Gerd Habenicht

Kleben: Grundlagen, Technologien, Anwendungen

Gerd Habenicht

Kleben

Mit 255 Abbildungen und 37 Tabellen

5., erweiterte und aktualisierte Auflage

Grundlagen, Technologien, Anwendungen

2 3

Dr. rer. nat. Gerd HabenichtUniversitätsprofessor (emer.),Lehrstuhl für Fügetechnikder Technischen Universität MünchenSeestraße 3382237 Wörthsee/Steinebach

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ISBN 10 3-540-26273-3 Springer Berlin Heidelberg New YorkISBN 13 978-3-540-26273-2 Springer Berlin Heidelberg New York

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Vorwort zur 5. Auflage

Mit der Herausgabe der vorliegenden 5. vollständig neu bearbeiteten und er-gänzten Auflage sind seit der Erstauflage im Jahre 1986 zwanzig Jahre vergan-gen. Ein Zeitraum, der dem Fertigungssystem Kleben in Grundlagen, Techno-logien und Anwendungen außerordentliche und zum Teil auch spektakuläreFortschritte gebracht hat. Während dieser Entwicklungen haben die bisheri-gen Auflagen für die Wissensvermittlung in den verschiedenen Bereichen derKlebtechnik beitragen können und sind von der Fachwelt sehr wohlwollendaufgenommen worden. Dieser Sachverhalt war für Verlag und Autor Anlass,wiederum eine dem aktuellen Wissensstand entsprechende Auflage heraus-zugeben.

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 ausbefreundeten Instituten und wissenschaftlichen Einrichtungen als wertvolleHilfe, 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. RudolfHinterwaldner, 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 einge-schränkt veröffentlicht werden. Patentschriften bieten außerdem in vorteil-hafter Weise Einblicke in entwicklungsgeschichtliche Hintergründe, aktuelleEntwicklungstrends sowie in das Basiswissen für Neuentwicklungen und

technologische Anwendungen. Hinzu kommt, dass durch die moderne Infor-mationstechnologie die Patentliteratur bei der täglichen Arbeit ohne großenzeitlichen Aufwand verfügbar ist.

Dieser Erkenntnis folgend, wurden 197 nationale und internationale Pa-tentschriften und Patentanmeldungen neu aufgenommen und den entspre-chenden Abschnitten bzw. Themenbereichen systematisch zugeordnet. Somitverfügt das bei allen Auflagen ständig erweiterte Literaturverzeichnis in Kapitel 18 nunmehr über 345 Patentschriften, ergänzt durch 3714 Veröffent-lichungen aus nationalen und internationalen Fachzeitschriften sowie übereine Zusammenstellung von 89 Fachbüchern aus dem deutschen und angel-sächsischen Sprachraum. Auf diese Weise soll erreicht werden, der Fachwelteine Informationsquelle über das Kleben in den vergangenen Jahrzehnten zurVerfügung zu stellen, in denen diese Fügetechnologie dank herausragenderErgebnisse in Forschung, Entwicklung und Anwendung einen festen Platz alsindustrielles Fertigungsverfahren gefunden hat.

Die Tatsache, dass das für technisch relevante Gebiete in der Vergangenheiterarbeitete Normenwerk „lebendig“ ist und wegen des technologischen Fort-schritts ständigen Änderungen und Ergänzungen unterliegt, war Anlass, dasKapitel 17 nach Maßgabe verfügbarer Unterlagen neu zu gestalten. Ein beson-derer Dank gilt an dieser Stelle Herrn Dr. Ing. Paul Ludwig Geiss, Professor für das Fachgebiet Fügetechnik, Arbeitsgruppe Werkstoff- und Oberflächen-technik (AWOK), Technische Universität Kaiserslautern, für seine wertvolleUnterstützung.

Dem Springer-Verlag bin ich erneut für die stets hilfreiche und konstruktiveZusammenarbeit sowie für die sorgfältige Ausstattung sehr verbunden. DerAutor wünscht sich, dass diese Neubearbeitung in gleicher Weise wie die vor-hergehenden Auflagen als willkommener Beitrag für klebtechnische Informa-tionen angesehen wird. Sollten Teile des Inhaltes einer kritischen Bewertungbedürfen, sei an das folgende Goethe-Zitat erinnert: „So eine Arbeit wird ei-gentlich nie fertig, man muß sie für fertig erklären, wenn man nach Zeit undUmständen das Mögliche gethan hat.“

Wörthsee/Steinebach, im Herbst 2005 Gerd Habenicht

VI Vorwort zur 5. Auflage

Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen . . . . . . . . . XXV

Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1 Einteilung und Aufbau der Klebstoffe . . . . . . . . . . 31.1 Begriffe und Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Einteilung der Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.1 Einteilung nach der chemischen Basis . . . . . . . . . . . 41.2.2 Einteilung nach dem Abbindemechanismus . . . . . . . . 51.3 Aufbau der Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3.1 Chemischer Aufbau der Monomere . . . . . . . . . . . . 81.3.2 Aufbau der Polymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.3.2.1 Reaktionsmechanismen zur Polymerbildung . . . . . . . 101.3.2.2 Struktur der Polymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2 Klebstoffgrundstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1 Polymerisationsklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1.1 Einkomponenten-Polymerisationsklebstoffe . . . . . . . 172.1.1.1 Cyanacrylatklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.1.1.1.1 Chemischer Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.1.1.1.2 Eigenschaften und Verarbeitung . . . . . . . . . . . . . . 182.1.1.1.3 Primer und Aktivatoren für Cyanacrylatklebstoffe . . . . . 222.1.1.2 Anaerobe Klebstoffe (Diacrylsäureester) . . . . . . . . . 232.1.1.2.1 Chemischer Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.1.1.2.2 Härtungsreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.1.1.2.3 Beschleuniger und Aktivatoren . . . . . . . . . . . . . . 282.1.1.2.4 Eigenschaften und Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . 292.1.1.3 Strahlungshärtende Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . 312.1.1.3.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 312.1.1.3.2 Aufbau strahlungshärtender Klebstoffsysteme . . . . . . 312.1.1.3.3 Reaktionsmechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.1.1.3.4 UV-Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.1.1.3.5 Energetische Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . 352.1.1.3.6 UV-Strahler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.1.1.3.7 Reflektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.1.1.3.8 Photoinitiatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Inhaltsverzeichnis

2.1.1.3.9 Photosensibilisatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.1.1.3.10 Kationische Strahlungshärtung . . . . . . . . . . . . . . 422.1.1.3.11 Lichthärtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.1.1.3.12 Kombinationshärtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.1.1.3.13 Elektronenstrahlhärtung . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.1.1.3.14 Laserstrahlhärtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.1.1.3.15 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.1.1.4 Aerobe Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.1.2 Zweikomponenten-Polymerisationsklebstoffe . . . . . . . 492.1.2.1 Methacrylatklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.1.2.2 Verarbeitungssysteme der Methylmethacrylatklebstoffe . . 522.1.3 Polymere Grundstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552.1.3.1 Polyvinylacetat (PVAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562.1.3.2 Polyvinylalkohol (PVAL) . . . . . . . . . . . . . . . . . 562.1.3.3 Polyvinylether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572.1.3.4 Ethylen-Vinylacetat (EVA) . . . . . . . . . . . . . . . . 582.1.3.5 Ethylen-Acrylsäure-Copolymere . . . . . . . . . . . . . 592.1.3.6 Polyvinylacetale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592.1.3.7 Polystyrol (PS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.1.3.8 Polyvinylchlorid (PVC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612.1.3.9 Polyvinylidenchlorid (PVDC) . . . . . . . . . . . . . . . 612.1.4 Kautschukpolymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622.1.4.1 Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) . . . . . . . . . . . . . 622.1.4.2 Styrol-Blockpolymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632.1.4.3 Chloroprenkautschuk (CR) . . . . . . . . . . . . . . . . 662.1.4.4 Nitrilkautschuk (NBR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.1.4.5 Butylkautschuk (IIR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.1.4.6 Polybutene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692.1.5 Sonstige Thermoplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692.1.5.1 Polyethylen (PE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692.1.5.2 Polypropylen (PP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702.1.5.3 Fluorierte Kohlenwasserstoffe (Fluorthermoplaste) . . . . 722.2 Polyadditionsklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.2.1 Epoxidharzklebstoffe (EP) . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.2.1.1 Aufbau der Epoxidharze . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.2.1.2 Vernetzungsreaktionen der Epoxidharze . . . . . . . . . 772.2.1.3 Kalthärtende Epoxidharzklebstoffe . . . . . . . . . . . . 822.2.1.4 Warmhärtende Epoxidharzklebstoffe . . . . . . . . . . . 832.2.1.5 Zweikomponenten-Epoxidharzklebstoffe . . . . . . . . . 842.2.1.6 Lösungsmittelhaltige Epoxidharzklebstoffe . . . . . . . . 852.2.1.7 Zähharte („toughened“) Epoxidharzklebstoffe . . . . . . 852.2.1.8 Reaktive Epoxidharzschmelzklebstoffe . . . . . . . . . . . 902.2.1.9 Pulverförmige Epoxidharzklebstoffe . . . . . . . . . . . . 912.2.2 Polyurethanklebstoffe (PUR) . . . . . . . . . . . . . . . 922.2.2.1 Feuchtigkeitshärtende Einkomponenten-Polyurethan-

klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

VIII Inhaltsverzeichnis

2.2.2.2 Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffe . . . . . . . . . 972.2.2.3 Polyurethandispersionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 982.2.2.3.1 Emulgatorhaltige Dispersionen . . . . . . . . . . . . . . 982.2.2.3.2 Emulgatorfreie Dispersionen . . . . . . . . . . . . . . . 982.2.2.4 Lösungsmittelhaltige Polyurethanklebstoffe . . . . . . . . 1012.2.2.5 Reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe . . . . . . . . . 1012.2.2.6 Thermisch aktivierbare Polyurethanklebstoffe . . . . . . 1042.2.2.7 Radikalisch vernetzende Polyurethanklebstoffe . . . . . . 1052.2.2.8 Polyurethan-Elastomere . . . . . . . . . . . . . . . . . 1062.2.3 Polycyanurate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1072.3 Polykondensationsklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 1072.3.1 Formaldehydkondensate . . . . . . . . . . . . . . . . . 1082.3.1.1 Phenol-Formaldehydharz-Klebstoffe (PF) . . . . . . . . . 1082.3.1.2 Kresol-/Resorzin-Formaldehydharz-Klebstoffe . . . . . . 1112.3.1.3 Harnstoff-Formaldehydharz-Klebstoffe (UF) . . . . . . . . 1112.3.1.4 Melamin-Formaldehydharz-Klebstoffe . . . . . . . . . . . 1132.3.1.5 Formaldehydemissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1142.3.2 Polyamide (PA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1142.3.3 Polyester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1172.3.3.1 Gesättigte Polyester und Copolyester . . . . . . . . . . . 1172.3.3.2 Ungesättigte Polyester . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1202.3.4 Silicone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1212.3.4.1 Einkomponenten-RTV-Systeme . . . . . . . . . . . . . . 1222.3.4.2 Zweikomponenten-RTV-Systeme . . . . . . . . . . . . . 1242.3.4.3 Siloxan-Dispersionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1272.3.4.4 Silicon-Trennmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1272.3.4.5 Silanmodifizierte (MS) Polymere . . . . . . . . . . . . . 1292.3.4.5.1 Aufbau der MS-Polymere . . . . . . . . . . . . . . . . . 1292.3.4.5.2 Eigenschaften und Verarbeitung . . . . . . . . . . . . . 1302.3.4.5.3 Modifikationen von MS-Dichtstoffen . . . . . . . . . . . 1312.3.5 Polyimide (PI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1322.3.6 Polybenzimidazole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1342.3.7 Polysulfone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1352.3.8 Polysulfide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1362.4 Zusammenfassende Darstellung der Polyreaktionen . . . . 1382.5 Klebstoffe auf natürliche Basis . . . . . . . . . . . . . . 1412.5.1 Klebstoffe auf Basis tierischer Naturprodukte . . . . . . . 1422.5.1.1 Klebstoffe auf Glutinbasis . . . . . . . . . . . . . . . . . 1422.5.1.2 Klebstoffe auf Caseinbasis . . . . . . . . . . . . . . . . . 1442.5.1.3 Kleben in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1442.5.2 Klebstoffe auf Basis pflanzlicher Naturprodukte . . . . . . 1452.5.3 Biologisch abbaubare Polymere . . . . . . . . . . . . . . 1472.6 Klebstoffe auf anorganischer Basis . . . . . . . . . . . . 1472.7 Klebstoffzusätze und haftvermittelnde Substanzen . . . . 1512.7.1 Härter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1512.7.2 Vernetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

Inhaltsverzeichnis IX

2.7.3 Beschleuniger und Katalysatoren . . . . . . . . . . . . . 1532.7.4 Weichmacher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1532.7.5 Harze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1542.7.6 Wachse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1562.7.7 Tackifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1572.7.8 Füllstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1572.7.9 Stabilisatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1592.7.10 Antioxidantien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1602.7.11 Entlüfter und Entschäumer . . . . . . . . . . . . . . . . 1602.7.12 Rheologie – Additive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1602.7.13 Dispergiermittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1612.7.14 Emulgatoren und Schutzkolloide . . . . . . . . . . . . . 1612.7.15 Haftvermittler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1612.7.16 Primer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1652.7.17 Lösungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

3 Klebstoffarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1693.1 Reaktionsklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1693.1.1 Reaktionskinetische und physikalische Grundlagen . . . . 1703.1.1.1 Einfluss der Zeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1703.1.1.2 Einfluss der Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . 1723.1.1.3 Einfluss des Drucks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1753.1.1.4 Abhängigkeit der Klebschichtdicke vom Anpressdruck . . 1773.1.1.5 Topfzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1783.1.2 Blockierte Reaktionsklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . 1813.1.2.1 Chemisch blockierte Reaktionsklebstoffe . . . . . . . . . 1813.1.2.2 Mechanisch blockierte Reaktionsklebstoffe . . . . . . . . 1823.1.3 Kalt- und warmhärtende Reaktionsklebstoffe . . . . . . . 1833.1.3.1 Kalthärtende Reaktionsklebstoffe . . . . . . . . . . . . . 1833.1.3.2 Warmhärtende Reaktionsklebstoffe . . . . . . . . . . . . 1833.1.4 Lösungsmittelhaltige Reaktionsklebstoffe . . . . . . . . . 1843.2 Lösungsmittelklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1843.3 Kontaktklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1893.4 Haftklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1913.4.1 Aufbau und Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . 1913.4.2 Einteilung der Haftklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 1923.4.2.1 Wiederablösbare, repositionierbare Haftklebstoffe . . . . 1923.4.2.2 Permanente Haftklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 1943.4.2.3 Strukturelle Haftklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 1943.4.3 Verarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1943.4.4 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1953.4.5 Prüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1953.4.6 Grundlagen der Haftklebung . . . . . . . . . . . . . . . 1963.4.6.1 Klebschichtfestigkeit als Folge des strömungsmechanischen

Verhaltens von Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . 196

X Inhaltsverzeichnis

3.4.6.2 Klebschichtfestigkeit als Folge des Oberflächenspannungs-verhaltens von Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . 198

3.4.7 Klebrigkeit (Tack) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1993.5 Dispersionsklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2013.6 Schmelzklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2063.6.1 Aufbau der Schmelzklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 2063.6.2 Charakteristische Merkmale der Schmelzklebstoffe . . . . 2083.6.3 Verarbeitung der Schmelzklebstoffe . . . . . . . . . . . . 2103.6.4 Eigenschaften der Schmelzklebstoffe . . . . . . . . . . . 2133.7 Heißsiegelklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2153.8 Kaschier-, Laminierklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 2173.9 Wärmebeständige Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 2183.10 Klebstoffe für Anwendungen bei tiefen Temperaturen . . . 2233.11 Leitfähige Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2233.11.1 Elektrisch leitende Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 2243.11.1.1 Isotrop leitende Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 2243.11.1.2 Anisotrop leitende Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 2303.11.1.3 Anisotroper Leitungsmechanismus mit ungefüllten

Klebstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2323.11.1.4 Elektrisch leitende Polymere . . . . . . . . . . . . . . . 2323.11.2 Wärmeleitende Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 2333.11.3 Volumeneffekt bei Klebschichten mit Füllstoffen . . . . . 2343.12 Klebstoffe mit Nano-Füllstoffen . . . . . . . . . . . . . . 2353.13 Mikroverkapselte Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 2383.14 Plastisole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2403.15 Klebstofffolien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2423.15.1 Chemisch reagierende Klebstofffolien . . . . . . . . . . . 2423.15.2 Physikalisch abbindende Klebstofffolien . . . . . . . . . 2433.16 Klebebänder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2443.16.1 Aufbau der Klebebänder . . . . . . . . . . . . . . . . . 2443.16.2 Trägermaterialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2463.16.3 Trennpapiere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2483.16.4 Verarbeitung von Klebebändern . . . . . . . . . . . . . 2483.16.5 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2493.16.6 Prüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2493.17 Klebestreifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2503.18 Klebestifte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2513.19 Dichtstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2523.19.1 Aufbau der Dichtstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2533.19.2 Einteilung und Eigenschaften der Dichtstoffe . . . . . . . 2553.19.3 Verarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2563.20 Gießharze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2583.21 Polymermörtel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2603.22 Strukturkitte und Spachtelmassen . . . . . . . . . . . . 2603.23 Chemische Befestigungstechnik . . . . . . . . . . . . . . 261

Inhaltsverzeichnis XI

4 Eigenschaften der Klebschichten . . . . . . . . . . . . . 2634.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 2634.2 Schubmodul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2644.3 Das Schubspannungs-Gleitungs-Verhalten . . . . . . . . 2664.4 Die thermomechanischen Eigenschaften . . . . . . . . . 2714.4.1 Zustandsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2714.4.2 Abhängigkeit des Schubmoduls und des mechanischen

Verlustfaktors von der Temperatur . . . . . . . . . . . . 2764.4.3 Abhängigkeit der Klebfestigkeit von der Temperatur . . . . 2784.5 Elastizitätsmodul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2804.6 Kriechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2844.7 Kristallinität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2914.8 Klebschichtinhomogenitäten . . . . . . . . . . . . . . . 2924.9 Klebschichtmorphologie und strukturabhängiges

mechanisches Verhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

5 Klebtechnische Eigenschaften der Fügeteilwerkstoffe . . . 2955.1 Oberflächeneigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . 2955.1.1 Oberflächenschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2955.1.2 Molekularer Aufbau und Polarität der Grenz- und

Reaktionsschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2965.1.3 Oberflächenanalytische Untersuchungsmethoden . . . . 2995.1.3.1 Elektronen-Spektroskopie zur Chemischen Analyse (ESCA) 2995.1.3.2 Elektronenstrahl-Mikroanalyse (ESMA) . . . . . . . . . . 3005.1.3.3 Augerelektronenspektroskopie (AES) . . . . . . . . . . . 3005.1.3.4 Ion-Scattering Spectroskopy (ISS) . . . . . . . . . . . . . 3015.1.3.5 Sekundärionen Massenspektrometrie (SIMS) . . . . . . . 3015.1.3.6 Flugzeit-Sekundärionen Massenspektrometrie

(TOF-SIMS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3015.1.3.7 Infrarotspektroskopie mit abgeschwächter

Totalreflektion (ATR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3015.1.3.8 Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissions-

elektronenmikroskopie (TEM) . . . . . . . . . . . . . . 3025.1.3.9 Rastertunnelmikroskopie (RTM) . . . . . . . . . . . . . 3025.1.3.10 Rasterkraft-Mikroskopie, Atomic-Force-Microscopy (AFM) 3035.1.3.11 Ellipsometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3035.1.4 Geometrische Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3045.1.5 Oberflächenspannung und Benetzungsvermögen . . . . . 3085.1.6 Diffusions- und Lösungsverhalten . . . . . . . . . . . . . 3085.2 Werkstoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3095.2.1 Festigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3095.2.2 Chemischer Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3105.2.3 Wärmeleitfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3115.2.4 Wärmeausdehnungskoeffizient . . . . . . . . . . . . . . 311

XII Inhaltsverzeichnis

6 Bindungskräfte in Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . 3156.1 Die Natur der Bindungskräfte . . . . . . . . . . . . . . . 3166.1.1 Homöopolare Bindung (Atombindung, unpolare Bindung,

kovalente Bindung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3176.1.2 Heteropolare Bindung (Ionenbindung, polare Bindung,

elektrostatische Bindung) . . . . . . . . . . . . . . . . . 3176.1.3 Metallische Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3176.1.4 Zwischenmolekulare Bindungen . . . . . . . . . . . . . 3176.1.4.1 Dipolkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3186.1.4.2 Induktionskräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3206.1.4.3 Dispersionskräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3206.1.4.4 Wasserstoffbrückenbindung . . . . . . . . . . . . . . . 3206.1.5 Sorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3226.2 Adhäsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3246.2.1 Spezifische Adhäsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3256.2.2 Formschlüssige Verbindung von Klebschicht und Fügeteil

(Mechanische Adhäsion) . . . . . . . . . . . . . . . . . 3326.3 Kohäsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3336.4 Benetzung von Oberflächen durch Klebstoffe . . . . . . . 3356.4.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 3356.4.2 Thermodynamische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . 3366.4.2.1 Benetzungwinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3366.4.2.2 Oberflächenspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3376.4.2.3 Oberflächenenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3396.4.2.4 Kritische Oberflächenspannung . . . . . . . . . . . . . . 3396.4.2.5 Grenzflächenspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3406.4.2.6 Adhäsionsarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3406.4.2.7 Kohäsionsarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3416.4.2.8 Benetzungsgleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . 3416.4.2.9 Benetzung als Folge unpolarer und polarer

Kraftwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3446.4.3 Zusammenhang zwischen Benetzung

und Adhäsionsarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3456.4.4 Experimentelle Bestimmung des Benetzungsverhaltens

von Oberflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3486.4.4.1 Randwinkelmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.4.4.2 Messung mittels Testflüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . 350

7 Eigenschaften von Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . 3537.1 Vorteile und Nachteile von Klebungen . . . . . . . . . . 3537.1.1 Vorteile von Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3557.1.2 Nachteile von Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3597.2 Eigenspannungen in Klebungen . . . . . . . . . . . . . . 3617.2.1 Eigenspannungen durch unterschiedliche

Wärmeausdehnungskoeffizienten von gleichen Fügeteilwerkstoffen und Klebschicht . . . . . . . . . . . 361

Inhaltsverzeichnis XIII

7.2.2 Eigenspannungen durch unterschiedliche Wärmeaus-dehnungskoeffizienten von Fügeteilkombinationen und Klebschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

7.2.3 Eigenspannungen durch Schwindung der Klebschicht . . . 3667.2.4 Berechnung der Schwindungsspannungen . . . . . . . . 3687.2.5 Maßnahmen zur Reduzierung von Schwindungen . . . . . 3697.2.5.1 Klebstoffbedingte Schwindungen . . . . . . . . . . . . . 3697.2.5.2 Fertigungsbedingte Schwindungen . . . . . . . . . . . . 3707.2.6 Eigenspannungen durch unterschiedliche

Temperaturverteilungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3717.2.7 Eigenspannungen durch Temperaturwechsel-

beanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3717.2.8 Eigenspannungen durch Alterungsvorgänge der Klebschicht 3727.3 Bruchverhalten von Klebungen . . . . . . . . . . . . . . 3727.3.1 Adhäsionsbruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3737.3.2 Kohäsionsbruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3747.3.3 Bruchmechanische Betrachtungsweise . . . . . . . . . . 3767.4 Verhalten von Klebungen bei Beanspruchungen durch

mechanische Belastungen und Umgebungseinflüsse . . . . 3787.4.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3787.4.2 Alterung von Klebungen durch Feuchtigkeitseinflüsse . . . 3807.4.2.1 Feuchtigkeitsdiffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3807.4.2.2 Feuchtigkeitseinflüsse auf die Grenzschicht

(bondline corrosion) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3817.4.2.3 Feuchtigkeitseinflüsse auf die Klebschicht . . . . . . . . . 3837.4.2.4 Einfluss der Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . . 3847.4.2.5 Experimentelle Bestimmung der Feuchtigkeitsalterung . . 3857.4.3 Korrosion in Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3887.4.3.1 Unterwanderungskorrosion . . . . . . . . . . . . . . . . 3887.4.3.2 Spaltkorrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3887.4.3.3 Kontaktkorrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3887.4.3.4 Spannungsrisskorrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3897.4.4 Beanspruchungseinflüsse als Grundlage für die

Berechnung von Metallklebungen . . . . . . . . . . . . . 3897.4.5 Wirkung energiereicher Strahlen auf Klebschichten . . . . 402

8 Festigkeiten von Metallklebungen . . . . . . . . . . . . . 4038.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 4038.2 Einflußgrößen auf die Festigkeit von Metallklebungen . . . 4048.3 Spannungen in Metallklebungen mit dünnen,

verformungsarmen Klebschichten . . . . . . . . . . . . . 4068.3.1 Zugspannungen – Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . 4078.3.1.1 Zugspannungen bei senkrechter und zentrischer

(momentenfreier) Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . 4078.3.1.2 Spannungen beim Auftreten eines Biegemoments . . . . . 4098.3.1.3 Zugspannungen bei exzentrischer Belastung . . . . . . . . 409

XIV Inhaltsverzeichnis

8.3.2 Schubspannungen – Schubfestigkeit . . . . . . . . . . . . 4128.3.3 Zugscherspannungen – Klebfestigkeit . . . . . . . . . . . 4138.3.3.1 Spannungsverteilung bei unendlich starren Fügeteilen mit

elastischer Klebschichtverformung ohne Auftreten eines Biegemoments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

8.3.3.2 Spannungsverteilung bei elastischen Fügeteilen mit elastischer Klebschichtverformung ohne Auftreten eines Biegemoments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414

8.3.3.3 Spannungsverteilung bei elastischen Fügeteilen mit elastisch-plastischer Klebschichtverformung und Auftreten eines Biegemoments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

8.3.3.4 Klebfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4178.3.3.5 Zusammenhang zwischen Klebfestigkeit und

Klebschichtverformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4218.3.3.6 Abhängigkeit der Spannungsverteilung von der

Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4238.3.3.7 Experimentelle Bestimmung der Spannungsverteilung

durch Schubspannungs-Gleitungs-Diagramme . . . . . . 4248.3.4 Schälspannungen – Schälwiderstand . . . . . . . . . . . 4288.4 Einfluss der geometrischen Gestaltung der Klebfuge auf

die Klebfestigkeit einschnittig überlappter Klebungen . . . 4318.4.1 Überlappungslänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4318.4.1.1 Abhängigkeit der übertragbaren Last von der

Überlappungslänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4348.4.1.2 Abhängigkeit der übertragbaren Last von der

Überlappungslänge und der Temperatur . . . . . . . . . 4378.4.2 Fügeteildicke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4388.4.3 Gestaltfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4398.4.4 Überlappungsverhältnis . . . . . . . . . . . . . . . . . 4408.4.5 Überlappungsbreite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4418.4.6 Klebfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4428.4.7 Klebschichtdicke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4428.4.8 Einfluss der Überlappungslänge, Fügeteildicke und

Klebschichtdicke auf das Biegemoment . . . . . . . . . . 4468.4.9 Schäftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4488.5 Berechnung der Spannungsverteilung in einschnittig

überlappten Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4498.5.1 Spannungsverteilung bei Annahme eines linearen

Spannungs-Verformungs-Verhaltens der Klebschicht . . . 4508.5.1.1 Spannungsverteilung nach Volkersen . . . . . . . . . . . 4508.5.1.2 Spannungsverteilung nach Goland und Reissner . . . . . 4528.5.1.3 Vergleich der Berechnungsansätze nach Volkersen sowie

Goland und Reissner mit experimentellen Ergebnissen . . 4528.5.1.4 Spannungsverteilung nach Hart-Smith . . . . . . . . . . . 4548.5.2 Spannungsverteilung bei Annahme eines nichtlinearen

Spannungs-Verformungs-Verhaltens der Klebschicht . . . 454

Inhaltsverzeichnis XV

8.5.3 Spannungsverteilung auf der Grundlage theoretischer und experimenteller Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . 456

8.5.3.1 Verfahren nach Frey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4568.5.3.2 Verfahren nach Winter und Meckelburg . . . . . . . . . . 4578.5.3.3 Verfahren nach Müller . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4578.5.3.4 Verfahren nach Tombach . . . . . . . . . . . . . . . . . 4588.5.3.5 Verfahren nach Eichhorn und Braig . . . . . . . . . . . 4588.5.3.6 Verfahren nach Schlegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4588.5.3.7 Verfahren nach Cornelius und Stier . . . . . . . . . . . . 4598.5.4 Berechnung der Spannungsverteilung mit der

Finite-Elemente-Methode (FEM) . . . . . . . . . . . . . 4598.6 Festigkeit bei statischer Langzeitbeanspruchung . . . . . . 4618.7 Festigkeit bei dynamischer Langzeitbeanspruchung . . . . 4648.7.1 Zugschwellfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4658.7.2 Dauerschwingfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4658.8 Festigkeit bei schlagartiger Beanspruchung . . . . . . . . 4698.9 Festigkeit bei Crash-(hochdynamischer-)Beanspruchung . 4718.10 Elastisches Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4728.10.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4728.10.2 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4778.10.3 Berechnungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4778.11 Erhöhung der Festigkeit durch Kombinationsklebungen . . 4788.12 Abschließende Bemerkungen zum Festigkeitsverhalten

von Metallklebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480

9 Berechnung von Metallklebungen . . . . . . . . . . . . . 4839.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 4839.2 Berechnungsansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4849.2.1 Einfluss der unterschiedlichen Festigkeiten von

Fügeteilwerkstoff und Klebschicht . . . . . . . . . . . . . 4849.2.2 Einflussparameter für die Berechnung von Metallklebungen 4869.2.3 Berechnung auf Grundlage der Klebfestigkeit . . . . . . . 4879.2.4 Berechnung auf Grundlage der Volkersen-Gleichung nach

Schliekelmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4889.2.5 Abhängigkeit der übertragbaren Last von der

Überlappungslänge nach der Volkersen-Gleichung . . . . . 4949.2.6 Berechnungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4959.2.7 Berechnung unter Einbeziehung von

Abminderungsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4989.2.8 Klebnutzungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5009.2.9 Ergänzende Betrachtungen zu der Berechnung von

Metallklebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503

10 Kleben runder Klebfugengeometrien . . . . . . . . . . . 50510.1 Kleben rohrförmiger Fügeteile . . . . . . . . . . . . . . 50610.1.1 Einfluss der Klebschichtdicke auf die Festigkeit . . . . . . 506

XVI Inhaltsverzeichnis

10.1.2 Einfluss der Fügeteildicke und der Überlappungslänge auf die Festigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507

10.1.3 Berechnung der in axialer Richtung übertragbaren Last bei überlappten Rohrklebungen . . . . . . . . . . . . . . . 508

10.1.4 Berechnung der in tangentialer Richtung übertragbaren Last bei überlappten Rohrklebungen . . . . . . . . . . . 509

10.1.5 Wissensbasiertes System zum Kleben von Rohren . . . . . 50910.2 Kleben von Welle-Nabe-Verbindungen . . . . . . . . . . 50910.2.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 50910.2.2 Berechnung von Welle-Nabe-Verbindungen . . . . . . . 51010.2.2.1 Einfluss der Nabenbreite . . . . . . . . . . . . . . . . . 51110.2.2.2 Einfluss der Klebschichtdicke und der Rautiefe . . . . . . 51210.2.2.3 Übertragbares Torsionsmoment . . . . . . . . . . . . . . 51410.2.2.4 Berechnungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51610.2.3 Festlegung von Abminderungsfaktoren . . . . . . . . . . 51710.2.4 Hydrostatisches Hochdruckinjektionskleben . . . . . . . 52010.3 Klebschrumpfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52110.3.1 Querpressklebverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 52210.3.2 Längspressklebverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 52510.4 Kegelpressverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 527

11 Konstruktive Gestaltung von Metallklebungen . . . . . . 52911.1 Vorhandensein ausreichender Klebflächen . . . . . . . . 52911.2 Vermeidung von Spannungsspitzen . . . . . . . . . . . . 533

12 Technologie des Klebens . . . . . . . . . . . . . . . . . 53912.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 53912.2 Oberflächenbehandlung der Fügeteile . . . . . . . . . . 54212.2.1 Oberflächenvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . 54312.2.1.1 Säubern, Passend machen . . . . . . . . . . . . . . . . . 54312.2.1.2 Entfetten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54412.2.2 Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . 54712.2.2.1 Mechanische Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . 54812.2.2.2 Kombinierte mechanische-chemisch/thermische Ober-

flächenvorbehandlung (SACO-, Silicoater-Verfahren) . . . 55112.2.2.3 Physikalische Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . 55212.2.2.4 Chemische Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . . 55312.2.2.5 Elektrochemische Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . 55412.2.2.6 Oberflächenvorbehandlung und Grenzschichtausbildung . 55512.2.3 Oberflächennachbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . 55512.2.4 Zusammensetzung der wichtigsten Beizlösungen . . . . . 55612.3 Klebstoffverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55812.3.1 Vorbereitung der Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 55812.3.1.1 Viskosität der Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . 56012.3.1.2 Thixotropie der Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 56212.3.1.3 Rheologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562

Inhaltsverzeichnis XVII

12.3.2 Mischen der Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56312.3.2.1 Statische Mischer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56412.3.2.2 Dynamische Mischer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56612.3.3 Dosieren und Auftragen der Klebstoffe . . . . . . . . . . 56612.3.3.1 Dosiersysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56712.3.3.2 Auftragssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57112.3.3.3 Kaschieren, Laminieren . . . . . . . . . . . . . . . . . 57512.3.3.4 Etikettieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57712.3.3.5 Beflocken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57812.3.4 Abbinden der Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . 57812.3.5 Verfahren zum Abbinden der Klebstoffe . . . . . . . . . 58312.4 Herstellung von Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . . 58812.4.1 Kleben als Fertigungssystem . . . . . . . . . . . . . . . 58812.4.1.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 58812.4.1.2 Klebtechnische Ausbildung . . . . . . . . . . . . . . . . 58912.4.2 Auswahl von Klebstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . 59012.4.2.1 Auswahl von Klebstoffen unter anwendungsspezifischen

Gesichtspunkten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59012.4.2.2 Rechnergestützte Klebstoffauswahl . . . . . . . . . . . . 59412.4.2.3 Kenndaten des Klebvorgangs . . . . . . . . . . . . . . . 59612.4.3 Fehlermöglichkeiten beim Kleben und Abhilfemaßnahmen 59612.4.4 Klebtechnische Schadensfälle . . . . . . . . . . . . . . . 59912.5 Sicherheits- und Umweltschutzmaßnahmen bei der

Verarbeitung von Klebstoffen . . . . . . . . . . . . . . . 60012.6 Klassifizierung wichtiger Klebstoffarten nach

arbeitsphysiologischen und verarbeitungstechnologischen Gesichtspunkten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606

12.7 Kombinierte (Hybrid-)Fügeverfahren . . . . . . . . . . . 60612.7.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 60612.7.2 Punktschweißen – Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . 60912.7.2.1 Verfahrensdurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . 60912.7.2.2 Einfluss der Fügeteilwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . 60912.7.2.3 Mechanisches Verhalten von Punktschweißklebungen . . . 61012.7.3 Nieten/Schrauben – Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . 61212.7.4 Stanznieten – Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61312.7.5 Durchsetzfügen – Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . 61412.7.6 Falzen – Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61612.7.7 Schrumpfen – Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61712.8 Kleben beölter Bleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61712.9 Kleben in feuchter Atmosphäre (Unterwasserkleben) . . . 61912.10 Demontage von Klebungen („Entkleben“) . . . . . . . . . 620

13 Kleben metallischer Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . 62513.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 62513.2 Klebbarkeit wichtiger Metalle . . . . . . . . . . . . . . . 62613.2.1 Aluminium und Aluminiumlegierungen . . . . . . . . . . 626

XVIII Inhaltsverzeichnis

13.2.2 Beryllium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63013.2.3 Blei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63113.2.4 Chrom, verchromte Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . 63113.2.5 Edelmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63113.2.6 Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63213.2.7 Magnesium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63313.2.8 Messing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63313.2.9 Nichtrostende Stähle, Edelstähle . . . . . . . . . . . . . 63413.2.10 Nickel, vernickelte Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 63513.2.11 Stähle, allgemeine Baustähle . . . . . . . . . . . . . . . 63513.2.12 Titan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63613.2.13 Verzinkte Stähle, Zink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63813.3 Kleben von Metallkombinationen . . . . . . . . . . . . . 64013.4 Kleben von Blechen mit organischen und anorganischen

Beschichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642

14 Kleben der Kunststoffe und weiterer nichtmetallischer Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645

14.1 Kleben der Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64514.1.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64514.1.2 Mechanische Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . 65214.1.2.1 Reinigen der Oberfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . 65214.1.2.2 Aufrauhen der Oberfläche . . . . . . . . . . . . . . . . 65314.1.3 Chemische Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . . 65414.1.3.1 Beizlösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65414.1.3.2 Gasphasenfluorierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65514.1.3.3 Sulfonierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65614.1.3.4 Ozonisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65714.1.4 Physikalische Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . 65714.1.4.1 Grundlagen der Plasma-Verfahren . . . . . . . . . . . . 65714.1.4.2 Niederdruckplasma-Vorbehandlung . . . . . . . . . . . . 65914.1.4.3 Atmosphärendruck – Plasma . . . . . . . . . . . . . . . 66314.1.4.4 Oberflächenreinigung mittels Plasma . . . . . . . . . . . 66514.1.4.5 Plasmapolymerisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66514.1.4.6 Vorbehandlung mittels Corona-Entladung . . . . . . . . 66614.1.4.7 Beflammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67214.1.4.8 Laser-Vorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67414.1.4.9 Ionenätzen, Sputtern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67714.1.4.10 Nachweis reaktiver Gruppen an vorbehandelten

Oberflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67814.1.5 Klebstoffe für Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . 67814.1.5.1 Lösungsmittelklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67914.1.5.2 Diffusionsklebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67914.1.5.3 Reaktionsklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68114.1.5.4 Schmelzklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68214.1.6 Klebbarkeit von Kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . 682

Inhaltsverzeichnis XIX

14.1.6.1 Thermoplastische Kunststoffe, in organischen Lösungsmitteln löslich bzw. quellbar . . . . . . . . . . . 683

14.1.6.1.1 Polyvinylchlorid (PVC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68314.1.6.1.2 Polystyrol (PS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68414.1.6.1.3 Polymethylmethacrylat, Acrylglas (PMMA) . . . . . . . . 68414.1.6.1.4 Polycarbonat (PC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68514.1.6.1.5 Celluloseacetat, Acetylcellulose (CA) . . . . . . . . . . . 68614.1.6.1.6 Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) . . . . . . 68614.1.6.2 Thermoplastische Kunststoffe, in organischen

Lösungsmitteln unlöslich . . . . . . . . . . . . . . . . . 68614.1.6.2.1 Polyethylen (PE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68614.1.6.2.2 Polypropylen (PP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68714.1.6.2.3 Polytetrafluorethylen, Teflon (PTFE) . . . . . . . . . . . . 68914.1.6.2.4 Polyamide (PA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69014.1.6.2.5 Polyethylenterephthalat, Polyester (PET, SP) . . . . . . . . 69014.1.6.2.6 Polyimide (PI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69014.1.6.2.7 Polyamidimide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69114.1.6.2.8 Polyoxymethylen, Polyacetale (POM) . . . . . . . . . . . 69114.1.6.2.9 Polyetherketone (PEK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69114.1.6.2.10 Polyetherimide (PEI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69214.1.6.2.11 Polysulfone (PSU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69214.1.6.2.12 Polyphenylenether (PPE), Polyphenylenoxid (PPO) . . . . 69214.1.6.2.13 Polyphenylensulfide, Polyarylensulfide (PPS) . . . . . . . 69314.1.6.2.14 Polyvinylidenfluoride (PVDF, PVF2 ) . . . . . . . . . . . . 69314.1.6.2.15 Polyphenylchinoxalin (PCO) . . . . . . . . . . . . . . . 69314.1.6.3 Duromere Kunststoffe, in organischen Lösungsmitteln

unlöslich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69414.1.6.3.1 Epoxidharz-Kunststoffe (EP) . . . . . . . . . . . . . . . 69414.1.6.3.2 Formaldehydkondensate . . . . . . . . . . . . . . . . . 69414.1.6.3.3 Polyurethanschaum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69414.1.6.3.4 Silicon-Kautschuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69514.1.6.3.5 Flüssigkristalline Polymere (liquid crystal polymer, LCP) . 69514.1.6.4 Faserverstärkte Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 69514.1.6.4.1 Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . 69714.1.6.4.2 SMC/BMC-Formmassen . . . . . . . . . . . . . . . . . 69914.1.7 Festigkeit und konstruktive Gestaltung von

Kunststoffklebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70014.1.8 Kleben von Kunststoffen mit Metallen . . . . . . . . . . . 70314.1.8.1 Spannungen in Kunststoff-Metall-Klebungen . . . . . . . 70314.1.8.2 Konstruktive Gestaltung von Kunststoff-Metall-Klebungen 70714.1.8.3 Klebstoffe für Kunststoff-Metall-Klebungen . . . . . . . . 70814.1.8.4 Prüfung von Kunststoff- und Kunststoff-Metall-Klebungen 70914.2 Kleben von Glas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71014.2.1 Klebtechnische Eigenschaften der Gläser . . . . . . . . . 71014.2.2 Oberflächenbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . 71314.2.3 Klebstoffe und Primer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714

XX Inhaltsverzeichnis

14.2.4 Strahlungshärtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71414.2.5 Glasklebungen am Bau (Structural Glazing) . . . . . . . 71614.2.6 Glasklebungen im Fahrzeugbau (Direct Glazing) . . . . . 71714.2.7 Kleben von optischen Bauteilen . . . . . . . . . . . . . 71714.2.8 Glas-Metall- und Glas-Kunststoff-Klebungen . . . . . . . 71814.3 Kleben von Keramik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71914.4 Kleben von Gummi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72014.4.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 72014.4.2 Kleben von vulkanisiertem Gummi

(Gummi-Gummi-Klebung) . . . . . . . . . . . . . . . . 72114.4.2.1 Oberflächenvorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . 72114.4.2.2 Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72214.4.2.3 Bindung unvulkanisierter Kautschuke . . . . . . . . . . 72314.4.2.4 Ethylen/Prophylen-Dien-Terpolymerisate (EPDM) . . . . . 72314.4.2.5 Gummi-Reparaturklebungen . . . . . . . . . . . . . . . 72514.4.3 Gummi-Metall-Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72514.4.3.1 Vernetzung mittels Resorzin-Formaldehyd . . . . . . . . 72614.4.3.2 Vernetzung durch Polyisocyanate . . . . . . . . . . . . 72714.4.4 Gummi-Glas-Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72814.4.5 Behälterauskleidungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72814.5 Kleben von Holz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72914.5.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 72914.5.2 Klebtechnische Eigenschaften von Holz . . . . . . . . . . 72914.5.3 Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73014.5.4 Anforderungen an Holzklebungen . . . . . . . . . . . . . 73414.5.5 Herstellung von Holzklebungen . . . . . . . . . . . . . . 73514.5.6 Qualifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73514.6 Kleben poröser Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 736

15 Industrielle Anwendungen des Klebens . . . . . . . . . . 73915.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 73915.2 Kleben in der Luft- und Raumfahrt . . . . . . . . . . . . 73915.2.1 Technologische Hintergründe . . . . . . . . . . . . . . . 73915.2.2 Geschichtliche Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . 74115.2.3 Typische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74215.2.4 Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74315.3 Kleben im Fahrzeugbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74515.3.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 74515.3.2 Klebtechnische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . 74515.3.3 Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75115.3.4 Berechnungsbeispiel für die Klebschicht-Dimensionierung

einer Bus-Frontscheibe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75315.4 Kleben im Maschinenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . 75415.5 Kleben in der Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . 75615.5.1 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75815.5.2 Klebstoffverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 759

Inhaltsverzeichnis XXI

15.5.3 Mikroverbindungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 76115.6 Kleben in der Papierverarbeitung . . . . . . . . . . . . . 76215.6.1 Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76215.6.2 Kleben von gebundenen Erzeugnissen . . . . . . . . . . 76315.6.3 Einfluss der Klebstoffe auf das Papierrecycling . . . . . . 76315.6.4 Weitere Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76415.7 Kleben in der Verpackungsindustrie . . . . . . . . . . . 76515.8 Kleben in der Schuh- und Lederindustrie . . . . . . . . . 76615.8.1 Klebstoffe und Klebstoffverarbeitung . . . . . . . . . . . 76615.8.2 Oberflächenbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76715.9 Kleben und Dichten in der Bauindustrie . . . . . . . . . . 76715.10 Kleben in der Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76815.10.1 Gewebeklebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76815.10.2 Haftklebstoffe, Klebebänder . . . . . . . . . . . . . . . 76915.10.3 Transdermale therapeutische Systeme . . . . . . . . . . . 77015.10.4 Zahnbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77015.10.5 Kleben medizinischer Geräte . . . . . . . . . . . . . . . 77115.11 Anwendungen des Klebens bei Reparaturen . . . . . . . . 77215.11.1 Metallische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77215.11.2 Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77415.11.2.1 Starre Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77415.11.2.2 PVC-Folien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77515.11.2.3 Gummierte Fasergewebe . . . . . . . . . . . . . . . . . 77515.11.3 Porzellan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77515.11.4 Holz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77615.12 Literatur zu weiteren Anwendungen . . . . . . . . . . . . 776

16 Prüfung und Qualitätssicherung von Klebstoffen und Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777

16.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 77716.1.1 Qualitätsmanagement in der Klebtechnik . . . . . . . . . 77816.1.2 Einzelmaßnahmen für ein Qualitätssicherungskonzept

„Fertigungssystem Kleben“ . . . . . . . . . . . . . . . . 77916.2 Zerstörende Prüfverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . 78016.2.1 Prüfverfahren für statische Kurzzeitbeanspruchungen . . . 78116.2.1.1 Beanspruchung auf Zugscherung . . . . . . . . . . . . . 78116.2.1.2 Beanspruchung auf Schub (Schubspannungs-Gleitungs-

Verhalten, Verdrehscherfestigkeit) . . . . . . . . . . . . . 78316.2.1.3 Beanspruchung auf Zug (Zugfestigkeit) . . . . . . . . . . 78416.2.1.4 Beanspruchung auf Druckscherung (Druckscherfestigkeit) 78516.2.1.5 Beanspruchung auf Torsion (Torsionsscherfestigkeit,

Losbrechmoment) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78516.2.1.6 Beanspruchung auf Schälung (Winkelschälversuch,

Nass-Schäl-Test, Rollenschälversuch, Klettertrommel-schälversuch, Folienschälversuch) . . . . . . . . . . . . . 786

16.2.1.7 Beanspruchung auf Spaltung (Biegeschälversuch, Keiltest) 789

XXII Inhaltsverzeichnis

16.2.2 Prüfverfahren für statische und dynamische Langzeitbeanspruchungen . . . . . . . . . . . . . . . . 793

16.2.2.1 Prüfung der Zeitstandfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . 79316.2.2.2 Prüfung der Dauerschwingfestigkeit . . . . . . . . . . . . 79416.2.3 Prüfung bei schlagartiger Beanspruchung . . . . . . . . . 79416.2.4 Prüfverfahren für Langzeitbeanspruchung unter

Alterungseinflüssen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79516.2.4.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 79516.2.4.2 Abkürzungsverfahren für Langzeitbeanspruchungen . . . 79616.2.5 Prüfung mittels Schallemissionsanalyse . . . . . . . . . . 80016.3 Zerstörungsfreie Prüfverfahren . . . . . . . . . . . . . . 80116.3.1 Verfahren auf Basis mechanischer Vibration (Ultraschall) . 80216.3.1.1 Resonanzverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80316.3.1.2 Impuls-Echo-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80316.3.1.3 Spektralanalyse mit niedrigen Prüffrequenzen . . . . . . 80416.3.1.4 Impact-Resonanz-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . 80416.3.2 Elektrische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80516.3.3 Thermische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80516.3.3.1 Optisch angeregte Lockin-Thermographie . . . . . . . . . 80516.3.3.2 Ultraschall angeregte Lockin-Thermographie . . . . . . . 80616.3.4 Strahlungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80616.3.4.1 Röntgenstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80616.3.4.2 Neutronenradiographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80716.3.5 Holographische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . 80716.4 Prüfung von Polymereigenschaften

und Härtungsreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 80716.4.1 Dynamisch-Mechanische-Thermoanalyse (DMTA)

Dynamisch-Mechanische-Analyse (DMA) . . . . . . . . . 80816.4.2 Differenzial-Thermo-Analyse (DTA) . . . . . . . . . . . . 812

Dynamische-Differenz-Kalorimetrie (DDK) . . . . . . . . 812Differenzial-Scanning-Calorimetrie (DSC) . . . . . . . . . 812

16.4.3 Torsionsschwingungsversuch . . . . . . . . . . . . . . . 81316.4.4 Dielektrische Analyse (DEA) . . . . . . . . . . . . . . . . 813

Dielektrische-Thermoanalyse (DETA) . . . . . . . . . . . 81316.4.5 Thermogravimetrische Analyse (TGA) . . . . . . . . . . 814

Thermogravimetrie (TG) . . . . . . . . . . . . . . . . . 81416.4.6 Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit . . . . . . . . . . . 81416.4.7 Thermomechanische Analyse, Dilatometrie (TMA) . . . . 81516.4.8 Mikrothermische Analyse (mTA) . . . . . . . . . . . . . 81516.4.9 Infrarot-(IR)-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . 81516.4.10 Kern-(Spin-)Resonanz-Spektroskopie

(Nuclear-Magnetic-Resonance NMR) . . . . . . . . . . . 81716.4.11 Chromatographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81816.4.12 Weitere in der Literatur beschriebene Methoden . . . . . . 819

Inhaltsverzeichnis XXIII

17 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82117.1 Verzeichnis von Normen, Standards, Richtlinien und

Merkblättern zum Kleben und zu verwandten Gebieten . 82117.1.1 Allgemeine Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82217.1.2 Definitionen und Prüfungen von Klebstoffen;

Klebstoffverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82217.1.3 Prüfung von Metallklebungen . . . . . . . . . . . . . . 82317.1.4 Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82517.1.4.1 Kurzbezeichnungen, Einteilung . . . . . . . . . . . . . 82517.1.4.2 Prüfung mechanischer und physikalischer Eigenschaften . 82617.1.4.3 Kleben von Kunststoffen und Kunststoff-Metall-

Klebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82617.1.4.4 Prüfung von Polymereigenschaften . . . . . . . . . . . 82717.1.4.5 Faserverstärkte Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . 82717.1.5 Gummi, Elastomere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82717.1.6 Oberflächenbehandlung und -prüfung . . . . . . . . . . 82817.1.7 Alterungs- und Klimaprüfungen . . . . . . . . . . . . . 82817.1.8 Dichtstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82917.1.9 Klebebänder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83017.1.10 Schmelzklebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83017.1.11 Kleben von Holz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83017.1.12 Kleben von Leder- und Schuhwerkstoffen . . . . . . . . 83117.1.13 Kleben in der Papierverarbeitung . . . . . . . . . . . . 83117.1.14 Kleben in der Bauindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . 83217.1.15 Prüfung von Oberflächen und Materialeigenschaften . . 83317.1.16 Definitionen und Messungen mechanischer, physikalischer

und thermodynamischer Größen . . . . . . . . . . . . . 83317.2 Verzeichnis ausgewählter ASTM-Methoden für die

Prüfung von Klebstoffen und Klebungen . . . . . . . . . 83417.3 Kurzzeichen für Klebstoffgrundstoffe und Kunststoffe . . 83717.4 Ausgewählte Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Ein-

heiten und SI-Einheiten für klebtechnische Berechnungen 84017.5 Ausgewählte deutsch-englische und englisch-deutsche

Begriffe aus dem Gebiet des Klebens . . . . . . . . . . . 841

18 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863Veröffentlichungen aus nationalen und internationalen Fachzeitschriften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863Bücher aus dem deutschen Sprachraum . . . . . . . . . 1021Bücher aus dem angelsächsischen Sprachraum . . . . . . 1022

19 Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025

XXIV Inhaltsverzeichnis

Größe Einheit Bedeutung

a mm, cm Probenlängeas cmNcm–2 spezifische Schlagarbeitb mm, cm Probenbreite, Überlappungsbreited mm Klebschichtdicked – mechanischer Verlustfaktorf mm–0,5 Gestaltfaktorf – Abminderungsfaktorf k – Kapillaritätskennzahlk – Reaktionsgeschwindigkeitskonstantelü mm, cm Überlappungslängen – Spannungsspitzenfaktorp Pa, bar DruckpA Ncm–1 absoluter Schälwiderstandp b Ncm–1 BiegeschälwiderstandpS Ncm–1 relativer Schälwiderstandr mm, cm Radiuss mm Fügeteildicket s, min, h Zeitü – Überlappungsverhältnisv mm Verschiebung, Kriechverformungυ cm3g–1 spezifisches Volumen

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 m2, ergibt sich 1 MPa = 1 N mm–2.

(2) In Abgrenzung zu der Einheit m für Meter wird die Einheit milli (10–3) inkursiver Schreibweise (m) angegeben.

(3) Kurzzeichen für Kunststoffe und Klebstoffgrundstoffe sind in Abschnitt17.3 zusammengestellt.

(4) Die den angegebenen Abkürzungen zugeordneten Fachbegriffe werden inden jeweils in Klammern aufgeführten Abschnitten erläutert.

Größe Einheit Bedeutung

υs ms–1 Schlaggeschwindigkeitx mm Koordinate in Belastungsrichtungy mm Koordinate senkrecht zur Belastungsrichtung in

der Fügeebenez mm Koordinate senkrecht zur Klebfläche

A mm2, cm2 KlebflächeAB Nm Bruch-SchlagarbeitB mm, cm NabenbreiteD mm, cm DurchmesserDa mm, cm äußerer DurchmesserDi mm, cm innerer DurchmesserE Nmm–2; MPa ElastizitätsmodulEF Nmm–2; MPa Elastizitätsmodul des FügeteilwerkstoffsEK Nmm–2; MPa Elastizitätsmodul der KlebschichtES Nmm–2; MPa Elastizitätsmodul der reinen Polymer-

substanzF N Prüfkraft, LastF– N mittlere TrennkraftFB N BruchlastFB Ncm–1 EinheitsbruchlastFmax N HöchstkraftG Nmm–2; MPa SchubmodulG´ Nmm–2; MPa SpeichermodulG˝ Nmm–2; MPa VerlustmodulGK Nmm–2; MPa Schubmodul der KlebschichtGS Nmm–2; MPa Schubmodul der reinen PolymersubstanzG (t) Nmm–2; MPa KriechmodulJ (t) mm2 N–1 KriechnachgiebigkeitMb Nmm BiegemomentMt Nmm, Nm Torsionsmoment, DrehmomentMLB Nmm, Nm LosbrechmomentN – SchwingspielzahlRe Nmm–2; MPa Streckgrenze des FügeteilwerkstoffsRm Nmm–2; MPa Zugfestigkeit des FügeteilwerkstoffsRp0,2 Nmm–2; MPa 0,2-Dehngrenze des FügeteilwerkstoffsRmax µm maximale RauhtiefeRz µm Rauhtiefe (mittlere)T °C, K TemperaturTg °C GlasübergangstemperaturTs °C SchmelztemperaturTz °C ZersetzungstemperaturWp cm3 polares Widerstandsmoment

XXVI Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen

Größe Einheit Bedeutung

α –, ° Benetzungswinkel bzw. Fügeteilbiegung bzw. Schäftungswinkel

α 10–6 · K–1 Wärmeausdehnungskoeffizientβ mm2 N–1 Schubzahlγ –, ° Verschiebungswinkeltan γ – Gleitung, elastische Winkelverformung der

Klebschichttan γB – BruchgleitungγKF mNm–1, mJm–2 Grenzflächenspannung, Grenzflächenenergie

Klebstoff-Fügeteilδ – Klebnutzungsgrad, Ausnutzungsgradε –, % DehnungεB –, % Bruchdehnungη mPas, Pas Viskositätλ W cm–1 K–1 Wärmeleitfähigkeitλ nm, 10–9m WellenlängeΛ – logarithmisches DekrementµF – Querkontraktionszahl (Poisson-Zahl) des Füge-

teilwerkstoffesµK – Querkontraktionszahl (Poisson-Zahl) der Kleb-

schichtν s–1 Frequenz Ωcm spezifischer Widerstand gcm–3 Dichteσ Nmm–2; MPa Zugspannungσ b Nmm–2; MPa Biegespannungσ B Nmm–2; MPa Bruchspannung, Zugfestigkeit der Polymer-

substanzσFG mNm–1, mJm–2 Oberflächenspannung, Oberflächenenergie

FügeteilσKG mNm–1, mJm–2 Oberflächenspannung, Oberflächenenergie

flüssiger Klebstoffσmax Nmm–2; MPa maximale Spannungσz Nmm–2; MPa Normalspannung in der KlebschichtτB Nmm–2; MPa KlebfestigkeitτBm(= τB) Nmm–2; MPa mittlere Zugscherspannung beim Bruch der

KlebungτBmax Nmm–2; MPa maximale Zugscherspannung beim Bruch der

Klebungτm Nmm–2; MPa mittlere Zugscherspannung innerhalb des Festig-

keitsbereichsτmax N mm–2; MPa maximale Zugscherspannung innerhalb des

Festigkeitsbereichs

Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen XXVII

Größe Einheit Bedeutung

τD Nmm–2; MPa DruckscherfestigkeitτLB Nmm–2; MPa Losbrechfestigkeitτ T Nmm–2; MPa Torsionsscherfestigkeitτv Nmm–2; MPa VerdrehscherfestigkeitτMt Nmm–2; MPa Schubspannung infolge TorsionsbelastungτB/t Nmm–2; MPa Zeitstand-Klebfestigkeit (Zeitstandfestigkeit)τ0 Nmm–2; MPa Dauerfestigkeitτschw Nmm–2; MPa Schwellfestigkeitτ∞ Nmm–2; MPa Dauerstand-Klebfestigkeit (Dauerstandfestigkeit)τ ′ Nmm–2; MPa Schubspannung in der Klebschichtτ ′B Nmm–2; MPa Bruchschubspannungτ ′m Nmm–2; MPa mittlere Schubspannung in der Klebschichtτ ′ε Nmm–2; MPa Schubspannung infolge Fügeteildehnungτ ′v Nmm–2; MPa Schubspannung infolge Fügeteilverschiebung

Abkürzungen

AES Augerelektronen-Spektroskopie (5.1.3.3)AFERA s. Abschnitt 3.4.7AFM Atomic-Force-Microscopy (Rasterkraft-Mikroskopie (5.1.3.10)ASTM American Society for Testing Materials (17.2)ATR Infrarotspektroskopie mit abgeschwächter Totalreflektion (5.1.3.7)BAT Biologischer Arbeitsstofftoleranz-Wert (12.5)BG Berufsgenossenschaft (12.5)BGA Ball-Grid-Array (15.5.1)BUK Bundesverband der Unfallkassen (12.5)CAA Chromic acid anodization (13.2.1)CEN Centre European d’Normalisation/European Committee

for Standardisation (17.1.)CIPG Cured-in-place-gasket (3.19.3)COB Chip-on-Board (15.5.1)CSP Chip-Size(-Scale)-Package (15.5.1)DDK Dynamische Differenz Kalorimetrie (16.4.2)DEA Dielektrische Analyse (16.4.4)DETA Dielektrische Thermoanalyse (16.4.4.)DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft (12.5)DIN Deutsches Institut für Normung (17.1)DMA Dynamisch Mechanische Analyse (16.4.1)DMTA Dynamisch Mechanische Thermoanalyse (16.4.1)DSC Differential Scanning Calorimetry (16.4.2)DTA Differential Thermo-Analyse (16.4.2)DVS Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V.

(12.4.1.2)

XXVIII Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen

EN Europäische Norm (17.1)ESCA Elektronen-Spektroskopie zur Chemischen Analyse (5.1.3.1)ESMA Elektronenstrahl-Mikroanalyse (5.1.3.2)EWF European Federation for Welding, Joining and Cutting (12.4.1.2)FEICA Fédération Européenne des Industries de Colles et Adhésifs (17.1)FFG Free-formed-gasket (3.19.3)FINAT s. Abschnitt 3.4.7FIPG Formed-in-place-gasket (3.19.3)FIR Fernes Infrarot (Strahlung) (2.1.1.3.4)FT-IR Fourier-Transformation-Infrarotspektroskopie (16.4.9)FUV Fernes UV (Strahlung) (2.1.1.3.4)HMPSA Hot melt pressure sensitive adhesive (3.4.3)IMS Ionen-Mobilitäts-Spektroskopie (16.4.12)IPN Interpenetrating Polymer network (2.1.4.2)IR Infrarot (Strahlung) (2.1.1.3.4)

Infrarot-Spektroskopie (16.4.9)ISO International Standard Organisation (17.1)ISS Ion-Scattering-Spectroscopy (5.1.3.4)IVD Industrieverband Dichtstoffe e.V. (3.19.3)IVK Industrieverband Klebstoffe e.V. (12.5)KTL Kathodische Tauchlackierung (15.3.3)LN Luftfahrt-Norm (17.1.2)MAK Maximale Arbeitsplatz-Konzentration (12.5)MCM Multi-Chip-Modul (15.5.1)MDDK Modulierte Dynamische Differenz Kalorimetrie (16.4.2)MDF Mitteldichte Faserplatte (14.5.1)MIR Mittleres Infrarot (Strahlung) (2.1.1.3.4)mTA Mikrothermische Analyse (16.4.8)NDP Niederdruck-Plasma (14.1.4.2)NDT Non-Destructive-Testing (16.3)NIR Nahes Infrarot (Strahlung) (2.1.1.3.4)NMR Nuclear-Magnetic-Resonance (16.4.10)OME Odd-Mode-Energy (16.4.12)PAA Phosphoric acid anodization (13.2.1)ppm Parts per million (12.5)PSA Pressure Sensitive Adhesive (3.4)PSTC s. Abschnitt 3.4.7R organische Molekül-(Rest-)Struktur (1.3.2.1)rel. F. relative Luftfeuchtigkeit (12.3.1)REM Rasterelektronen-Mikroskopie (5.1.3.8)RT RaumtemperaturRTM Rastertunnel-Mikroskopie (5.1.3.9)SAA Sulfuric acid anodization (13.2.1)SAM Scanning Auger Microscopy (5.1.3.3)SIMS Sekundärionen-Massenspektroskopie (5.1.3.5)SMD Surface mounted device (15.5)

Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen XXIX

SMT Surface mounting technology (15.5)TEM Transmissionselektronen-Mikroskopie (5.1.3.8)TDDS Transdermal Drug Delivery System (15.10.3)TG Thermogravimetrie (16.4.5)TGA Thermogravimetrische Analyse (16.4.5)TMA Thermomechanische Analyse (Dilatometrie) (16.4.7)TOF-SIMS Time-of-flight-secondary-ion-mass-spektrometrie (5.1.3.6)TTS Transdermale therapeutische Systeme (15.10.3)US Ultraschall (16.3.1)UV (A,B,C) Ultraviolett (Strahlung) (2.1.1.3.4)UVV Unfallverhütungsvorschrift (12.5)VIS Sichtbare Strahlung (Licht) (2.1.1.3.4)VOC Volatile Organic Compound (12.5)VUV Vakuum-UV (Strahlung) (2.1.1.3.4)XPS X-Ray Photoelectron Spectroscopy (5.1.3.1)

XXX Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen

Aus dem gegenüber der im Jahre 2002 herausgegebenen 4. Auflage beträchtlichgewachsenen Umfang ist ersichtlich, dass Ergebnisse aus Forschungsarbeitenund Erfahrungen aus Anwendungen im Bereich des Klebens erneut stark zu-genommen haben. Das hat zu einer Neugestaltung verschiedener Abschnitteeinschliesslich der jeweiligen ergänzenden Literaturhinweise geführt, um dieInhalte übersichtlicher und verständlicher vermitteln zu können sowie derForderung gerecht zu werden, dass ein Fachbuch auch „lesbar“ sein sollte.

Die bildlichen Darstellungen wurden wie bisher der Zielsetzung unter-geordnet, ein vertieftes Verständnis der textlichen Erläuterungen zu ermög-lichen. Aus diesem Grunde wurde bewusst auf bildhafte Wiedergaben kleb-technischer Anwendungen allgemeiner Art, wie z.B. eines Flugzeuges mit demHinweis auf darin enthaltene geklebte Strukturen, verzichtet.

Die vielfach aus dem Leserkreis geäußerte Anmerkung, dass mit dem Fachbuch ebenfalls ein nützliches Nachschlagewerk vorliegt, ist vor allem auf das sehr detailliert strukturierte Stichwortverzeichnis zurückzuführen. Dieses System wurde daher beibehalten.

Einige Abschnitte über die Festigkeit und Berechnung von Metallklebungenin den Kapiteln 8 und 9 mögen durch die Entwicklung computergestützter Methoden wie beispielsweise der Methode der Finiten Elemente als überholtgelten und für eine erneute Wiedergabe in der vorliegenden Ausgabe an Aktualität verloren haben. Vor dem Hintergrund, dass die grundlegenden Arbeiten von Volkersen und ergänzend zitierten Autoren auch heute noch als wichtige Einführung in die komplexen Zusammenhänge der Festigkeits-berechnungen dienen können, sind sie beibehalten worden, da sie insbe-sondere auch für Lehrzwecke didaktisch wertvoll sein können. Weiterhin isterwähnenswert, dass die in der zurückliegenden Literatur veröffentlichtenDiagramme und Tabellen verwendete Dimension Nmm–2 an Stelle der dimen-siongleichen Schreibweise MPa beibehalten wurde.

Bei der Auswahl der Veröffentlichungen im Literaturverzeichnis erwies sich bei der Fülle vorliegender Publikationen eine Bevorzugung von Fach-zeitschriften gegenüber Konferenzberichten in den kongressbegleitendenHandbüchern als zweckmässig, da letztere in der Regel, insbesondere beiinternationalen Kongressen, nur mit hohem Aufwand verfügbar gemacht wer-den können. Diese Vorgehensweise wird dadurch gerechtfertigt, dass we-sentliche Inhalte von Vortragsveröffentlichungen in vielen Fällen bereits in

Einleitung