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Vereinen ohne zu verändern

Das Verkleben von Metallen ist auch bei anspruchsvollen Anwendungen, etwa bei Elektromotoren, mit Hilfe von Epoxidharzklebstoffen unproblematisch.

Epoxidharzklebstoffe für sichere Verbindungen von metallischen Bauteilen.

Kleben ist heute in allen Bereichen des täglichen Lebens ein unverzichtbares Fügeverfahren. Für die unterschiedlichsten Anwendungen bieten Klebstoffhersteller über 25.000 verschiedene Produkte an – maßgeschneidert für (fast) jeden Klebefall. Je nach Anwendung muss der Klebstoff extremen Anforderungen genügen. Das bedeutet: Klebstoff ist nicht gleich Klebstoff – der Anwender entscheidet! Zu den früher undenkbaren, heute aber gut lösbaren Anwendungsfällen zählt das Verbinden von Metallen. Möglich wird dies beispielsweise durch das Verwenden von Epoxidharzklebstoffen (2-K-Reaktionsklebstoffen).
Die Vorteile, die das Kleben im Vergleich zu anderen Fügeverfahren bietet, werden vor allem in den Bereichen genutzt, in denen diese Technologie als „Fertigungssystem“ verstanden wird. Viele Anwender sind meist nur mit den mechanischen kraft- und formschlüssigen Fügeverfahren wie Nieten, Schrauben, Schweißen oder Löten vertraut und kennen die Vorteile die ihnen das Verkleben ermöglichen nicht. Zu den bewährten metallverbindenden Klebstoffen zählen die Epoxidharzklebstoffe. Sie sind lösemittelfreie 2-Komponenten-Reaktionsklebstoffe, die sich durch hohe Sicherheit in der Verarbeitung und außerordentliche Zuverlässigkeit im Ergebnis auszeichnen.

Für extreme Belastungen

Epoxidharze sind Polymere die je nach Reaktionsführung unter Zugabe geeigneter Härter einen duroplastischen Kunststoff von hoher Festigkeit und chemischer Beständigkeit ergeben. Werden Epoxidharz und Härter gemischt, erfolgt je nach Zusammensetzung und Temperatur die Aushärtung. Diese ist abhängig von Temperatur und Zeit. Wärme kann die Aushärtung beschleunigen. Der Wärmeeinsatz wird durch Temperaturbeständigkeit von Materialien und Klebstoff, sowie den Ausdehnungkoeffizienten der zu fügenden Materialien bestimmt. Abhängig vom Material können für den gleichen Klebstoff unterschiedliche Temperatur-/ Zeitkombinationen gewählt werden. Allgemein gilt: Je höher die Temperatur, desto dünnflüssiger wird der Klebstoff und desto besser wird die Vernetzung und damit die Festigkeit des Klebstoffs. Epoxidharzklebstoffe werden immer dann verwendet, wenn die Fügestelle extremen Belastungen standhalten muss. Bei ausreichendem Klebstoffauftrag überbrücken die Klebstoffe kleinere Unebenheiten in den Fügeflächen. Sie können – bei einer optimalen Fuge von 0,1mm – auch fugenfüllend verwendet werden. Epoxidharze sind beständig gegen Feuchtigkeit, Öl, verdünnte Säuren, Laugen und viele Lösemittel. Feuchtigkeit, verdünnte Säuren, verdünnte Laugen und Mineralöl beeinträchtigen die Bindefestigkeiten auch bei längerer Einwirkung kaum. Sie sind alterungs- und witterungsbeständig. Kälte, selbst sehr niedrige Temperaturen, beeinflussen den Klebstoff nicht. Bei Temperaturen unterhalb von -60 °C erniedrigen sich die Zugscherfestigkeitswerte auf etwa 75 bis 80 % der bei Raumtemperatur gemessenen Werte. Werden die Proben wieder auf Raumtemperatur erwärmt, so werden auch die ursprünglichen Klebefestigkeiten wieder erreicht. Der Epoxidharzklebstoff „UHU plus endfest 300“ eröffnet die Möglichkeit je nach Einsatzart die Härte bzw. die Flexibilität des Klebefilms einzustellen: Je geringer der Härteranteil, desto härter ist der Klebefilm, – je höher der Härteranteil, desto weicher und flexibler ist der Klebefilm.

Das Mischungsverhältnis bestimmt die Eigenschaften.

Das Mischungsverhältnis 100 Gewichtsteile Binder plus 80 Gewichtsteile Härter (gleichlange Stränge aus den Verpackungstuben) ist das normale Mischungsverhältnis für universelle Anwendungen. Ein Mischungsverhältnis 100 Gewichtsteile Binder plus 50 Gewichtsteile Härter ergibt ein härteres Endprodukt mit etwas erhöhter Wärme-, Wasser und Chemikalienbeständigkeit. Für ein Endprodukt mit guter Flexibilität und verbesserter Schälfestigkeit, jedoch mit verminderter Wärme-, Wasser- und Chemikalienbeständigkeit sorgt ein Mischungsverhältnis von 100 Gewichtsteilen Binder plus 120 Gewichtsteilen Härter. In diesen Grenzen ist je nach Erfordernis jedes Mischungsverhältnis möglich. Mit erhöhtem Härteranteil verlängern sich Topfzeit (Verarbeitbarkeitsdauer) und Härtung minimal. Temperaturen unter 18 °C bremsen den Härtungsvorgang und ergeben schlechte Bindefestigkeiten, deshalb ist zum Verarbeiten in kühlen Arbeitsräumen oder im Freien Wärmezufuhr notwendig (Heizlüfter, Infrarotstrahler oder dergleichen). Besonders hohe Klebefestigkeiten erzielt man, wenn die Härtung bei erhöhter Temperatur im Bereich zwischen 70 °C und 180 °C erfolgt. Temperaturen über 200 °C sind weder bei der Härtung noch bei späterer Beanspruchung der Klebung zu überschreiten, weil die Klebefestigkeit und die Stabilität der Substanz beeinträchtigt wird. Epoxidharzklebstoffe kommen in der Metallverarbeitung bei vielen verschiedenen Anwendungsfällen zum Einsatz:
Kleben von verschiedenen Metallen, Werkzeugvorrichtungen und Formen, Federn und Clip-Teilen
Ankleben von Haltepunkten im Gerätebau, Anbauteilen im Maschinenbau, Wicklungen im Spulenbau
Einkleben von Membranen in Filter und Schließanlagen, Dichtelementen auf Edelstahlplatten, Passungshülsen in Kunststoffwellen, Distanzringen im Motorenbau, Magneten, Sensoren
Montage von Griffelementen, Transportschienen aus Aluminium, Ferritkernen in Spulenkörper
Ausgießen von Lufteinschlüssen bei Metalloberflächen

Hohe Zugscherfestigkeiten möglich

An zwei Produkten des Herstellers Uhu lassen sich exemplarisch die Vorteile bzw. besonderen Leistungsmerkmale von Epoxidharzklebstoffen beschreiben. Bei dem Produkt „UHU plus endfest 300“ wurde durch eine spezielle Härterkomponente das Verhältnis zwischen hoher Festigkeit und hohem Spannungsausgleich optimiert. So k6ouml;nnen sich Zugscherfestigkeiten (Festigkeit einer Verklebung, bei der Kräfte parallel zur Klebstoffschicht einwirken) von bis zu 3.000 N/cm2 ergeben. Nach dem Mischen der beiden Komponenten härtet der Klebstoff praktisch ohne Volumenverlust zu einem duroplastischen Kunstharz. Die Fügeteile benötigen lediglich den Fixierdruck. Das Aufbringen eines höheren Drucks ist nicht erforderlich. Die Härtung erfolgt auch unter Luftabschluss. Die Verarbeitungskonsistenz ist so eingestellt, dass bei Raumtemperatur die positiven Eigenschaften gute Benetzungsfähigkeit und minimales Laufbestreben vereint wurden. Die Topfzeit beträgt bei einer optimalen Verarbeitungstemperatur von 20 °C rund 90 Minuten.

Härten ohne Temperaturerhöhung

Mit „Uhu plus schnellfest“ werden Zugscherfestigkeiten von bis zu 1.300 N/cm2 erreicht. Nach dem Vermischen der beiden Komponenten härtet auch dieses Produkt ohne Volumenverlust zu einem duroplastischen Kunstharz aus. Für den Härtungsvorgang sind keine erhöhten Temperaturen erforderlich, da die Härtung exotherm, also unter eigener Wärmeentwicklung abläuft. Aufgrund des transparenten Aushärtens ist der Klebstoff ohne Abstriche für sichtbare Klebeverbindungen geeignet. Die Topfzeit beträgt bei einer optimalen Verarbeitungstemperatur von 20 °C etwa 5 Minuten.

Oberflächenvorbehandlung verbessert Haftungseigenschaften

Mit weiteren verschiedenen Oberflächenvorbehandlungen, kann eine deutlich verbesserte Haftung des Klebstoffes auf dem Material erzielt werden. Bei den „normalen“ Metallen genügt in der Regel das übliche Reinigen. Für optimale Klebeergebnisse bei der Verwendung von Epoxidharzklebstoffen empfehlen sich die im Folgenden beschriebenen Möglichkeiten.
Zu den mechanischen Oberflächenvorbehandlungen zählen das Schleifen, Bürsten und Strahlen. Sie dienen zum Aufrauen der Oberfläche und sind nach dem Entfetten durchzuführen, um keine Fettreste tief in den Werkstoff des Fügeteiles einzuarbeiten. Diese Oberflächenvorbehandlungen vergrößern die Oberfläche und der Klebstoff kann sich zusätzlich formschlüssig in der Oberfläche verankern. Das Strahlen ist nicht für dünne F6uuml;geteile geeignet, da es die Oberfläche verdichtet. Es entstehen Spannungen im Werkstück, die es verformen. In der zum Strahlen verwendeten Druckluft sind eventuell noch Ölreste vorhanden. Deshalb ist anschließend nochmals eine Entfettung vorzunehmen.
Chemische Vorbehandlung: sehr aufwändig
Das Beizen gehört zu den chemischen Oberflächenvorbehandlungsverfahren. Dabei werden mit verdünnten Säuren die nicht rein metallischen Schichten von der Oberfläche der Fügeteile entfernt. Dieses Verfahren unterliegt strengen Sicherheitsvorschriften, so dass es sehr aufwändig ist und nur bei hohen Anforderungen an die Klebung, wie z.B. im Flugzeugbau, durchgeführt wird.
Physikalische Verfahren: Benetzung verbessern
Zu diesen Verfahren gehören das Corona-Verfahren, Plasmaverfahren und das Beflammen. Diese Verfahren werden meist für Kunststoffe verwendet, es können jedoch auch metallische Werkstoffe behandelt werden. Kunststoffe haben die Eigenschaft, sich schwer benetzen zu lassen, was aber die Voraussetzung für eine gute Klebung ist. Bei den physikalischen Verfahren werden nun Sauerstoffatome in die Oberfläche „eingebaut“, die die Benetzungseigenschaft und die Hafteigenschaften verbessern. Beim Corona-Verfahren wird mittels einer Elektrode ein Funkenregen auf die zu behandelnde Oberfläche gebracht. Dabei entsteht Ozon, der in dem elektrischen Feld in die Oberfläche eingelagert wird. Als Elektroden werden Alu-Strangpressprofile für Folien, Ketten für Formkörper und feine Nadelspitzen für kleinflächige Bereiche verwendet. Beim Plasmaverfahren werden Sauerstoffatome in die Oberfläche eingebaut und dadurch die Oberflächenspannung erhöht. Dies hat eine bessere Benetzbarkeit des Klebestoffs zur Folge. Man unterscheidet zwei Verfahren: Beim Niederdruck-Plasmaverfahren wird das Plasma in einer Kammer (fast im Vakuum) auf das Werkstück aufgebracht. Dadurch ist dieses Verfahren nur für relativ kleine Werkstücke anwendbar. Beim Plasmaverfahren mit Atmosphärendruck wird aus einer Plasmadüse mit Hilfe von Luft Plasma auf die Oberfläche des zu behandelnden Werkstoffes aufgebracht. Die Größe der Werkstücke ist beliebig. Große Oberflächen werden entweder durch Verfahren einer Düse oder durch eine Reihenschaltung von Düsen behandelt (Folien, Platten). Es werden Oberflächenspannungen von 60 N/m erreicht. Beim Beflammen mit einer Gasflamme, die einen Sauerstoffüberschuss aufweist, wird die Oberfläche kurzzeitig erhitzt.

Auftragsysteme erleichtern Feindosierung

Epoxidharzklebstoffe wie „Uhu plus endfest 300“ sind außer in Tuben, Dosen und Kanisterware auch in sogenannten Doppelkammersystemen erhältlich. Dabei befinden sich die beiden Komponenten Härter und Binder in zwei voneinander getrennten Kammern die keine Diffusion der beiden Komponenten innerhalb der Kammern zulassen und somit längere Haltbarkeit als bei anderen Systemen gewährleisten. Die Ausbringung der beiden Komponenten erfolgt immer im richtigen Mischungsverhältnis durch einen feindosierbaren Vorschub. Binder und Härter treffen erst im statischen Mischer aufeinander, welcher in verschiedensten Größen erhältlich ist. Durch zwei getrennte Öffnungen ist kein unbeabsichtigtes Vermischen der beiden Komponenten möglich. Hierfür sorgt ein codierter Bajonettverschluss. Eigens für die Aufnahme der 50ml Kartuschen wurde ein Austraggerät mit feindosierbarem Vorschub und günstiger Hebelwirkung entwickelt, dass das Nachfließen des Klebstoffs verhindert und dennoch eine ergonomische Hebelmechanik aufweist.

Quelle: Uhu Vertrieb GmbH, Bereich Industrie + Handwerk, Bühl, Fax +49 7223 284-288, E-Mail: info@uhu.de, www.uhu-profi.de