KlebstoffeVortrag von Daniela Degenkolb und Maximilian Dregelies im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - OC", WS 2000/2001 und SS 2015 Gliederung:
Einstieg 1: Kaugummi an der Schuhsohle und Jacke mit Hilfe eines "power strips"-Hakens an der Tafel aufhängen. Kaugummi ist auch eine Art von Klebstoff, der mit der Zeit aushärtet. Die Grundfrage ist, wieso Kaugummi und andere Substanzen kleben und worin die Unterschiede im Klebvermögen begründet sind. Anhand von Kaugummi erkennt man, welche Bedingungen ein Klebstoff erfüllen muss:
Die Fachbegriffe hierfür lauten Adhäsion für die Haftung an dem Werkstoff und Kohäsion für die Haftung in sich. Einstieg 2:
1 Klebstoffe und KlebenKlebstoffe sind nach DIN EN 923 nichtmetallische Stoffe, die Fügeteile durch Flächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) verbinden können. Kleben bedeutet die Herstellung einer festen Verbindung zweier Teile durch einen synthetischen Werkstoff (Klebstoff), der durch physikalisches Abbinden oder chemische Reaktion verfestigt wird (Aushärten) und die Teile infolge der Oberflächenhaftung (Adhäsion) sowie der zwischenmolekularen Kräfte (Kohäsion) miteinander verbindet.
2 Adhäsions- und Kohäsionskräfte2.1 Adhäsionskräfte Dies sind Anziehungskräfte mit geringer Reichweite (1µm), die immer an Grenzflächen von festen Stoffe auftreten. Sie treten aber meist nicht sichtbar in Erscheinung (wenn man zwei Holzstücke aneinander hält, wirken keine spürbaren Kräfte), da die meisten Oberflächen so uneben sind, so dass der Abstand der Moleküle, der zum Ausbilden dieser Kräfte nötig wäre zu groß ist (Deshalb haften zwei Holzstücke nicht aneinander). Die Adhäsionskräfte sind zwischen Klebstoff und Werkstoffoberfläche wirksam. Man unterscheidet:
2.2 KohäsionskräfteDas sind Zwischenmolekulare Kräfte, die innerhalb des Klebstoffs wirken und ihm die innere Festigkeit verleihen. Diese Kräfte werden beeinflusst durch:
2.3 Voraussetzungen fürs Kleben Damit die Kräfte auch wirksam werden können, muss sich der Klebstoff der Oberflächen anpassen können, um den Abstand zwischen Klebstoff- und Werkstoffoberfläche gering zu halten. Bedingungen:
Die Qualität einer Verklebung hängt somit nicht nur von der Qualität des Klebstoffs ab, sondern vor allem auch von der Oberflächenbeschaffenheit der zu verklebenden Materialien. Da man aber keine monomolekulare Klebstoffschicht auftragen kann, muss der Klebstoff noch eine innere Festigkeit besitzen, die so genannten Kohäsionskräfte. Diese Kräfte können sich optimal ausbilden, wenn der Klebstoff dünn und gleichmäßig aufgetragen wird. Da sowohl Adhäsions- als auch Kohäsionskräfte erst während des Klebens ausgebildet werden, kann die Festigkeit der Klebung beeinflusst werden durch Werkstoffoberflächenbehandlung, Art der Klebstoffauftragung, Aushärtetemperatur, Aushärtezeit. Bei guten Klebstoffen sind die Kohäsionskräfte mindesten so groß wie die Adhäsionskräfte. Wenn sich im Laufe der Zeit die Adhäsionskräfte lösen, spricht man von einem Adhäsionsbruch, der Klebstoff löst sich von der Werkstoffoberfläche ab. 3 Aufbau eines Klebstoffs
Natürliche und synthetische Klebstoffpolymere: Natürliche Bindemittel für Klebstoffe
Synthetische Bindemittel für Klebstoffe
4 Arten von KlebstoffenEinteilung nach der Art des Abbindens, d.h. durch welche Reaktion der Klebstoff hart wird.
4.1 Physikalisch abbindende Klebstoffe Dispersionsklebestoffe: Sie enthalten Wasser als mobile Phase und Klebstoffbestandteile als Dispersion. Der Klebstoff wird auf eine Werkstückoberfläche aufgetragen, das andere Werkstück wird in das Klebstoffbett gelegt. Wenn das Lösemittel verdunstet oder in das Fügeteil (z.B. Holz) eingezogen ist, nähern und ordnen sich die Klebstoffbestandteile an und bilden einen homogenen Film (Klebstoff hat abgebunden). Bsp.: Klebstifte, Alleskleber extra, Holzleim.
Kontaktklebstoffe: Der Klebstoff wird auf beide Werkstoffoberflächen gegeben und getrocknet, danach fügt
man die beiden Oberflächen mit Druck zusammen. Prinzip der Auto-Adhäsion: Die
Klebung erfolgt durch die gegenseitige Diffusion der Polymere in die jeweils andere
Werkstückoberfläche hinein. Die Eindringtiefe in die Klebschicht kann so groß werden,
dass beim Zerreißen einer auf Diffusion beruhenden Verklebung die Moleküle nicht mehr
aus der Klebschicht herausgezogen werden, sondern ihre Ketten zerreißen. Schmelzklebstoffe: Schmelzklebestoffe sind Lösemittelfrei. Durch das Erhitzen kommt es zum Bindungsbruch der festen Masse, wodurch sie sich gut verarbeiten lässt. Beim Erkalten bilden sich die Bindungen erneut aus und gewährleisten gute Adhäsions- und Kohäsionskräfte zwischen Fügeteilen und Klebstoff. Bsp.: Heißklebepistole. Haftklebstoffe: Dauerklebrige Substanzen, die schon nach leichtem Andruck haften. Bsp.: Klebefolien, Aufkleber, Klebehacken UHU fix & film, Tesafilm, Haftnotizen.
4.2 Chemisch härtende Klebstoffe Einkomponentenklebstoff: Bei den chemisch härtenden Klebstoffen werden alle Klebstoffe, die nur aus einer Art Monomere bestehen, zu den Einkomponentenklebstoffen gezählt. Die 2. Reaktionskomponente, die das Abbinden des Klebstoffs einleitet ist noch nicht selber im Kleber mit enthalten. Der Reaktionsvorgang wird z.B. durch Luftfeuchtigkeit beim Sekundenkleber oder das UV Licht beim Zahnarztklebstoffen eingeleitet.
Zweikomponentenklebstoff: Zwei Reaktionskomponenten werden in einem bestimmten Verhältnis gemischt, oft dient als zweite Komponente ein Härter der für die drei dimensionale Vernetzung des linearen Polymers der ersten Komponente führt. Da hier aber aktiv eine zweite Art Klebstoffmonomere (zweite Komponente) hinzugefügt wird und die Reaktion nicht wie bei den Einkomponentenklebstoffen durch die vorhandene Luftfeuchtigkeit startet, spricht man von einem Zweikomponentenklebstoff. Diese sind in der Regel Polymerisations-, Polykondensations- oder Polyadditionsklebstoffe. Bsp. Polykondensationsklebstoff: Silikone; Präpolymere (Vorstadium zu richtigen Polymeren; 1K Start mit Luftfeuchtigkeit – 2K mit Härter) Bsp. Polyadditionsklebstoff: Polyurethanklebstoffe; Polyadditionsreaktion von Diolen (Dialkoholen) mit Polyisocyanate
Bsp.: Fibrinogen / Thrombin Zweikomponentenklebstoff in der Medizin Fibrinogen und Thrombin werden mit Hilfe einer Doppelspritze auf die Wunde gegeben und bilden dort Fibrin. Nach 24 Std. wird dies fest, bleibt aber elastisch und wird deshalb hauptsächlich bei Organbluten eingesetzt. 5 Herstellung eines natürlichen KlebstoffsStärkekleber: 10 g Maisstärke (z.B. Remiga Speisestärke, Aldi) werden in 10 ml kaltem Wasser gelöst und dann in 110 ml siedendem Wasser gegeben. Unter Rühren lösen und abkühlen lassen. Dieser selbst hergestellte Klebstoff kann als Papierklebstoff eingesetzt werden. Gelatinekleber: Gelatine in kaltes Wasser einlegen, das Wasser dann abgießen und die Gelatine erhitzen bis sie flüssig wird. In diesem Zustand kann man sie als Klebstoff verwenden. Nachteile dieser natürlichen Klebstoffe sind die langen Aushärtzeiten und die Anfälligkeit gegenüber Pilzen usw. 6 Vorteile der Klebstoffe
7 Einsatz von Klebstoffen
Zusammenfassung:
Abhängig vom Anwendungsgebiet gibt es für jede Situation den richtigen Klebstoff. Abschluss: Durch die verschiedenen Arten von Klebstoffen lässt sich fast jede Bruchstelle in nahezu jedem beliebigen Material mit dem entsprechend passenden Klebstoff reparieren. Die Fügeteile werden so wieder permanent miteinander verbunden, wobei das ursprüngliche Material, im Vergleich zu einer Bohrung, nicht weiter beschädigt wird. Literatur:
E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: |
