Kleben - erfolgreich und fehlerfrei

Transkript

1 Kleben - erfolgreich und fehlerfrei

2 Gerd Habenicht Kleben - erfolgreich und fehlerfrei Handwerk, Praktiker, Ausbildung, Industrie 7., überarbeitete und aktualisierte Auflage Mit 85 Abbildungen

3 Gerd Habenicht Wörthsee, Deutschland ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden 1995, 2001, 2003, 2006, 2008, 2012, 2016 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Lektorat: Thomas Zipsner Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Springer Vieweg ist Teil von Springer Nature Die eingetragene Gesellschaft ist Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Abraham-Lincoln-Strasse 46, Wiesbaden, Germany

4 Vorwort Seitdem die 6. Auflage aus dem Jahre 2011 auf dem Markt ist, haben Verlag und Autor sich entschieden, der interessierten Fachwelt eine 7. Auflage anzubieten. Die Gründe für diese Entscheidung sind vielfältig, nicht nur, weil neue beeindruckende Anwendungen wie Windkraftanlagen und die Solartechnik mit vielen klebtechnischen Problemstellungen und Lösungen Herausforderungen waren. Auch die Bürokratie war mit Gesetzen und Regelungen sehr aktiv, als Beispiel ist REACH zu nennen. Dazu kommt, dass die moderne Wissensvermittlung über Internet den Verlagen neue Konzepte abverlangt, hier als Beispiel E-Book. Aktuell sind die Angebote zum digitalen interaktiven E-Magazin Adhäsion und das Wissensportal Springer Professional, das auch beim Lesen klebtechnischer Aufgaben hilfreich sein kann. Erweitert wurden die Kapitel Industrielle Anwendungen, Berechnung und Prüfung, Klebtechnische Normen, insbesondere DIN Da in den bisher eingegangenen Buchbesprechungen das Kapitel über Ausgewählte Fachbegriffe der Klebtechnik ein besonders positives Echo gefunden hat, wurden diesem weitere informative Begriffe mit entsprechenden Erklärungen hinzugefügt. Das Kapitel Literatur wurde aktualisiert und mit Hinweisen über Informationsmöglichkeiten aus dem Internet zum Patent- und Normenwesen ergänzt. Im Vorwort zu der 6. Auflage wurde bereits erwähnt, dass auf Empfehlungen der Klebstoff herstellenden Industrie das vorliegende Fachbuch in englischer Übersetzung angeboten wird, um im Zuge der Globalisierung auch im Ausland ausbildungsrelevante Informationen in englischer Sprache zur Verfügung stellen zu können. Unter dem Titel Applied Adhesive Bonding A Practical Guide for Flawless Results ist dieses Fachbuch im Wiley-VCH Verlag 2009 erschienen (ISBN: ). V

5 VI Vorwort Die über 20-jährige sehr kooperative und inzwischen fast freundschaftliche Zusammenarbeit mit dem Lektorat von Herrn Thomas Zipsner und der stets sehr hilfreiche organisatorische Beistand von Frau Imke Zander haben auch bei dieser Auflage dazu beigetragen, den Autor zu dem vorliegenden Fachbuch wieder zu ermutigen. Dafür Herzlichen Dank. Möge dieses gemeinschaftliche Werk weiterhin zu einer erfolgreichen und fehlerfreien Anwendung des Klebens führen. Wörthsee/Steinebach, 2016 Gerd Habenicht

6 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Kleben als Fügeverfahren Vorteile und Nachteile des Klebens Begriffe und Definitionen Aufbau und Einteilung der Klebstoffe Aufbau der Klebstoffe Kohlenstoff als zentrales Element Monomer Polymer Polymerbildung Einteilung der Klebstoffe Klebstoffe, die durch eine chemische Reaktion aushärten (Reaktionsklebstoffe) Klebstoffe, die ohne eine chemische Reaktion aushärten (physikalisch abbindende Klebstoffe) Lösungsmittelhaltige und lösungsmittelfreie Klebstoffe Klebstoffe auf natürlicher und künstlicher Basis Klebstoffe auf organischer und anorganischer Basis Anwendungsbezogene Klebstoffbezeichnungen Klebstoffzusätze und haftvermittelnde Substanzen Härter Vernetzer Beschleuniger, Katalysatoren Haftvermittler Füllstoffe Vom Klebstoff zur Klebschicht Reaktionsklebstoffe Grundlagen Topfzeit Mischungsverhältnis der Komponenten Einfluss der Zeit auf die Klebstoffaushärtung VII

7 VIII Inhaltsverzeichnis Einfluss der Temperatur auf die Klebstoffaushärtung Zweikomponentige (2K-) und einkomponentige (1K-)Reaktionsklebstoffe K-Reaktionsklebstoffe K-Reaktionsklebstoffe Eigenschaften der Klebschichten Thermoplaste Duromere Elastomere Thermomechanische Eigenschaften Kriechen Wichtige Reaktionsklebstoffe Epoxidharzklebstoffe Epoxidharzklebstoffe, zweikomponentig Epoxidharzklebstoffe, einkomponentig Reaktive Epoxidharz-Schmelzklebstoffe Eigenschaften und Verarbeitung der Epoxidharzklebstoffe Polyurethan (PUR-)Klebstoffe Polyurethanklebstoffe, zweikomponentig (lösungsmittelfrei) Polyurethanklebstoffe, einkomponentig (lösungsmittelfrei) Reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe (lösungsmittelfrei) Polyurethan-Lösungsmittelklebstoffe, einkomponentig Polyurethan-Lösungsmittelklebstoffe, zweikomponentig Polyurethan-Dispersionsklebstoffe Acrylatklebstoffe Cyanacrylatklebstoffe Strahlungshärtende Klebstoffe Methacrylatklebstoffe Anaerobe Klebstoffe Ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze) Phenolharzklebstoffe Silicone Zusammenfassung Reaktionsklebstoffe Klebstofffolien Dichtstoffe Polymermörtel Physikalisch abbindende Klebstoffe Schmelzklebstoffe Lösungsmittelklebstoffe Kontaktklebstoffe Dispersionsklebstoffe... 60

8 Inhaltsverzeichnis IX 5.5 Plastisole Haftklebstoffe, Klebebänder Klebestreifen Klebestifte Klebstoffe auf Basis natürlicher Rohstoffe Caseinleime Glutin(schmelz)leime Dextrinleime Klebstoffe auf anorganischer Basis Bindungskräfte in Klebungen Bindungskräfte zwischen Klebschicht und Fügeteil (Adhäsion) Benetzung Oberflächenspannung Oberflächenenergie Bindungskräfte innerhalb einer Klebschicht (Kohäsion) Herstellung von Klebungen Oberflächenbehandlung Oberflächenvorbereitung Oberflächenvorbehandlung Oberflächennachbehandlung Klebstoffverarbeitung Vorbereitung der Klebstoffe Mischen der Klebstoffe Auftragen der Klebstoffe Fixieren der Fügeteile Aushärten der Klebstoffe Reparaturkleben Metallische Bauteile Kunststoffe Fehlermöglichkeiten beim Kleben und Abhilfemaßnahmen Sicherheitsmaßnahmen bei der Verarbeitung von Klebstoffen Voraussetzungen bei der Klebstoffverarbeitung am Arbeitsplatz Verhaltensregeln bei der Verarbeitung von Klebstoffen Qualitätssicherung Qualitätsmanagement Klebtechnische Ausbildung Klebstoffauswahl Vorbemerkungen Einflussgrößen auf die Klebstoffauswahl Fügeteileigenschaften

9 X Inhaltsverzeichnis Anforderungen an die Klebung Voraussetzungen in der Fertigung Verarbeitungstechnische Einflussgrößen der Klebstoffe Eigenschaftsbezogene Einflussgrößen der Klebstoffe und Klebschichten Auswahlkriterien Klebtechnische Eigenschaften wichtiger Werkstoffe Metalle Allgemeine Grundlagen Oberflächenvorbehandlung Klebbarkeit wichtiger Metalle Klebstoffe für Metallklebungen Kunststoffe Allgemeine Grundlagen Klassifizierung der Kunststoffe Identifizierung von Kunststoffen Oberflächenvorbehandlung Kunststoffe, die in organischen Lösungsmitteln löslich oder quellbar sind Kunststoffe, die in organischen Lösungsmitteln nicht löslich oder quellbar sind Faserverbundwerkstoffe (Composites) Kunststoffschäume Kleben von Kunststoffen mit Metallen Kleben weichmacherhaltiger Kunststoffe Glas Oberflächenvorbehandlung Glas-Glas-Klebungen Glasklebungen mit strahlungshärtenden Klebstoffen Glas-Metall-Klebungen Gummi und Kautschukprodukte Holz und Holzprodukte Poröse Werkstoffe Festigkeit, Berechnung und Prüfung von Klebungen Begriff der Festigkeit Prüfverfahren und Normen Prüfung der Klebfestigkeit Spannungen in einschnittig überlappten Klebungen Prüfung der Schubfestigkeit Prüfung der Zugfestigkeit

10 Inhaltsverzeichnis XI Prüfung des Schälwiderstandes Normen zum Kleben und verwandten Gebieten Prüfverfahren für Kurz- und Langzeitbeanspruchungen Elastisches Kleben Welle-Nabe-Verbindungen Industrielle Anwendungen des Klebens Kleben in der Luft- und Raumfahrt Kleben im Fahrzeugbau Kombinierte (Hybrid-)Fügeverfahren Kleben im Maschinen- und Anlagenbau Kleben in der Elektronik Kleben von optischen Bauteilen Kleben und Dichten in der Bauindustrie Kleben in der Papierverarbeitung Kleben in der Verpackungsindustrie Konstruktive Gestaltung von Klebungen Anhang Ausgewählte Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Einheiten und SI-Einheiten für klebtechnische Berechnungen Mechanische und physikalische Größen und Einheiten Wärmeausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeiten einiger Metalle, Nichtmetalle und Klebschichtpolymere Ausgewählte deutsch-englische und englisch-deutsche Begriffe aus dem Gebiet des Klebens Literatur Ausgewählte Fachbegriffe der Klebtechnik Sachverzeichnis