Henkel & Cie. AG: Für jede Anwendung die passende Klebung

>> In den letzten Jahrzehnten haben sich Strukturklebstoffe zu einer effektiven und zuverlässigen Alternative zu herkömmlichen Fügeverfahren wie etwa Schrauben, Nieten und Schweissen entwickelt. Strukturklebstoffe können zur Klebung von nahezu allen für die industrielle Fertigung relevanten Werkstoffen eingesetzt werden. Wichtig dabei ist, die richtige Klebelösung für die unterschiedlichen Konstruktionen auszuwählen. Doch welche Klebstofflösungen gibt es und was muss beachtet werden, um optimale Klebergebnisse zu erzielen?

Anbieter zum Thema

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mei. Strukturklebstoffe werden eingesetzt, um unterschiedliche Materialen effektiv zu verbinden und mechanische Belastungen und Schwingungskräfte optimal zu verteilen. Das Anwendungsgebiet reicht von der Klebung medizinischer Einwegartikel bis hin zu Schwergeräten.

Um die strukturelle Widerstandsfähigkeit der Klebverbindungen sicherzustellen, sollten die Konstruktion der zu verbindenden Materialien sowie die Auswahl der Klebstofftechnologie genau evaluiert werden. Denn unterschiedliche Konstruktions-Designs erfordern unterschiedliche strukturelle Klebverbindungen.

Konstruktion abhängig von Spannungsart

Die Festigkeit und Langzeitbeständigkeit einer strukturellen Klebverbindung hängt insbesondere vom verwendeten Klebstoff, dem Werkstoff sowie der Belastung der Konstruktion ab. Die Belastungen können auf fünf Arten von Spannungen zurückgeführt werden: Zugkraft, Druckkraft, Scherkraft, Schälkraft und Spaltkraft. Für jede Belastungsart gibt es eine Klebstofftechnologie, die die Beständigkeit gegen die auf ein Bauteil wirkenden Kräfte optimiert.

Bei reiner Zugbelastung ist die Spannungsverteilung in der Klebfuge relativ gleichmässig. Auf jeden Teil der Klebfläche wirkt somit die gleiche Belastung. Das Gleiche gilt für Druckbelastungen. Bei Druckkraft wirkt eine äussere Kraft auf eine Verbindung, wenn die geklebten Materialien zusammengepresst werden. Tatsächlich sind reine Zug- und Druckbelastungen eher selten, in der Regel tritt auch ein gewisses Mass an Schälbelastung auf.

Bei industriellen Konstruktionen kommen am häufigsten Scher-, Schäl- und Spaltkräfte vor. Letztere beiden Spannungskräfte entstehen durch eine Belastung an einem Ende der Klebfuge; wenn mindestens eines der Teile leicht verformbar ist, kommt es hauptsächlich zu einer Schälwirkung.

Auch wenn Scherbelastungen sehr viel wünschenswerter sind als Schäl- oder Spaltbelastungen, sind die auftretenden Spannungen bei allen drei Belastungsarten ungleichmässig im Klebspalt verteilt. Klebverbindungen, die durch Scherung belastet werden, haben Spannungsspitzen an beiden Enden der Klebfuge, während der Klebstoff im mittleren Bereich der Klebefuge weniger belastet wird. Dies ist wahrscheinlich die häufigste Belastungsart, insbesondere bei Überlappungsfugen, dem üblichsten Verbindungstyp beim Kleben. Bei einer Schälbelastung formieren sich jedoch hohe Lastspitzen an einem Ende der Klebeverbindung. Hat sich der Klebstoff erst einmal von der Kante der Klebfuge gelöst, verbreiten sich die kleinen Brüche in der ganzen Verbindung. Eine effektive Klebverbindung zeichnet sich also zum einen durch eine gleichmässige Spannungsverteilung aus, zum anderen durch den für die Konstruktion optimalen Klebstoff.

Technologieübersicht

In der industriellen Herstellung zeichnen sich Klebstoffe durch diverse Vorteile aus, die herkömmliche Fügemittel nicht bieten. Gegenüber traditionellen Verfahren sind Klebverbindungen bei dynamischer Beanspruchung vor allem durch ihren flexiblen Charakter überlegen. Nieten oder Schrauben ermöglichen nur eine punktförmige Kraftübertragung, während die Spannung bzw. Kraftübertragung bei Klebungen über die gesamte Klebfläche verteilt ist. Zudem werden die zu verbindenden Werkstücke nicht durch die Bohrung von Löchern geschwächt.

Die geringe Wärmeentwicklung ist darüber hinaus ein wichtiges Kriterium, wenn es um die Verarbeitung von Fügeteilen geht, die bereits eine endgültige Oberflächenausführung aufweisen, wie etwa verchromter Stahl. Als nichtleitendes Material wirken ausgehärtete Klebstoffe zudem isolierend und verhindern so das Auftreten von Kontaktkorrosion.

Epoxidharzklebstoffe

Zu den am weitesten verbreiteten Klebstoffen für strukturelle Klebungen gehören die Epoxidharzklebstoffe. Sie werden im Fahrzeug- und Flugzeugbau ebenso wie im Bausektor verwendet. Ihr grosser Vorteil liegt darin, dass sie sich für Metall- ebenso wie für Kunststoffklebungen eignen. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch eine hohe Langzeitbeständigkeit, eine geringe Neigung zum Kriechen sowie geringen Härtungsschrumpf aus. Je nach Typ halten sie einer Temperaturbelastung von 100 bis 200 Grad Celsius auf Dauer stand. Ein weiterer Vorteil ist die sehr gute Beständigkeit, wobei sie im Allgemeinen eher steife Klebefugen bilden. Die Topfzeit der Epoxidharzklebstoffe kann zwischen fünf Minuten und zwei Stunden variabel eingestellt werden. Eine lange Topfzeit kann nützlich sein, wenn viel Zeit benötigt wird, um die Bauteile zusammenzuführen oder wenn diese nach dem Fügen neu positioniert werden müssen. Epoxidharzklebstoffe sind als ein- oder zweikomponentige Systeme verfügbar.

Polyurethanklebstoffe

Polyurethanklebstoffe sind sowohl als ein- als auch als zweikomponentige Systeme erhältlich. Sie zeichnen sich durch eine Vielzahl an Flüssigkeitsgraden, Aushärtungszeiten und Beständigkeiten aus. Der Grad der Vernetzung und somit die Festigkeit wird dabei durch die unterschiedlichen Rohstoffe bestimmt, die die Klebstoffsysteme enthalten. Ihr wichtigster Vorteil ist daher wohl ihre Anpassbarkeit an praktisch jede mechanische Anforderung, von sehr steifen Verbindungen bis hin zu extrem flexiblen Klebverbindungen. Darüber hinaus zeigen sie eine gute Beständigkeit gegen viele Lösungsmittel. Angesichts dieses Leistungsprofils finden Polyurethanklebstoffe eine breite Anwendung bei Klebungen in der Industrie, beispielsweise bei der Klebung von Windschutzscheiben in Autokarosserien oder von Rotorblättern in Windkraftanlagen.

Acrylatbasierte Klebstoffe

Acrylatbasierte Klebstoffe sind für eine Vielzahl unterschiedlicher Substrate geeignet, einschliesslich der meisten thermoplastischen Werkstoffe, und schaffen eine gute Balance zwischen hoher Festigkeit und einer gewissen Flexibilität. Dies macht sie zum Produkt der Wahl bei vielen Verbindungen, die dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Eine weitere interessante Eigenschaft dieser Chemikalienklasse ist ihre schnelle Aushärtung, die zusätzliche Möglichkeiten zur Kostensenkung im Produktionsprozess eröffnet. Da sie jedoch in der Regel einen intensiven Geruch entwickeln, sollten grosse Klebstoffmengen nur in gut belüfteten Bereichen verarbeitet werden. Acrylatbasierte Klebstoffe sind entweder als einkomponentige Produkte mit separatem Aktivator oder als zweikomponentige Klebstoffsysteme erhältlich.

Silikonklebstoffe

Im Gegensatz zu den oben genannten Klebstoffsystemen, die alle auf Basis organischer Rohstoffe aufgebaut sind, haben Silikonklebstoffe ein anorganisches Gerüst. Silikone bleiben, im Gegensatz zu organischen Klebstoffen, auch bei tiefen Temperaturen bis zu minus 90 Grad Celsius hochelastisch. Sie zeichnen sich ausserdem durch eine hohe Dauergebrauchstemperatur bis 200 Grad Celsius und durch hohe UV-Beständigkeit aus. Als Klebstoff werden sie dort eingesetzt, wo eine hohe Flexibilität und eine gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen gefordert sind. Sie zeigen gute Beständigkeit gegen aggressive chemische Substanzen und eine hervorragende Feuchtigkeits- und Witterungsbeständigkeit.

Silikonklebstoffe sind als ein- und zweikomponentige Systeme erhältlich. Das Einsatzgebiet von einkomponentigen Silikonen reicht vom Fügen bei der Herstellung von Bügeleisen über den Fahrzeugbau und die Elektrotechnik bis hin zu Spezialanwendungen in der Luft- und Raumfahrttechnik. Zweikomponentige Silikone finden in der Elektroindustrie, der Produktion von Haushaltsgeräten und in der Fahrzeugindustrie Verwendung. Sie werden vor allem dort eingesetzt, wo die vorhandene Luftfeuchtigkeit nicht ausreicht, um den Härtungsprozess von einkomponentigen Silikonen vollständig ablaufen zu lassen, oder wenn der Produktionsprozess beschleunigt werden soll.

Silanmodifizierte Polymerklebstoffe

Silanmodifizierte Polymerklebstoffe, oft auch MS-Polymer-Klebstoffe genannt, zeigen sehr gute Haftungseigenschaften auf einer Vielzahl von Substraten. Die Klebungen verfügen über eine thermische Dauerbeständigkeit von zirka 80 bis 100 Grad Celsius, eine hohe Elastizität – also eine gute Verformungsbeständigkeit auch bei tiefen Temperaturen – und eine hohe UV-und Witterungsbeständigkeit. Klebstoffe auf Basis von MS-Polymeren werden unter anderem für Klebungen im Waggon- und Containerbau, im Apparatebau, in der Metall- und Blechverarbeitung, der Solartechnik, bei Fassaden- und Fensterklebungen, der Klima- und Lüftungstechnik sowie in der Reinraumtechnik und in sonstigen Bauanwendungen eingesetzt. Der Vorteil dieser Klebstoffgruppe ist, dass sie frei von Silikonölen ist und sich deshalb bei der Weiterverarbeitung geklebter Teile keine Probleme mit der Lackierung ergeben. <<

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