Gerd Habenicht. Kleben erfolgreich und fehlerfrei

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1 Gerd Habenicht Kleben erfolgreich und fehlerfrei

2 Aus dem Programm Fertigungstechnik Fertigungsmesstechnik von W. Dutschke und C. P. Keferstein Praxiswissen Schweißtechnik von H. J. Fahrenwaldt und V. Schuler Spanlose Fertigung: Stanzen von W. Hellwig Coil Coating von B. Meuthen und A.-S. Jandel Zerspantechnik von E. Paucksch, S. Holsten, M. Linß und F. Tikal Praxis der Zerspantechnik von H. Tschätsch Einführung in die Fertigungstechnik von E. Westkämper und H.-J. Warnecke Aufgabensammlung Fertigungstechnik von U. Wojahn

3 Gerd Habenicht Kleben erfolgreich und fehlerfrei Handwerk, Praktiker, Ausbildung, Industrie 5., überarbeitete und ergänzte Auflage Mit 82 Abbildungen STUDIUM

4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. 1. Auflage , vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage , ergänzte und korrigierte Auflage , überarbeitete und ergänzte Auflage , überarbeitete und ergänzte Auflage 2008 Alle Rechte vorbehalten Vieweg+Teubner GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008 Lektorat: Thomas Zipsner Imke Zander Vieweg+Teubner ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, 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. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Technische Redaktion: Stefan Kreickenbaum, Wiesbaden Druck und buchbinderische Verarbeitung: Wilhelm & Adam, Heusenstamm Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany ISBN

5 V Vorwort Die nach Erscheinen der 4. Auflage im Jahre 2006 dem Autor zugegangenen schriftlichen und mündlichen Kommentare zu Inhalt und didaktischem Aufbau waren neben dem regen Interesse an diesem Fachbuch erneut ein Grund für den Verlag, schon nach kurzer Zeit eine 5. Auflage heraus zu geben. Neu aufgenommen wurde das Kapitel Industrielle Anwendungen des Klebens. Eine Erweiterung erfuhr das Kapitel Konstruktive Gestaltung von Klebungen durch bildliche Darstellungen ergänzender Gestaltungsmöglichkeiten. Die auch für den Praktiker zunehmende Literatur aus dem angelsächsischen Sprachraum hat vielfach zu dem Wunsch geführt, das Buch mit ausgewählten deutsch-englischen und englischdeutschen Begriffen aus dem Gebiet des Klebens zu ergänzen. Diesem Wunsch wurde im Anhang des Buches entsprochen. Aus gleichem Grunde erfolgte ebenfalls die Aufnahme ausgewählter Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Einheiten und SI-Einheiten für klebtechnische Berechnungen. Der erneute Hinweis nach Einbeziehung anwendungsbezogener klebstoff- und werkstoffspezifischer Beispiele hinsichtlich Verfahrensauswahl, Oberflächenbehandlung, speziellen Konstruktionsmerkmalen einschließlich bildlicher Darstellungen und Berechnungen ist zwar verständlich, gestalterisch mit dem Anspruch einer universellen Wissensvermittlung aber nicht durchführbar. Im Vorwort zu der 4. Auflage wurde dazu wie folgt argumentiert: Der Umfang klebtechnischer Anwendungen erstreckt sich von Klebflächen unterhalb von einem Quadratmillimeter in der Mikrosystemtechnik und Elektronik bis zu Klebfugen im Bereich von Metern bzw. Quadratmetern u. a. im Fahrzeugbau, der Luftfahrttechnik oder auch in der Holzverarbeitung. Selbst beispielhafte Darstellungen können über die Universalität dieser Fügetechnologie nur ungenügend informieren. Zwischen den spektakulären Anwendungen des Klebens der hitzeabweisenden Keramikverkleidungen auf der Aussenseite von Raumfähren bis zu den alltäglichen und selbstverständlichen Tapeten- oder Briefmarkenklebungen liegt eine unüberschaubare Vielfalt klebtechnischer Nutzungen. Durch sie wird unser Leben entscheidend bereichert. Hinzu kommt, dass bildliche Wiedergaben die eigentliche klebtechnische Problemstellung bei der Konstruktion und Fertigung nur sehr eingeschränkt wiederzugeben vermögen. Die Abbildung eines modernen Passagierflugzeuges mit dem Hinweis auf darin vorhandene geklebte Strukturen bietet sicherlich nur einen begrenzten Informationswert. Die Aussage des französischen Schriftstellers Honoré de Balzac ( ) möge die vorstehende Problematik unterstreichen: Es ist ebenso leicht, sich ein Buch auszudenken, als es schwer ist, es zu schreiben. Dem Vieweg+Teubner Verlag, insbesondere dem Lektorat von Herrn Thomas Zipsner, danke ich für die wiederum hilfreiche Unterstützung und kompetente Zusammenarbeit. Der Autor hofft, dass auch diese Auflage einen interessierten Leserkreis finden möge, dessen Wunsch es ist, weiterhin erfolgreich und fehlerfrei zu kleben. Wörthsee/Steinebach 2008 Gerd Habenicht

6 VII 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 Vom Klebstoff zur Klebschicht Reaktionsklebstoffe Grundlagen Topfzeit Mischungsverhältnis der Komponenten Einfluss der Zeit auf die Klebstoffaushärtung Einfluss der Temperatur auf die Klebstoffaushärtung Zweikomponentige (2K-) und einkomponentige (1K-) Reaktionsklebstoffe K-Reaktionsklebstoffe K-Reaktionsklebstoffe Eigenschaften der Klebschichten Thermoplaste Duromere Elastomere Glasübergangstemperatur Kriechen Wichtige Reaktionsklebstoffe Epoxidharzklebstoffe Epoxidharzklebstoffe, zweikomponentig Epoxidharzklebstoffe, einkomponentig Reaktive Epoxidharz-Schmelzklebstoffe Eigenschaften und Verarbeitung der Epoxidharzklebstoffe Polyurethan-(PUR-)Klebstoffe... 26

7 VIII Inhaltsverzeichnis 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 Plastisole Haftklebstoffe, Klebebänder Klebestreifen Klebestifte Klebstoffe auf Basis natürlicher Rohstoffe Klebstoffe auf anorganischer Basis Bindungskräfte in Klebungen Bindungskräfte zwischen Klebschicht und Fügeteil (Adhäsion) Benetzung Oberflächenspannung Bindungskräfte innerhalb einer Klebschicht (Kohäsion) Herstellung von Klebungen Oberflächenbehandlung Oberflächenvorbereitung Säubern Passend machen Entfetten Entfettungsmittel Oberflächenvorbehandlung Mechanische Oberflächenvorbehandlung Physikalische und chemische Oberflächenvorbehandlung Beizen Oberflächenschichten und Unterwanderungskorrosion... 67

8 Inhaltsverzeichnis IX Oberflächennachbehandlung Primer Klimatisierung Klebstoffverarbeitung Vorbereitung der Klebstoffe Viskositätseinstellung Homogenisierung Klimatisierung Mischen der Klebstoffe Industrielle Verarbeitung Handwerkliche Verarbeitung Dynamische Mischer Statische Mischer Auftragen der Klebstoffe Auftragsverfahren Kaschieren Laminieren Auftragsmenge Fixieren der Fügeteile Aushärten der Klebstoffe Trocknen, Ablüften Härtung, Aushärtung Reparaturkleben Metallische Bauteile Kunststoffe Starre Werkstoffe PVC-Folien Gummierte Fasergewebe Fehlermöglichkeiten beim Kleben und Abhilfemaßnahmen Sicherheitsmaßnahmen bei der Verarbeitung von Klebstoffen Voraussetzungen bei der Klebstoffverarbeitung am Arbeitsplatz Verhaltensregeln bei der Verarbeitung von Klebstoffen Qualitätssicherung Klebtechnische Ausbildung Klebstoffauswahl Vorbemerkungen Einflussgrößen auf die Klebstoffauswahl Fügeteileigenschaften 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

9 X Inhaltsverzeichnis Festigkeit Undurchlässigkeit gegenüber Lösungsmitteln Unlöslichkeit in Lösungsmitteln Wärmeleitfähigkeit Temperaturbeständigkeit Oberflächenvorbehandlung Klebbarkeit wichtiger Metalle Aluminium und Al-Legierungen Edelmetalle Edelstähle Kupfer Messing Stähle, allgemeine Baustähle Verzinkte Stähle, Zink Klebstoffe für Metallklebungen Kunststoffe Allgemeine Grundlagen Klassifizierung der Kunststoffe Identifizierung von Kunststoffen Oberflächenvorbehandlung Corona-Verfahren Niederdruckplasma Atmosphärendruck-Plasma Beflammen (Kreidl-Verfahren) Mechanische Verfahren Kunststoffe, die in organischen Lösungsmitteln löslich oder quellbar sind Kunststoffe, die in organischen Lösungsmitteln nicht löslich oder quellbar sind 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 Prüfung der Klebfestigkeit Spannungen in einschnittig überlappten Klebungen Prüfung der Schubfestigkeit Prüfung des Schälwiderstandes

10 Inhaltsverzeichnis XI Prüfverfahren für Kurz- und Langzeitbeanspruchungen Elastisches Kleben Welle-Nabe-Verbindungen Industrielle Anwendungen des Klebens Kleben in der Luft- und Raumfahrt Kleben im Fahrzeugbau Kleben in der Elektronik Kleben von optischen Bauteilen Kleben und Dichten in der Bauindustrie Konstruktive Gestaltung von Klebungen Anhang Ausgewählte Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Einheiten und SI-Einheiten für klebtechnische Berechnungen Ausgewählte deutsch-englische und englisch-deutsche Begriffe aus dem Gebiet des Klebens Literatur Ausgewählte Fachbegriffe der Klebtechnik Sachwortverzeichnis