Bindungsängste?

Bis Mitte des letzten Jahrhunderts wurde es großteils nur auf dem Holz-, Papier- und Textilsektor verwendet, doch seit diesem Zeitpunkt führte die rasche Entwicklung der Kunstharze zum Einsatz in vielen Bereichen. Heutzutage findet man Klebverfahren in praktisch allen Industriezweigen vor.
Egal ob im Flugzeug- oder Fahrzeugbau, in der Elektronik oder der Medizin – Kleben ist mittlerweile neben Nieten, Schrauben, Schweißen und Löten eine der am weitesten verbreiteten Verbindungstechniken. Früher undenkbare Verbindungen – wie das Kleben von verölten Blechen – sind in der Automobilindustrie heutzutage gang und gäbe. Natürlich ist dabei eine genaue Abstimmung von Öl und Klebstoff erforderlich. Dabei versteht man nach DIN EN 923 unter einem Klebstoff einen „nichtmetallischen Stoff, der Fügeteile durch Flächenhaftung und innere Festigkeit (Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann.“

Doch ein Klebstoff bietet mehr als nur das Fügen von verschiedenen Teilen. Neben Korrosionsschutz und Vibrationsdämpfung kann auch die elektrische Leitfähigkeit und das Abdichten gegenüber Gasen oder Flüssigkeiten gewährleistet werden. Eine genaue Planung der Produktionsschritte ist Voraussetzung für den richtigen Einsatz von Klebverfahren. Ebenso geht dem eigentlichen Fügen oftmals eine Vorbehandlung der Oberfläche voraus. Dabei wird die WerkstoffoberÂfläche gereinigt und aktiviert oder modifiziert, um eine gute Haftung und idealen Korrosionsschutz zu garantieren.

Einteilung von Klebstoffen

Es gibt viele Möglichkeiten, Klebstoffe in verschiedene Kategorien zu gliedern, etwa nach dem thermischen Verhalten oder dem Verarbeitungsmechanismus. Man kann sie aber auch aufgrund ihrer chemischen Basis und dem Abbindemechanismus unterteilen. Dabei versteht man unter Letzerem die Verfestigung der Klebschicht. Diese kann chemisch oder physikalisch erfolgen. Eine Vielzahl der Klebstoffe stellt organische Klebstoffe auf künstlicher Basis dar.

Daneben gibt es auch Klebstoffe auf anorganischer Basis. Silikone haben organische und anorganische Merkmale. Einkomponenten-Klebstoffe enthalten alle Bestandteile, die zur Aushärtung notwendig sind. Hingegen wird bei Zweikomponenten-Klebstoffen die härtende Komponente erst kurz vor der Verarbeitung hinzugegeben.

Kleben metallischer Werkstoffe

Die dabei verwendeten Klebstoffe sind vor allem Kunstharze (Duromere), Kunstharzmischungen und Kunstkautschuk – sie können kalt- oder warmaushärtend, chemisch oder physikalisch abbindend sein. Auf die richtige Vorbehandlung der Oberfläche ist besonders Wert zu legen. Die wohl bekanntesten Metalle im Bereich des Klebens sind Stahl und Aluminium.
Auch das Verhalten der Klebschicht in Bezug auf Feuchtigkeit ist für die Korrosionsbeständigkeit der Klebverbindung sehr wichtig. Bei der Berechnung der Klebung eines kaltgewalzten Stahlblechs (Anwendung vor allem im Karosseriebau) muss dessen Festigkeit berücksichtigt werden. Das Verkleben verschiedener Metalle miteinander wird mittlerweile in praktisch allen Industriezweigen benutzt. Dabei sollte auf drei bestimmte Werkstoffeigenschaften ein besonderes Augenmerk gelegt werden.
So erhöht sich etwa die Klebfestigkeit mit steigender Werkstofffestigkeit und wird durch das Material mit der geringeren Festigkeit bestimmt.
Die Wärmeausdehnung nimmt vor allem bei warmaushärtenden Klebstoffen und wärmebelasteten Produkten einen wichtigen Platz ein. Weisen etwa zwei Werkstoffe unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, kommt es bei hohen oder niedrigen Temperaturen zu inneren Spannungen. Der Einsatz von elastischen Klebstoffen vermindert diesen Effekt. Bei einer chemischen Oberflächenbehandlung hat das chemische Verhalten des Materials Auswirkungen auf die Morphologie und Zusammensetzung der entstehenden Oberflächenschicht.

Kombiniertes Fügen

Darunter versteht man das Zusammenspiel von Kleben und anderen Fügetechniken. Im Moment wird am FraunÂhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen an solchen Lösungen u. a. für die Flugzeugindustrie gearbeitet. Nietlöcher stellen gerade bei kohlenstoffverstärkten Kunststoffen (CFK) einen Schwachpunkt bezüglich Kraftfluss und Belastbarkeit des Materials dar. Dr. Oliver Klapp vom IFAM zu diesem Problem: „Noch ist man in der Luftfahrtindustrie noch nicht so weit, ausschließlich auf geklebte Bauteile und -gruppen zu vertrauen. Das Nieten ist zwar in den kommenden Jahren nicht aus dem Flugzeugbau wegzudenken, doch ohne strukturelles Kleben von Primärstrukturen – wie Rumpf, Flügel oder Leitwerke – wird die Luftfahrt bald nicht mehr auskommen.“

Zukunft

Ein Gegenstand der aktuellen Forschung sind die proteinbasierten Klebstoffe. Es werden in der Natur vorkommende Klebsysteme – wie Muscheln oder Seepocken – auf ihre Eigenschaften hin untersucht, da diese bis jetzt noch von keinem synthetischen Klebstoff erreicht werden konnten. Proteine bewirken aber nicht nur ein Haften an der Oberfläche, sondern ebenso den Halt der Zellen untereinander. Auch das Lösen von Klebverbindungen innerhalb weniger Sekunden ist ein Thema. Nach dem Kleben unter Wasser und schnell wiederlösbaren Verbindungen, ist auch der Einsatz in der Medizin zum Kleben von Wunden möglich.

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