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Klebstoff

Fest und biegsam zugleich

| Redakteur: Rebecca Vogt

Anforderungen an Klebstoffe in der Industrie sind hoch. Fraunhofer-Forschern ist es gelungen, einen Klebstoff zu entwickeln, der zugleich hart und weich sein kann. Mögliche Anwendungsfelder sind der Automobil- und der Flugzeugbau, aber auch die Orthopädie.

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Biegsam und hart in einem Stück: das neue Kunststoff-Metamaterial Metak.
Biegsam und hart in einem Stück: das neue Kunststoff-Metamaterial Metak.
(Bild: Fraunhofer-LBF)

Statt zu schweißen, zu nieten oder zu schrauben, wird heute oftmals Klebstoff verwendet, um Bauteile miteinander zu verbinden. Auf diese Weise werden Autos, Flugzeuge oder Landmaschinen leichter. Allerdings sind die Anforderungen, die an den Klebstoff gestellt werden, hoch: Er muss flexibel genug sein, um Spannungsspitzen in der Fügezone auszugleichen und trotzdem für eine steife Verbindung in der Fläche sorgen.

Vor diesem Hintergrund haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) einen Klebstoff entwickelt. „Metak ist vergleichbar mit einem gewöhnlichen zwei Komponenten-Klebstoff aus dem Baumarkt, nur dass bei uns mehr Komponenten zusammengemischt werden“, erklärt Dr. Roland Klein vom Fraunhofer-LBF. Die Herstellung sei einfach, denn die Komponenten müssten nicht aufwendig im Labor synthetisiert werden, sondern seien frei verkäuflich. „Die genaue Rezeptur bleibt aber unser Geheimnis“, sagt Klein.

Gummiartige Konsistenz

Durch zwei Härtungsmechanismen – die Bestrahlung mit UV-Licht und Wärme – lässt sich die Steifigkeit des zunächst zähflüssigen Materials auf Kunstharz-Basis bestimmen. „Die Bereiche, die flexibel bleiben sollen, werden nicht bestrahlt, aber mit Wärme behandelt und so ausgehärtet. Sie verbinden sich optimal mit den bestrahlten, festen Bereichen zu einem Netzwerk. Ihre Konsistenz ist dann gummiartig.“

Der Klebstoff sei somit ideal für dynamische Belastungen, wie sie beispielsweise bei der Verbindung von Automotor und Karosserie auftreten. Hier sind besonders die Fügezonen hohen Spannungsspitzen und Vibrationen ausgesetzt – ein Problem, mit dem auch verklebte Flugzeugbauteile, Windräder oder der Zugbau zu kämpfen haben.

Bestrahlung bestimmt Härtegrad

„Metak hat den Vorteil, dass die Steifigkeit sehr gut einstellbar ist. Man benötigt nicht mehr viele verschiedene Klebstoffe mit unterschiedlichen Härtegraden, sondern kann das Material flexibel an den Frequenzbereich der Vibrationen anpassen und diese ausgleichen.“ Je länger und intensiver man mit UV-Licht bestrahle, desto härter sei das Material. Nach der abschließenden Wärmebehandlung mit einem Heizstrahler oder im Ofen bei 100 bis 180 Grad (je nach Anwendung), ist Metak nicht mehr verformbar, die chemische Reaktion abgeschlossen.

Orthopädische Korsetts in individuellen Designs

Metak ist nicht nur als Klebstoff verwendbar, sondern kann auch in Form gegossen werden, wie Fraunhofer mitteilt. Durch Bestrahlung und Wärme lassen sich dann ebenfalls harte und weiche Zonen mit fließenden Übergängen herstellen. Das sei zum Beispiel für Anwendungen in der Orthopädie interessant. Kleins Kollege Tim Bastian Klaus arbeitet an einem Korsett aus Metak, das die verformte Wirbelsäule von Skoliose-Patientinnen an den richtigen Stellen stützt, aber gleichzeitig an anderen flexibel nachgibt. So ließen sich schmerzhafte Druckstellen vermeiden und der Tragekomfort erhöhen.

Gleichzeitig ermöglicht Metak Korsetts in individuellen, modernen Designs und luftdurchlässiger Struktur – für die meist jugendlichen Patientinnen ein wichtiges Kriterium, das über die Tragehäufigkeit und damit den Therapieerfolg entscheidet. Zusammen mit der Design-Studentin Anja Lietzau gewann Klaus für seine Idee den Fraunhofer-Ideenwettbewerb 2017. „Das Material ließe sich auch für andere orthopädische Anwendungen wie orthopädische Schuhe oder Prothesen verwenden“, ergänzt Klaus.

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