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Kleben Strukturelles Kleben von Composite-Werkstoffen

| Autor / Redakteur: Dr. Florian Kopp* / Juliana Pfeiffer

Moderne Composite-Materialien sind Grundlage für eine vielfältige Gestaltung funktioneller Werkstoffe im Leichtbau und ermöglichen es, den Einsatz von Kosten, Rohstoffen und Energie weiter zu optimieren. Das Kleben hat sich dabei als dauerhafte und konstruktive Verbindungstechnik etabliert. Ruderer bietet mit seiner Marke Technicol die passenden Klebstoffe für das strukturelle Kleben an.

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Strukturell geklebte Polyamide als funktionelle und beständige Bauteile in Motoren.
Strukturell geklebte Polyamide als funktionelle und beständige Bauteile in Motoren.
(Bild: Panthermedia; igterex)

Höchste Stabilität bei möglichst geringem Gewicht - diese Ansprüche gelten nicht nur für Composite-Werkstoffe, sondern ebenfalls für moderne Klebstoffe. So lassen sich beispielsweise Verbundfestigkeiten von dünnen Bauteilen bis hin zu Folien mit Hilfe von Klebstoffen enorm steigern. Eine thermische Beanspruchung der Fügeteile, die unter Umständen Veränderungen der Werkstoffeigenschaften mit sich bringen, entfällt.

Das Kleben hat sich in letzter Zeit als dauerhafte und konstruktive Verbindungstechnik von Composite-Werkstoffen etabliert. Die Bandbreite der entsprechenden Fügeteile reicht von ähnlich gearteten Composite-Materialien über verschiedenste thermoplastische und duromere Kunststoffe bis hin zu diversen Metallen und Legierungen. Die Kraftübertragung bei strukturell verbundenen Werkstoffen erfolgt dabei nicht punktuell, wie etwa bei gestanzten oder genieteten Bauteilen, sondern über die gesamte Fläche der Klebung, so dass die entsprechenden Belastungen gleichmäßig auf die Bauteile verteilt werden. Werden derartige Spannungsspitzen vermieden, erhöhen sich u.a. die Dauerschwingfestigkeiten der verbundenen Werkstoffe. Zudem können geometrische Bauteiltoleranzen ausgeglichen und Spalten abgedichtet werden. Auch unter optischen Gesichtspunkten betrachtet, ergeben sich Vorteile. Durch das Aufbringen des Klebstoffes auf der Rückseite bleiben das Erscheinungsbild sowie sonstige Eigenschaften der Außenfläche unberührt und vollständig erhalten.

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Kriterien für die Klebstoffauswahl

Für die Klebstoffauswahl sind Kriterien, wie die Beständigkeit gegenüber mechanischen Belastungen bei verschiedenen Temperaturen, sich ändernden Witterungseinflüssen oder auch beim Kontakt mit Lösemitteln und anderen Chemikalien, ausschlaggebend.

Für strukturelle Klebungen von faserverstärkten Kunstoffen kommen in der Regel reaktive Klebstoffe auf der Basis von Methacrylaten (MA), Polyurethanen (PUR) und Epoxidharzen (EP) zur Anwendung.

Besonders hohe Festigkeitswerte zeigen faserverstärkte Kunststoffbauteile, die mit Hilfe von reaktiven zweikomponentigen Epoxidharzklebstoffen strukturell miteinander oder mit Metallen verbunden sind. Die hohe Temperatur-, Alterungs- und Chemikalienbeständigkeit von ausgehärteten Epoxidharzklebstoffen (vgl. Technicoll 9464) kommt beispielsweise bei derart geklebten und gleichzeitig abgedichteten GFK-Rohren positiv zum Tragen. Die Volumenkontraktion nach dem Aushärteprozess von zweikomponentigen Epoxidharzklebstoffen beträgt dabei weniger als 1%. Je nach Anwendung werden Epoxidharzklebstoffe als niedrigviskose, fließfähige bzw. pastöse Varianten eingesetzt. Die in den Produktinformationen ausgewiesene Topfzeit gibt die Zeit an, innerhalb der die gemischten Komponenten verarbeitet werden müssen. Für relativ kurze Taktzeiten, die beispielsweise bei der Klebung von Bauteilen für Roboterarme aus CFK und Aluminium erforderlich sind, hat sich Technicoll 9467 bewährt.

Leichtmetalle mit duromeren und thermoplastischen Kunstoffen kleben

Ähnlich hohe Ansprüche werden an Kombinationsklebungen von Leichtmetallen mit duromeren und thermoplastischen Kunststoffen gestellt. Aufgrund der sehr guten Haftungseigenschaften auf diesen Werkstoffen und den variablen mechanischen Eigenschaften, die von fest bis flexibel reichen können, kommen zweikomponentige Klebstoffe auf Polyurethanbasis bei strukturellen Klebungen im Leichtbau zum Einsatz.

Bei Verbindungen von Traktorenbauteilen, die der Witterung ausgesetzt sind, werden bevorzugt schlagzäh aushärtende und damit schwingungsdämpfende Klebstoffe wie etwa Technicoll 9431 verwendet. Dieser schwarze PUR Klebstoff ist pastös bzw. standfest und lässt sich auch an vertikal ausgerichteten Flächen einfach mittels unterschiedlichen manuellen oder automatischen Systemen auftragen. Im speziellen Fall wurden Dachmodule aus ABS, GFK und Aluminium fest verbunden. Zweikomponentige PUR Klebstoffe besitzen generell eine hohe Alterungsbeständigkeit bei Temperaturen von ca. -40 bis +90 °C. Auch bei Klebungen im Innenraum von Fahrzeugen nutzen Konstrukteure die Eigenschaften der PUR-basierten Klebstoffe. Technicoll 9430-1 ist eine fließfähige Ausführung eines farblos transparenten, zweikomponentigen PUR Klebstoffes und führt zu beständigen Klebungen von Innenverkleidungen und Ablagen aus Materialkombinationen von ABS, Polycarbonat und Aluminium.

Reaktive Klebstoffe auf Basis von Methacrylaten

Hohe Festigkeiten kombiniert mit großer Bruchdehnung (ca. 70 – 90%) bei gleichzeitig exzellenter Haftung auf verschiedenen Metallen und unterschiedlichsten Kunststoffen (GFK, CFK, ABS, Polyamide und viele mehr). Diese Anforderungen erfüllen reaktive Klebstoffe auf Basis von Methacrylaten. Die vergleichsweise schnelle Aushärtung ermöglicht kurze Taktzeiten in Serienproduktionen. Außerdem überzeugen reaktive MA-Klebstoffe durch ihre ausgewiesene Temperaturbeständigkeit, auch unter Dauerbeanspruchung und Witterungseinflüssen. Ein Vertreter dieser multifunktionellen und hochwertigen Klebstoffe ist Technicoll 9411.

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