Wissensdatenbank Klebstoff

Anaerobe Klebstoffe
Anaerob-härtende Klebstoffe auf Basis von speziellen Dimethacrylsäureester liegen einkomponentig vor und härten nur auf Metallen und unter Luftabschluss aus.
Beim Arbeiten mit anaeroben Klebstoffen bei Raumtemperatur beginnt die Aushärtung (abhängig vom Produkt) schon innerhalb weniger Minuten und ist in der Regel nach einigen Stunden abgeschlossen.
Also ist bei der Anwendung auf jeden Fall darauf zu achten, dass diese beiden Parameter aufgewiesen werden.
Traditionell wird diese Art von Klebstoffe für folgende Anwendungen benutzt:
• Schraubensicherungen
• Welle/Nabe-Verbindungen
• Fläschendichtungen
• Flanschabdichtungen
• Dichten und Sichern von Rohrverbindungen
Anaerobe Klebstoffe zeichnen sich besonders durch ihre gute Beständigkeit gegen Medien, vor allem gegenüber Motorenölen aus. Dies ist ein Grund, warum alle neuen Automobilhersteller die Getriebeflanschen mit anaeroben Dichtungen abdichten.
Weitere Eigenschaften von anaeroben Klebstoffen:
" Spaltüberbrückung 0,1 - 0,2 mm, optimaler Spalt bei etwa 0,025 - 0,05 mm bei niedriger Viskosität
" optimale Rautiefe Rz 1 - 3
" gute Beständigkeit bei dynamischen Dauerlasten

In der Regel sind diese Klebstoffe gegen eine Temperatur von 180°C beständig und können somit auch in Bereichen eingesetzt werden, die Temperaturbelastungen aufweisen. Es gibt allerdings auch anaerobe Klebstoffe, die eine Temperaturbeständigkeit bis 230°C aufweisen. Diese Beständigkeit wird aber nur durch einen Tempervorgang nach der Aushärtung, oder durch das Aushärten unter Temperatureinfluss erzielt.

Die Aushärtung, insbesondere die Aushärtegeschwindigkeit bei anaeroben Produkten, wird im wesentlichen durch folgende Parameter beeinflusst:
o die zu klebenden Fügeteile
o den zu überbrückenden Spalt zwischen den Werkstücken
o die Temperatur
o den Aktivator

Aktivatoren spielen immer dann eine Rolle, wenn ein oder zwei Fügeteile aus passiven Materialien bestehen (siehe Liste).
Aktive Werkstoffe Passive Werkstoffe
Messing Anod. Beschichtungen
Bronze Aluminium (mit niedrigem Cu-Gehalt)
Kupfer Keramik
Eisen Chromatschichten
Stahl Glas
hochlegierter Stahl
Nickel
Oxidschichten
Kunststoffe
Silber
rostfreier Stahl
Zinn
Zink

Cyanacrylate (Sofortklebstoffe)
Cyanacylate sind im Volksmund meistens unter dem Begriff Sekundenkleber bekannt. Dieser Begriff ist in soweit nicht 100%ig zutreffend, da viele Cyanacrylate nicht innerhalb einer Sekunde aushärten, sondern in einem Fenster von (meistens) mehreren Sekunden.

Cyanacrylate sind vom chemischen Aufbau her Thermoplaste, die allerdings eine oft sehr geringe Flexibilität aufweisen und im direkten Vergleich mit 2-K Reaktionsklebstoffen eine doch sehr geringe Feuchtigkeits- und Wärmebeständigkeit aufweisen.

Man kann von einer ungefähren Temperaturbeständigkeit, bei Dauerbelastung, von ca. 70-80°C und einer Spitzenbelastung von 110°C ausgehen. Dies ist natürlich von Klebstoff zu Klebstoff unterschiedlich, auch die verschiedenen Hersteller haben mittlerweile Temperaturangaben von bis zu 130°C.

Diese, für manche Anwendungen doch erheblichen Einschränkungen, lassen sich durch eine Molekül-Modifikation in Richtung Flexibilisierung der Moleküle verringern. Da die Elastizität der Klebschicht mit zunehmender Länge des Alkylesters zunimmt, kann man den Klebstoff gezielt manipulieren!

Die dadurch entstehenden Produkte liegen anwendungstechnisch meist zwischen den sprödharten/schnellaushärtenden und den thixotropen/langsamaushärtenden Klebstoffen, weisen aber eine verbesserte dynamische Festigkeit und eine höhere Feuchtigkeitsbeständigkeit auf. Dadurch lassen sich diese modifizierten Klebstoffe auch für Verklebungen von unterschiedlichen Werkstoffen einsetzen.

Typische Anwendungen kommen aus dem Bereich der Kunstoff- und/oder Gummiverklebung. So lassen sich Werkstoffe wie Nitrilkautschuk, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat (VORSICHT! Spannungsrissbildung), Polystyrol oder Melamin-Formaldehyharze sehr gut verkleben.

Für Werkstoffe, die eine unpolare Eigenschaft aufweisen, wie z.B. Polyethylen oder Polypropylen, wurden spezielle Primer entwickelt, die es nun möglich machen, auch diese Werkstoffe einfach zu verkleben.

Natürlich lassen sich Cyanacrylate nicht nur für die reine Kunststoffverklebung nutzen, sondern, durch ihre meist klare und durchsichtige Klebeschicht, auch für Glasverklebungen.

Mischverklebungen wie Kunststoff/Metall oder Glas/Metall sind für viele Cyanacrylate auch kein Problem..

Ein weiterer immer größerer werdender Bereich ist die Anwendung in der Medizin. Hier sind spezielle Klebstoffe entwickelt worden, um z.B. Wunden zu schließen und für sogenannte Sprühverbände.
UV-Klebstoffe

UV und licht-härtende Klebstoffe auf Acrylatbasis enthalten Photoinitiatoren,die durch die Einstrahlung bestimmter Wellenlängen in freie Radikale zerfallen.

Die eingestrahlte Wellenlänge muss auf den Photoinitiator abgestimmt sein. So lange die UV-Lampe eingeschaltet ist, werden freie Radikale freigesetzt, die in einer Kettenfortpflanzung über die Doppelbindungen der Monomere ausgehärtete Polymere erzeugen.

Die Polymerisation findet so lange statt, bis alle Doppelbindungen gesättigt sind. Wird die Lampe zu früh ausgeschaltet, erfolgt nur eine unvollständige Härtung, da die Produktion der Radikale gestoppt wird.

Je höher die Strahlungsintensität ist, desto mehr Radikale werden geliefert - der Aushärteprozess wird somit beschleunigt.

Seit Jahren werden Hg-dotierte Strahler verwendet um das volle Spektrum an Licht zu produzieren, das den Aushärtungsprozess ausführt. Dafür wurden Photoinitatoren eingesetzt, die ein breitbandiges Spektrum absorbieren und besonders effektiv mit kürzer welliger Strahlung reagieren.

Für den Einsatz von LED Strahlern werden neuartige Photoinitatoren eingesetzt, die im länger welligen, engbandigen Bereich Strahlung absorbieren.

Unsere langlebigen UV- LED Strahler liefern einen engbandigen spektralen Bereich, jedoch mit enorm hoher Intensität, um ein Vielfaches höher verglichen mit Hg- dotierten Strahlern - aber ohne die Wärme und die gefährliche kurzwellige Strahlung.

Epoxidklebstoffe

Bei der Anwendung von Epoxidklebstoffen ist im speziellen auf die Mischverhältnisse zu achten. Auch wenn die Aushärtereaktion ausgelöst wird, wenn das Verhältnis Harz zu Härter nicht 100%ig korrekt ist, werden sich im später ausgehärteten Duroplast, Anteile nicht-ausgehärteten Materials befinden, die die Festigkeit der Verklebung negativ beeinflussen. Also ist der Gedanke: mehr Härter = schnellere oder härtere Aushärtung ein absoluter Trugschluss.

Beachten Sie somit immer die vom Hersteller angegeben Mischverhältnisse (nach Gewicht)!

Die Aushärtung der Epoxidklebstoffe kann weiterhin den Bereich der warmhärtenden und der kalthärtenden Epoxidklebstoffe unterteilt werden.

Kalthärtendes System

Dies sind die typischen und in den meisten Anwendungsfällen bekannten Klebstoffe. Diese Epoxidklebstoffe haben geringere Topfzeiten und oft geringere Klebefestigkeiten als ihre wamhärtenden Kollegen. Jedoch sind sie in der Anwendung oft leichter zu handhaben, da keine zusätzliche Wärmequelle (Ofen) benötigt wird. Die geringere Festigkeit ist auf die mit unter nicht so starke Vernetzung von Harz und Härter zurückzuführen. Diese Art der Vernetzung geschieht ab einer Temperatur von 65°C und lässt sich (bedingt) auch nach der Aushärtung durch ein Tempern erzielen.

Warmhärtendes System

Im Vergleich zu den kalthärtenden Systemen, haben die warmhärtenden Systeme einen sehr langsamen Reaktionsablauf bei Raumtemperatur und benötigen zum richtigen und einwandfreuen Aushärten eine weitere Komponente, nämlich die Temperatur.

Trotzdem ergeben sich auch bei Aushärtetemperaturen zwischen 60-180°C (abhängig vom Klebstoff) längere Aushärtezeiten. Ein großer Vorteil ist die lange Topfzeit und die hohen Kräfte die später übertragen werden können. Zusätzlich haben warmausgehärtende Epoxidklebstoffe eine höhere Temperaturbeständigkeit, hier können Temperaturen bis 230°C erzielt werden.

Diese Klebstoffe gibt es als 2K-Klebstoff oder als 1K-Reaktionsklebstoff, dem jedoch als zweite Komponente, z.B. Carbonsäureanhydride, beigemischt wurden.

Mischfehler können bei den 1K-Reaktionsklebstoffen nicht gemacht werden, da die Komponenten schon vom Hersteller angemischt wurden.

MS Polymere

Die besonderen Eigenschaften von MS-Polymer sind:

  • lösemittelfrei - so gut wie geruchlos
  • Oberflächen werden wegen Lösemittelfreiheit nicht angelöst. Somit können Kleberrückstände rückstandslos wieder mechanisch entfernt werden.
  • temperaturbeständig, typisch von -40 bis 120 Grad, kurzzeitig 180 Grad
  • gummiartig zäh-elastisch
  • elastische Klebverbindungen halten oft besser, besonders bei Schlag-, Schock- und Vibrationsbelastung
  • Sehr gute Haftung auf unterschiedlichsten Untergründen, porös oder glatt
  • polymerisiert, auch in dickeren Schichten spaltfüllend aus
  • Polymerisation wird durch Oberflächenfeuchtigkeit angestoßen (feuchtigkeitshärtend)
  • transparent oder eingefärbt verfügbar
  • wenig Gefahrenpotenzial
  • auch als Dichtmasse nutzbar
  • Überstände lassen sich im frischen Zustand sehr gut mit Waschbenzin oder Ethanol abwischen bzw. entfernen, ganz im Gegensatz zu Silikondichtmassen.
  • überstreichbar/überlackierbar (typisch Nass-Verfahren, also direkt auf den noch weichen Kleber, der aber schon eine Haut gebildet haben muss, nach kompletter Aushärtung kann Haftprimer für Kunststoffe nötig sein.)
  • schrumpft wenig beim aushärten (typisch <3%), kann so auch in dickeren Schichten oder spaltfüllend verarbeitet werden.
  • Durchhärtung typisch 2-3 mm pro 24 Stunden bei 20Grad und 50% Luftfeuchte
  • Temperatur während der Verarbeitung: typisch 5-35 Grad
  • auch auf feuchten Oberflächen oder unter Wasser anwendbar
  • Bruchdehnung typisch 200-400%
  • Offene Zeit typisch 10-30 Minuten
  • Nicht abgebundener Klebstoff, kann gut mit Spiritus oder Aceton entfernt werden. Mitunter funktioniert auch Waschbenzin. Durchgehärteter Klebstoff ist nur noch mechanisch zu entfernen.
  • Härte typisch: Shore A Härte DIN 53505: 40-60 (zum Vergleich: Bad-Silikon typisch Shore-A:20)
  • recht beständig gegenüber zahlreichen Lösemitteln (kurzzeitige Einwirkung)

Einschränkungen:

  • nicht so UV-stabil wie z.B. Silicon. Gerade die transparenten Sorten sind weniger UV-stabil. Sie können vergilben und sich mit der Zeit auch zersetzen. Das gilt vor allem bei Verwendung im Außenbereich bei direkter Sonneneinstrahlung.
  • wg. der elastischen Konsistenz reißt bei höherer Belastung der Kleber. Zugfestigkeit liegt typisch bei 2-5N/mm² (20-50Kg/cm²), Epoxydharz schafft typische 30-80N/mm².
  • Lagerfähigkeit wird typisch mit 1 Jahr angegeben. In der Praxis sind typisch 2-4 Jahre erreichbar. Manche Sorten sind nach kurzer Überlagerung schon nicht mehr nutzbar oder härten nur noch sehr langsam aus.
  • recht geringe Chemikalienbeständigkeit (genauere Infos dazu findet man z.B. bei Weicon in der Broschüre "Elastische Klebstoffe")
  • bei Textilverklebungen zersetzt der Kleber sich mit der Zeit durch Waschgänge in der Waschmaschine. Er wird dann weich und klebrig.
  • keine flächige Verklebung von 2 dichten Materialien möglich, weil so an die Klebefuge keine Luftfeuchtigkeit kommt, was der Kleber aber zum Härten braucht. Klebt man z.B. einen Spiegel an Fließen, legt man mehrere Stränge parallel nebeneinander mit genügend Zwischenraum. Hierdurch kann während der Aushärtung Luft an den Klebesträngen zirkulieren, der Kleber härtet so aus.
  • Bei Abbindung entsteht zuerst eine Haut auf der Oberfläche. Wartet man zu lange mit dem Fügen, kann diese Haut eine ordentliche Verklebung verhindern. Die Offene Zeit des Klebstoffs beachten.
  • Kriechverhalten: Wird eine dickere Klebefuge dauerhaft belastet, kann es dazu kommen, dass die Klebefuge kriecht, sich also dauerhaft plastisch verformt, sich z.B. dehnt. Besonders bei präzisen Verklebungen ist dies von Bedeutung. Siehe hierzu Wikipedia: Kriechen bei Kunststoffen
  • Bei Aushärtung entstehen geringe Mengen Methanol, bedeutsam evtl. bei großflächigen Verklebungen.
  • Geringe Mengen zinnorganische Verbindungen (z.B. DBT) können als Katalysator enthalten sein. Sicherheitsdatenblatt des Produktes prüfen.
  • wie auch die meisten anderen Klebstoffe, können bestimmte Kunststoffe nicht verklebt werden (PTFE, PE, PP)
  • im Kontakt mit geölten Holzoberflächen kommt es in manchen Fällen zu weißen salzkristallartigen Ausblühungen oder weißen Kleberändern (Blooming, Fogging, Frosting). Kann auch bei Kontakt mit Kunstharzlacken lackierten Oberflächen auftreten und sich über Wochen hinziehen. Nicht alle Produkte neigen dazu. Ähnliche Effekte kennt man auch von Sekundenklebern, hier stoppt dieser Prozess aber wenige Stunden nach der Verklebung.

Quelle: Wikipedia.org | Winfried Müller, Stand 2014