Einführung in den aktuellen Stand der Entwicklung von Klebstoffen für Metalle

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von qhyhxjl am 27.11.2015 um 16:39 bearbeitet. Metalle sind eine der am häufigsten verwendeten Baustoffe. Die Verbindungsmethoden für Metalle umfassen vor allem Schweißen, Löten, Gewindeverbindungen usw. Da synthetische Klebstoffe eine hervorragende Haftwirkung auf Metallmaterialien haben, wurden sie bereits im Zweiten Weltkrieg für den Einsatz bei Metallen eingesetzt. Aufgrund von Bedenken und Unsicherheiten in der Vergangenheit sowie weil es nicht gelang, Klebstoffe mit hoher Festigkeit, Wärmebeständigkeit und Langlebigkeit zu entwickeln, war der Anteil der metallischen Klebstoffe im industriellen Bereich jedoch nicht sehr groß. Heutzutage werden Metallklebstoffe zunehmend von den Menschen weitgehend anerkannt. Da Metallklebstoffe bei der Reparatur von Defekten sowie bei der Instandsetzung beschädigter Metallteile besonders effektiv sind – und das in einer Weise, die mit herkömmlichen Verarbeitungsmethoden für Metalle nicht vergleichbar ist – werden sie weit verbreitet eingesetzt. Zudem führt das Verkleben nicht zu Strukturverformungen oder Änderungen in der Kristallstruktur wie beim Schweißen durch hohe Temperaturen. Auch kommt es nicht zu Spannungskonzentrationen und einer verringerten Festigkeit wie bei Nieten oder Schraubverbindungen durch das Bohren von Löchern. Ebenso entsteht keine elektrochemische Korrosion durch den Kontakt mit verschiedenen Metallen wie beim Löten. 〔1) Strukturelle Verklebung: Die strukturelle Verklebung wird verwendet, um Objekte zu verbinden, die langfristigen Belastungen sowie hohen Spannungen ausgesetzt sind. Dabei entstehen Materialien, die zu einer einheitlichen Struktur zusammenwirken. Beispielsweise werden zur Verklebung von komplexen Hohlkammerstrukturen in Flugzeugen thermosetzende Harz-Kautschuk-Mischungen als Klebstoffe eingesetzt. (2) Widerstand gegen hohe und niedrige Temperaturen: In der Regel können Klebstoffe Temperaturen unter 150 °C aushalten. Epoxyphenolharz-Klebstoffe können in einem Temperaturbereich von 175 bis 260 °C eingesetzt werden. Polyphthalamid kann bei 227 °C über einen Zeitraum von 3000 Stunden verwendet werden; bei 316 °C behält es weiterhin seine Elastizität. Es kann damit Edelstahl und Titan verkleben – und wird daher in der Raumfahrt- sowie Elektronikindustrie eingesetzt. Doch die wirklich hitzebeständigen Klebstoffe sind die anorganischen Klebstoffe – wie zum Beispiel die einkomponentigen Keramikklebstoffe der Firma NEC. Wenn diese bei 150 °C gesintert werden, können sie Temperaturen von bis zu 1300 °C standhalten. Am weitesten verbreitet sind bei extrem niedrigen Temperaturen Polyurethan-Klebstoffe – sie behalten bei -196 °C eine hohe Stärke und Elastizität. Durch das Hinzufügen geeigneter Modifikatoren können sie auch zur Verbindung von Strukturen verwendet werden. Modifizierte Epoxide können auch zur Verklebung von Strukturen bei extrem niedrigen Temperaturen verwendet werden. Beispielsweise hat das aus Nylon modifizierte Epoxid „Epon951“ einen Einsatzbereich von -251 bis 149 °C. Bei niedrigen Temperaturen beträgt nach 4 Stunden seine Zugfestigkeit 42,7 MPa. (3) Unterwasserkleben: Das Unterwasserkleben ist ein Verfahren mit großem Zukunftspotenzial. Die meisten Unterwasser-Klebstoffe sind zweikomponentige Epoxidharze, die bei einer Temperatur von über 15 °C aushärten – dies dauert in der Regel etwa eine halbe Stunde. Unterwasser-Kleben spielt ebenfalls eine wichtige Rolle – beispielsweise zur Befestigung von Abhörgeräten an feindlichen Unterwassergeräten oder Kriegsschiffen, zur Herstellung von selbstzerstörerischen Torpedos mit Zeitzünder, oder auch zur Notreparatur beschädigter Schiffe. (4) Schnelle Aushärtung: Klebstoffe auf Basis von Cyanoacrylaten, die eine schnelle Aushärtung ermöglichen, werden seit Ende der 1950er Jahre immer häufiger eingesetzt. Seine größten Vorteile sind die schnelle Klebezeit – in Sekunden gemessen – sowie die hohe Klebekraft. Mit einer Klebekraft von 6,45 c㎡ reicht diese Substanz aus, um das Gewicht eines kleinen Autos zu tragen (daher wird sie auch als „Klebstoff mit tausendfacher Kraft“ bezeichnet). Zudem ist bei der Aushärtung weder Wärme noch Druck erforderlich, und es braucht auch keinen zusätzlichen Katalysator. Dadurch wurde die Entwicklung kontinuierlicher Produktionslinien stark gefördert. (5) Flüssigkeitsdichtung: Einige Metalle bilden bei Raumtemperatur eine flüssige Substanz, die durch Klebstoffe erzeugt wird. Wenn diese Substanz auf die mechanischen Verbindungsstellen aufgetragen wird, entsteht eine elastische Schicht, die die üblichen Dichtungen ersetzt. Zudem weist sie eine bessere Dichtleistung auf – deshalb wird sie als Flüssigkeitsdichtung bezeichnet. Flüssige Dichtungsmittel gibt es in Gummitypen, Harztypen und ölmodifizierten Varianten. Wird weit verbreitet zur Dichtung und Verklebung unregelmäßiger Verbindungsflächen wie Autotopfdeckeln, Ölwanne, Deckel des Hinterachsengehäuses und Getriebedeckeln eingesetzt. Das Thema morgen ist „Zukunftsentwicklung von Klebstoffen für Metalle“.