Kleber und Klebstoff Beratung

5. Reaktionsklebstoffe

Allgemeines zu Reaktionsklebstoffen

Die Rede ist hier von lösemittelfreien Klebstoffen mit 100% Festkörper-Anteil. Sie sind im Anwendungszustand flüssig (bis pastös) und erreichen den festen Endzustand durch eine chemische Reaktion, an der mindestens zwei Reaktionspartner beteiligt sind. Wenn der Verarbeiter die beiden Komponenten unmittelbar vor der Verarbeitung in einem bestimmten Mischungsverhältnis zusammengeben und vermischen muss, spricht man von einem 2-Komponenten- Klebstoff, wenn er das nicht muss, bezeichnet man ihn als einen 1-Komponenten-Klebstoff, obwohl auch in diesem Fall eine 2. Komponente zur Härtungsreaktion benötigt wird. Der Verarbeiter muss sie in diesem Fall aber nicht einmischen: Sie ist entweder bereits »verkappt« im Klebstoff enthalten und reagiert nur unter bestimmten Bedingungen (Wärme oder Feuchtigkeit) – oder die 2. Komponente ist Wasser, das aus den Fügeteilen oder der Luft in die Klebefuge einwandert >(diffundiert) und dann die >Aushärtung (oder >Vernetzung) des Klebstoffes bewirkt.

2-Komponenten-Reaktionsklebstoffe Durch Polyadditionsreaktion härtende 2-K-Reaktionsklebstoffe

Im Rahmen dieser Einführung sollen hier nur zwei Hauptfamilien von Reaktionsklebstoffen behandelt werden: Epoxidharz-Klebstoffe (EP) und Polyurethan-Kleb-stoffe (PUR). Sie härten beide durch eine Polyadditionsreak-tion, was hier nur insofern von Bedeutung ist, als beide dadurch einige Gemeinsamkeiten aufweisen. In beiden Fällen haben die 2-Komponenten-Produkte folgende Eigenschaften:

• Beide Komponenten sind flüssig (bis pastös) und lösemittel- bzw. wasserfrei.
• Sie müssen in einem bestimmten Mischungsverhältnis miteinander vermischt werden (Abweichungen davon verändern die Eigenschaften!).
• Nach dem Vermischen müssen sie innerhalb einer begrenzten Zeit, der sogenannten >Topfzeit, verarbeitet werden.
• Einseitiger Klebstoffauftrag ist ausreichend.
• Sie sind in nahezu beliebiger Dicke fugenfüllend (wenn eine ausreichende Menge aufgetragen wird).
• Die Teile können sofort nach dem Klebstoffauftrag gefügt werden.
• Sie müssen bis zur >Aushärtung/Vernetzung fixiert werden. >Fixierdruck ist ausreichend; wenn höhere Drücke angewandt werden, geschieht dies nur, um evtl. unter Spannung stehenden Werkstoffe eng aneinander zu pressen und dadurch die Klebefugen eng und den Klebstoffverbrauch niedrig zu halten.
• Die >Topfzeit und die >Härtezeit hängen von der Geschwindigkeit der chemischen Reaktion zwischen den beiden Komponenten ab. Die verschiedenen Produkte können sich darin wesentlich unterscheiden. Gemeinsam ist allen, dass die Reaktionsgeschwindigkeit temperaturabhängig ist. Eine praktikable Faustregel besagt: 10° C Temperatursteigerung bringt ca. die doppelte Geschwindigkeit (= halbe Härtezeit).
• Bei der >Härtezeit muss man unterscheiden zwischen der Zeit bis zum Erreichen einer sogenannnten >Mindestfestigkeit und der >Endfestigkeit. Die Mindestfestigkeit wird oft auch >Handlingfestigkeit oder >Weiterbearbeitungsfestigkeit genannt und beträgt meist nur 20–30% der Endfestigkeit. Bei einem typischen Klebstoff dieser Gruppe (mit einer Topfzeit von 60–90 Minuten) wird beispielsweise die Mindestfestigkeit nach 8–12 Stunden erreicht, während die Endfestigkeit erst nach 4–7 Tagen erreicht wird.
• Zum Dosieren und Mischen der beiden Komponenten gibt es Geräte, die je nach Produkt und Anwendungsfall mit Kolbenpumpen oder Zahnradpumpen sowie mit statischen oder dynamischen Mischern arbeiten. Sie sind wegen der Kosten und relativen Kompliziertheit dieser Geräte nur für Großanwender interessant. Bei der Verarbeitung von Produkten mit sehr kurzen Topfzeiten (im Minutenbereich) sind sie absolut notwendig. Für den handwerklichen Bereich werden auch 2-K-Klebstoffe mit Doppelkartuschen plus >stati-schem Mischer angeboten.

2-Komponenten-Epoxid-Klebstoffe (2-K-EP-Klebstoffe)

Dies ist die ältere Generation der reaktiven 2-K-Klebstoffe. Sie wurden früher auch Epoxy- oder Epoxydharz-Klebstoffe genannt. Bei EP-Klebstoffen spricht man oft von Harz und Härter oder von Teil A und Teil B. Die Mischungsverhältnisse können je nach Härtertyp zwischen 100:20 bis 100:100 Gew.t. liegen. Abweichungen vom Mischungsverhältnis werden stärker toleriert als bei 2-K-PUR-Klebstoffen; bei manchen Härter-Typen werden die Klebstoffe weniger hart, wenn man mehr »Härter« verwendet. Die ungefüllten Produkte sind in der Regel flüssig (honigartig), transparent-farblos bis bernstein-farbig; gefüllte Produkte flüssig bis pastös und oft verschiedenfarbig pigmentiert (diese Aussagen gelten für beide Komponenten). Die Reaktionsgeschwindigkeit wird hauptsächlich durch den verwendeten Härtertyp bestimmt. Es sind Topfzeiten möglich zwischen 4 Minuten und 3 Stunden sowie Mindesthärtezeiten zwischen 20 Minuten und 16 Stunden bei Raumtemperatur. Man kann hier aber nicht beliebig durch Härterwechsel variieren, weil die Art des Härters einen wesentlichen Einfluss auf die Klebeeigenschaften hat, die man im konkreten Einzelfall beachten muss. EP-Klebstoffe haben sehr gute Haftungseigenschaften zu Metallen, Keramik, Glas und duroplastischen Kunststoffen. EP-Klebstoffe zeichnen sich durch hohe Festigkeiten, gute Alterungsbeständigkeit und meist auch durch gute Wärmefestigkeiten und Beständigkeit gegen diverse Medien aus. Besonders hohe Anforderung an die Wärme- und Chemikalienbeständigkeit können nur bei einer Warmhärtung (>80° C) erfüllt werden. Wer die hohen Festigkeiten ausnutzen will, die man insbesondere bei Metallverklebungen erreichen kann, muss auch die klebegerechte Konstruktion der Teile beachten, da die hohen Festigkeiten nur bei reinen Zug- oder Zugscher-Beanspruchungen erreicht werden – nicht dagegen, wenn Schälbeanspruchungen auftreten. Meist ist es durch einfache Maßnahmen möglich, Schälbeanspruchungen zu vermeiden. Lassen Sie sich dazu beraten. In Merkblättern angegebene Festigkeitswerte können nicht auf die praktische Belastbarkeit umgerechnet werden! Sie sind nur für vergleichende Untersuchungen, z. B. für Qualitätskontrollen anwendbar, da sie an genau definierten Werkstoffen mit optimaler Oberflächen-beschaffenheit ermittelt wurden und nicht die Vielfalt der in der Praxis vorliegenden Werkstoffe, deren unterschied-licher Oberflächenbeschaffenheit und die verschiedensten Belastungen erfassen, die auf ein verklebtes Teil einwirken können. Im Zweifelsfall sind Versuche unter Original-bedin-gungen notwendig.

2-Komponenten-Polyurethan-Klebstoffe (2-K-PUR-Klebstoffe)

Die am häufigsten eingesetzten Reaktionsklebstoffe für technische Anwendungen mit breitem Anforderungsprofil. Die absoluten Festigkeitswerte sind z. B. bei Metallverklebungen nicht so hoch wie bei EP-Klebstoffen. Auf vielen anderen Material-Oberflächen erreicht man aber mit PUR-Klebstoffen eine bessere Adhäsion, so dass diese Klebstoffgruppe vielseitiger in der Praxis eingesetzt werden kann – vor allem, wenn verschiedenartige Werkstoffe miteinander zu verkleben sind.
Bei 2-K-PUR-Klebstoffen ist die eine Komponente (Klebstoff, >Polyol-Komponente oder Teil A genannt) flüssig bis pastös (fast immer mit Füllstoff und unterschiedlichen Farbpigmenten versehen), während die zweite Komponente (Isocyanat, Härter oder Teil B) fast immer (dünn-)flüssig und dunkelbraun ist. Das Mischungsverhältnis zwischen Klebstoff und Härter liegt in der Regel zwischen 100:15 bis 100:30 Gewichtsteilen, in Einzelfällen auch bei 1:1 Volumenteilen.
Ein großer Vorzug von 2-K-PUR-Klebstoffen liegt in der Möglichkeit, die Reaktion durch einen Beschleuniger zu beeinflussen, um zu kürzeren Härtezeiten zu kommen. Der Beschleuniger wird zusätzlich zu Klebstoff und Härter eingemischt (er kann auch bereits Bestandteil des Klebstoffes sein) und hat nur Einfluss auf die Geschwindigkeit der Härtungsreaktion ohne die sonstigen Eigenschaften des Klebstoffes zu verändern.
Eine Besonderheit sind lösungsmittelfreie 2-K-PUR-Klebstoffe, die >farblos-transparent sind und für die Verklebung von einigen farblos-transparenten Kunststoffen (PC, PETG, PMMA) miteinander sowie Glas, Metallen u. a. eingesetzt werden können. Sie werden in Doppelkartuschen mit statischem Mischrohr angeboten (Mischungsverhältnis 1:1 Volumenteile). Damit sind fugenfüllende, kleinflächige Verklebungen möglich (wegen der kurzen Topfzeiten von ca. 5 Minuten), wenn konstruktiv Schälbeanspruchungen vermieden werden können.

Durch Polymerisation härtende Reaktionsklebstoffe

Polymerisationsreaktionen laufen wesentlich spon-taner ab als Polyadditionsreaktionen. Wenn die Polymeri-sation durch einen >Katalysator erst einmal angestoßen ist, setzt sie sich als Kettenreaktion mit rasch steigender Geschwindigkeit fort. Polymerisierende Klebstoffe erlauben deshalb kürzere Härtezeiten als andere 2-K-Reaktionsklebstoffe mit vergleichbaren Topfzeiten. Auf Grund dieser hohen Reaktivität ist die Lagerfähigkeit solcher Produkte begrenzt. Sie ist sehr stark von den Lagerbedingungen abhängig. Durch Lagerung im Kühlschrank kann die Gebrauchsdauer wesentlich verlängert werden, Kühlschranklagerung ist deshalb anzuraten. Vor der Anwendung muss der Klebstoff aber wieder auf normale Raumtemperatur gebracht werden.
Unter den verschiedenen möglichen Rohstoffgruppen erwähnen wir hier nur eine:

Reaktionsklebstoffe auf Methylmethacrylat-Basis (MMA)

Diese Klebstoffe sind flüssig bis pastös. Sie werden meist in Form von Doppelkartuschen mit statischem Mischrohr angeboten, die eine einfache, schnelle Anwen-dung ermöglichen. Für die Serienfertigung mit großen Stückzahlen ist eine Verarbeitung aus größeren Gebinden über spezielle 2-K-Misch- und Dosieranlagen möglich.
Die Topfzeiten liegen überwiegend im Minutenbereich (1–10 Minuten), die Härtezeiten, nach denen eine Handlingfestigkeit erreicht wird, betragen etwa das 2- bis 3-fache der Topfzeit.
Sie haben ein sehr breites Haftungsspektrum, insbesondere auf Kunststoffen und Metallen und sind gerade bei der Verbindung dieser unterschiedlichen Werkstoffe oft die einzige Lösung.
Diese Klebstoffe sind lösemittelfrei, sie enthalten jedoch monomeres MMA, das geruchlich sehr leicht wahrnehmbar ist, so dass ein gut belüfteter Arbeitsplatz und eine gezielte Absaugung an der Applikationsstelle zu empfehlen ist.

Inhalt

1. Überblick
2. Lösemittelhaltige Klebstoffe
3. Dispersionsklebstoffe (Leime)
4. Schmelzklebstoffe (Hotmelts)
5. Reaktionsklebstoffe
6. Cyanacrylatklebstoffe / Sekundenkleber
7. Haftklebstoffe
8. Zusatzprodukte: Haftvermittler / Primer