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Häufig gestellte Fragen zu Konstruktionsklebstoffen

  • Zwar ist keine Situation wie die andere, und doch erreichen unser erfahrenes Expertenteam mitunter sehr ähnliche Fragen. Lesen Sie hier eine Auswahl der Fragen, die Kunden unserem Team häufiger stellen. Die Antworten decken sich selbstverständlich nicht exakt mit Ihren Anwendungen. Dennoch können sie einen Überblick geben und bei der Überlegung helfen, welche Faktoren bei der Auswahl von Design, Prozess und Klebstoff zu berücksichtigen sind und welche Verbesserungen und Optimierungen Sie mit 3M Konstruktionsklebstoffen erreichen können.

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  • FAQ 1: Welchen Einfluss hat die Temperatur auf das Vernetzungsprofil meines Klebstoffs?

    Dies ist eine häufig gestellte und wichtige Frage. So herrschen beispielsweise in einem Werk unter freiem Himmel in Georgia über die Jahreszeiten Temperaturen zwischen 4 °C und 40 °C. Die Funktionsweise von Konstruktionsklebstoffen beruht auf chemischen Reaktionen, und diese Reaktionen sind temperaturabhängig. Merkpunkt 1 ist also, dass kältere Temperaturen die Reaktion verlangsamen, wärme Temperaturen die Reaktion beschleunigen.

    Die Arrhenius-Gleichung ist eine Formel ...

  • Video, in dem ein Anwendungstechniker den Einfluss der Temperatur auf das Vernetzungsprofil von Klebstoffen erklärt
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Die Arrhenius-Gleichung ist eine Formel zur Beschreibung der Temperaturabhängigkeit einer Reaktion. Als allgemeine Regel gilt, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit pro 10 °C Temperaturunterschied verdoppelt beziehungsweise halbiert. Angenommen, ein Klebstoff hat bei 25 °C oder „Raumtemperatur“ eine Offenzeit von 20 Minuten. Bei einer Temperatur von 35 °C halbiert sich diese Offenzeit auf rund 10 Minuten. Bei einer Temperaturänderung in die andere Richtung, also auf 15 °C, nähert sich die gesamte Offenzeit der 40-Minuten-Marke.

Die Gleichung gilt nicht nur für die Offenzeit – die gesamte Reaktion unterliegt dieser Regel. Wenn es bei Raumtemperatur zwei Stunden bis zur Handfestigkeit dauert, dauert dies bei einer um 10 °C niedrigeren Temperatur vier Stunden. Das ist nicht nur für Tätigkeiten, die im Freien stattfinden, und bei jahrzeitlich bedingten Temperaturänderungen von Bedeutung: Der Effekt kann auch gezielt in der Produktion eingesetzt werden. Wenn Sie den Durchsatz erhöhen wollen, ohne die Offenzeit zu verringern, können Sie Teile bei Raumtemperatur verkleben und danach an einen 10 oder 20 Grad wärmeren Ort verbringen, um die Aushärtung zu beschleunigen. Tatsächlich laufen die Reaktionen ab etwa 50 °C noch schneller ab. Einer technischen Information zur Beschleunigung der Reaktionszeit eines wärmevernetzenden Klebstoffs kann man beispielsweise entnehmen, dass es oberhalb der 50 °C-Marke möglich ist, Klebstoffe, die bei Raumtemperatur in Tagen aushärten, in einigen Stunden voll auszuhärten.

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  • Video, in dem ein Anwendungstechniker die Temperaturbeständigkeit von Klebstoff nach dem Verkleben einer Baugruppe erläutert
  • FAQ 2: Was muss ich in Bezug auf die Temperaturbeständigkeit des Klebstoffs nach dem Kleben einer Baugruppe berücksichtigen?

    Dies ist eine von Kunden häufig gestellte Frage, auf die es keine klare, einfache Antwort gibt, weil es ganz darauf ankommt. Es lässt sich keine einzelne Zahl angeben, da für die Temperatureinwirkung verschiedene Faktoren zu berücksichtigen sind.

    Wenn der Klebstoff ...

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Wie weit ist der Klebstoff ausgehärtet?
Wenn der Klebstoff gerade erst Handfestigkeit erreicht hat oder noch leicht flüssig ist, hat Temperatureinwirkung einen etwas anderen Effekt als bei voller Aushärtung nach drei Wochen oder als nach sechs Monaten.

Was ist das tatsächliche Spektrum der Temperaturen, die in der Anwendung auftreten?
Wie hoch ist hoch, wie niedrig ist niedrig? So ist es einfacher abzuschätzen, ob mit temperaturbedingten Schädigungen zu rechnen ist, wenn der Klebstoff diese Extreme erreicht.

Wie lange ist die Baugruppe diesen Temperaturextremen und den Werten dazwischen ausgesetzt?
Ist ein Werkstück einer absoluten Höchsttemperatur um 150 °C ausgesetzt, macht es einen Unterschied, ob dies für fünf Minuten oder für fünf Wochen der Fall ist. Es gilt also auch zu berücksichtigen, welche Expositionsdauer insgesamt gegeben ist und ob dies möglicherweise zu Schädigungen führt. Relevant ist auch die Häufigkeit: Wie oft erreicht das Werkstück die Temperaturextreme? Eine Anwendung im Freien in der Wüste mit täglichen Temperaturschwankungen zwischen 4 °C in der Nacht und 46 °C am Tag ist völlig anders zu bewerten als eine Anwendung mit denselben Temperaturextremen, die über den Zeitraum eines Jahres jeweils für mehrere Monate anhalten.

Welche Belastungen wirken auf den Klebstoff, während er der Temperatur ausgesetzt ist?
Diese letzte Frage könnte die wichtigste sein. Selbst wenn der Klebstoff durch die Temperaturen nicht geschädigt wird, so unterliegt er als Polymer doch physikalischen Veränderungen. Insbesondere wenn die Temperatur einen bestimmten Punkt (die Glasübergangstemperatur) überschreitet, geht der Klebstoff von einem glasig-starren Zustand in einen weicheren, gummiartigen Zustand über. Die physikalischen Eigenschaften des Klebstoffs, wie Steifigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient und Wärmekapazität und andere, ändern sich mit seiner Erwärmung und Abkühlung im Übergangsstadium. Hierdurch kann die Belastbarkeit des Klebstoffs beeinflusst werden.

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  • FAQ 3: Wie würden Sie Substrat X vorbehandeln?

    Die Frage, wie ein Substrat auf Klebstoff vorbereitet werden sollte, lässt sich ohne weitere Informationen so nicht beantworten. Trägerwerkstoffe und Klebstoffe ist das wahrscheinlich komplizierteste Thema, da vieles von vielen verschiedenen Faktoren abhängt: Welche Eigenschaften ein Klebstoff insgesamt aufzuweisen hat, richtet sich nach Temperaturen, Umgebungsbedingungen, geforderter Gesamtfestigkeit und Bedingungen des Prozesses, beispielsweise wie viel Zeit der Klebstoff zum Aushärten hat. Ob und wie ein Substrat vorbereitet werden sollte, hängt zu einem großen Teil davon ab, für welche Art von Klebstoff Sie sich entscheiden, und selbst unter den Substraten gibt es Sortenunterschiede: ABS ist nicht gleich ABS, und so ist es auch hier kaum möglich, eine allgemeingültige Aussage zur Oberflächenvorbereitung zu treffen.

    Dies vorausgeschickt, gibt es vier große Substratkategorien ...

  • Video, in dem ein Anwendungstechniker die Vorbereitung eines Substrats erläutert.
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Dies vorausgeschickt, gibt es vier große Substratkategorien mit jeweils unterschiedlichen passenden Klebstoffformulierungen.

Metalle haben eine sehr hohe Oberflächenenergie. Eine saubere und trockene Oberfläche sollte demnach vom Klebstoff mühelos benetzt werden können. Doch sind nicht alle Metalle gleich. Vergleichen wir beispielsweise Aluminium mit Kupfer. Aluminium ist ein passiviertes (inaktives) Metall und verhältnismäßig träge, während es sich bei Kupfer um ein aktives Metall handelt, das weiter korrodiert. So ist bei der Oberflächenvorbereitung auch zu bedenken, ob eine langfristige Schädigung durch Korrosion eintreten wird.

Konventionelle Werkstoffe sind Materialien wie Glas, Holz, Leder und Beton. Ihre Oberflächenenergien bewegen sich im mittleren Bereich, weisen aber in der Regel individuelle Faktoren auf, die es zu berücksichtigen gilt. Das gilt zum Beispiel für die Rauheit. Ein anderes Beispiel ist Naturleder, das Öle aus dem Gerbverfahren enthält – mit der Zeit können diese in den Kunststoff eindringen, ihn plastifizieren und die Haftung schwächen. Beim Verkleben von Glas ist Hydrolyse ein Thema, das heißt es sollte keine Feuchtigkeit eindringen, um Defekte zu vermeiden.

Technische Kunststoffe sind Kunststoffe mit höherer Oberflächenenergie. Hierzu zählen Acryl, Polycarbonat, ABS und Epoxidharz-Verbundstoffe. Diese Werkstoffe sind tatsächlich ein Sonderfall, da beim Verkleben nicht nur die Oberflächenenergie eine Rolle spielt – selbst wenn der Klebstoff in der Lage ist, die Oberfläche zu benetzen, wird seine Fähigkeit, die Werkstoffe zu verbinden, darüber hinaus sowohl von der Kristallinität als auch von der Polarität des Kunststoffs bestimmt. Ein Material wie Nylon hat eine recht hohe Oberflächenenergie, ist aber sehr kristallin und nicht gut polarisiert. Hinsichtlich der Mechanismen der Klebstoffhaftung ist festzustellen, dass zahlreiche Klebstoffe zunächst zwar haften, aber mit der Zeit ihre Haftfähigkeit verlieren, wenn die Oberfläche nicht gründlich und gezielt vorbereitet wurde.

Niederenergetische Kunststoffe (LSE-Kunststoffe) sind rohstoffartige Erzeugnisse wie Polypropylen und Polyethylen oder auch Werkstoffe mit ausgesprochen niedriger Oberflächenenergie wie fluorierte Kunststoffe und Silikone. Polyolefine und LSE-Kunststoffe bilden gewissermaßen eine Kategorie für sich. Sie erfordern entweder einen Primer, eine Art von Koronabehandlung oder einen Spezialklebstoff, der sozusagen in den Kunststoff eindringt und eine verschränkte Verbindung mit dem Polymer des Substrats selbst herstellt.

Alle diese Variablen verdeutlichen, warum es keine einfache Antwort gibt und Sie normalerweise trotzdem testen und an Prototypen ausprobieren müssen, ob ein Klebstoff für Ihren Prozess geeignet ist. Informationen zu Substraten sowie zusätzliche Hintergrundinformationen dazu finden Sie auch auf den 3M.com-Seiten Kleben und Verbinden.

Auch die technischen Datenblätter des Klebstoffs, den Sie in Erwägung ziehen, enthalten wertvolle Informationen, da hier die Haftungseigenschaften auf verschiedenen Materialien beschrieben sind. Die Datenblätter enthalten typischerweise auch Angaben zur Festigkeit unter Spannung, beispielsweise zur Überlappungsscherfestigkeit oder Schälfestigkeit, und sie listen Ausfallmodi auf. Bei einem Kohäsionsbruch blieb der unter den genannten Bedingungen geprüfte Klebstoff nach dem Versagen mit beiden Substraten verbunden: der Klebstoff selbst hat versagt und nicht die Verbindung. Bei einem Adhäsionsbruch hat sich der Klebstoff von einem der Substrate abgelöst. Die Information kann Ihnen bereits als Anhaltspunkt dienen, ob ein Klebstoff geeignet wäre und für Sie in die engere Auswahl kommt oder nicht.

Neben den beiden oben genannten haben Sie eine dritte Informationsmöglichkeit: Wenn Sie ein bestimmtes Substrat im Sinn haben oder eine Frage zu einem Additiv haben, das in den Klebstoff eindringen könnte, können Sie sich direkt mit 3M in Verbindung setzen. Unser Technikerteam macht sich gern ein Bild und hilft Ihnen auf dem Weg einer technischen Serviceanfrage bei der Entscheidung, welche Klebstoffe, zum Beispiel bezogen auf die erwartete Lebensdauer des Produkts, die bessere Option wären.

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Welche typischen Beanspruchungen wirken auf Konstruktionsklebstoffe?

  • Zugkraft

    Zugkraft

    Zugspannung wirkt im rechten Winkel zur Ebene der Klebung und zieht die Klebefuge auseinander. Die Kraft ist gleichmäßig über die gesamte Fügefläche verteilt. (Druckspannung wirkt in die entgegengesetzte Richtung, hierbei werden die Substrate senkrecht zur Verbindungsebene zusammengedrückt.)
  • Scheren

    Scheren

    Scherspannung wirkt in gerader Linie über den Klebstoff und versucht, die Fügepartner gegeneinander zu verschieben. Hier wirkt die Kraft auf derselben Ebene wie die Klebung, und auch das über die gesamte Fläche verteilt.
  • Spalten

    Spalten

    Die Spaltbruchspannung greift an einer Kante der Verbindung an und übt von hier eine Kraft aus, die die Substrate voneinander trennt. Die Belastung konzentriert sich an einem Ende der Verbindung, während das andere Ende theoretisch unbelastet ist. Spaltbruchspannung tritt zwischen zwei starren Fügepartnern auf.
  • Schälen

    Schälen

    Auch Schälspannungen greifen an einer Kante der Verbindung an. Mindestens eines der Substrate ist flexibel, so dass sich die Kräfte im Vergleich zur Spaltbruchspannung umso mehr an der vorlaufenden Kante konzentrieren.

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Arten von Konstruktionsklebstoffen

  • Acrylatklebstoffe

    Zweikomponenten-Klebstoffe, die hohe Festigkeit und Gestaltungsfreiheit bieten

  • Epoxidharz-Klebstoffe

    Klebstoffe mit ausgezeichneter Haltbarkeit und Beständigkeit in extremen Umgebungsbedingungen

    Einkomponenten-Epoxidharz

    Zweikomponenten-Epoxidharz

  • PUR-Schmelzklebstoffe

    Diese Einkomponenten-Produkte verbinden die schnelle Haftfestigkeit eines Schmelzklebstoffs mit den strukturfestigenden Eigenschaften von feuchtigkeitsvernetzenden Rezepturen.

  • 2K Polyurethanklebstoffe

    Rezepturen für starke, flexible Verbindungen zwischen ungleichen Werkstoffen.

  • Anaerobe Klebstoffe

    Klebstoffe für enge Passungen und Gewindesicherung, Rohrgewindeabdichtung und ähnliche Anwendungen

  • Cyanacrylat-Klebstoffe

    Produkte mit Handfestigkeit innerhalb von 5 bis 10 Sekunden und extrem hoher Zugfestigkeit


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