Silanmodifizierte Polymere ermöglichen flexible Klebverbindungen

29.09.2006 | Redakteur: MM

Elastische Klebstoffe sind aus der industriellen Produktion nicht mehr wegzudenken. Dank zahlreicher Vorteile ergänzen sie heute in vielen Fällen konventionelle Fügetechniken wie Nieten, Schrauben...

Elastische Klebstoffe sind aus der industriellen Produktion nicht mehr wegzudenken. Dank zahlreicher Vorteile ergänzen sie heute in vielen Fällen konventionelle Fügetechniken wie Nieten, Schrauben oder Schweißen. Als elastische Klebmasse fungieren ein- oder zweikomponentige Dichtstoffe auf der Basis silanmodifizierter Polymere. Hauptmerkmale des elastischen Klebens sind zum einen die relativ dicke Klebschicht, zum anderen die hohe Elastizität des Klebstoffs. Elastische Kleb- und Dichtstoffe weisen ein hohes Rückstellvermögen und eine hohe zulässige Gesamtverformung auf. Nach der Durchhärtung lassen sie sich durch äußere Krafteinwirkung (Dehnung oder Stauchung) reversibel formen. Die Technik des elastischen Klebens kann somit überall dort eingesetzt werden, wo feste Verbindungen zwar erwünscht sind, aber noch eine gewisse Elastizität zum Ausgleich von Bewegungen erforderlich ist. Das elastische Kleben stellt also eine Sonderform des Klebens dar. Während beim konventionellen Kleben hohe Festigkeiten bei geringer Spaltüberbrückung erzielt werden, erreicht man mit elastischem Kleben mittlere Festigkeiten bei mittlerer Spaltüberbrückung. Elastische Klebstoffe für hohe mechanische Ansprüche Die elastischen Klebstoffe weisen eine deutlich geringere Zug- und Zugscherfestigkeit als konventionelle Strukturklebstoffe auf. Wenn die Fügefläche richtig gestaltet wird, können die Verbindungen - je nach Basischemie des verwendeten Klebstoffs - ganz unterschiedliche Eigenschaftsprofile besitzen, die für die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit einer elastischen Klebung entscheidend sind. Im Prinzip kann jeder Klebstoff verwendet werden, der über ausreichende Dehnfähigkeit und Haftung zum Untergrund verfügt. In den vergangenen Jahrzehnten wurden Polyurethane und Silikone nicht nur als Dichtstoff, sondern auch erfolgreich als elastischer Klebstoff eingesetzt. Dann entwickelte die Henkel Teroson GmbH, Heidelberg, vor etwa 15 Jahren mit dem damals noch neuen silanmodifizierten (MS) Polymer eine weitere Klasse von elastischen feuchtigkeitsreaktiven Dichtstoffen. Ihre Eigenschaften wurden ständig weiterentwickelt, so dass sie bereits seit einigen Jahren als elastische Klebstoffe verwendet werden können, die auch höheren mechanischen Ansprüchen genügen. Diese MS-Polymere besitzen chemisch reaktive Vernetzungsstellen, die dafür sorgen, dass das Polymer durch Zutritt von Luftfeuchtigkeit zu einem elastischen Formkörper ausvulkanisiert. Durch Kondensation härtet das Produkt aus. Der Rohstoff entsteht in einem chemischen Prozess durch eine vielstufige Synthese. Die Vorteile des elastischen Klebens liegen auf der Hand: Im Gegensatz zu Klebstoffen auf Polyurethan-Basis benötigen MS-Klebstoffe keinen Primer, der sonst zur Vorbehandlung auf die zu klebende Oberfläche gesprüht oder gestrichen werden muss, um zu haften. Weil der Primer sozusagen eingebaut ist, muss auch kein Produkt dazugekauft und zusätzlich zeitintensiv aufgetragen werden (Bild 1). Diese Eigenschaft macht die Produkte besonders wirtschaftlich. Der integrierte Primer sorgt dafür, dass die lösungsmittelfreien MS-Klebstoffe selbst auf schwierigen Untergründen ein breites Haftspektrum aufweisen. Dies gilt besonders auf kritischen Aluminiumsubstraten. Selbst auf poliertem Edelstahl und Kunststoff haftet der Klebstoff. Zwar verhindern die zu verklebenden Substrate im Normalfall den Eintritt von UV-Strahlen, doch zeigt sich in der Praxis, dass die Klebefuge in vielen Fällen der Sonne ausgesetzt ist. Daher kommt der hohen Witterungs- und UV-Stabilität der MS-Stoffe besondere Bedeutung zu. Forcierte UV-Tests im Labor haben gezeigt, dass nach sechswöchiger intensiver Bestrahlung mit UV-Licht beim MS-Klebstoff keine Schädigung auftrat. Bei anderen Dichtstoffen dagegen waren neben einer typischen Vergilbung deutliche Risse erkennbar.MS-Kleb- und Dichtstoffe sind nicht kennzeichnungspflichtig nach der Gefahrstoffverordnung. Sie enthalten weder Silikon noch Lösungsmittel. Zudem sind sie leicht verarbeitbar, überlackierbar und praktisch geruchlos. Sie sorgen für eine kraftschlüssige Verbindung der Fügeteile durch Flächenhaftung und innere Festigkeit. Die elastischen Kleb- und Dichtstoffe sind in der Lage, die auftretenden dynamischen Belastungen dank der Elastizität des Klebstoffs aufzunehmen und auszugleichen. Für Konstrukteure ergeben sich hieraus mehrere Vorteile. Die frühzeitige Materialermüdung wird vermieden, da Kräfte gleichmäßig übertragen werden. Beim Kleben mit MS-Polymeren lassen sich auch ganz unterschiedliche Werkstoffe miteinander verbinden. Fertigungs- und Fügeteiltoleranzen können ausgeglichen werden. Die Klebstoffe reduzieren zudem den Lärm, da sie schlag-, schwingungs- und vibrationsdämpfend wirken. Um die hohe Leistungsfähigkeit der MS-Klebstoffe voll ausnutzen zu können, müssen bestimmte Einflussfaktoren berücksichtigt und die Verarbeitung professionell vorbereitet werden. Natürlich ist auf eine klebgerechte Konstruktion der Fügeteile und die Auswahl der geeigneten Kleb- und Werkstoffe zu achten. Zu den wichtigsten Kriterien zählt die Gestaltung der Klebefuge (Bild 2). Durch deren richtige Konstruktion wird eine gleichmäßige Verteilung der aus der Krafteinwirkung resultierenden Spannungen in der Klebefuge ermöglicht. Ungünstige Belastungsarten wie Spalt- und Schälbeanspruchungen sollten vermieden werden. Geeignete konstruktive Gegenmaßnahmen können hohe statische Lasten verhindern. Kommt es dennoch dazu, reduzieren die elastischen Klebstoffe bei geeigneter Konstruktion die ungünstigen Spannungsspitzen an den Randzonen der Klebefuge. Die Klebeschichtdicke ist nach den Anforderungen zu bestimmen. Mit zunehmender Schichtdicke können Klebeverbindungen mehr Verformung elastisch aufnehmen. Aushärtung durch Kontakt mit LuftfeuchtigkeitDank einer breiten Palette unterschiedlich fester MS-Klebstoffe kann eine Vielzahl völlig unterschiedlicher Dicht- und Klebeanwendungen abgedeckt werden. Ein wesentlicher Unterscheidungsfaktor ist der Aushärtungsmechanismus. Hier wird zwischen einkomponentigen und zweikomponentigen Systemen unterschieden. Im ersten Fall härtet der Kleber allein durch Kontakt mit Luftfeuchtigkeit aus. Dieser Prozess geschieht also umso schneller, je höher die relative Luftfeuchtigkeit und je größer die Klebstoffkontaktfläche zur Luftfeuchtigkeit ist. Bei zweikomponentigen Klebstoffen beginnt die Durchhärtung zu einem elastischen Material - unabhängig von der Luftfeuchtigkeit - sofort nach der Durchmischung der beiden Komponenten, die eine sorgfältige Verarbeitung erfordert. Dies kann zum Beispiel dann notwendig sein, wenn bei besonders tiefen Klebefugen die Wassermoleküle der Luft einen langen Diffusionsweg überwinden müssen, um bis zur Dichtstoffmitte vorzudringen und die Aushärtung daher länger dauern würde. Einer der bewährten zweikomponentigen Kleb-/Dichtstoffe ist Terostat-MS 9360. Hier lässt sich mit einer zusätzlichen Paste die Durchhärtung stark beschleunigen. Sie beginnt sofort nach der Durchmischung beider Komponenten. Besonders im industriellen Serieneinsatz ist es von Vorteil, wenn mit einem Zweikomponentensystem so die Wartezeit verkürzt werden kann. Selbst wenn der Beschleuniger unterdosiert ist - was in der Praxis durchaus vorkommen kann - oder sogar völlig fehlt, härtet das System aus. Das heißt, Terostat-MS 9360 kann auch als Einkomponenten-Dichtstoff eingesetzt werden und enthält dadurch eine eingebaute hohe Verarbeitungssicherheit. Von Vorteil ist auch die sehr hohe Anfangshaftung. Ein Metallbauer, der statt aufwendigen Nietens die Klebetechnik einsetzt, kann weniger temporäre Fixierungen vornehmen. Dank der hohen Nassfestigkeit des Klebstoffs haften angedrückte Teile praktisch von selbst: Das bedeutet eine hohe Montageproduktivität. Anwendung findet Terostat-MS 9360 unter anderem beim Verkleben von Beplankungen oder Verblendungen, Leisten, Platten und Bauelementen aus Kunststoff oder Metall an Gehäusen. Ein typischer Einkomponenten-Dichtstoff ist das weichelastische Terostat-MS 930 für Abdichtungen, beispielsweise an Blechüberlappungen oder Anschlussfugen sowie für weichelastische Verklebungen. Er findet auch Anwendung bei Flüssiggastankern. Hier dichtet das Produkt die thermische Isolierhülle der Gasbehälter ab, denn dieser Stoff ist elastisch genug, die Vibrationen des Schiffkörpers auszuhalten. Die jüngste Entwicklung von Henkel Teroson ist Terostat-MS 937, bei dem auch für eine sehr schnelle Durchhärtung keine zweite Komponente mehr notwendig ist. Der einkomponentige elastische Kleb-/Dichtstoff lässt sich schnell und einfach verarbeiten und härtet sowohl unter Sommer- als auch unter Winterbedingungen schnell durch. Wird dieser Klebstoff verwendet, können nachfolgende Arbeitsschritte rasch aufgenommen und die Klebefugen schon nach kurzer Zeit Belastungen ausgesetzt werden. Bei der Zugscherfestigkeit weist Terostat-MS 937 einen dreifach höheren Wert als ein gängiges PUR-Produkt auf. Der lösungsmittelfreie Kleb-/Dichtstoff hat selbst auf schwierigen Untergründen eine universelle Haftung. Dies gilt ganz besonders auf kritischen Aluminiumsubstraten und Kunststoffen.

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