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Klebstoff


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Kleben ist das "kraftschlüssige Verbinden zweier Fügeteile Hilfe eines Klebstoffs". Nach DIN 16920 wird Klebstoff als "Nichtmetallischer Werkstoff der Fügeteile durch ( siehe Adhäsion ) und innere Festigkeit ( siehe Kohäsion ) verbinden kann" definiert.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Schon vor 6000 Jahren verwendeten die Asphalt zu Bauzwecken. 3000 v.Chr. kannten die das Herstellen von Leim aus tierischen Häuten ca. 1500 v.Chr. verwendeten die Ägypter tierische für Furnierarbeiten. Das "Kleben" ist somit eine ältesten Techniken und auch eines der modernsten

Fügeverfahren

Als Fügeverfahren unterscheidet man in der Fertigungstechnik Schrauben und Nieten - Schweißen und - Kleben.

Beim Kleben wird in den Spalt den beiden zu verbindenen Teilen ein Polymerwerkstoff der sich auf den Oberflächen verankert ( Adhäsion ) und diese durch seine innere Festigkeit Kohäsion ) kraft- und formschlüssig miteinander verbindet.

Vorteile des Klebens gegenüber herkömmlichen Verbindungsverfahren

  • Gleichmäßige Spannungsverteilung über die gesamte Klebefläche. Wirksam bei und dynamischer Belastung. Beim Schrauben und Nieten Spannnungsspitzen an den Verbindungselementen während der Raum kaum zur Kraftübertragung beiträgt.
  • unveränderte Oberfläche und Gefügestruktur Durch die beim Schweißen auftretenden Temperaturen es zu Änderungen der Gefügestruktur und der Eigenschaften der Werkstoffe kommen. Ebenso wird beim und Schrauben die sichtbare Oberfläche verändert. Beim bleibt die Oberfläche unverändert was zu optimalen und aerodynamischen Eigenschaften führt. Durch die Verbindung der ganzen Fläche und der Elastizität des ist die Schwingungsdämpfung einer Klebefuge besser als geschweißten geschraubten oder genieteten Verbindung.
  • Gewichtsersparnis Besonders im Leichtbau werden Klebstoffe gerne da hier Teile von geringer Stärke (bis mm) verbunden werden können. Dies ist durch Fügeverfahren problematisch bis unmöglich.
  • Dichtende Verbindungen Klebstoffe können auch gleichzeitig als Dichtstoff Gase und Flüssigkeiten dienen. Die Klebstoffschicht verhindert Eindringen von Kondenswasser und eine damit verbundene
  • Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe Durch Klebstoffe können Werkstoffe gefügt werden einem thermische Fügeverfahren nicht zugänglich sind (Glas-Metall Aluminium-Stahl). Durch die (üblicherweise) elektrische und thermische durch den Klebstoff wird die Bildung von und der damit verbundenen Kontakt-Korrosion bei Metallen

Nachteile des Klebens

  • Klebetechnologie. Die Herstellung einer Klebeverbindung erfordert einen Vergleich zu den anderen Verfahren höheren Aufwand eine gute Verklebung zu erzielen. Der Klebstoff die Oberflächenvorbehandlung müssen auf die zu verbindendenen abgestimmt werden die zu erwartenden Beanspruchungen müssen sein. Desweiteren sind die vorgegebenen Verarbeitungsschritte exakt

  • Alterung. Wie jedes organische Material unterliegt auch Klebstoff einer Alterung welche die Gebrauchsdauer einer einschränken kann.

  • Kontrollverfahren. Für eine bestehende Verbindung gibt es Verfahren ihre tatsächliche Festigkeit zu prüfen. Die einer Verklebung ist nur durch eine zerstörende an einer Referenzprobe möglich.

Einteilung der Klebstoffe

In der Bio- und Technosphäre wird große Anzahl unterschiedlicher Klebstoffarten verwendet. Die verschiedenen lassen sich zum einen nach der chemischen und zum anderen nach dem Verfestigungsmechanismus einteilen.

nach der chemischen Basis

Einteilung der Klebstoffe nach der chemischen Basis

Klebstoffe

organische Verbindungen Silicone anorganische Verbindungen
natürliche Basis synthetische Basis

Proteine ( Leim Kasein )
Kohlenhydrate ( Stärke )
Harze

Kohlenwasserstoff -
Verbindungen
+ Sauerstoff
Stickstoff
Chlor Schwefel

keramische Bestandteile
Metalloxide
Silikate
Phosphate
Borate

nach dem Verfestigungsmechanismus

Die Einteilung in Duromere Thermoplaste und wie sie bei Kunstoffen üblich ist ist Klebstoffen wenig sinnvoll. Es gibt Klebstoffe (besonders den Polyurethanen) die als Duromere Elastomere und aushärten. Ein besseres Ordnungskriterium ist die Art Weise wie sich der Klebstoff verfestigt - nach dem Abbindemechanismus also physikalisch oder chemisch.

Einteilung der organischen Klebstoffe und Silicone nach Verfestigungsmechanismus
physikalisch abbindende Klebstoffe chemisch härtende Klebstoffe
Schmelzklebstoffe
Lösungsmittelhaltige Klebstoffe
Kontaktklebstoffe
Dispersionsklebstoffe
Wasserbasierte Klebstoffe
Haftklebstoffe
Plastisole
Polymerisationsklebstoffe
Cyanacrylatklebstoffe
Methylmethacrylatklebstoffe
Anaerob härtende Klebstoffe
Strahlenhärtende Klebstoffe
Polykondensationsklebstoffe
Phenolformaldehydklebstoffe
Siliconklebstoffe
Polyimidklebstoffe
Polyadditionsklebstoffe
Epoxidharzklebstoffe
Polyurethanklebstoffe

Physikalisch abbindende Klebstoffe

Hierunter versteht man solche Klebstoffe bei bereits der fertige Klebstoff d.h. das Polymer an sich in die Klebefuge eingebracht Dazu wird ein physikalisches Verfahren angewendet das Klebstoff zunächst in eine verarbeitbare Form bringt ihn später im Klebespalt wieder verfestigen zu

Lösemittelhaltige Klebstoffe

Bei lösemittelhaltigen Klebstoffe wird das Polymer organischen Lösemitteln gelöst und diese Lösung in Klebefuge appliziert. Durch Verdunsten der Lösemittel bindet Klebstoff ab d.h. er wird zunächst zäher verfestigt sich schließlich.

Dispersionsklebstoffe

Dispersionsklebstoffe nutzen Wasser als mobile Phase der die Klebstoffbestandteile als Dispersion vorliegen. Nach Aufbringen auf die zu Fläche bricht die Dispersion durch Verdampfen des oder Veränderung des pH-Wertes bildet einen Film kann die beiden Fügeteile so verbinden.

Die wäßrigen Dispersionsklebstoffe werden heute vielfältig Ersatz der Lösemittelklebstoffe verwendet da sie nicht diese brand- und explosionsgefährlich sind und auch gesundheitsbeeinträchtigenden Lösemittel freisetzen. Nachteil ist allerdings daß Klebstoffe zum Abbinden längere Zeit oder mehr benötigen. Außerdem sind Dispersionsklebstoffe frostempfindlich.

Schmelzklebstoffe

Schmelzklebstoffe - oft auch im Deutschen " Hotmelt " bezeichnet - sind bei Raumtemperatur fest werden durch Aufschmelzen verarbeitbar. Die heiße Klebstoffschmelze auf das zu verklebende Teil aufgebracht und mit dem zweiten Teil innerhalb der Offenzeit Unmittelbar nach dem Abkühlen und Erstarren des ist die Verbindung fest und funktionsfähig. Dies in Produktionsprozessen sehr schnelle Taktzeiten und unmitttelbares

Für den Hobby- und Kleinanwender kommen in Form von Klebekerzen (Klebesticks) in den die mit Schmelzklebepistolen verarbeitet werden können. Bei Anwendungen werden sie auch in Form von oder Blöcken mit Hilfe von Schmelzgeräten und Auftragsköpfen verarbeitet.

Schmelzklebstoffe sind lösemittelfrei jedoch ist ihr wegen der hohen Verarbeitungstemperaturen auf temperaturresistente Werkstoffe Andererseits verhält sich der Klebstoff reversibel d.h. Temperaturerhöhung wird er wieder weich und besitzt nur eine eingeschränkte Wärmebeständigkeit. (siehe auch reaktive

Kontaktklebstoffe

Kontaktklebstoffe können sowohl Lösemittelklebstoffe oder auch sein die im Kontaktklebeverfahren verarbeitet werden.

Dazu werden zunächst beide Klebeflächen gleichmäßig Klebstoff bestrichen. Dann läßt man den Klebstoff lange ablüften bis der Klebefilm sich trocken d.h. bei der Fingerprobe keine Fäden mehr und nicht mehr klebig ist. Im nächsten müssen die Klebeflächen innerhalb der offenen Verarbeitungszeit zusammengefügt werden. Eine Korrektur ist nicht möglich. eine gute Verklebung zu erzielen ist es die Klebeflächen kurz unter möglichst hohem Druck Ist ein Substrat flexibel bedient man sich besten einer Rolle mit der ein hoher erzielt werden kann.

Haftklebstoffe

Auf eine Sonderform der Applikation abgestimmt die Haftklebstoffe die nach dem Auftragen dauerklebrig und dann durch Druck auf ein Substrat werden können und dort haften bleiben. Anwendung sie als Beschichtung von Klebebändern Selbstklebeetiketten usw.

Plastisole

Bei Plastisolen sind in der Verarbeitungsform feste Polymerkügelchen in einer flüssigen Phase verteilt. dem Applizieren wird das Plastisol durch Wärmezufuhr Bei diesem Vorgang nehmen die Polymerkügelchen die - meist ein Weichmacher - auf quellen verwachsen so zu einer homogenen Schicht. Häufig werden z.B. PVC-Plastisole im Automobil-Bau als Nahtabdichtung Unterbodenschutz. Nicht nur wegen dieser Anwendungsfälle sondern auf Grund der geringen Festigkeit und gleichzeitig Elastizität sind Plastisole schon mehr den Dichtstoffen

Chemisch härtende Klebstoffe

Bei chemisch härtenden Klebstoffen oft auch genannt werden die einzelnen chemischen Bausteine für Klebstoff im richtigen Verhältnis in die Klebefuge Die Verfestigung erfolgt danach durch chemische Reaktion der Bausteine miteinander.

Grundsätzlich unterscheidet man bei den Reaktionsklebstoffen zwei- (oder mehr-) komponentigen und ein-komponentigen Systemem . (Siehe auch Kunstharz )

Bei 2-Komponenten-Klebstoffen (kurz: 2K-Klebstoffe) hat der Verarbeiter einen bestehend aus getrennten Bestandteilen A- und B-Teil Harz und Härter genannt die vor der im korrekten Verhältnis intensiv vermischt werden müssen. das Mischen startet die chemische Reaktion zwischen zuvor separat vorliegenden Bausteinen zum Klebstoffpolymer. Dies daß 2K-Klebstoffe nur innerhalb der sog. Topfzeit verarbeitbar sind. Durch die fortschreitende Reaktion die angemischte Masse immer zäher und fester kann schließlich nach Überschreiten der Topfzeit (= mögliche Verarbeitungszeit) die zuverbindenen Oberflächen nicht mehr Nach dem Einbringen des Klebstoffs in die folgt die Abbindezeit in der sich die Endfestigkeit der aufbaut. Diese Aushärtezeit wird stark von äußeren besonders der Temperatur beeinflusst. Temperaturerhöhung führt zu schnelleren Reaktion und meist auch einer höheren während kühlere Temperaturen die Reaktionsgeschwindigkeit herabsetzen.

Bei 1-Komponenten-Klebstoffen (1K-Klebstoffen) wird eine schon gebrauchsfertig verkaufte in den Klebespalt gebracht. Der Klebstoff härtet durch Veränderung der Umgebungsbedingungen aus; dies kann durch Temperaturerhöhung Zutritt von Luftfeuchtigkeit Ausschluß von oder Kontakt mit der Substratoberfläche geschehen.

Die Unterscheidung nach der Art der Reaktion - Polymerisation Polykondensation oder Polyaddition - ist für den Anwender von Bedeutung.

Cyanacrylat-Klebstoffe

Cyanacrylat-Klebstoffe sind im allgemeinen besser bekannt dem Begriff "Sekundenkleber". Es handelt sich dabei dünnflüssige oder bewußt eingedickte Ester der Cyanacrylsäure in 1K-Form als Monomere in den Handel kommen und durch im Fügespalt zum eigentlichen Klebstoffpolymer reagieren. Voraussetzung den Start der Aushärtung ist das Vorhandensein Gruppen z.B. die OH-Ionen in der Feuchtigkeitsschicht der Fügeteiloberfläche. Die Polymerisation läuft dann sehr ab so daß in Sekunden eine feste hergestellt ist. Bevorzugte Substrate sind Metalle Glas Keramik die einen extrem dünnen Klebespalt ermöglichen. etwas breitere Spalten zu füllen wird durch die Viskosität angehoben. Solche Typen werden bevorzugt Verkleben von EPDM-Gummidichtungen eingesetzt.

Verklebungen mit Cyanacrylat-Klebstoffen sind nicht feuchtigkeits- temperaturstabil da unter diesen Bedingungen das Polymer gespalten wird. Spezielle Ester der Cyanacrylsäure finden in der Medizin zum Wundverschluß statt des Anwendung. Durch die feucht-warmen Umgebungsbedingungen lösen sich Verklebungen wieder langsam auf.

Den Effekt daß Haut und Augenlider schnell verklebt werden können findet man als auf jeder Packung. Als Erste Hilfe bei wird empfohlen mit warmen Seifenwasser und stumpfen Gegenständen die Verklebung zu lösen. Der löst sich mit der Zeit langsam von

Methylmethacrylat-Klebstoffe

Methylmethacrylat-Klebstoffe sind zwei-komponentige Reaktionsklebstoffe bei denen eingesetzte Monomer - der Methylester der Methacrylsäure durch radikalische Kettenreaktion polymerisiert wird. Zum Start Polymerisationsreaktion wird ein reaktives Radikal benötigt das aus einem Peroxid entsteht wenn man diesem Beschleuniger zusetzt. Das heißt letztendlich benötigt man für das Starten der Radikalreaktion das 2K-System dem Peroxid und Beschleuniger zusammenkommen und die bilden.

Man kann daher sowohl das Peroxid Methylmethacrylat-Monomer als eine Komponente als auch den gelöst im Basis-Monomer als zweite Komponente in Handel bringen. Durch Mischen beider Komponenten wird Radikalkettenreaktion initiiert und der Klebstoff härtet durch.

Eine andere Variante bringt das gesamte und das Peroxid in eine Komponente und als zweite Komponente nur noch den Beschleuniger. kann das vorangehende Mischen der beiden Komponenten die damit verbundene Topfzeit) entfallen wenn auf Fügeteil die Hauptkomponente und auf das andere der Beschleuniger aufgetragen werden. Durch Zusammenfügen der kommen die beiden Komponenten in Kontakt und Radikalreaktion startet.

Methylmethacrylat-Klebstoffe werden hauptsächlich zur strukturellen Verklebung Metallen eingesetzt.

Anaerob härtende Klebstoffe

Diese Gruppe von Klebstoffen wird als angewendet. Die eingesetzten Monomere von (modifizierten) Acrylsäure-Estern ebenfalls nach einem Radikalketten-Mechanismus ähnlich den Methylmethacrylaten Das Besondere dabei ist daß die Härtereaktion unter Ausschluß von Sauerstoff (anaerob) startet wenn Klebstoff in einer engen metallischen Klebfuge von Umgebungsluft abgeschlossen wird. Aus diesem Mechanismus ergibt das Hauptanwendungsgebiet dieser Klebstoffsorte als Schraubensicherung und Wellen- und Flanschverklebungen praktisch von selbst.

Strahlenhärtende Klebstoffe

Ebenfalls durch radikalische Polymerisation härten diese zu festen Polymeren wobei die Bildung der durch Bestrahlung mit UV-Licht (oder anderen Strahlenquellen Elektronen) hervorgerufen wird. Die Wellenlänge des UV-Lichts dabei genau auf das eingesetzte Klebstoffsystem abgestimmt außerdem muß mindestens eines der Fügeteile für Strahlen transparent sein.

Phenol-Formaldehydharz-Klebstoffe

Silicone

Polyimid-Klebstoffe

Epoxidharz-Klebstoffe

Polyurethan-Klebstoffe

Verwendung

Im Haushalt wird meist Alleskleber verwendet.

In der Bauchemie werden neuerdings auch oder Glasscheiben geklebt.

Natürliche Klebstoffe sondern z. B. Saugwürmer die Miesmuschel ab. Ebenso sind die Fangfäden Spinnennetz mit Leimtropfen besetzt.

Weblinks



Bücher zum Thema Klebstoff

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