Gerd Habenicht. Kleben: Grundlagen, Technologien, Anwendungen

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1 Gerd Habenicht Kleben: Grundlagen, Technologien, Anwendungen

2 Gerd Habenicht Kleben Grundlagen, Technologien, Anwendungen 5., erweiterte und aktualisierte Auflage Mit 255 Abbildungen und 37 Tabellen 2 3

3 Dr. rer. nat. Gerd Habenicht Universitätsprofessor (emer.), Lehrstuhl für Fügetechnik der Technischen Universität München Seestraße Wörthsee/Steinebach Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN 10 ISBN Springer Berlin Heidelberg New York Springer Berlin Heidelberg New York 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 ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1986, 1990, 1997, 2002 und 2006 Printed in Germany 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 hinzuziehen. Anzeigen: Renate Birkenstock, Springer-Verlag GmbH, Heidelberger Platz 3, Berlin, Tel.: / , Fax Einbandgestaltung: Atelier Struve & Partner, Heidelberg Satzherstellung und Reproduktion der Abbildungen: Fotosatz-Service Köhler GmbH, Würzburg Herstellung: Reinhold Schöberl, Würzburg Gedruckt auf säurefreiem Papier 68/3020/kk

4 Vorwort zur 5. Auflage Mit der Herausgabe der vorliegenden 5. vollständig neu bearbeiteten und ergänzten Auflage sind seit der Erstauflage im Jahre 1986 zwanzig Jahre vergangen. Ein Zeitraum, der dem Fertigungssystem Kleben in Grundlagen, Technologien und Anwendungen außerordentliche und zum Teil auch spektakuläre Fortschritte gebracht hat. Während dieser Entwicklungen haben die bisherigen Auflagen für die Wissensvermittlung in den verschiedenen Bereichen der Klebtechnik beitragen können und sind von der Fachwelt sehr wohlwollend aufgenommen worden. Dieser Sachverhalt war für Verlag und Autor Anlass, wiederum eine dem aktuellen Wissensstand entsprechende Auflage herauszugeben. Die wichtigsten Neubearbeitungen und Ergänzungen erfolgten auf den Gebieten Nanotechnologie für klebtechnische Anwendungen Klebstoffentwicklungen für Crashbeanspruchungen elastisches Kleben Hybrid-(Kombinations-)Klebungen Klebebänder und Haftklebstoffe Dichtstoffe und Klebestifte Automatisierung in der Klebstoffverarbeitung Plasmaverfahren Anwendungen in den Gebieten Fahrzeugbau, Elektronik und weiteren wichtigen Bereichen. Für diese Arbeiten dienten Forschungsberichte und Veröffentlichungen aus befreundeten Instituten und wissenschaftlichen Einrichtungen als wertvolle Hilfe, für die an dieser Stelle gedankt sei. Einen besonderen Schwerpunkt bei der Bearbeitung nahm abermals die Patentliteratur ein, die dankenswerter Weise von Herrn Dipl.-Chem. Rudolf Hinterwaldner, Hinterwaldner Consulting, zur Verfügung gestellt wurde. Da ca. 80% des dokumentierten Wissens heute in Patentschriften zu finden ist, ist diese Informationsquelle auch für das Gebiet des Klebens unverzichtbar, zumal deren Inhalte in Fachzeitschriften aus Prioritätsgründen nur eingeschränkt veröffentlicht werden. Patentschriften bieten außerdem in vorteilhafter Weise Einblicke in entwicklungsgeschichtliche Hintergründe, aktuelle Entwicklungstrends sowie in das Basiswissen für Neuentwicklungen und

5 VI Vorwort zur 5. Auflage technologische Anwendungen. Hinzu kommt, dass durch die moderne Informationstechnologie die Patentliteratur bei der täglichen Arbeit ohne großen zeitlichen Aufwand verfügbar ist. Dieser Erkenntnis folgend, wurden 197 nationale und internationale Patentschriften und Patentanmeldungen neu aufgenommen und den entsprechenden Abschnitten bzw. Themenbereichen systematisch zugeordnet. Somit verfügt das bei allen Auflagen ständig erweiterte Literaturverzeichnis in Kapitel 18 nunmehr über 345 Patentschriften, ergänzt durch 3714 Veröffentlichungen aus nationalen und internationalen Fachzeitschriften sowie über eine Zusammenstellung von 89 Fachbüchern aus dem deutschen und angelsächsischen Sprachraum. Auf diese Weise soll erreicht werden, der Fachwelt eine Informationsquelle über das Kleben in den vergangenen Jahrzehnten zur Verfügung zu stellen, in denen diese Fügetechnologie dank herausragender Ergebnisse in Forschung, Entwicklung und Anwendung einen festen Platz als industrielles Fertigungsverfahren gefunden hat. Die Tatsache, dass das für technisch relevante Gebiete in der Vergangenheit erarbeitete Normenwerk lebendig ist und wegen des technologischen Fortschritts ständigen Änderungen und Ergänzungen unterliegt, war Anlass, das Kapitel 17 nach Maßgabe verfügbarer Unterlagen neu zu gestalten. Ein besonderer Dank gilt an dieser Stelle Herrn Dr. Ing. Paul Ludwig Geiss, Professor für das Fachgebiet Fügetechnik, Arbeitsgruppe Werkstoff- und Oberflächentechnik (AWOK), Technische Universität Kaiserslautern, für seine wertvolle Unterstützung. Dem Springer-Verlag bin ich erneut für die stets hilfreiche und konstruktive Zusammenarbeit sowie für die sorgfältige Ausstattung sehr verbunden. Der Autor wünscht sich, dass diese Neubearbeitung in gleicher Weise wie die vorhergehenden Auflagen als willkommener Beitrag für klebtechnische Informationen angesehen wird. Sollten Teile des Inhaltes einer kritischen Bewertung bedürfen, sei an das folgende Goethe-Zitat erinnert: So eine Arbeit wird eigentlich nie fertig, man muß sie für fertig erklären, wenn man nach Zeit und Umständen das Mögliche gethan hat. Wörthsee/Steinebach, im Herbst 2005 Gerd Habenicht

6 Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen XXV Einleitung 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 Chemischer Aufbau Eigenschaften und Verarbeitung Primer und Aktivatoren für Cyanacrylatklebstoffe Anaerobe Klebstoffe (Diacrylsäureester) Chemischer Aufbau Härtungsreaktionen Beschleuniger und Aktivatoren Eigenschaften und Anwendungen Strahlungshärtende Klebstoffe Allgemeine Betrachtungen Aufbau strahlungshärtender Klebstoffsysteme Reaktionsmechanismen UV-Strahlung Energetische Betrachtungen UV-Strahler Reflektoren Photoinitiatoren

7 VIII Inhaltsverzeichnis Photosensibilisatoren Kationische Strahlungshärtung Lichthärtung Kombinationshärtung Elektronenstrahlhärtung Laserstrahlhärtung Anwendungen Aerobe Klebstoffe Zweikomponenten-Polymerisationsklebstoffe Methacrylatklebstoffe Verarbeitungssysteme 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 (IIR) 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) Feuchtigkeitshärtende Einkomponenten-Polyurethanklebstoffe

8 Inhaltsverzeichnis IX Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffe Polyurethandispersionen Emulgatorhaltige Dispersionen Emulgatorfreie Dispersionen Lösungsmittelhaltige Polyurethanklebstoffe Reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe Thermisch aktivierbare Polyurethanklebstoffe Radikalisch vernetzende Polyurethanklebstoffe Polyurethan-Elastomere 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 Siloxan-Dispersionen Silicon-Trennmittel Silanmodifizierte (MS) Polymere Aufbau der MS-Polymere Eigenschaften und Verarbeitung Modifikationen von MS-Dichtstoffen 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 Biologisch abbaubare Polymere Klebstoffe auf anorganischer Basis Klebstoffzusätze und haftvermittelnde Substanzen Härter Vernetzer

9 X Inhaltsverzeichnis Beschleuniger und Katalysatoren Weichmacher Harze Wachse Tackifier Füllstoffe Stabilisatoren Antioxidantien Entlüfter und Entschäumer Rheologie Additive Dispergiermittel Emulgatoren und Schutzkolloide Haftvermittler Primer Lösungsmittel Klebstoffarten Reaktionsklebstoffe Reaktionskinetische und physikalische Grundlagen Einfluss der Zeit Einfluss der Temperatur Einfluss des Drucks Abhängigkeit der Klebschichtdicke vom Anpressdruck Topfzeit Blockierte Reaktionsklebstoffe Chemisch blockierte Reaktionsklebstoffe Mechanisch blockierte Reaktionsklebstoffe Kalt- und warmhärtende Reaktionsklebstoffe Kalthärtende Reaktionsklebstoffe Warmhärtende Reaktionsklebstoffe Lösungsmittelhaltige Reaktionsklebstoffe Lösungsmittelklebstoffe Kontaktklebstoffe Haftklebstoffe Aufbau und Eigenschaften Einteilung der Haftklebstoffe Wiederablösbare, repositionierbare Haftklebstoffe Permanente Haftklebstoffe Strukturelle Haftklebstoffe Verarbeitung Anwendungen Prüfung Grundlagen der Haftklebung Klebschichtfestigkeit als Folge des strömungsmechanischen Verhaltens von Flüssigkeiten

10 Inhaltsverzeichnis XI Klebschichtfestigkeit als Folge des Oberflächenspannungsverhaltens von Flüssigkeiten Klebrigkeit (Tack) Dispersionsklebstoffe Schmelzklebstoffe Aufbau der Schmelzklebstoffe Charakteristische Merkmale der Schmelzklebstoffe Verarbeitung der Schmelzklebstoffe Eigenschaften der Schmelzklebstoffe Heißsiegelklebstoffe Kaschier-, Laminierklebstoffe Wärmebeständige Klebstoffe Klebstoffe für Anwendungen bei tiefen Temperaturen Leitfähige Klebstoffe Elektrisch leitende Klebstoffe Isotrop leitende Klebstoffe Anisotrop leitende Klebstoffe Anisotroper Leitungsmechanismus mit ungefüllten Klebstoffen Elektrisch leitende Polymere Wärmeleitende Klebstoffe Volumeneffekt bei Klebschichten mit Füllstoffen Klebstoffe mit Nano-Füllstoffen Mikroverkapselte Klebstoffe Plastisole Klebstofffolien Chemisch reagierende Klebstofffolien Physikalisch abbindende Klebstofffolien Klebebänder Aufbau der Klebebänder Trägermaterialien Trennpapiere Verarbeitung von Klebebändern Anwendungen Prüfung Klebestreifen Klebestifte Dichtstoffe Aufbau der Dichtstoffe Einteilung und Eigenschaften der Dichtstoffe Verarbeitung Gießharze Polymermörtel Strukturkitte und Spachtelmassen Chemische Befestigungstechnik

11 XII Inhaltsverzeichnis 4 Eigenschaften der Klebschichten Allgemeine Betrachtungen Schubmodul Das Schubspannungs-Gleitungs-Verhalten Die thermomechanischen Eigenschaften Zustandsbereiche Abhängigkeit des Schubmoduls und des mechanischen Verlustfaktors von der Temperatur Abhängigkeit der Klebfestigkeit von der Temperatur Elastizitätsmodul Kriechen Kristallinität Klebschichtinhomogenitäten Klebschichtmorphologie und strukturabhängiges mechanisches Verhalten Klebtechnische Eigenschaften der Fügeteilwerkstoffe Oberflächeneigenschaften Oberflächenschichten Molekularer Aufbau und Polarität der Grenz- und Reaktionsschichten Oberflächenanalytische Untersuchungsmethoden Elektronen-Spektroskopie zur Chemischen Analyse (ESCA) Elektronenstrahl-Mikroanalyse (ESMA) Augerelektronenspektroskopie (AES) Ion-Scattering Spectroskopy (ISS) Sekundärionen Massenspektrometrie (SIMS) Flugzeit-Sekundärionen Massenspektrometrie (TOF-SIMS) Infrarotspektroskopie mit abgeschwächter Totalreflektion (ATR) Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Rastertunnelmikroskopie (RTM) Rasterkraft-Mikroskopie, Atomic-Force-Microscopy (AFM) Ellipsometrie Geometrische Struktur Oberflächenspannung und Benetzungsvermögen Diffusions- und Lösungsverhalten Werkstoffeigenschaften Festigkeit Chemischer Aufbau Wärmeleitfähigkeit Wärmeausdehnungskoeffizient

12 Inhaltsverzeichnis XIII 6 Bindungskräfte in Klebungen Die Natur der Bindungskräfte Homöopolare Bindung (Atombindung, unpolare Bindung, kovalente Bindung) Heteropolare Bindung (Ionenbindung, polare Bindung, elektrostatische Bindung) Metallische Bindung Zwischenmolekulare Bindungen Dipolkräfte Induktionskräfte Dispersionskräfte Wasserstoffbrückenbindung Sorption Adhäsion Spezifische Adhäsion Formschlüssige Verbindung von Klebschicht und Fügeteil (Mechanische Adhäsion) Kohäsion Benetzung von Oberflächen durch Klebstoffe Allgemeine Betrachtungen Thermodynamische Grundlagen Benetzungwinkel Oberflächenspannung Oberflächenenergie Kritische Oberflächenspannung Grenzflächenspannung Adhäsionsarbeit Kohäsionsarbeit Benetzungsgleichgewicht Benetzung als Folge unpolarer und polarer Kraftwirkungen Zusammenhang zwischen Benetzung und Adhäsionsarbeit Experimentelle Bestimmung des Benetzungsverhaltens von Oberflächen Randwinkelmessung Messung mittels Testflüssigkeiten Eigenschaften von Klebungen Vorteile und Nachteile von Klebungen Vorteile von Klebungen Nachteile von Klebungen Eigenspannungen in Klebungen Eigenspannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von gleichen Fügeteilwerkstoffen und Klebschicht

13 XIV Inhaltsverzeichnis Eigenspannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Fügeteilkombinationen und Klebschicht Eigenspannungen durch Schwindung der Klebschicht Berechnung der Schwindungsspannungen Maßnahmen zur Reduzierung von Schwindungen Klebstoffbedingte Schwindungen Fertigungsbedingte Schwindungen Eigenspannungen durch unterschiedliche Temperaturverteilungen Eigenspannungen durch Temperaturwechselbeanspruchung Eigenspannungen durch Alterungsvorgänge der Klebschicht Bruchverhalten von Klebungen Adhäsionsbruch Kohäsionsbruch Bruchmechanische Betrachtungsweise Verhalten von Klebungen bei Beanspruchungen durch mechanische Belastungen und Umgebungseinflüsse Allgemeine Betrachtungen Alterung von Klebungen durch Feuchtigkeitseinflüsse Feuchtigkeitsdiffusion Feuchtigkeitseinflüsse auf die Grenzschicht (bondline corrosion) Feuchtigkeitseinflüsse auf die Klebschicht Einfluss der Oberflächenvorbehandlung Experimentelle Bestimmung der Feuchtigkeitsalterung Korrosion in Klebungen Unterwanderungskorrosion Spaltkorrosion Kontaktkorrosion Spannungsrisskorrosion Beanspruchungseinflüsse als Grundlage für die Berechnung von Metallklebungen Wirkung energiereicher Strahlen auf Klebschichten Festigkeiten von Metallklebungen Allgemeine Betrachtungen Einflußgrößen auf die Festigkeit von Metallklebungen Spannungen in Metallklebungen mit dünnen, verformungsarmen Klebschichten Zugspannungen Zugfestigkeit Zugspannungen bei senkrechter und zentrischer (momentenfreier) Belastung Spannungen beim Auftreten eines Biegemoments Zugspannungen bei exzentrischer Belastung

14 Inhaltsverzeichnis XV 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 Überlappungslänge Abhängigkeit der übertragbaren Last von der Überlappungslänge Abhängigkeit der übertragbaren Last von der Überlappungslänge und der Temperatur Fügeteildicke Gestaltfaktor Überlappungsverhältnis Überlappungsbreite Klebfläche Klebschichtdicke 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

15 XVI Inhaltsverzeichnis 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 mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) Festigkeit bei statischer Langzeitbeanspruchung Festigkeit bei dynamischer Langzeitbeanspruchung Zugschwellfestigkeit Dauerschwingfestigkeit Festigkeit bei schlagartiger Beanspruchung Festigkeit bei Crash-(hochdynamischer-)Beanspruchung Elastisches Kleben Grundlagen Anwendungen Berechnungsbeispiel Erhöhung der Festigkeit durch Kombinationsklebungen 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 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

16 Inhaltsverzeichnis XVII 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 Wissensbasiertes System zum Kleben von Rohren Kleben von Welle-Nabe-Verbindungen Allgemeine Betrachtungen Berechnung von Welle-Nabe-Verbindungen Einfluss der Nabenbreite Einfluss der Klebschichtdicke und der Rautiefe Übertragbares Torsionsmoment Berechnungsbeispiel Festlegung von Abminderungsfaktoren Hydrostatisches Hochdruckinjektionskleben Klebschrumpfen Querpressklebverbindungen Längspressklebverbindungen Kegelpressverbindungen Konstruktive Gestaltung von Metallklebungen Vorhandensein ausreichender Klebflächen Vermeidung von Spannungsspitzen Technologie des Klebens Allgemeine Betrachtungen Oberflächenbehandlung der Fügeteile Oberflächenvorbereitung Säubern, Passend machen Entfetten Oberflächenvorbehandlung Mechanische Oberflächenvorbehandlung Kombinierte mechanische-chemisch/thermische Oberflächenvorbehandlung (SACO-, Silicoater-Verfahren) Physikalische Oberflächenvorbehandlung Chemische Oberflächenvorbehandlung Elektrochemische Oberflächenvorbehandlung Oberflächenvorbehandlung und Grenzschichtausbildung Oberflächennachbehandlung Zusammensetzung der wichtigsten Beizlösungen Klebstoffverarbeitung Vorbereitung der Klebstoffe Viskosität der Klebstoffe Thixotropie der Klebstoffe Rheologie

17 XVIII Inhaltsverzeichnis Mischen der Klebstoffe Statische Mischer Dynamische Mischer Dosieren und Auftragen der Klebstoffe Dosiersysteme Auftragssysteme Kaschieren, Laminieren Etikettieren Beflocken Abbinden der Klebstoffe Verfahren zum Abbinden der Klebstoffe Herstellung von Klebungen Kleben als Fertigungssystem Allgemeine Betrachtungen Klebtechnische Ausbildung Auswahl von Klebstoffen Auswahl von Klebstoffen unter anwendungsspezifischen Gesichtspunkten Rechnergestützte Klebstoffauswahl Kenndaten des Klebvorgangs Fehlermöglichkeiten beim Kleben und Abhilfemaßnahmen Klebtechnische Schadensfälle Sicherheits- und Umweltschutzmaßnahmen bei der Verarbeitung von Klebstoffen Klassifizierung wichtiger Klebstoffarten nach arbeitsphysiologischen und verarbeitungstechnologischen Gesichtspunkten Kombinierte (Hybrid-)Fügeverfahren Allgemeine Betrachtungen Punktschweißen Kleben Verfahrensdurchführung Einfluss der Fügeteilwerkstoffe Mechanisches Verhalten von Punktschweißklebungen Nieten/Schrauben Kleben Stanznieten Kleben Durchsetzfügen Kleben Falzen Kleben Schrumpfen Kleben Kleben beölter Bleche Kleben in feuchter Atmosphäre (Unterwasserkleben) Demontage von Klebungen ( Entkleben ) Kleben metallischer Werkstoffe Allgemeine Betrachtungen Klebbarkeit wichtiger Metalle Aluminium und Aluminiumlegierungen

18 Inhaltsverzeichnis XIX Beryllium Blei 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 Beizlösungen Gasphasenfluorierung Sulfonierung Ozonisierung Physikalische Oberflächenvorbehandlung Grundlagen der Plasma-Verfahren Niederdruckplasma-Vorbehandlung Atmosphärendruck Plasma Oberflächenreinigung mittels Plasma Plasmapolymerisation Vorbehandlung mittels Corona-Entladung Beflammen Laser-Vorbehandlung Ionenätzen, Sputtern Nachweis reaktiver Gruppen an vorbehandelten Oberflächen Klebstoffe für Kunststoffe Lösungsmittelklebstoffe Diffusionsklebung Reaktionsklebstoffe Schmelzklebstoffe Klebbarkeit von Kunststoffen

19 XX Inhaltsverzeichnis 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) Polytetrafluorethylen, Teflon (PTFE) Polyamide (PA) Polyethylenterephthalat, Polyester (PET, SP) Polyimide (PI) Polyamidimide Polyoxymethylen, Polyacetale (POM) Polyetherketone (PEK) Polyetherimide (PEI) Polysulfone (PSU) Polyphenylenether (PPE), Polyphenylenoxid (PPO) Polyphenylensulfide, Polyarylensulfide (PPS) Polyvinylidenfluoride (PVDF, PVF 2 ) Polyphenylchinoxalin (PCO) Duromere Kunststoffe, in organischen Lösungsmitteln unlöslich Epoxidharz-Kunststoffe (EP) Formaldehydkondensate Polyurethanschaum Silicon-Kautschuk Flüssigkristalline Polymere (liquid crystal polymer, LCP) Faserverstärkte Kunststoffe Oberflächenvorbehandlung SMC/BMC-Formmassen Festigkeit und konstruktive Gestaltung von Kunststoffklebungen Kleben von Kunststoffen mit Metallen Spannungen in Kunststoff-Metall-Klebungen Konstruktive Gestaltung von Kunststoff-Metall-Klebungen Klebstoffe für Kunststoff-Metall-Klebungen Prüfung von Kunststoff- und Kunststoff-Metall-Klebungen Kleben von Glas Klebtechnische Eigenschaften der Gläser Oberflächenbehandlung Klebstoffe und Primer

20 Inhaltsverzeichnis XXI Strahlungshärtung Glasklebungen am Bau (Structural Glazing) Glasklebungen im Fahrzeugbau (Direct Glazing) Kleben von optischen Bauteilen Glas-Metall- und Glas-Kunststoff-Klebungen Kleben von Keramik Kleben von Gummi Allgemeine Betrachtungen Kleben von vulkanisiertem Gummi (Gummi-Gummi-Klebung) Oberflächenvorbehandlung Klebstoffe Bindung unvulkanisierter Kautschuke Ethylen/Prophylen-Dien-Terpolymerisate (EPDM) Gummi-Reparaturklebungen Gummi-Metall-Bindung Vernetzung mittels Resorzin-Formaldehyd Vernetzung durch Polyisocyanate Gummi-Glas-Klebungen Behälterauskleidungen Kleben von Holz Allgemeine Betrachtungen Klebtechnische Eigenschaften von Holz Klebstoffe Anforderungen an Holzklebungen Herstellung von Holzklebungen Qualifizierung Kleben poröser Werkstoffe Industrielle Anwendungen des Klebens Allgemeine Betrachtungen Kleben in der Luft- und Raumfahrt Technologische Hintergründe Geschichtliche Entwicklung Typische Anwendungen Klebstoffe Kleben im Fahrzeugbau Allgemeine Betrachtungen Klebtechnische Anwendungen Klebstoffe Berechnungsbeispiel für die Klebschicht-Dimensionierung einer Bus-Frontscheibe Kleben im Maschinenbau Kleben in der Elektronik Anwendungen Klebstoffverarbeitung

21 XXII Inhaltsverzeichnis Mikroverbindungstechnik Kleben in der Papierverarbeitung Klebstoffe Kleben von gebundenen Erzeugnissen Einfluss der Klebstoffe auf das Papierrecycling Weitere Anwendungen Kleben in der Verpackungsindustrie Kleben in der Schuh- und Lederindustrie Klebstoffe und Klebstoffverarbeitung Oberflächenbehandlung Kleben und Dichten in der Bauindustrie Kleben in der Medizin Gewebeklebungen Haftklebstoffe, Klebebänder Transdermale therapeutische Systeme Zahnbehandlung Kleben medizinischer Geräte Anwendungen des Klebens bei Reparaturen Metallische Werkstoffe Kunststoffe Starre Werkstoffe PVC-Folien Gummierte Fasergewebe Porzellan Holz Literatur zu weiteren Anwendungen 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 Beanspruchung auf Zugscherung Beanspruchung auf Schub (Schubspannungs-Gleitungs- Verhalten, Verdrehscherfestigkeit) Beanspruchung auf Zug (Zugfestigkeit) Beanspruchung auf Druckscherung (Druckscherfestigkeit) Beanspruchung auf Torsion (Torsionsscherfestigkeit, Losbrechmoment) Beanspruchung auf Schälung (Winkelschälversuch, Nass-Schäl-Test, Rollenschälversuch, Klettertrommelschälversuch, Folienschälversuch) Beanspruchung auf Spaltung (Biegeschälversuch, Keiltest) 789

22 Inhaltsverzeichnis XXIII Prüfverfahren für statische und dynamische Langzeitbeanspruchungen Prüfung der Zeitstandfestigkeit Prüfung der Dauerschwingfestigkeit Prüfung bei schlagartiger Beanspruchung Prüfverfahren für Langzeitbeanspruchung unter Alterungseinflüssen Allgemeine Betrachtungen Abkürzungsverfahren für Langzeitbeanspruchungen Prüfung mittels Schallemissionsanalyse Zerstörungsfreie Prüfverfahren Verfahren auf Basis mechanischer Vibration (Ultraschall) Resonanzverfahren Impuls-Echo-Verfahren Spektralanalyse mit niedrigen Prüffrequenzen Impact-Resonanz-Methode Elektrische Verfahren Thermische Verfahren Optisch angeregte Lockin-Thermographie Ultraschall angeregte Lockin-Thermographie Strahlungsverfahren Röntgenstrahlung Neutronenradiographie Holographische Verfahren Prüfung von Polymereigenschaften und Härtungsreaktionen Dynamisch-Mechanische-Thermoanalyse (DMTA) Dynamisch-Mechanische-Analyse (DMA) Differenzial-Thermo-Analyse (DTA) Dynamische-Differenz-Kalorimetrie (DDK) Differenzial-Scanning-Calorimetrie (DSC) Torsionsschwingungsversuch Dielektrische Analyse (DEA) Dielektrische-Thermoanalyse (DETA) Thermogravimetrische Analyse (TGA) Thermogravimetrie (TG) Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit Thermomechanische Analyse, Dilatometrie (TMA) Mikrothermische Analyse (mta) Infrarot-(IR)-Spektroskopie Kern-(Spin-)Resonanz-Spektroskopie (Nuclear-Magnetic-Resonance NMR) Chromatographie Weitere in der Literatur beschriebene Methoden

23 XXIV Inhaltsverzeichnis 17 Anhang Verzeichnis von Normen, Standards, Richtlinien und Merkblättern zum Kleben und zu verwandten Gebieten Allgemeine Normen Definitionen und Prüfungen von Klebstoffen; Klebstoffverarbeitung Prüfung von Metallklebungen Kunststoffe Kurzbezeichnungen, Einteilung Prüfung mechanischer und physikalischer Eigenschaften Kleben von Kunststoffen und Kunststoff-Metall- Klebungen Prüfung von Polymereigenschaften Faserverstärkte Kunststoffe Gummi, Elastomere Oberflächenbehandlung und -prüfung Alterungs- und Klimaprüfungen Dichtstoffe Klebebänder Schmelzklebstoffe Kleben von Holz Kleben von Leder- und Schuhwerkstoffen Kleben in der Papierverarbeitung Kleben in der Bauindustrie Prüfung von Oberflächen und Materialeigenschaften Definitionen und Messungen mechanischer, physikalischer und thermodynamischer Größen Verzeichnis ausgewählter ASTM-Methoden für die Prüfung von Klebstoffen und Klebungen Kurzzeichen für Klebstoffgrundstoffe und Kunststoffe Ausgewählte Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Einheiten und SI-Einheiten für klebtechnische Berechnungen 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 Sachverzeichnis

24 Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen Bemerkungen: (1) Aufgrund entsprechender Festlegungen in den Normen (Abschn. 17.1) werden Festigkeiten und Spannungen in der Einheit MPa (Mega-Pascal) angegeben. Da 1 Pa = 1 N/1 m 2, ergibt sich 1 MPa = 1 N mm 2. (2) In Abgrenzung zu der Einheit m für Meter wird die Einheit milli (10 3 ) in kursiver Schreibweise (m) angegeben. (3) Kurzzeichen für Kunststoffe und Klebstoffgrundstoffe sind in Abschnitt 17.3 zusammengestellt. (4) Die den angegebenen Abkürzungen zugeordneten Fachbegriffe werden in den jeweils in Klammern aufgeführten Abschnitten erläutert. 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 0,5 Gestaltfaktor f Abminderungsfaktor f k Kapillaritätskennzahl k Reaktionsgeschwindigkeitskonstante l ü mm, cm Überlappungslänge n Spannungsspitzenfaktor p Pa, bar Druck p A Ncm 1 absoluter Schälwiderstand p b Ncm 1 Biegeschälwiderstand p S Ncm 1 relativer Schälwiderstand r mm, cm Radius s mm Fügeteildicke t s, min, h Zeit ü Überlappungsverhältnis v mm Verschiebung, Kriechverformung υ cm 3 g 1 spezifisches Volumen