Gerd Habenicht. Kleben: Grundlagen, Technologien, Anwendung

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1 Gerd Habenicht Kleben: Grundlagen, Technologien, Anwendung

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3 Gerd Habenicht Kleben Grundlagen, Technologien, Anwendung 4., erweiterte Auflage Mit 243 Abbildungen und 37 Tabellen Springer

4 Dr. rer. nato Gerd Habenicht Universitätsprofessor (emer.), Lehrstuhl für Fügetechnik der Technischen Universität München Seestraße Wörthsee/Steinebach ISBN DOI / ISBN (ebook) Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie, detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2002 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2002 Softcover reprint of thc hardcover 4th edition 2002 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 Warenzeichenund Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.b. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Einbandentwurf: Atelier Struve & Partner, Heidelberg Satz: Fotosatz-Service Köhler GmbH, Würzburg Gedruckt auf säurefreiem Papier SPIN: /3020/kk

5 Vorwort zur 4. Auflage Seit Herausgabe der 3. völlig neu bearbeiteten und erweiterten Auflage im Jahr 1997 hat sich die industrielle Anwendung des Klebens erneut stark erweitert. Der damit einhergehende Bedarf an Fachliteratur hat inzwischen dazu geführt, daß diese Auflage vergriffen ist. Da Verlag und Autor in diesem Fachbuch auch weiterhin eine gute Möglichkeit sehen, klebtechnisches Wissen zu vermitteln, wird mit dem nun vorliegenden Buch eine um die neueste Literatur erweiterte 4. Auflage angeboten. Die Erweiterung bezieht sich dabei auf 673 zusätzliche Veröffentlichungen aus den führenden nationalen und internationalen Fachzeitschriften der Jahre nach Erscheinen der 3. Auflage bis einschließlich Danken möchte ich an dieser Stelle meinen Fachkollegen für die Bereitstellung der Veröffentlichungen aus ihren jeweiligen Arbeitsgebieten sowie für die Überlassung der Fachzeitschriften zur Auswertung und Auswahl der Literaturstellen. Möge dieses Buch auch weiterhin für die theoretische und praktische Anwendung im Bereich des Fertigungssystems Kleben hilfreich sein. Wörthsee/Steinebach 2002 Gerd Habenicht

6 Vorwort zur 3. Auflage In den Vorworten zu der im Jahre 1986 erschienenen 1. und der im Jahre 1990 neubearbeiteten und erweiterten 2. Auflage dieses Buches wurde auf den besonderen interdisziplinären Charakter des Klebens aus Ingenieurwissenschaft, Chemie, Physik sowie Thermodynamik hingewiesen, der eine ausführliche Gesamtdarstellung des "Fertigungssystems Kleben" erfordert. Diesem Ziel soll ebenfalls die vorliegende 3. Auflage dienen. Vielfältige Innovationen bei der Klebstoffentwicklung, neue Anwendungen des Klebens, Fortschritte auf dem Gebiet der Rechneranwendung bei der Klebstoff- und Verfahrens auswahl sowie bei den Berechnungsmethoden haben dazu geführt, erneut eine vollständige Überarbeitung und Erweiterung des Inhalts vorzunehmen. Damit soll wiederum ein Beitrag geleistet werden, das große Entwicklungs- und Innovationspotential der Klebtechnik der Industrie, dem Handwerk und auch der Wissenschaft zugänglich zu machen. Wichtige Ergänzungen erfolgten auf den Gebieten der Strahlungshärtung, der elektrisch leitfähigen Klebstoffe sowie den Grundlagen des elastischen Klebens, dem Qualitätsmanagement bei der Herstellung von Klebungen und den analytischen Untersuchungsmethoden. Das Kapitel "Kleben der Kunststoffe" wurde neu gestaltet. Da der Umfang des Buches nicht in gleicher Weise wie das zugenommene Wissen gesteigert werden konnte, wurde besonderer Wert auf eine ausführliche und den entsprechenden Themenbereichen systematisch zugeordnete Auswahl der begleitenden Literatur gelegt. Dabei wurde in vermehrtem Umfang ebenfalls die Patentliteratur als Informationsquelle herangezogen. Somit sind in dem ergänzenden Literaturverzeichnis nunmehr insgesamt 2879 Veröffentlichungen, davon 1058 aus dem angelsächsischem Sprachraum sowie 127 Patent- und Offenlegungsschriften, zusammengestellt. Da die nationalen und internationalen Normen in besonderer Weise den aktuellen Wissensstand eines Fachgebietes wiederspiegeln, wird auf das im Anhang zitierte - und soweit wie möglich in Themenschwerpunkte gegliederte - Normenverzeichnis für das Gebiet des Klebens ergänzend hingewiesen. Einen besonderen Dank möchte ich den Damen und Herren aus Industrie und Wissenschaft sagen, die mich mit wertvollen Informationen unterstützt haben. Die sorgfältige Bearbeitung des Textes sowie die Gestaltung der Bilder, Tabellen und Formeln durch die Mitarbeiter meines Lehrstuhls sind ebenfalls

7 VIII Vorwort zur 3. Auflage mit großem Dank zu erwähnen. Dem Springer-Verlag bin ich erneut für die stets hilfreiche und konstruktive Zusammenarbeit sowie für die sorgfältige Ausstattung sehr verbunden. Der Autor hofft, daß auch diese Neubearbeitung von der Fachwelt wohlwollend aufgenommen wird und zu weiteren konstruktiven Vorschlägen und - wo erforderlich - sachlicher Kritik als Grundlage für zukünftige Verbesserungen und Ergänzungen führt. München, im Frühjahr 1997 Gerd Habenicht

8 Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Formelzeichen.... Einleitung... XXI l.l l Einteilung und Aufbau der Klebstoffe Begriffe und Definitionen.... Einteilung der Klebstoffe.... Einteilung nach der chemischen Basis Einteilung nach dem Abbindemechanismus Aufbau der Klebstoffe.... Chemischer Aufbau der Monomere.... Aufbau der Polymere Reaktionsmechanismen zur Polymerbildung Struktur der Polymere Klebstoffgrundstoffe. Polymerisationsklebstoffe Einkomponenten -Polymerisationsklebstoffe Cyanacrylatklebstoffe.... Anaerobe Klebstoffe (Diacrylsäureester) Strahlungshärtende Klebstoffe.... Allgemeine Betrachtungen.... Aufbau strahlungshärtender Klebstoffsysteme Reaktionsmechanismen UV-Strahlung.... Energetische Betrachtungen UV-Strahler Photoinitiatoren Photosensibilisatoren Kationische Strahlungshärtung Lichthärtung Kombinationshärtung Elektronenstrahlhärtung Laserstrahlhärtung Anwendungen l

9 x Inhaltsverzeichnis Aerobe Klebstoffe Zweikomponenten -Polymerisationsklebstoffe Methacrylatklebstoffe.... Verarbeitungs systeme der Methylmethacrylatklebstoffe Polymere Grundstoffe Polyvinylacetat (PVAC) Polyvinylalkohol (PVAL) Polyvinylether... Ethylen-Vinylacetat (EVA) Ethylen -Acrylsäure-Copolymere Polyvinylacetale Polystyrol (PS).... Polyvinylchlorid (PVC)... Polyvinylidenchlorid (PVDC) Kautschukpolymere Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) Styrol-Blockpolymere Chloroprenkautschuk (CR) Nitrilkautschuk (NBR) Butylkautschuk (UR) Polybutene Sonstige Thermoplaste Polyethylen (PE) Polypropylen (PP) Fluorierte Kohlenwasserstoffe (Fluorthermoplaste) Polyadditionsklebstoffe Epoxidharzklebstoffe (EP).... Aufbau der Epoxidharze.... Vernetzungsreaktionen der Epoxidharze Kalthärtende Epoxidharzklebstoffe... Warmhärtende Epoxidharzklebstoffe.. Zweikomponenten -Epoxidharzklebstoffe Lösungsmittelhaltige Epoxidharzklebstoffe Zähharte ("toughened") Epoxidharzklebstoffe Reaktive Epoxidharzschmelzklebstoffe Pulverförmige Epoxidharzklebstoffe Polyurethanklebstoffe (PUR) Einkomponenten -Polyurethanklebstoffe Zweikomponenten -Polyurethanklebstoffe Polyurethandispersionen... Emulgatorhaltige Dispersionen..... Emulgatorfreie Dispersionen '"... Lösungsmittelhaltige Polyurethanklebstoffe Reaktive Polyurethan -Schmelzklebstoffe Thermisch aktivierbare Polyurethanklebstoffe Radikalisch vernetzende Polyurethanklebstoffe

10 Inhaltsverzeichnis XI l l l l. 1.1 Polycyanurate.... Polykondensationsklebstoffe Formaldehydkondensate.. Phenol-Formaldehydharz-Klebstoffe (PF) Kresol-/Resorzin -Formaldehydharz-Klebstoffe Harnstoff-Formaldehydharz-Klebstoffe (UF) Melamin-Formaldehydharz-Klebstoffe Formaldehydemissionen Polyamide (PA).... Polyester.... Gesättigte Polyester und Copolyester Ungesättigte Polyester Silicone.... Einkomponenten-RTV-Systeme Zweikomponenten-RTV-Systeme Silicon-Trennmittel Silanmodifizierte Polymere (SMP) Polyimide (PI) Polybenzimidazole Polysulfone Polysulfide... Zusammenfassende Darstellung der Polyreaktionen Klebstoffe auf natürliche Basis.... Klebstoffe auf Basis tierischer Naturprodukte Klebstoffe auf Glutinbasis Klebstoffe auf Caseinbasis.... Kleben in der Natur Klebstoffe auf Basis pflanzlicher Naturprodukte Klebstoffe auf anorganischer Basis.... Klebstoffzusätze und haftvermittelnde Substanzen Härter Vernetzer.... Beschleuniger und Katalysatoren Weichmacher Harze Wachse... Füllstoffe.. Stabilisatoren Haftvermittler Primer... Lösungsmittel Klebstoffarten Reaktionsklebstoffe Reaktionskinetische und physikalische Grundlagen Einfluß der Zeit

11 XII l Inhaltsverzeichnis Einfluß der Temperatur Einfluß des Drucks Abhängigkeit der Klebschichtdicke vom Anpreßdruck 165 Topfzeit Blockierte Reaktionsklebstoffe Chemisch blockierte Reaktionsklebstoffe 169 Mechanisch blockierte Reaktionsklebstoffe 170 Kalt- und warmhärtende Reaktionsklebstoffe 170 Kalthärtende Reaktionsklebstoffe Warmhärtende Reaktionsklebstoffe Lösungsmittelhaltige Reaktionsklebstoffe 172 Lösungsmittelklebstoffe 172 Kontaktklebstoffe Haftklebstoffe Grundlagen der Haftklebung 181 Klebschichtfestigkeit als Folge des strömungsmechanischen Verhaltens von Flüssigkeiten Klebschichtfestigkeit als Folge des Oberflächenspannungsverhaltens von Flüssigkeiten 183 Klebrigkeit (Tack) 184 Dispersionsklebstoffe 185 Schmelzklebstoffe 189 Aufbau der Schmelzklebstoffe 189 Charakteristische Merkmale der Schmelzklebstoffe 191 Verarbeitung der Schmelzklebstoffe 194 Eigenschaften der Schmelzklebstoffe 196 Heißsiegelklebstoffe 198 Kaschier-, Laminierklebstoffe 199 Wärmebeständige Klebstoffe 200 Klebstoffe für Anwendungen bei tiefen Temperaturen 205 Leitfähige Klebstoffe 205 Elektrisch leitende Klebstoffe 206 Isotrop leitende Klebstoffe 206 Anisotrop leitende Klebstoffe 211 Wärmeleitende Klebstoffe 213 Volumeneffekt bei Klebschichten mit Füllstoffen 214 Mikroverkapselte Klebstoffe 215 Plastisole Klebstoffolien Chemisch reagierende Klebstoffolien 218 Physikalisch abbindende Klebstoffolien 219 Klebebänder 220 Klebestreifen Dichtstoffe Einteilung und Aufbau der Dichtstoffe 226 Eigenschaften der Dichtstoffe

12 Inhaltsverzeichnis XIII Gießharze 230 Polymermörtel 231 Eigenschaften der Klebschichten 233 Allgemeine Betrachtungen 233 Schubmodul Das Schubspannungs-Gleitungs-Verhalten 236 Die thermomechanischen Eigenschaften 241 Zustandsbereiche Abhängigkeit des Schubmoduls und des mechanischen Verlustfaktors von der Temperatur Abhängigkeit der Klebfestigkeit von der Temperatur 248 Elastizitätsmodul 250 Kriechen Kristallinität Klebschichtinhomogenitäten 261 Klebschichtmorphologie und strukturabhängiges mechanisches Verhalten Klebtechnische Eigenschaften der Fügeteilwerkstoffe 265 Oberflächeneigenschaften Oberflächenschichten Molekularer Aufbau und Polarität der Grenz- und Reaktionsschichten Oberflächenanalytische Untersuchungsmethoden 269 Geometrische Struktur Oberflächenspannung und Benetzungsvermögen 277 Diffusions- und Lösungsverhalten 277 Werkstoffeigenschaften 277 Festigkeit 277 Chemischer Aufbau 279 Wärmeleitfähigkeit 281 Wärmeausdehnungskoeffizient 281 Bindungskräfte in Klebungen 283 Die Natur der Bindungskräfte 284 Homöopolare Bindung (Atombindung, unpolare Bindung, kovalente Bindung) Heteropolare Bindung (Ionenbindung, polare Bindung, elektrostatische Bindung) 285 Metallische Bindung Zwischenmolekulare Bindungen 285 Dipolkräfte 286 Induktionskräfte Dispersionskräfte Wasserstoffbrückenbindung 288

13 XIV Inhaltsverzeichnis Sorption Adhäsion 292 Spezifische Adhäsion 293 Mechanische Adhäsion 300 Kohäsion 301 Benetzung von Oberflächen durch Klebstoffe 303 Allgemeine Betrachtungen 303 Thermodynamische Grundlagen 304 Benetzungwinkel 304 Oberflächenspannung 305 Oberflächenenergie 306 Kritische Oberflächenspannung 306 Grenzflächenspannung 307 Adhäsionsarbeit 307 Kohäsionsarbeit 308 Benetzungsgleichgewicht 308 Benetzung als Folge unpolarer und polarer Kraftwirkungen 310 Zusammenhang zwischen Benetzung und Adhäsionsarbeit 312 Experimentelle Bestimmung des Benetzungsverhaltens von Oberflächen 315 Randwinkelmessung 316 Messung mittels Testflüssigkeiten 317 Eigenschaften von Klebungen 319 Vorteile und Nachteile von Klebungen 319 Vorteile von Klebungen 321 Nachteile von Klebungen 325 Eigenspannungen in Klebungen 327 Eigenspannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Fügeteilwerkstoff und Klebschicht Eigenspannungen durch Schwindung der Klebschicht 331 Eigenspannungen durch unterschiedliche Temperaturverteilungen Eigenspannungen durch Temperaturwechselbeanspruchung Eigenspannungen durch Alterungsvorgänge der Klebschicht Bruchverhalten von Klebungen 336 Adhäsionsbruch Kohäsionsbruch Bruchmechanische Betrachtungsweise 340 Verhalten von Klebungen bei Beanspruchungen durch mechanische Belastungen und Umgebungseinflüsse 342 Allgemeine Betrachtungen Alterung von Klebungen durch Feuchtigkeitseinflüsse 344

14 Inhaltsverzeichnis xv Beanspruchungseinflüsse als Grundlage für die Berechnung von Metallklebungen.... Wirkung energie reicher Strahlen auf Klebschichten Festigkeiten von Metallldebungen Allgemeine Betrachtungen Einflußgrößen auf die Festigkeit von Metallklebungen 366 Spannungen in Metallklebungen mit dünnen, verformungsarmen Klebschichten Zugspannungen - Zugfestigkeit Zugspannungen bei senkrechter und zentrischer (momentenfreier) Belastung Spannungen beim Auftreten eines Biegemoments 371 Zugspannungen bei exzentrischer Belastung 372 Schubspannungen - Schubfestigkeit Zugscherspannungen - Klebfestigkeit Spannungsverteilung bei unendlich starren Fügeteilen mit elastischer Klebschichtverformung ohne Auftreten eines Biegemoments Spannungsverteilung bei elastischen Fügeteilen mit elastischer Klebschichtverformung ohne Auftreten eines Biegemoments Spannungsverteilung bei elastischen Fügeteilen mit elastisch-plastischer Klebschichtverformung und Auftreten eines Biegemoments Klebfestigkeit Zusammenhang zwischen Klebfestigkeit und Klebschichtverformung Abhängigkeit der Spannungsverteilung von der Temperatur Experimentelle Bestimmung der Spannungsverteilung durch Schubspannungs-Gleitungs-Diagramme Schälspannungen - Schälwiderstand Einfluß der geometrischen Gestaltung der Klebfuge auf die Klebfestigkeit einschnittig überlappter Klebungen 392 Überlappungslänge Abhängigkeit der übertragbaren Last von der Überlappungslänge Abhängigkeit der übertragbaren Last von der Überlappungslänge und der Temperatur 398 Fügeteildicke Gestaltfaktor Überlappungsverhältnis 402 Überlappungsbreite 403 Klebfläche 403 Klebschichtdicke. 404

15 XVI Inhaltsverzeichnis Einfluß der Überlappungslänge, Fügeteildicke und Klebschichtdicke auf das Biegemoment Schäftung Berechnung der Spannungsverteilung in einschnittig überlappten Klebungen Spannungsverteilung bei Annahme eines linearen Spannungs-Verformungs-Verhaltens der Klebschicht Spannungsverteilung nach Volkersen Spannungsverteilung nach Goland und Reissner Vergleich der Berechnungsansätze nach Volkersen sowie Goland und Reissner mit experimentellen Ergebnissen Spannungsverteilung nach Hart-Smith Spannungsverteilung bei Annahme eines nichtlinearen Spannungs-Verformungs-Verhaltens der Klebschicht Spannungsverteilung auf der Grundlage theoretischer und experimenteller Ergebnisse Verfahren nach Frey Verfahren nach Winter und Meckelburg Verfahren nach Müller Verfahren nach Tombach Verfahren nach Eichhorn und Braig Verfahren nach Schlegel Verfahren nach Cornelius und Stier Berechnung der Spannungsverteilung mittels der Methode Finiter-Elemente Festigkeit bei statischer Langzeitbeanspruchung Festigkeit bei dynamischer Langzeitbeanspruchung Z ugschwellfestigkei t Dauerschwingfestigkeit Festigkeit bei schlagartiger Beanspruchung Erhöhung der Festigkeit durch Kombinationsklebungen Spannungen in Metallklebungen mit dicken, elastischen Klebschichten Abschließende Bemerkungen zum Festigkeitsverhalten von Metallklebungen Berechnung von Metallklebungen Allgemeine Betrachtungen Berechnungsansätze Einfluß der unterschiedlichen Festigkeiten von Fügeteilwerkstoff und Klebschicht Einflußparameter für die Berechnung von Metallklebungen Berechnung auf Grundlage der Klebfestigkeit Berechnung auf Grundlage der Volkersen-Gleichung nach Schliekelmann 446

16 Inhaltsverzeichnis XVII Abhängigkeit der übertragbaren Last von der Überlappungslänge nach der Volkersen-Gleichung Berechnungsbeispiele Berechnung unter Einbeziehung von Abminderungsfaktoren Klebnutzungsgrad.. Ergänzende Betrachtungen zu der Berechnung von Metallklebungen.. Kleben runder Klebfugengeometrien Kleben rohrförmiger Fügeteile Einfluß der Klebschichtdicke auf die Festigkeit Einfluß der Fügeteildicke und der Überlappungslänge auf die Festigkeit Berechnung der in axialer Richtung übertragbaren Last bei überlappten Rohrklebungen.... Berechnung der in tangentialer Richtung übertragbaren Last bei überlappten Rohrklebungen Kleben von Welle-Nabe-Verbindungen Allgemeine Betrachtungen Berechnung von Welle-Nabe-Verbindungen Einfluß der Nabenbreite.. Einfluß der Klebschichtdicke und der Rauhtiefe Übertragbares Torsionsmoment Berechnungsbeispiel.. Festlegung von Abminderungsfaktoren Klebschrumpfen.. Querpreßklebverbindungen Längspreßklebverbindungen Konstruktive Gestaltung von Metallklebungen Vorhandensein ausreichender Klebflächen Vermeidung von Spannungsspitzen Technologie des Klebens Allgemeine Betrachtungen Oberflächenbehandlung der Fügeteile Oberflächenvorbereitung Säubern, Passendmachen Entfetten Oberflächenvorbehandlung Mechanische Oberflächenvorbehandlung Kombinierte mechanische-chemisch/thermische Oberflächenvorbehandlung (SACO-, Silicoater-Verfahren) Physikalische Oberflächenvorbehandlung Chemische Oberflächenvorbehandlung Elektrochemische Oberflächenvorbehandlung

17 XVIII l.l 12.3.l l.l 12.4.l l.l l l l Inhaltsverzeichnis Oberflächennachbehandlung Zusammensetzung der wichtigsten Beizlösungen 510 Klebstoffverarbeitung 512 Vorbereitung der Klebstoffe 512 Viskosität der Klebstoffe 514 Thixotropie der Klebstoffe 515 Mischen der Klebstoffe Dosieren und Auftragen der Klebstoffe 520 Abbinden der Klebstoffe Verfahren zum Abbinden der Klebstoffe 532 Herstellung von Klebungen. 536 Kleben als Fertigungssystem 536 Allgemeine Betrachtungen 536 Klebtechnische Ausbildung. 536 Auswahl von Klebstoffen Auswahl von Klebstoffen unter anwendungsspezifischen Gesichtspunkten Rechnergestützte Klebstoffauswahl Kenndaten des Klebvorgangs Fehlermöglichkeiten beim Kleben und Abhilfemaßnahmen 542 Sicherheits- und Umweltschutzmaßnahmen bei der Verarbeitung von Klebstoffen Klassifizierung wichtiger Klebstoffarten nach arbeitsphysiologischen und verarbeitungstechnologischen Gesichtspunkten Kombinierte Fügeverfahren Punktschweißkleben Vorteile gegenüber reinen Punktschweißverbindungen 552 Vorteile gegenüber reinen Klebungen 552 Verfahrensdurchführung Einfluß der Fügeteilwerkstoffe Mechanisches Verhalten von Punktschweißklebungen 554 Nieten - Kleben und Schrauben - Kleben 556 Falzen - Kleben 557 Durchsetzfügen - Kleben 557 Schrumpfen - Kleben 558 Kleben beölter Bleche 559 Kleben in feuchter Atmosphäre (Unterwasserkleben) 560 Demontage von Klebungen ("Entkleben") 561 Kleben metallischer Werkstoffe 565 Allgemeine Betrachtungen., 565 Klebbarkeit wichtiger Metalle 566 Aluminium und Aluminiumlegierungen 566 Beryllium 569 Blei

18 Inhaltsverzeichnis XIX Chrom, verchromte Werkstoffe Edelmetalle Kupfer.. Magnesium Messing Nichtrostende Stähle, Edelstähle Nickel, vernickelte Werkstoffe Stähle, allgemeine Baustähle Titan.... Verzinkte Stähle, Zink Kleben von Metallkombinationen Kleben von Blechen mit organischen und anorganischen Beschichtungen.... Kleben der Kunststoffe und weiterer nichtmetallischer Werkstoffe Kleben der Kunststoffe.... Grundlagen.... Mechanische Oberflächenvorbehandlung Reinigen der Oberfläche.... Aufrauhen der Oberfläche.... Chemische Oberflächenvorbehandlung. Physikalische Oberflächenvorbehandlung Niederdruckplasma-Vorbehandlung Vorbehandlung mittels Corona-Entladung Thermische Vorbehandlung Laser-Vorbehandlung Ionenätzen, Sputtern.. Klebstoffe für Kunststoffe Lösungsmittelklebstoffe Diffusionsklebung Reaktionsklebstoffe Schmelzklebstoffe Klebbarkeit ausgewählter Kunststoffe..... Thermoplastische Kunststoffe, in organischen Lösungsmitteln löslich bzw. quellbar Polyvinylchlorid (PVC) Polystyrol (PS).... Polymethylmethacrylat, Acrylglas (PMMA) Polycarbonat (PC).... Celluloseacetat, Acetylcellulose (CA) Acrylnitril-Butadien -Styrol-Copolymere (ABS) Thermoplastische Kunststoffe, in organischen Lösungsmitteln unlöslich Polyethylen (PE) Polypropylen (PP)

19 xx Inhaltsverzeichnis l Polytetrafluorethylen, Teflon (PTFE) 614 Polyamide (PA) Polyethylenterephthalat, Polyester (PET, SP) 615 Polyimide (PI) Polyoxymethylen, Polyacetate (POM) 616 Polyetherketone (PEK) 616 Polyetherimide(PEI) Polysulfone (PSU) Polyphenylenether, Polyoxyphenylene (PEE) 617 Polyphenylensulfide, Polyarylensulfide (PPS) 617 Polyvinylidenfluoride (PVDF, PVF 2 ) 617 Duromere Kunststoffe, in organischen Lösungsmitteln unlöslich Epoxidharz-Kunststoffe (EP) 618 Formaldehydkondensate 618 Polyurethanschaum 618 Silicon-Kautschuk 618 Faserverstärkte Kunststoffe 619 Oberflächenvorbehandlung 620 SMC/BMC-Formmassen 621 Festigkeit und konstruktive Gestaltung von Kunststoffklebungen Kleben von Kunststoffen mit Metallen 624 Spannungen in Kunststoff-Metall-Klebungen 625 Konstruktive Gestaltung von Kunststoff-Metall-Klebungen 629 Klebstoffe für Kunststoff-Metall-Klebungen Prüfung von Kunststoff- und Kunststoff-Metall-Klebungen 631 Kleben von Glas 631 Grundlagen Oberflächenbehandlung 634 Klebstoffe Kleben von Glas mit Metallen 636 Kleben von Keramik 637 Kleben von Gummi Gummi/Gummi-Klebung 638 Klebstoffe Oberflächenvorbehandlung vulkanisierter Kautschuktypen 639 Bindung unvulkanisierter Kautschuktypen Ethylen/Propylen-Dien-Terpolymerisate (EPDM) 640 Gummi/Metall-Bindung Vernetzung mittels Resorzin-Formaldehyd 642 Vernetzung durch Polyisocyanate 642 Kleben von Holz Allgemeine Betrachtungen 643 Klebstoffe Kleben poröser Werkstoffe 647

20 Inhaltsverzeichnis XXI Industrielle Anwendungen des Klebens 649 Allgemeine Betrachtungen 649 Kleben in der Luft- und Raumfahrt 649 Kleben im Fahrzeugbau 653 Kleben im Maschinenbau Kleben in der Elektronik 658 Kleben in der Papierverarbeitung 660 Kleben in der Medizin Anwendungen des Klebens bei Reparaturen 662 Literatur zu weiteren industriellen Anwendungen 665 Prüfung und Qualitätssicherung von Klebstoffen und Klebungen Allgemeine Betrachtungen Qualitätsmanagement in der Klebtechnik Einzelmaßnahmen für ein Qualitätssicherungskonzept "Fertigungssystem Kleben" Zerstörende Prüfverfahren Prüfverfahren für statische Kurzzeitbeanspruchungen 672 Beanspruchung auf Zugscherung Beanspruchung aufschub (Schubspannungs-Gleitungs- Verhalten, Verdrehscherfestigkeit) Beanspruchung aufzug (Zugfestigkeit) Beanspruchung auf Druckscherung (Druckscherfestigkeit) 675 Beanspruchung auf Torsion (Torsionsscherfestigkeit, Losbrechmoment) Beanspruchung auf Schälung (Winkelschälversuch, Naß-Schäl-Test, Rollenschälversuch, Klettertrommelschälversuch, Folienschälversuch) Beanspruchung auf Spaltung (Biegeschälversuch, Keiltest) 679 Prüfverfahren für statische und dynamische Langzeitbeanspruchungen Prüfung der Zeitstandfestigkeit Prüfung der Dauerschwingfestigkeit 684 Prüfung bei schlagartiger Beanspruchung 685 Prüfverfahren für Langzeitbeanspruchung unter Alterungseinßüssen Allgemeine Betrachtungen Abkürzungsverfahren für Langzeitbeanspruchungen 686 Prüfung mittels Schallemissionsanalyse Zerstörungsfreie Prüfverfahren Akustische Verfahren auf Basis Ultraschall 692 Resonanzverfahren Impuls-Echo-Verfahren 693 Durchschallungsverfahren 693 Elektrische Verfahren 694

21 XXII Inhaltsverzeichnis Thermische Verfahren 694 Strahlungsverfahren 695 Holographische Verfahren 695 Prüfung des Härtungsverlaufs von Klebstoffen und der resultierenden Klebschichteigenschaften Dynamisch-Mechanische-Thermoanalyse (DMTA) 696 Differential-Thermo-Analyse (DTA) 700 Dielektrische-Thermoanalyse (DETA) 700 Thermogravimetrische Analyse (TGA) 700 Infrarot-{IR)-Spektroskopie Chromatographie Weitere in der Literatur beschriebene Methoden 703 Anhang Verzeichnis von Normen, Richtlinien und Merkblättern zum Kleben und zu verwandten Gebieten Allgemeine Normen Definitionen und Prüfungen von Klebstoffen Prüfung von Metallklebstoffen und Metallklebungen 706 Alterungs- und Klimaprüfungen Oberflächenbehandlung und -prüfung Kurzbezeichnungen und Prüfung von Kunststoffen 708 Haftklebstoffe Schmelzklebstoffe 709 Kleben von Kunststoffen 709 Kleben von Holz 709 Kleben von Leder und Schuhwerkstoffen 710 Dichtstoffe Prüfung von Materialeigenschaften metallischer Werkstoffe 711 Definitionen und Messungen mechanischer, physikalischer und thermodynamischer Größen Verzeichnis ausgewählter ASTM-Methoden für die Prüfung von Klebstoffen und Klebungen Kurzzeichen für Klebstoffgrundstoffe und wichtige Kunststoffe (nach DIN 7728 Teill) Ausgewählte Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Einheiten und SI-Einheiten für klebtechnische Berechnungen 716 Ausgewählte deutsch-englische und englisch-deutsche Begriffe aus dem Gebiet des Klebens Literatur Veröffentlichungen aus nationalen und internationalen Fachzeitschriften Bücher aus dem deutschen Sprachraum Bücher aus dem angelsächsischen Sprachraum 875 Stichwortverzeichnis

22 Verzeichnis der Formelzeichen Größe Einheit Bedeutung a mm,cm Probenlänge a s cmncm- 2 spezifische Schlagarbeit b mm,cm Probenbreite, Überlappungsbreite d mm Klebschichtdicke d mechanischer Verlustfaktor f mm-o,5 Gestaltfaktor f Abminderungsfaktor!k Kapillaritätskennzahl k Reaktionsgeschwindigkeitskonstante lü mm,cm Überlappungslänge n Spannungsspitzenfaktor P Pa, bar Druck Ncm-1 PA absoluter Schälwiderstand Ncm-1 Pb Biegeschälwiderstand Ps Ncm-1 relativer Schälwiderstand r mm,cm Radius s mm Fügeteildicke t s, min, h Zeit Ü Überlappungsverhältnis v mm Verschiebung, Kriechverformung v cm3g- 1 spezifisches Volumen v s ms-1 Schlaggeschwindigkeit x mm Koordinate in Belastungsrichtung y mm Koordinate senkrecht zur Belastungsrichtung in der Fügeebene z mm Koordinate senkrecht zur Klebfläche A mm 2,cm 2 Klebfläche AB Nm Bruch-Schlagarbeit B mm,cm Nabenbreite D mm,cm Durchmesser Da mm,cm äußerer Durchmesser D i mm,cm innerer Durchmesser

23 XXIV Verzeichnis der Formelzeichen Größe Einheit Bedeutung E Nmm-2 Elastizitätsmodul E F Nmm-2 Elastizitätsmodul des Fügeteilwerkstoffs EK Nmm-2 Elastizitätsmodul der Klebschicht Es Nmm-2 Elastizitätsmodul der reinen Polymersubstanz F N Prütkraft, Last F N mittlere Trennkraft F B N Bruchlast F B Ncm-1 Einheitsbruchlast Fmax N Höchstkraft G Nmm-2 Schubmodul GK Nmm-2 Schubmodul der Klebschicht Gs Nmm-2 Schubmodul der reinen Polymersubstanz G(t) Nmm-2 Kriechmodul J(t) mm2 N- 1 Kriechnachgiebigkeit Mb Nmm Biegemoment Mt Nmm,Nm Torsionsmoment, Drehmoment M LB Nmm,Nm Losbrechmoment N Schwingspielzahl Re Nmm-2 Streckgrenze des Fügeteilwerkstoffs Rm Nmm-2 Zugfestigkeit des Fügeteilwerkstoffs RpO,2 Nmm-2 0,2-Dehngrenze des Fügeteilwerkstoffs Rmax ~m maximale Rauhtiefe Rz ~m Rauhtiefe (mittlere) T e,k Temperatur T g oe Glasübergangstemperatur Ts oe Schmelztemperatur Tz oe Zersetzungstemperatur W p cm 3 polares Widerstandsmoment a Benetzungswinkel bzw. Fügeteilbiegung bzw. Schäftungswinkel a 10-6 K-l Wärmeausdehnungskoeffizient ß mm2 N- 1 Schubzahl Y Verschiebungswinkel tany Gleitung, elastische Winkelverformung der Klebschicht tan YB Bruchgleitung YKF mn rn-i, mj m-2 Grenzflächenspannung, Grenzflächenenergie Klebstoff-Fügeteil 8 Klebnutzungsgrad, Ausnutzungsgrad E -,% Dehnung EB -,% Bruchdehnung 11 mpas, Pas Viskosität

24 Verzeichnis der Formelzeichen XXV Größe Einheit Bedeutung A Wcm-1K-I Wärmeleitfähigkeit A nm,1o-9m Wellenlänge A logarithmisches Dekrement I1F Querkontraktionszahl (Poisson-Zahl) des Fügeteilwer kstoffes I1K Querkontraktionszahl (Poisson-Zahl) der Klebschicht v S-I Frequenz Qcm spezifischer Widerstand e gcm-3 Dichte (J Nmm-2 Zugspannung (Jb Nmm-2 Biegespannung (JB Nmm-2 Bruchspannung, Zugfestigkeit der Polymersubstanz (JFG mnm-l, mjm-2 Oberflächenspannung, Oberflächenenergie Fügeteil (JKG mnm-i, mjm-2 Oberflächenspannung, Oberflächenenergie flüssiger Klebstoff (Jmax Nmm-2 maximale Spannung (Jz Nmm-2 Normalspannung in der Klebschicht 'TB Nmm-H Klebfestigkeit 'TBm{ = 'TB) Nmm-2 mittlere Zugscherspannung beim Bruch der Klebung 'TBmax Nmm-2 maximale Zugscherspannung beim Bruch der Klebung 'Tm Nmm-2 mittlere Zugscherspannung innerhalb des Festigkeitsbereichs 'Tmax Nmm-2 maximale Zugscherspannung innerhalb des Festigkeitsbereichs 'TD Nmm-2 Druckscherfestigkeit 'TLB Nmm-2 Los brechfestigkeit 'Tr Nmm-2 Torsionsscherfestigkeit 'Tv Nmm-2 Verdrehscherfestigkeit 'TMt Nmm-2 Schubspannung infolge Torsionsbelastung 'TB/t Nmm-2 Zeitstand -Klebfestigkeit (Zeitstandfestigkeit) 'To Nmm-2 Dauerfestigkeit 'Tschw Nmm-2 Schwellfestigkeit 'T~ Nmm-2 Dauerstand-Klebfestigkeit (Dauerstandfestigkeit) 'T' Nmm-2 Schubspannung in der Klebschicht * Aufgrund entsprechender Festlegungen in den Normen (Abschn. 17.1) wird die Klebfestigkeit in der Einheit MPa (Mega-Pascal) angegeben. Da 1 Pa = 1 N/1 m 2, ergibt sich 1 MPa = 1 Nmm-2

25 XXVI Verzeichnis der Formelzeichen Größe rb r ' m r E ' r v ' Einheit Nmm-2 Nmm-2 Nmm-2 Nmm-2 Bedeutung Bruchschubspannung mittlere Schubspannung in der Klebschicht Schubspannung infolge Fügeteildehnung Schubspannung infolge Fügeteilverschiebung