Habenicht Kleben

Grundlagen, Technologien, Anwendungen
5., erweiterte und aktualisierte Auflage 2006
ISBN: 978-3-540-31223-9
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 1101 Seiten

Reihe: Computer Science and Engineering (German Language)

Dieses umfassende und wichtige Referenzwerk wurde sorgfältig neu bearbeitet. Kleben ist in vielen Fällen die technisch oder wirtschaftlich bessere Variante der Verbindungstechnik. Der aktuelle Stand der Technologie liegt in diesem bewährten Handbuch aktualisiert und ergänzt vor: Klebstoffe und Klebungen, die Berechnung und konstruktive Gestaltung metallischer und nichtmetallischer Fügeteile sowie die Prüfung und Qualitätssicherung von Klebstoffen und Klebungen. Das Buch unterstützt alle Klebstoffanwender und -hersteller in ihrem Bemühen, die Potenziale dieser Technik optimal zu nutzen. Der Inhalt wurde vollständig aktualisiert und wo erforderlich erneuert. Komplett neu bearbeitet wurden Bezüge zu Normen für Anwendungen im Fahrzeugbau, die Entwicklung bei Klebebändern (einschließlich der Post-it-Systeme), elektrisch leitfähige Klebstoffe, anisotrope Klebstoffe, Cyanacrylate mit neuen Eigenschaften, kationisch härtbare Klebstoffe, aerobe Klebstoffe, MS-Polimere, Nano-Klebstoffe und Nano-Technologie beim Kleben, Dichtstoffe, die Ausführungen zur Finite Elemente-Berechnung, die Oberflächenbehandlung (Laser, Plasma), die Klebstoffverarbeitung und deren Automatisierung und die Prüfverfahren. Neu aufgenommen wurde ein Kapitel über Klebestifte.

Univ.-Professor (em.) Dr. rer. nat. Gerd Habenicht Nach dem Studium der Chemie an der Technischen Universität Braunschweig 16 Jahre Industrietätigkeit im Bereich Forschung und Entwicklung sowie Fertigungstechnik. 1976 Berufung auf den Lehrstuhl für Fügetechnik in der Fakultät Maschinenwesen der Technischen Universität München. Forschungsschwerpunkte neben den Bereichen Schweißen und Löten, insbesondere auf dem Gebiet des Klebens. Die interdisziplinären praktischen Industrieerfahrungen aus Chemie und Fertigung bildeten einen sachdienlichen Grundstock für erfolgreiche Industriekooperationen sowie fachbezogene Veröffentlichungen. Nach erfolgter Emeritierung 1998 weiterhin als Fachbuchautor, Berater, Gutachter sowie Kongress- und Seminarreferent tätig.

Autoren/Hrsg.

Habenicht, Gerd

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort zur 5. Auflage;5
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen;25
3.1;Abkürzungen;28
4;Einleitung;31
5;1 Einteilung und Aufbau der Klebstoffe;33
5.1;1.1 Begriffe und Definitionen;33
5.2;1.2 Einteilung der Klebstoffe;34
5.3;1.3 Aufbau der Klebstoffe;37
6;2 Klebstoffgrundstoffe;45
6.1;2.1 Polymerisationsklebstoffe;45
6.2;2.2 Polyadditionsklebstoffe;103
6.3;2.3 Polykondensationsklebstoffe;137
6.4;2.4 Zusammenfassende Darstellung der Polyreaktionen;168
6.5;2.5 Klebstoffe auf natürlicher Basis;171
6.6;2.6 Klebstoffe auf anorganischer Basis;177
6.7;2.7 Klebstoffzusätze und haftvermittelnde Substanzen;181
7;3 Klebstoffarten;199
7.1;3.1 Reaktionsklebstoffe;199
7.2;3.2 Lösungsmittelklebstoffe;214
7.3;3.3 Kontaktklebstoffe;219
7.4;3.4 Haftklebstoffe;221
7.5;3.5 Dispersionsklebstoffe;231
7.6;3.6 Schmelzklebstoffe;236
7.7;3.7 Heißsiegelklebstoffe;245
7.8;3.8 Kaschier-, Laminierklebstoffe;247
7.9;3.9 Wärmebeständige Klebstoffe;248
7.10;3.10 Klebstoffe für Anwendungen bei tiefen Temperaturen;253
7.11;3.11 Leitfähige Klebstoffe;253
7.12;3.12 Klebstoffe mit Nano- Füllstoffen;265
7.13;3.13 Mikroverkapselte Klebstoffe;268
7.14;3.14 Plastisole;270
7.15;3.15 Klebstofffolien;272
7.16;3.16 Klebebänder;274
7.17;3.17 Klebestreifen;280
7.18;3.18 Klebestifte;281
7.19;3.19 Dichtstoffe;282
7.20;3.20 Gießharze;288
7.21;3.21 Polymermörtel;290
7.22;3.22 Strukturkitte und Spachtelmassen;290
7.23;3.23 Chemische Befestigungstechnik;291
8;4 Eigenschaften der Klebschichten;293
8.1;4.1 Allgemeine Betrachtungen;293
8.2;4.2 Schubmodul;294
8.3;4.3 Das Schubspannungs- Gleitungs- Verhalten;296
8.4;4.4 Die thermomechanischen Eigenschaften;301
8.5;4.5 Elastizitätsmodul;310
8.6;4.6 Kriechen;314
8.7;4.7 Kristallinität;321
8.8;4.8 Klebschichtinhomogenitäten;322
8.9;4.9 Klebschichtmorphologie und strukturabhängiges mechanisches Verhalten;323
9;5 Klebtechnische Eigenschaften der Fügeteilwerkstoffe;325
9.1;5.1 Oberflächeneigenschaften;325
9.2;5.2 Werkstoffeigenschaften;339
10;6 Bindungskräfte in Klebungen;345
10.1;6.1 Die Natur der Bindungskräfte;346
10.2;6.2 Adhäsion;354
10.3;6.3 Kohäsion;363
10.4;6.4 Benetzung von Oberflächen durch Klebstoffe;365
11;7 Eigenschaften von Klebungen;383
11.1;7.1 Vorteile und Nachteile von Klebungen;383
11.2;7.2 Eigenspannungen in Klebungen;391
11.3;7.3 Bruchverhalten von Klebungen;402
11.4;7.4 Verhalten von Klebungen bei Beanspruchungen durch mechanische Belastungen und Umgebungseinflüsse;408
12;8 Festigkeiten von Metallklebungen;433
12.1;8.1 Allgemeine Betrachtungen;433
12.2;8.2 Einflussgrößen auf die Festigkeit von Metallklebungen;434
12.3;8.3 Spannungen in Metallklebungen mit dünnen, verformungsarmen Klebschichten;436
12.4;8.4 Einfluss der geometrischen Gestaltung der Klebfuge auf die Klebfestigkeit einschnittig überlappter Klebungen;461
12.5;8.5 Berechnung der Spannungsverteilung in einschnittig überlappten Klebungen;479
12.6;8.6 Festigkeit bei statischer Langzeitbeanspruchung;491
12.7;8.7 Festigkeit bei dynamischer Langzeitbeanspruchung;494
12.8;8.8 Festigkeit bei schlagartiger Beanspruchung;499
12.9;8.9 Festigkeit bei Crash-( hochdynamischer) Beanspruchung;501
12.10;8.10 Elastisches Kleben;502
12.11;8.11 Erhöhung der Festigkeit durch Kombinationsklebungen;508
12.12;8.12 Abschließende Bemerkungen zum Festigkeitsverhalten von Metallklebungen;510
13;9 Berechnung von Metallklebungen;513
13.1;9.1 Allgemeine Betrachtungen;513
13.2;9.2 Berechnungsansätze;514
14;10 Kleben runder Klebfugengeometrien;535
14.1;10.1 Kleben rohrförmiger Fügeteile;536
14.2;10.2 Kleben von Welle- Nabe- Verbindungen;539
14.3;10.3 Klebschrumpfen;551
14.4;10.4 Kegelpressverbindungen;557
15;11 Konstruktive Gestaltung von Klebungen;559
15.1;11.1 Vorhandensein ausreichender Klebflächen;559
15.2;11.2 Vermeidung von Spannungsspitzen;563
16;12 Technologie des Klebens;569
16.1;12.1 Allgemeine Betrachtungen;569
16.2;12.2 Oberflächenbehandlung der Fügeteile;572
16.3;12.3 Klebstoffverarbeitung;588
16.4;12.4 Herstellung von Klebungen;618
16.5;12.5 Sicherheits- und Umweltschutzmaßnahmen bei der Verarbeitung von Klebstoffen;630
16.6;12.6 Klassifizierung wichtiger Klebstoffarten nach arbeitsphysiologischen und verarbeitungstechnologischen Gesichtspunkten;636
16.7;12.7 Kombinierte ( Hybrid-) Fügeverfahren;636
16.8;12.8 Kleben beölter Bleche;647
16.9;12.9 Kleben in feuchter Atmosphäre ( Unterwasserkleben);649
16.10;12.10 Demontage von Klebungen („ Entkleben );650
17;13 Kleben metallischer Werkstoffe;655
17.1;13.1 Allgemeine Betrachtungen;655
17.2;13.2 Klebbarkeit wichtiger Metalle;656
17.3;13.3 Kleben von Metallkombinationen;670
17.4;13.4 Kleben von Blechen mit organischen und anorganischen Beschichtungen;672
18;14 Kleben der Kunststoffe und weiterer nichtmetallischer Werkstoffe;675
18.1;14.1 Kleben der Kunststoffe;675
18.2;14.2 Kleben von Glas;740
18.3;14.3 Kleben von Keramik;749
18.4;14.4 Kleben von Gummi;750
18.5;14.5 Kleben von Holz;759
18.6;14.6 Kleben poröser Werkstoffe;766
19;15 Industrielle Anwendungen des Klebens;769
19.1;15.1 Allgemeine Betrachtungen;769
19.2;15.2 Kleben in der Luft- und Raumfahrt;769
19.3;15.3 Kleben im Fahrzeugbau;775
19.4;15.4 Kleben im Maschinenbau;784
19.5;15.5 Kleben in der Elektronik;786
19.6;15.6 Kleben in der Papierverarbeitung;792
19.7;15.7 Kleben in der Verpackungsindustrie;795
19.8;15.8 Kleben in der Schuh- und Lederindustrie;796
19.9;15.9 Kleben und Dichten in der Bauindustrie;797
19.10;15.10 Kleben in der Medizin;798
19.11;15.11 Anwendungen des Klebens bei Reparaturen;802
19.12;15.12 Literatur zu weiteren Anwendungen;806
20;16 Prüfung und Qualitätssicherung von Klebstoffen und Klebungen;807
20.1;16.1 Allgemeine Betrachtungen;807
20.2;16.2 Zerstörende Prüfverfahren;810
20.3;16.3 Zerstörungsfreie Prüfverfahren;831
20.4;16.4 Prüfung von Polymereigenschaften und Härtungsreaktionen;837
21;17 Anhang;851
21.1;17.1 Verzeichnis von Normen, Standards, Richtlinien und Merkblättern zum Kleben und zu verwandten Gebieten;851
21.2;17.2 Verzeichnis ausgewählter ASTM- Methoden für die Prüfung von Klebstoffen und Klebungen;864
21.3;17.3 Kurzzeichen für Klebstoffgrundstoffe und Kunststoffe;867
21.4;17.4 Ausgewählte Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Einheiten und SI- Einheiten für klebtechnische Berechnungen;870
21.5;17.5 Ausgewählte deutsch- englische und englisch- deutsche Begriffe aus dem Gebiet des Klebens;871
22;18 Literatur;893
22.1;Veröffentlichungen aus nationalen und internationalen Fachzeitschriften;893
22.2;Bücher aus dem deutschen Sprachraum;1051
22.3;Bücher aus dem angelsächsischen Sprachraum;1052
23;Sachverzeichnis;1055

Leseproben

4 Eigenschaften der Klebschichten (S.263)

4.1 Allgemeine Betrachtungen
Während des Abbindeprozesses entstehen aus den Klebstoffen die Klebschichten, die in ihren Eigenschaftsmerkmalen den Kunststoffen zuzuordnen sind. Wegen der vorhandenen Wechselwirkungen lassen sich die Eigenschaften der Klebschichten nur zum Teil losgelöst von den Eigenschaften der Fügeteile betrachten, sie können für sich allein demnach das Verhalten der Klebungen nur unvollkommen beschreiben.

Erst die Kombination von Klebschicht und Fügeteiloberfläche ergibt die entsprechenden Haftungskräfte und somit einen wesentlichen Teil der Gesamteigenschaften, die für die Festigkeit einer Klebung von entscheidendem Ein.uss sind. Dennoch gibt es Eigenschaftsmerkmale, die die einzelnen Klebstoffe in ihrer zur Klebschicht ausgehärteten Form unterscheiden. Als vorwiegend klebschichtspeziffische Faktoren sind in diesem Zusammenhang der Schubmodul, das Schubspannungs-Gleitungs-Verhalten, der Elastizitätsmodul, das Kriechverhalten, die Kristallinität und die Klebschichthomogenität zu sehen.

Aus diesen Faktoren ergibt sich dann das von Klebstoff zu Klebstoff unterschiedliche mechanische, physikalische und chemische Verhalten. Die besonderen Anforderungen an Klebschichten bestehen darin, die über die Fügeteile einwirkenden Kräfte zu übertragen. Dabei kommt dem Abbau bzw. der Reduzierung ggf. auftretender Spannungsspitzen eine besondere Bedeutung zu. Je mehr eine Klebschicht diese Spannungsspitzen durch elastische und/oder plastische Verformungen auszugleichen vermag, desto größer wird der Anteil der lastübertragenden Klebfläche und um so höher ist bei einer möglichst großen inneren Festigkeit (Kohäsionsfestigkeit) die Festigkeit der Klebung.

So gewinnt das deformationsmechanische Verhalten der Klebschichtpolymere für die Festigkeitsbetrachtungen besonderes Gewicht. Diese Aussage wird ergänzt durch die große Bedeutung von Klebungen mit „dicken, elastischen" Klebschichten, wie sie vorzugsweise im Fahrzeugbau eingesetzt werden (Abschn. 15.3).

Die Grundlagen für die konstruktive Auslegung und Berechnung von Klebungen, nach der diese weitgehend gestaltet werden, beruhen im Wesentlichen auf den Arbeiten zum Einsatz des Klebens im Flugzeugbau (Abschn. 15.2). Hierbei standen und stehen möglichst hohe Klebfestigkeiten (Abschn. 8.3.3.4) im Vordergrund. Diese wiederum lassen sich

– im Kurzzeitversuch nach DIN EN 1465 gemessen – mit „dünnen" (0,05– 0,2 mm) Klebschichten und stark vernetzten, also „verformungsarmen", Klebschichtpolymeren vorteilhaft erreichen. Somit bestand die Aufgabe, Konstruktionsrichtlinien und Berechnungsverfahren auch für elastische und dicke Klebschichten (bis zu 5 mm) in gleicher Weise systematisch zu erarbeiten.

Wegen der großen Bedeutung dieser Thematik werden die wichtigsten Grundlagen hierzu in Abschnitt 8.10 separat behandelt. Da die Eigenschaften der Klebschichten maßgebend von den Härtungsparametern Temperatur, Zeit und Druck bestimmt werden, sind werkstoffspeziffische Kennwerte, die als Berechnungsgrundlage dienen können, nur durch systematische Untersuchungen zu erhalten.

Allgemein ist festzustellen, dass die Duromere aufgrund ihres Vernetzungszustands höhere Klebschichtfestigkeiten aufweisen als die Thermoplaste, bei letzteren kommt noch die Kriechneigung (Abschn. 4.6) hinzu. Die optimalen Eigenschaftskriterien für Klebschichten lassen sich somit wie folgt deffinieren:

Ausbildung fester und alterungsbeständiger Haftungskräfte zu den Fügeteilober Flächen (zu erreichen u.a. durch Einbau polarer Gruppen in das Makromolekül);

hohe Kohäsionsfestigkeit bei gleichzeitigem Vorhandensein eines begrenzten Verformungsvermögens als Voraussetzung für den Abbau von Spannungsspitzen in der Klebfuge (zu erreichen u.a. durch „innere Weichmachung" hochvernetzter Makromoleküle, Abschn. 4.4.3);