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 Laser in der Fertigung von H. Hügel und T. Graf 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 6., überarbeitete und ergänzte Auflage Mit 85 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 Auflage Auflage Auflage Auflage , überarbeitete und ergänzte Auflage 2012 Alle Rechte vorbehalten Vieweg+Teubner Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2012 Lektorat: Thomas Zipsner Imke Zander Vieweg+Teubner Verlag ist eine Marke von Springer Fachmedien. Springer Fachmedien 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: AZ Druck und Datentechnik, Berlin Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Printed in Germany ISBN

5 V Vorwort Die im Jahr 2008 herausgegebene 5. Auflage hat, wie bereits bei den vorherigen Auflagen, eine stets zunehmende Verbreitung gefunden, so dass Verlag und Autor sich entschlossen haben, dieses Fachbuch in erneut überarbeiteter und ergänzter Fassung heraus zu geben. In den zahlreich eingegangenen Buchbesprechungen wurde u. a. das Kapitel Ausgewählte Fachbegriffe der Klebtechnik sehr positiv bewertet. Da Aufbau und Umfang des Buches nicht in allen beschriebenen Themenbereichen auf spezielle Definitionen, ergänzende fachliche Zusammenhänge sowie Informationen aus angrenzenden Fachgebieten einzugehen vermag, wurde dieses Kapitel umfangreich erweitert. Neu aufgenommen wurden weiterhin die Themenbereiche Klebstoffzusätze und haftvermittelnde Substanzen, Thermomechanische Eigenschaften von Klebschichten und Polymeren, Qualitätsmanagement, Kleben in der Papierverarbeitung. Die Kapitel Dichtstoffe und Klebstoffe auf Basis natürlicher Rohstoffe wurden überarbeitet und entsprechend dem erwarteten Informationsangebot ergänzt. Inzwischen konnte auch dem insbesondere von der Klebstoff herstellenden Industrie vorgebrachten Wunsch entsprochen werden, das vorliegende Fachbuch in englischer Übersetzung anzubieten. Die zunehmende Globalisierung der Branche führt in gleicher Weise zu der Notwendigkeit, im Ausland ausbildungsrelevante Informationen in englischer Sprache zur Verfügung zu stellen. Unter dem Titel Applied Adhesive Bonding A Practical Guide for Flawless Results ist dieses Fachbuch im Wiley-VCH Verlag 2009 erschienen (ISBN: ). Wie in der Vergangenheit wurde bei der vorliegenden Ausgabe die Arbeit des Autors durch das Lektorat von Herrn Thomas Zipsner sehr hilfreich unterstützt, dafür gebührt ein herzlicher Dank. Möge auch diese Auflage wieder einen interessierten und informationshungrigen Leserkreis finden, um in Zukunft weiterhin erfolgreich und fehlerfrei kleben zu können. Wörthsee/Steinebach 2011 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 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 Einfluss der Temperatur auf die Klebstoffaushärtung Zweikomponentige (2K-) und einkomponentige (1K-) Reaktionsklebstoffe K-Reaktionsklebstoffe K-Reaktionsklebstoffe Eigenschaften der Klebschichten Thermoplaste Duromere Elastomere Thermomechanische Eigenschaften Glaszustand Glasübergangstemperatur T g Kriechen... 22

7 VIII Inhaltsverzeichnis 4 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 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 Bindungskräfte innerhalb einer Klebschicht (Kohäsion)... 59

8 Inhaltsverzeichnis IX 7 Herstellung von Klebungen Oberflächenbehandlung Oberflächenvorbereitung Säubern Passend machen Entfetten Entfettungsmittel Oberflächenvorbehandlung Mechanische Oberflächenvorbehandlung Physikalische und chemische Oberflächenvorbehandlung Beizen Oberflächenschichten und Unterwanderungskorrosion 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 Qualitätsmanagement Klebtechnische Ausbildung... 90

9 X Inhaltsverzeichnis 8 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 Einkomponentige Reaktionsklebstoffe Zweikomponentige Reaktionsklebstoffe Physikalisch abbindende Klebstoffe Auswahlkriterien Klebtechnische Eigenschaften wichtiger Werkstoffe Metalle Allgemeine Grundlagen 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

10 Inhaltsverzeichnis XI 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 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 Kleben in der Papierverarbeitung 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