Grundlagen des Klebens
Adhäsion umfasst die Haftkräfte an den Kontaktflächen zweier unterschiedlicher oder gleicher Stoffe durch Molekularkräfte. Die Stoffe können sich in festem oder in flüssigem Zustand befinden. Im Bereich der Klebstoffe versteht man unter Adhäsion die Haftung von Klebschichten an den Fügeteiloberflächen. Die Vorgänge bei der Adhäsion sind noch nicht vollständig aufgeklärt. Sie gestalten sich besonders schwierig, weil die Abhängigkeiten zwischen den Klebstoffsystemen und den verschiedenen Fügeteiloberflächen sehr komplex sind.
Bei Klebstoffen bezeichnet Kohäsion die Kräfte, die den Zusammenhalt des Klebstoffs bewirken. Diese Kohäsionskräfte sind zum einen für die Zähigkeit und das Fliessverhalten (Rheologie) des unausgehärteten Klebstoffs bei der Verarbeitung und zum anderen für die Festigkeit des ausgehärteten Klebstoffs bei seiner Beanspruchung verantwortlich. Die Kohäsionskräfte in einem Klebstoff werden durch Kennwerte wie E-Modul, Bruchdehnung, Temperaturfestigkeit oder Shore-Härte beschrieben.
Oberflächenspannung ist eine Eigenschaft der Oberfläche zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas wie etwa der Luft. Die Oberfläche einer Flüssigkeit verhält sich ähnlich einer gespannten, elastischen Folie. Dieser Effekt ist zum Beispiel die Ursache dafür, dass Wasser Tropfen bildet. Benetzung ist ein Verhalten von Flüssigkeiten bei Kontakt mit der Oberfläche von Festkörpern.
Benetzbarkeit ist die zugehörige Eigenschaft. Je nachdem, um welche Flüssigkeit es sich handelt, aus welchem Material die Oberfläche besteht und wie deren Beschaffenheit ist, zum Beispiel in Bezug auf die Rauigkeit, benetzt die Flüssigkeit die Oberfläche mehr oder weniger stark.
Werkstoffe mit einer hohen Oberflächenenergie, sogenannt "hochenergetische Oberflächen" lassen sich einfacher durch Klebstoffe benetzen und erzielen mehrheitlich hohe Verklebungsfestigkeiten.
Die Viskosität ist ein Mass für die Zähflüssigkeit eines Fluids. Der Kehrwert der Viskosität ist die Fluidität, ein Mass für die Fliessfähigkeit eines Fluids. Je grösser die Viskosität, desto dickflüssiger (weniger fliessfähig) ist das Fluid; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (fliessfähiger) ist es.
Normalerweise wird mit dem Begriff Viskosität die Viskosität in Scherung verbunden, es ist allerdings auch möglich die Viskosität in Dehnung zu messen, siehe dazu die Seite Dehnviskosität. Teilchen zäher Flüssigkeiten sind stärker aneinander gebunden und somit unbeweglicher; man spricht daher auch von der inneren Reibung. Sie resultiert nicht nur aus den Anziehungskräften zwischen den Teilchen des Fluids (Kohäsion). Bei Feststoffen verwendet man stattdessen die Begriffe der Duktilität, Sprödigkeit und Plastizität. Gelegentlich wird Zähigkeit als Synonym für Viskosität verwendet.
Für eine gute Benetzung sollte der Klebstoff möglichst niederviskos sein und eine geringere Oberflächenspannung haben als das zu verklebende Substrat.
Charakteristisch ist in diesem Zusammenhang der zwischen dem flüssigen Klebstoff und der Fügeteiloberfläche sich ausbildende Benetzungswinkel α. Je geringer dieser ist, desto besser ist die Benetzung. Von einer guten Benetzung spricht man, wenn αWerte unter 30° aufweisen.
Kapillarität oder Kapillareffekt ist das Verhalten von Flüssigkeiten bei Kontakt mit Kapillaren, z.B. engen Röhren, Spalten oder Hohlräumen, in Feststoffen.
Beispiel: Taucht man ein Glasröhrchen senkrecht in Wasser, steigt das Wasser in der engen Glasröhre ein Stück gegen die Gravitationskraft nach oben.
Diese Effekte werden durch die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten selbst und der Grenzflächenspannung von Flüssigkeiten mit der festen Oberfläche (im Beispiel: des Glases) hervorgerufen.
Niedrigviskose Klebstoffe haben normalerweise ein sehr gutes Fliessverhalten und können auch in engste Spalten und Vertiefungen fliessen.
Die Beanspruchungsarten einer Verklebung werden in den Graphiken sehr gut aufgezeigt.
Problematisch für eine klebende Verbindung sind Schäl- und Spaltbelastungen. Hier empfiehlt sich möglicherweise ein mechanisches Befestigungssystem.
Das A und O einer sicheren konstruktiven Verklebung ist die klebstoffgerechte Konstruktion. Grundsätzlich gilt - je grösser die Klebfläche je sicherer die Verklebung
Für eine gute, dauerhafte Verklebung ist die Oberflächenvorbereitung entscheidend. Eine Verklebung ist nur so gut wie die Oberfläche klebefähig ist. Die meisten Schadenfälle sind auf konstruktive Fehler oder mangelhafte Reinigung der zu verklebenden Oberflächen zurückzuführen.
Für eine optimale Haftung müssen die Oberflächen sauber, trocken und fettfrei sein.
Verarbeitungshinweise 3M Klebebänder
