Definition von Kleben

Herstellung einer festen Verbindung zweier Teile durch einen synthetischen Werkstoff (Klebstoff), der durch physikalisches Abbinden oder chemische Reaktionverfestigt wird (Aushärten) und die Teile infolge der Oberflächenhaftung (Adhäsion) sowie der zwischenmolekularen Kräfte (Kohäsion) miteinander verbindet.
Definition eines Klebstoffs (DIN-NORM 16920) 
Klebstoff ist ein nicht metallischer Werkstoff, der Körper durch Oberflächenhaftung und innere Festigkeit (Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann, ohne dass sich das Gefüge der Körper wesentlich ändert.

Adhäsionskräfte

Dies sind Anziehungskräfte mit geringer Reichweite (1µm), die immer an Grenzflächen von festen Stoffe auftreten. Sie treten aber meist nicht sichtbar in Erscheinung (wenn man zwei Holzstücke aneinander hält, wirken keine spürbaren Kräfte), da die meisten Oberflächen so uneben sind, so dass der Abstand der Moleküle, der zum Ausbilden dieser Kräfte nötig wäre zu groß ist (Deshalb haften zwei Holzstücke nicht aneinander). 

Man unterscheidet: 

Mechanische Adhäsion
Spezifische Adhäsion
mechanische Verankerung des Klebstoffs in Oberflächenporen vergleichbar einem Puzzle 


schwache Kräfte

Zwischenmolekulare oder chemische Bindungskräfte 


(Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen usw.).

Kohäsionskräfte

Das sind Zwischenmolekulare Kräfte, die innerhalb des Klebstoffs wirken und ihm die innere Festigkeit verleihen. Diese Kräfte werden beeinflusst durch: 
  1. Molekulargewicht (Je größer das Molekulargewicht, desto stärker sind die Kohäsionskräfte und desto höher die Klebstofffestigkeit) 
  2. Anzahl und Größe der Seitengruppen 
  3. Polarität (Je polarer der Klebstoff ist, desto höher ist die Festigkeit) 
Diese Kräfte können sich optimal ausbilden, wenn der Klebstoff dünn und gleichmäßig aufgetragen wird. Da sowohl Adhäsions- als auch Kohäsionskräfte erst während des Klebens ausgebildet werden, kann die Festigkeit der Klebung beeinflusst werden durch Werkstoffoberflächenbehandlung, Art der Klebstoffauftragung, Aushärtetemperatur, Aushärtezeit. Bei guten Klebstoffen sind die Kohäsionskräfte mindesten so groß wie die Adhäsionskräfte. Wenn sich im Laufe der Zeit die Adhäsionskräfte lösen, spricht man von einem Adhäsionsbruch, der Klebstoff löst sich von der Werkstoffoberfläche ab. 

Einteilung nach DIN 16920

Die Klebstoffe werden nach dem Zustand, aus dem die Verarbeitung erfolgt nach DIN 16920 und DIN 16921 folgendermaßen eingeteilt:

 
Klebstofftyp
Beispiele
Abbindevorgang
Leimlösungen: alle in Wasser gelösten
Zelluloseäther
Trocken
Klebstoffe
(Kleister)
Harnstoffharz
Trocken und 
Kondensation
Kalt oder Heiß
Klebedispersionen = Dispersionskleber
Kautschuke,
Trocken
Latexkleber: in Wasser dispergierte
Thermoplaste z.B.
oder emulgierte Klebstoffe
PVAc- Disp., PVAc
a) harte Kunststoffe
Copolymer, Acrylate
b) Haftkleber
Kleblacke: in organischen Lösungsmittel
Thermoplaste 
Verdunsten des
gelöste Kunststoffe
PF(im A- Zustand)
Lösungsmittels,
a) harte Kunststoffe
ggf. Kondensat
b) Haftkleber     PIB, Polyvinyläther
Trocken
Synthesekautschuke
c) Reaktionsklebelacke: sie enthalten als
PMMA in MMA,
chemische Aus--
Lösungsmittel flüssige Kunstharzvorprodukte
UP, PU, EP, Poly-
härtung ohne
Hauptsächlich Zweikomponentenkleber
äthylenimin
Druck
Einkomponentenkleber
Alpha Cyanacrylate
Härtung mit 
Spezielles PU
Luftfeuchtigkeit
Klebekitte: pastenförmige Klebstoffe
Synthesekautschuke
(mit hohem Füllstoffgehalt)
Klebstofftyp
Beispiele
Abbindevorgang
Schmelzklebstoffe(Hotmelt): feste Kleb-
Thermoplastische
Erstarren beim
stoffe auch Folien, die für die Verarbeitung
PVB ? Folien
Abkühlen
vorübergehend geschmolzen werden.
a) harte Kunststoffe
Kondensationsharze:
b) Haftkleber
PF, UF, MF- Vorkonden-
sate, Reaktionsharze: EP
Klebeplastisole: adhärierend eingestellte
gelieren in der Sonne
lösungsmittelfreie PVC-Pasten 

Übersicht über Physikalisch abbindende Klebstoffe


Anzahl der 
Komponenten
Klebstofftyp
Beispiel
Bedingungen
Abbinde-
Temperatur
Lösungsmittel
Dispersionsmittel
Anwendung
1
Schmelzklebstoff
Polyester,
EVA, PA, SB
warm
ohne
Papier, Textilien,
Leder, Kunststoffe
1
Plastisolklebstoff
PVC
+Weichmacher
und Haftvermittler
warm
ohne
Metalle,
Keramik
1
Haftklebstoff
Kautschuke,
Polyacrylate
kalt
verdunsten vor
dem Kleben
Folien, Bänder,
Etiketten
1
Kontaktklebstoff
PUR, SB, 
Polychloropen
kalt
verdunsten vor
dem Kleben
Holz, Gummi,
Kunststoffe, Metalle
1
Lösungsmittel-/
Dispersionsklebstoff
PUR, VA,- VC,-
VDC-Copolymere
warm
verdunsten vor
dem Kleben
Papier, Metalle,
Kunststoffe
1
Lösungsmittel-/
Dispersionsklebstoff
NR, PVAC, EVA,
Polyacrylate
kalt
verdunsten
beim Kleben
Papier, Keramik,
Kunststoffe, Holz
1
Leime
Glutin
warm
verdunsten
beim Kleben
Holz, Papier,
Pappe
1
Leime
Stärke, Dextrin, Casein, PVAL, PVP
Celluloseether
kalt
verdunsten
beim
Kleben
Papier,
Pappe

Systematik der Klebstoffe in Anlehnung an DIN 16 920

Übersicht über Chemisch abbindende Klebstoffe

(Reaktionsklebstoffe)


 
Kunststofftyp
Reaktions-
Bedingungen
Anzahl der
Komponenten
Abbinde-
Temperatur
Reaktions-
Produkte
Anwendung
EP
+Säureanhydride
2
warm
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
EP
+Polyamine
2
kalt
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
Polysocyanate
+Polyole
2
Kalt
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
Cyanacrylate
1
Kalt
Metalle, Keramik,
Kunststoffe, Gummi
Methacrylate
1
Kalt
Metalle
UP
+Styrol oder
Methacrylate
2
Kalt
bleiben in der
Klebeschicht
Metalle, Keramik, 
Kunststoffe
Silicon-Harze
+ Feuchtigkeit
1
Kalt
verdunsten
beim Kleben
Keramik
PF
+PVFM oder
NBR
1
Warm
Verdunsten
beim Kleben
Metalle
PJ,
Polybenzimidazole
2
Warm
verdunsten
beim Kleben
Metalle
UF-, MF-, PF-, 
RF-Harze
2
warm,
kalt
verdunsten
beim Kleben
Holz

Systematik der Klebstoffe in Anlehnung an DIN 16 920

Kurzzeichenerklärung:

EVA Ethylen-Vinylacetat
PVP Polyvinylpyrolidon
SB Polystyrol mit Elastomer auf Basis Butadien modifiziert
PA Polyamid
PUR Polyurethan
PVAC Polyvinylacetat
PVAL Polyvinylalkohol Vinyl andere Bezeichnung für Ethenyl
VA Vinylacetat
VC Vinylchlorid
VDCVinylidenchlorid

EP Epoxid
MF Melamin - Formaldehyd
PF Phenol - Formaldehyd
PJ Polyimid
PVFM Polyvinylacetate
RFResorcin - Formaldehyd - Harze
UF Harnstoff - Formaldehyd
UP Ungesättigter Polyester

Es gibt keine Alleskleber, sondern man muss immer den geeigneten Klebstoff für das jeweilige Werkstück auswählen.

Klebbarkeit der Kunststoffe

Für das Verkleben von Kunststoffen gibt es sehr viele Klebstoffe und Klebetechniken. Hierzu sei auf die Fachliteratur und das Informationsmaterial der Industrie verwiesen (siehe z.B. Klebertabelle für Thermodet der Flachglas AG). Nicht alle Kunststoffe lassen sich kleben. Dies hängt z.B. von der Molekularstruktur des Kunststoffes ab. Zum Beispiel lassen viele Polyolefine sich nicht oder nur schlecht kleben. Diese Tabelle gibt einen Überblick darüber, wofür verschiedene Kunststoffe verwendet werden und welche Möglichkeit besteht, sie zu verkleben.

Klebbarkeit der Kunststoffe

Material
Anwendungsgebiete
Verklebbarkeit
ABS
Telefone, Kofferschalen, Karosserieteile
Sehr gut mit lösungsmittelhaltigen Klebstoffen
Melaminharz
Dekorative Oberflächenwerk -stoffe für Tische und Fronten
Gut mit Zwei- oder Mehrkomponenten Klebstoffen
Polyamid
Zahnräder, Benzinleitungen, Propeller, Schrauben
mäßig bis schlecht, evtl. Zwei- oder Mehrkomponenten Klebstoffe
Polycarbonat
Kameragehäuse, Blinker, Rückleuchten, Schutzhelme
Gut mit lösungsmittelhaltigen Klebstoffen
Polyethylen
Eimer, Schüsseln, Folien
Nicht möglich
Polypropylen
Meßbecher, Wäscheklammern, Tragetaschen
Nicht möglich
Polystyrol
Gehäuse für Radio und Fernsehgeräte, Spielwaren, Kleinmöbel
Sehr gut, mit lösungsmittelhaltigen Klebstoffen
Polyurethan
Rollschuhrollen, Sportplatzbeläge
Nicht möglich
PVC (hart)
Fenster, Rolladen, Rohre
Sehr gut mit lösungsmittelhaltigen Kleblacken
PVC (weich)
Schuhe, Schuhsohlen, Bälle, Planen, Kunstleder, Spieltiere
Sehr gut mit lösungsmittelhaltigen Kleblacken
Quellen:
Daniela Degenkolb
Didaktik der Chemie; Universität Bayreuth

http://www.uni-bayreuth.de

Tobias Hanhart
  http://www.tobias-hanhart.de

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