Geschichte der Klebetechnik
Die Klebetechnik ist eine sehr alte Fügetechnik. Bereits die Neandertaler nutzten die Eigenschaften von Birkenpech zur Fügung unterschiedlicher Werkstoffe für ihre Werkzeuge. Die Klebtechnik ist deshalb eine ebenso alte, wie zukunftsweisende Fügetechnik, die aus keinem modernen Produktionsprozess mehr wegzudenken ist.
Es gilt der Grundsatz: Mittels der Klebetechnik können nach aktuellem Stand, alle festen Werkstoffe mit der richtigen Klebstoffauswahl und dem passenden Verfahren zuverlässig verbunden werden.
Grundbegriffe des Klebens
Doch bevor wir auf konkrete Anwendungsfälle zu sprechen kommen, gibt es erst einmal ein paar Grundbegriffe der Klebetechnik zu klären. Zunächst ist dies die physikalische Basis, welche das Kleben überhaupt erst ermöglicht. Hier spricht mich von Adhäsion und Kohäsion.
- Adhäsion: Hierbei handelt es sich um die Haftung im molekularen Bereich zwischen unterschiedlichen Werkstoffen. Es wird hier auch häufig von Flächenhaftung gesprochen.
- Kohäsion: Hierbei handelt es sich um die Haftung im molekularen Bereich zwischen gleichartigen Teilchen eines Werkstoffes. Man spricht hier auch von der inneren Festigkeit eines Werkstoffes.
Nach diesen Haftungsarten werden auch die Brucharten von Klebeverbindungen definiert. Bei einem Adhäsionsbruch handelt es sich um den Bruch an der Klebstelle direkt, also dort, wo Klebstoff und Werkstoff aufeinandertreffen. Bei einem Kohäsionsbruch handelt es sich um das Versagen des Klebstoffes, da die Verbindung an der Stelle bricht.
Entscheidend für die Klebung: die Oberfläche
Für das Kleben ist die Oberfläche besonders wichtig. Hier zunächst ein paar Grundbegriffe, über die Sie bei der Auseinandersetzung mit Möglichkeiten der Klebetechnik immer wieder stolpern werden:
- Oberflächenenergie: Die Oberflächenenergie ist ein Maß, welches beschreibt, wie viel Energie aufgebracht werden muss, damit die zwischenmolekulare Bindung eines Werkstoffes aufgebrochen werden kann. Eine niedrige Oberflächenenergie führt dazu, dass ein Stoff schlecht benetzt werden kann.
- Oberflächenspannung: Die Oberflächenspannung führt dazu, dass Flüssigkeiten immer das Bestreben haben, ihre Oberfläche zu verringern und dadurch die kleinstmögliche potenzielle Energie einzunehmen. Dies ist der Grund, weshalb Wasser die energetisch günstige Tropfenform einnimmt.
- Benetzung: Bei der Benetzung handelt es sich um das Verhalten einer Flüssigkeit beim Kontakt mit einem festen Werkstoff. Bei einer guten Benetzung teilt sich die Flüssigkeit gleichmäßig auf dem Festkörper aus und bildet keine Tröpfchen.
Ein Beispiel: Bei Kunststoffen wie Polyethylen und Polypropylen handelt es sich um Werkstoffe mit einer niederenergetischen Oberfläche. Dies bedeutet wiederum, dass sie eine geringe Oberflächenspannung besitzen, wodurch sich die Werkstoffe schlecht benetzen lassen. Diese Werkstoffe lassen sich dadurch mit herkömmlichen Klebstoffen schlecht bis gar nicht verkleben.
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Philipp Dengel
Technischer Berater / Labor
Oberflächenrauigkeit von Fügeteilen
Ausgestattet mit den wichtigsten Fachbegriffen, können wir nun wieder zum Kleben zurückkommen. Für das Erreichen einer optimalen Klebung spielt die Oberfläche des zu verklebenden Stoffes eine entscheidende Rolle. Mikroskopisch betrachtet haben alle Materialien eine raue Oberfläche, die man sich wie eine Gebirgslandschaft vorstellen kann. Diese Rauigkeit der Oberfläche führt dazu, dass die Effektivität der Anziehung und das Klebkraftniveau reduziert werden. Zusätzlich ist es für eine effektive Verklebung besonders wichtig, dass die beiden Werkstoffe sich nicht berühren.
Damit eine effektivere Verklebung erreicht werden kann, ist es in vielen Fällen daher besonders wichtig, dass die Oberflächen der zu verklebenden Werkstoffe vorbehandelt werden. Dafür gibt es je nach Werkstoff eine Vielzahl an Möglichkeiten, wie das Sandstrahlen, die Behandlung mit Säuren, das Aufrauen durch Abschleifen oder das Entfetten des Werkstoffes.
Belastungsarten von Klebeverbindungen
Für die Effektivität einer Klebeverbindung sind insbesondere die Belastungen, welcher sie später ausgesetzt wird, entscheidend. Es gibt nämlich Belastungsarten, die gut oder schlecht für die Klebung sein können. Bei der Zugkraft, sowie der Scherkraft handelt es sich um gute mechanische Belastungen, da die gesamte Klebfläche beansprucht wird.
Bei der Schäl- und Spaltkraft handelt es sich dahingegen um Linienkräfte, welche eine ungünstige Belastung für die Klebeverbindung darstellen. Solche Verbindungen sind nicht haltbar und die Teile lösen sich auf Dauer ab. Hier sollte versucht werden, das Design zu ändern und die Klebefläche zu erhöhen. Dabei sollte jedoch die Statik beachtet werden, damit die Verbindung auch wirklich haltbar ist.
Weitere Kriterien für eine gute Klebung
Nachdem nun einige Grundbegriffe und Eigenschaften des Klebens erläutert wurden, auf die man häufig jedoch nur einen bedingten Einfluss (Oberflächenvorbehandlung, Klebstoffauswahl) hat, sollen nun noch drei weitere Faktoren erläutert werden, die einen Einfluss auf die Festigkeit einer Verklebung haben.
- Verweilzeit: Mit der Zeit fängt der Klebstoff an der Werkstoffoberfläche zu fließen und erhöht damit die Adhäsion des Klebstoffes mit dem Werkstoff.
- Temperatur: Eine höhere Temperatur führt dazu, dass die Klebstoffviskosität reduziert und somit die Benetzung der Oberfläche verbessert wird.
- Andruck: Durch den Druck wird der Klebstoff gezwungen zu fließen, was wiederum dabei hilft, die Oberfläche zu benetzen.
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Wir versuchen so viel wie möglich von unserem Wissen über die Klebetechnik für Sie verfügbar zu machen. Daher haben wir an anderen Stellen weitere Artikel, die die Möglichkeiten der Klebetechnik für verschiedene Anwendungen oder nach Branchen beschreiben.
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Oberflächenvorbehandlung
Ein wichtiger Bestandteil für eine gute Klebebindung ist neben dem Verfahren und der Auswahl des Klebstoffes die Behandlung der Oberfläche vor dem Kleben.
Klebetechnik Glossar
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