Durchsichtige Werkstoffe dauerhaft und funktional miteinander verbinden

Kleben als Verbindungstechnik gewinnt zunehmend an Bedeutung. Kunststoffverarbeiter, Konstrukteure und Techniker bedienen sich verstärkt dieser Methode, die es generell ermöglicht, Werkstoffe dauerhaft miteinander zu verbinden.
Aufgrund der Vielzahl von unterschiedlichsten Materialien finden dementsprechend auch diverse Klebstoffsysteme Verwendung. Im Vordergrund stehen bei der Entwicklung von Klebstoffen generell die Verbesserung der Klebeeigenschaften sowie die Optimierung gewünschter physikalischer Charakteristika. Weniger Bedeutung wird dabei der Farbigkeit beigemessen, da der Klebstoff, respektive die Klebung, meist nicht sichtbar sind.
Durch die zunehmende Verarbeitung von transparenten Werkstoffen, wie beispielsweise Plexiglas® (Polymethylmethacrylat, kurz: PMMA), Makrolon® (Polycarbonat, kurz: PC), Polyester (vgl. PETG) , SAN (Styrol-Acrylnitril) und multifunktionellen Kunststoffen, wie PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), steigen aber auch die optischen Ansprüche an die Klebstoffe.

Für die transparente Klebung bestimmter Kombinationen aus den genannten Werkstoffen eignen sich u.a. sogenannte Kaltschweißmittel (technicoll® 108, technicoll® 118), Diffusionsklebstoffe (Klebelacke wie technicoll® 8002, technicoll® 8008, technicoll® 9111), Kontaktklebstoffe (technicoll® 8044, technicoll® 9110) sowie 2-Komponenten-Klebstoffe (technicoll® 9430-1, technicoll® 9410-1).

Abstimmen auf die zu klebende Oberfläche

Ausschlaggebend für die Qualität und Langlebigkeit einer Klebung sind vor allem die Art der Werkstoffe, die Geometrie der zu verbindenden Oberflächen und nicht zuletzt der Klebstoff selber.
Um eine möglichst ideale Benetzung der Oberflächen mit  Klebstoff zu garantieren, müssen die Eigenschaften des Klebstoffes, wie Zusammensetzung und Viskosität, auf die zu klebende Oberfläche hin abgestimmt werden. Beispielsweise fordern passgenaue Fügeteile, bei denen kleine Flächen miteinander verbunden werden, andere Ansprüche an den Klebstoff als bei Flächenkaschierungen notwendig sind. Kriterien, wie die Beständigkeit gegenüber mechanischen Belastungen bei verschiedenen Temperaturen, sich ändernden Witterungseinflüssen oder auch beim Kontakt mit Lösemitteln, sind für die Klebstoffauswahl ausschlaggebend. Soll der Klebstoff dann auch noch hochtransparent sein, kann es unter Umständen schwierig werden, den adäquaten Klebstoff zu finden. Aufgrund stetiger Entwicklung und ständiger Verbesserung bestehender Klebstoffrezepturen ergeben sich wachsende Anwendungsgebiete, in denen immer wieder neue Anforderungen an potentiell geeignete Klebstoffe gestellt werden.

Die Vielfalt der Gestaltungsmöglichkeiten von transparentem PC und PMMA sind gerade bei Kunststoffverarbeitern sehr beliebt. Für Konstruktionen, bei denen die Klebefuge nicht sichtbar ist, stehen einige bewährte, aber nicht transparente Klebstoffe zur Verfügung. In der Regel werden Stoß- und Gehrungsklebungen im sichtbaren Bereich mit dem 2-Komponenten-Klebstoff auf Polyurethanbasis technicoll® 9430-1 ausgeführt.

Dieser glasklar aushärtende 2-Komponenten-Klebstoff bietet neben der sehr guten Klebkraft zudem eine Verarbeitung mit geringen Taktzeiten. Angeboten wird das Produkt in Doppelkammerkartuschen (50 ml) mit geeigneter Auspresspistole und statischen Mischrohren. Da bei Stoß- und Gehrungsklebungen die zur Verfügung stehende Klebfläche konstruktionsbedingt meistens kleiner ausfällt als optimal wäre, ist bei Polycarbonat ein Einsatz eines speziell abgestimmten Primers (technicoll® 9608) zu empfehlen. Eine so vorbehandelte Klebefläche hat eine verbesserte Festigkeit der Klebung zur Folge. technicoll® 9430-1 ist ein speziell entwickelter Klebstoff, der eine sehr feste, aber keine sprödharte Fuge ausbildet. Insbesondere bei Konstruktionen deren geklebte Werkstoffe gewissen Vibrationen und Schlagbelastungen ausgesetzt sind, z.B. Maschinenschutzhauben aus PC u.a., kommt diese Fugeneigenschaft besonders positiv zum Tragen. Mit dem genannten 2-Komponenten-Klebsystem kann natürlich auch Polycarbonat oder PMMA mit anderen thermoplastischen Kunststoffen, Metallen (blank und/oder beschichtet) und diversen Verbundwerkstoffen (GFK, CFK, SMC) geklebt werden.

Klebstoffauftrag von technicoll 9430-1
Gehrungsklebung von Polycarbonat

Kaltschweißen von Polycarbonat

T-Klebung von Polycarbonat

Polycarbonat als Plattenware ist ein sehr beliebter Werkstoff, insbesondere im Vitrinen- Laden- und Messebau sowie als Gehäuse für Leuchtreklame. Über Jahrzehnte hat sich für kleinflächige und passgenaue (T-)Klebungen die folgende Methode des sogenannten Kaltschweißens bewährt.
Nachdem in eine Plattenfläche eine Nut gefräst wurde, trägt man das Kaltschweißmittel (Lösemittel) auf und fügt anschließend die zweite Platte in die Nut ein. Da hier so gut wie keine Spaltfugen zu überbrücken sind, bieten sich die niedrigviskosen (dünnflüssigen) Klebsysteme technicoll® 108 und technicoll® 118 an.
Die Lösemittel können ebenfalls mittels feiner Kanüle in die minimal ausgeprägte Fuge injiziert werden (siehe Abbildung 5). Die genannten Produkte lösen dabei den Kunststoff beider Kontaktflächen an. Nachdem das Lösemittel nahezu rückstandsfrei verdunstet ist, erhält man so ein kaltverschweißtes Werkstück aus PC. Geringe Fugenspalten lassen sich hier mit einem einfachen Trick preiswert füllen. Dazu werden PC-Späne in technicoll® 108 bzw. technicoll® 118 gelöst und wie oben geschildert aufgetragen. 

Abschließend sei erwähnt, dass solche Klebungen nur bei passgenauen Oberflächen durchzuführen sind. Bei Anwendungen, die die oben genannten Voraussetzungen nicht erfüllen, sollte eher auf fugenfüllende, lösemittelfreie 2-Komponenten-Klebstoffe, die keine (leicht) flüchtigen Bestandteile beinhalten, zurückgegriffen werden. Zusätzlich erhöhen  Klebefugen, die mittels Kehlnaht verstärkt werden, die Stabilität von Klebungen, sofern konstruktiv umsetzbar.

Kleinformatige thermoplastische Kunststoffteile wie beispielsweise aus Plexiglas®/PMMA, PVC-hart, PS, SAN, ABS werden u.a. im Spritzgussverfahren hergestellt. Die Verbindung unterschiedlicher, teils farbiger oder auch durchsichtiger passgenauer Kunststoffe, verlangt oft transparente Klebefugen, um den optischen Ansprüchen gerecht zu werden. Als Mittel der Wahl haben sich farblose und transparente Klebstoffe wie technicoll® 8002, technicoll® 8008, technicoll® 9111 erwiesen, die sich aus verschiedenen Lösemitteln und speziellen Polymeren zusammensetzen. Das Lösemittelgemisch bewirkt ein Anlösen der Fügeteile und ermöglicht gleichzeitig eine gute Benetzung der Oberflächen.
Während das Lösemittel verdampft, härtet der Klebstoff aus. In der sehr gering dimensionierten Klebefuge bleibt ein Feststoff zurück, der in seinen Eigenschaften den Kunststoffen ähnelt, für deren Verbindung er verantwortlich ist.
Für großflächige Klebungen hingegen sind diese sogenannten Klebelacke weniger gut geeignet, da die Verarbeitungszeit beschränkt ist. Der vergleichsweise schnelle Verdunstungsprozess des Lösemittels hat zur Folge, dass bei einem flächigen Auftrag ein gleichzeitiges und gleichmäßiges Einwirken der Klebstofflösung auf die gesamten Flächen der Fügeteile nicht gewährleistet ist und so Fehlklebungen zustande kommen können.

Transluzente Kunststoffe dauerhaft verbinden

Beispiele von geklebten transparenten Kunststoffen

Selbstverständlich lassen sich mit den vorgestellten Klebsystemen auch transluzente  Kunststoffe dauerhaft verbinden, bei  denen ein gefärbter Klebstofffilm negativ auffallen würde.  Im Zuge der Kunststoffverarbeitung werden häufig matte Kunststofffolien, -planen  und -platten zur flächigen Kaschierung von Werkstoffen, wie beispielsweise von Hölzern, Spanplatten, metallischen Unterkonstruktionen, u.v.m. eingesetzt. Auch dekorative Textilien werden auf diverse andere Untergründe kaschiert.
Für derartige Einsatzbereiche haben sich bislang Kontaktklebstoffe wie technicoll® 8044 bewährt. Dieser lösemittelhaltige Klebstoff bildet eine farblose Klebschicht aus. Durch das Kontaktklebeverfahren können auch große Flächen verbunden werden. Die Affinität solcher Klebstoffe auf Polyurethanbasis zu thermoplastischen Kunststoffen und lackierten Flächen machen diese Produkte sehr beliebt. Die Zugabe eines Vernetzers ermöglicht Klebungen mit deutlich höherer Wärme-, Alterungs-, Feuchtigkeits- und Weichmacherbeständigkeit (vgl. PVC-weich). Besonders im dekorativen Sektor, mit seiner Vielzahl an lichtdurchlässigen Materialien, findet technicoll® 8044 als Klebstoff sowohl bei harten als auch elastischen Werkstoffen vielfältige Verwendung.

Besondere Herausforderung: Chemikalienbeständige Kunststoffe

Eine besondere Herausforderung stellt die Klebung von Kunststoffen wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) dar. Polyolefine (vgl. PE, PP) zeichnen sich generell durch ihre hohe Lösemittel-, Chemikalien- und Alterungsbeständigkeit aus. Diese Eigenschaften erschweren allerdings auch die Realisierung einer dauerhaft hochwertigen Verbindung einzelner Fügeteile. Durch die niedrigen Oberflächenenergien ist die Voraussetzung für eine gute Klebung, nämlich eine ausreichende Benetzung der Oberflächen mit Klebstoff, denkbar schlecht.
Vorbehandlungen, die eine Erhöhung der Oberflächenenergien zur Folge haben, mittels Corona, Plasma, u.a. lassen sich meistens aus wirtschaftlichen Gründen nur bei industriellen Massenfertigungen verwirklichen, nicht aber bei Kleinfertigungen oder im handwerklichen Betrieb. Seit geraumer Zeit stehen für die genannten problematischen Kunststoffe brauchbare Klebstoffe zur Verfügung, die ohne aufwendige Vorbehandlung verwendet werden können.
Hier allerdings müssen Kompromisse in Bezug auf Farbe und optische Ansprüche gemacht werden.
Die Farbe des 2-Komponenten-Klebstoffes  technicoll® 9410-1 auf Acrylat-Basis reicht je nach Klebstofffilmdicke von transluzent bis milchig-trüb. technicoll® 9410-1 ist fugenfüllend und lässt sich auch bei Klebungen von unterschiedlichsten Materialkombinationen einsetzen, insbesondere aber für PE und PP. Da dieser Klebstoff in einer Doppelkammerkartusche mit statischem Mischrohr angeboten wird, ermöglicht dies eine saubere und exakte Verarbeitung. Die relativ kurze Verarbeitungszeit begrenzt jedoch den Einsatz auf kleinere Flächen oder kurze Kleberaupen. Die gute Wärme-, Alterungs- und Feuchtigkeitsbeständigkeit erlaubt eine Verarbeitung in vielen technischen Bereichen. Die häufig praktizierte Anwendung, PE-Plattenware auf Untergründe wie Holz, Metalle u.a. flächig zu kaschieren, oft auch an senkrechten Flächen, sollte mit Hilfe eines sogenannten Kontaktklebstoffes erfolgen. Die speziell entwickelte Type technicoll® 9110, welche sowohl mittels Rolle oder Pinsel aufgetragen als auch gesprüht werden kann, erreicht hier gute Festigkeitswerte.

Dieser Bericht ist auch in der Ausgabe 1/2015 der Zeitschrift TH Technischer Handel vom VINCENTZ-Verlag erschienen. Den Artikel finden Sie hier.

Produkte im Fokus

 

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