katalysator) daher werden sie auch Zwei-Komponenten-Kleber genannt. (bestehend aus Epoxidharzen, Acrylatharzen und weiteren Harzen). Weiter gibt es bei den Reaktionsklebstoffen die Gruppe der „Ein-Komponentenklebstoffe“ aus Cyanacrylat. (Sekundenkleber) Diese Klebstoffe benötigen eine „unsichtbare“ zweite Komponente, die Feuchtigkeit, die sie aus der Umgebungsluft beziehen. Im Allgemeinen gilt das abbinden der Reaktionsklebstoffe wird durch einen Katalysator, einwirken erhöhter Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder durch entziehen des Sauerstoffes (anaerob) in gang gesetzt. Da Reaktionsklebstoffe keine Lösungsmittel enthalten sind sie deshalb besonders geeignet für glatte, nicht poröse und feste Materialien wie z.B. Glas, Metalle, Keramik, Kunststoffe und Gummi. Die Klebestellen sollten aber vor dem Fügen durch anschleifen von anhaftenden Oxidschichten befreit werden. Insbesondere gilt dies für Gummi, da es durch Einwirkung von UV-Strahlen und Ozon geschädigt wird und keine klebefähige Schicht mehr hat. Da die Abbindung u. U. Tage dauert ist es sinnvoll eine weitere dritte Komponente einen Beschleuniger hinzuzufügen. 27.03.2017 J.Bohn

Übersicht über Physikalisch abbindende Klebstoffe Klebstofftyp Beispiel Bedingungen Anzahl der  Komponenten Abbinde- Temperatur Lösungsmittel Dispersionsmittel Anwendung Schmelzklebstoff Polyester, EVA, PA, SB   1 warm ohne Papier, Textilien, Leder, Kunststoffe Plastisolklebstoff PVC +Weichmacher und Haftvermittler Metalle, Keramik Haftklebstoff Kautschuke, Polyacrylate kalt verdunsten vor dem Kleben Folien, Bänder, Etiketten Kontaktklebstoff PUR, SB,  Polychloropen Holz, Gummi, Kunststoffe, Metalle Lösungsmittel-/ Dispersionsklebstoff PUR, VA,- VC,- VDC-Copolymere Papier, Metalle, Kunststoffe NR, PVAC, EVA, Polyacrylate verdunsten beim Kleben Papier, Keramik, Kunststoffe, Holz Leime Glutin Holz, Papier, Pappe Stärke, Dextrin, Casein, PVAL, PVP Celluloseether verdunsten beim Kleben Papier, Pappe Kurzzeichenerklärung: EVA Ethylen-Vinylacetat PVP Polyvinylpyrolidon SB Polystyrol mit Elastomer auf Basis Butadien modifiziert PA Polyamid PUR Polyurethan PVAC Polyvinylacetat PVAL Polyvinylalkohol Vinyl andere Bezeichnung für Ethenyl VA Vinylacetat VC Vinylchlorid VDC Vinylidenchlorid 27.03.2017 J.Bohn

Übersicht über Chemisch abbindende Klebstoffe Kunststofftyp Reaktions- Bedingungen Anzahl der Komponenten Abbinde- Temperatur Reaktions- Produkte Anwendung EP +Säureanhydride 2 warm   Metalle, Keramik, Kunststoffe +Polyamine kalt Polysocyanate +Polyole Kalt Cyanacrylate 1 Metalle, Keramik, Kunststoffe, Gummi Methacrylate Metalle UP +Styrol oder Methacrylate bleiben in der Klebeschicht Metalle, Keramik,  Kunststoffe Silicon-Harze + Feuchtigkeit verdunsten beim Kleben Keramik PF +PVFM oder NBR Warm Verdunsten beim Kleben PJ, Polybenzimidazole UF-, MF-, PF-,  RF-Harze warm, kalt Holz Kurzzeichenerklärung. EP Epoxid MF Melamin - Formaldehyd PF Phenol - Formaldehyd PJ Polyimid PVFM Polyvinylacetate RF Resorcin - Formaldehyd - Harze UF Harnstoff - Formaldehyd UP Ungesättigter Polyester 27.03.2017 J.Bohn

Vorteile Nachteile 27.03.2017 J.Bohn

Vor- und Nachteile Nietverbindung Spannungsverteilung Untersuchung mit polarem Licht

Untersuchung mit polarem Licht Vor- und Nachteile Klebeverbindung Spannungsverteilung Untersuchung mit polarem Licht 27.03.2017 J.Bohn

Vergleich der Verbindung Vor- und Nachteile Vergleich der Verbindung Spannungsverteilung 27.03.2017 J.Bohn

Vor- und Nachteile Ziel optimaler Klebfugengestaltung: Erzeugung niedriger Spannungswerte bei gleichmäßiger Spannungsverteilung Schäl- und Biegebeanspruchung auf ein Mindestmaß reduzieren Klebeflächen bis zum Höchstmaß vergrößern 27.03.2017 J.Bohn

Vorbehandlung der Klebflächen Gute Basis trocken staubfrei fettfrei Materialspezifisch beizen anschleifen Haftvermittler Korrosionsschutzöl 27.03.2017 J.Bohn

Oberflächenenergie / Benetzung 27.03.2017 J.Bohn

Oberflächenenergie / Benetzung 27.03.2017 J.Bohn

Reale Metalloberfläche

Oberflächenrauheit 27.03.2017 J.Bohn

Oberflächenbehandlung Bei der Coronavorbehandlung wird die zu behandelnde Oberfläche für eine kurze Zeit einer elektrischen Koronaentladung ausgesetzt. An der Oberfläche entstehen polare Moleküle, an die sich beispielsweise Druckerfarbe, Lacke oder Klebstoffe anbinden können. In der Physik ist ein Plasma ein Gas, das teilweise oder vollständig aus freien Ladungsträgern, wie Ionen oder Elektronen, besteht. Typische technische Niederdruckplasmen werden im Druckbereich weniger Pascal betrieben, also bei Drücken, die um einen Faktor 10.000 geringer sind als der normale Luftdruck 27.03.2017 J.Bohn

Wie sollen Oberflächen sein? So sollen Oberflächensein: reproduzierbar definiert aktiviert 27.03.2017 J.Bohn

Klebstoffauswahl - Einflussgrößen? Die Festigkeit von Klebverbindungen ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. Hier gilt angaben des Herstellers beachten. Bp. Temperatur Verarbeitung Vorbereitung Umwelteinflüsse Es gibt mehrere Faktoren die die Festigkeit der Klebverbindung beeinflussen: Korrosionsbeständigkeit Alterungsbeständigkeit/Zeit Warmfestigkeit Korrosionsbeständigkeit: Reaktionsklebstoffe sind im Allgemeinen beständiger als Lösungsmittelklebstoffen gegenüber Lösungsmitteln (z.B. Alkohol, Aceton, Benzin, etc.) und anderen Flüssigkeiten (z.B. Öle, Säuren, Laugen, etc.) Bei Einwirkung von Wasser über einen längeren Zeitraum ergeben sich jedoch Festigkeitsminderungen (verstärkt noch durch Wärmeeinwirkung) durch Beeinträchtigung der Adhäsion und Kohäsion. Alterungsbeständigkeit: bei Metallklebungen ist abhängig von der Art des verwendeten Klebstoffes, den zu fügenden Materialien, der Vorbehandlung der Oberfläche und besonders von schädigenden Umwelteinflüssen. Die warmabbindenden Klebstoffe sind in der Regel beständiger als kaltabbindende Klebstoffe. Direkt nach dem Abbinden besitzen die Klebstoffe die größte Bindefestigkeit, daraufhin stellt sich jedoch ein u.U. über längeren Zeitraum andauernder Festigkeitsabfall ein. Warmfestigkeit: Klebstofffestigkeit ist stark Temperaturabhängig. Auch hier zeigen die warmabbindenden Klebstoffe ein besseres verhalten als die kaltabbindenden. Je nach Klebstoffsorte lässt sich kurzzeitige Beständigkeit bis zu +350°C realisieren, zu berücksichtigen ist dabei jedoch ein Festigkeitsverlust. In der Regel liegt die zulässige Dauertemperatur zwischen ca. +80°C und +150°C. 27.03.2017 J.Bohn

Klebung 27.03.2017 J.Bohn

Berechnung - Einleitung 27.03.2017 J.Bohn