Kleber und Klebstoff Beratung

Metall mit Kunststoff kleben

Metalle:

Bei Metallen unterscheidet man zwischen Eisen (Schwarzeisen, Stahl, Edelstahl) und Nichteisen auch Buntmetalle (Cadmium, Cobalt, Kupfer, Nickel, Blei, Zinn, Zink u. a.) genannt. Bei diesen unterschiedlichen Metallen können abweichende Klebeigenschaften auftreten. Deshalb ist es wichtig, dass vor einer Klebung die Klebeigenschaft des ausgewählten Klebstoffs geprüft werden. Hier geht es klebtechnisch um blanke Metalloberflächen. Die Klebflächen von lackierten und beschichteten Metallen sind als Kunststoffoberflächen zu betrachten.

Metalle können an ihrer Oberfläche Oxydschichten bilden. Bei Eisen sind diese meist gut als Rost sichtbar, bei Buntmetallen sind diese oft nicht so gut sichtbar. Diese Schichten müssen immer sorgfältig entfernt werden. Dieser Vorgang erfolgt meist mechanisch. Klebstoffe können sehr gut und fest auf diesen Oxydschichten kleben. Diese Schichten können jedoch, je nach Metall, nur eine geringere Adhäsionseigenschaft (Festigkeit) zum Metall aufweisen. Kurz, ein Kleber hält diese Schichten fest, diese Oxydschichten können sich jedoch vom Metall lösen.

Selbstverständlich müssen die Klebflächen frei von Fetten, Ölen, Schmierstoffen u. a. trennenden Substanzen sein. Ein Anschleifen von metallischen Oberflächen vergrößert die Klebflächen (Berg- und Talbildung), ersetzt aber nicht eine sachgerechte Reinigung der Klebflächen. Wichtig zu beachten sind folgende Schritte: Erst reinigen, dann evtl. anschleifen und anschließend nochmals reinigen. Schleifarbeiten auf verunreinigten Oberflächen birgt die Gefahr, dass trennende Substanzen ins Metall hineingeschliffen werden.

Kunststoffe:

Hier ist zwischen thermoplastischen Kunststoffen, im Sprachgebrauch Plastik genannt, duroplastischen Kunststoffen oft als faserverstärkte Kunststoffe (GFK, CFK) oder Verbundwerkstoffe bezeichnet und Elastomere, gummiähnliche Kunststoffe, zu unterscheiden.

Thermoplastische Kunststoffe können mittels Wärme/Hitze geschmolzen, verformt oder geformt werden (z. B. als Spritzgussformteile von Haushaltsgeräten, Gebrauchsgegenstände u.v.m.) Diese Kunststoffe werden auf dem Markt in einer größeren Anzahl unterschiedlicher Arten/Sorten angetroffen. Die jeweiligen Einsatzzwecke bestimmen die Auswahl daraus. Eine Auflistung der gebräuchlichsten Typen finden Sie hier Thermoplastische Kunststoffe sind zudem durch Lösungsmittel lösbar.

Duroplastische Kunststoffe (GFK, CFK) auch Duromere genannt, sind nach der Aushärtung thermisch nicht verformbar. Diese Kunststoffe werden auf Basis reaktiver Komponenten wie Epoxidharze, Polyesterharze u. a. hergestellt. Es kommt chemisch zu engmaschig vernetzten Polymeren. Zur Verbesserung der Stabilität und Festigkeit der Teile ist es üblich, hier unterschiedliche Fasern beizumischen (häufig anzutreffen sind Glasfasern). Eine spezielle Art duroplastischer Kunststoffe ist als Carbon/Kohlefaser (CFK) bekannt. Duroplastische Kunststoffe erbringen bei einem geringen Eigengewicht trotzdem sehr hohe Festigkeiten. Diese Kunststoffe sind nicht mittels Lösungsmittel lösbar. Diese Eigenschaften erlauben den Einsatz als strukturelle, hochfeste Komponenten (Bauteile) bei technischen Konstruktionen.

Elastomere, diese Kunststoffe werden oft fälschlich auch als Gummi bezeichnet. Teile aus Elastomeren sind mittels Kraft oder mechanischer Belastung verformbar und gehen nach Ausbleiben dieser Beanspruchung wieder zurück in ihre ursprüngliche Form. Im Gegensatz zu Duroplasten handelt es hier um unvernetzte Thermoplaste.

Mögliche Klebverfahren bei der Kombination blanker Metalle mit Kunststoffen:

Hier muss unterschieden werden

  • welche Metalle und Kunststoffe sollen geklebt werden
  • Größe und Geometrie der Klebfläche
  • Belastung und Einsatzbereich
  • Verarbeitungsmöglichkeit (Ausführung der Klebarbeiten)

Blanke Metalloberflächen lassen sich gut mit reaktiven Klebstoffen auf Basis Epoxidharzen (EP) kleben. Jedoch zeigen diese EP-Kleber geringere Klebfestigkeiten zu thermoplastischen Kunststoffen. Thermoplastische Kunststoffe lassen sich oft gut mittels lösemittelhaltiger Klebstoffe miteinander verbinden. Diese Klebtechnik ist aber bei Kombinationen mit blanken Metallen nicht effektiv, bzw. es kommt hier zu keiner brauchbaren Klebverbindung.

Für Klebungen von blanken Metallen mit thermoplastischen Kunststoffen haben sich bewährt:

Bei strukturellen Verbindungen (konstruktive Gestaltung, also technische Verbindungen mit hohen mechanischen Belastungen) haben sich reaktive Klebstoffe auf Basis Acrylate (Methylmethacrylate - MMA) bewährt. Wenn die Möglichkeit besteht die Metallflächen mit einem Vorstrich (Primer) zu versehen, können auch mit 2-Komp. Klebstoffe auf Basis PUR sehr hohe Klebfestigkeiten erzielt werden.

Einige Typen von 1-K und 2-K PUR-Klebstoffe erbringen auch auf blanken Metallen ausreichende Klebfestigkeiten. Solche Klebungen zu Metallen können evtl. von geringerer Festigkeit sein als zu thermoplastischen Kunststoffen, jedoch sind diese vielfach ausreichend fest. Testversuche geben Aufschluss ob die Klebkraft für die jeweilige Konstruktion ausreichend ist. Umgekehrt verhält es sich oft bei 2-K Epoxy-Klebstoffen. Hier zeigt sich je nach Kunststofftype eine geringere Festigkeit zu Kunststoffen als zu Metallen. Wie bei den blanken Metallen muss auch bei den thermoplastischen Kunststoffen eine praxisnahe Eignungsprüfung erfolgen.

Bei der Verwendung eines reaktiven Klebstoffes, auf Basis MMA oder PUR, genügt in der Regel ein einseitiger Klebstoffauftrag auf einem der beiden Materialien. Die Klebverbindung muss bis zur Aushärtung fixiert bleiben. Ein ausgesprochener Pressdruck ist meist nicht notwendig. Es ist sicher zu stellen, dass beide Klebflächen vollständig mit dem verwendeten Kleber benetzt sind und die Klebung bis zu Aushärtung nicht bewegt/belastet wird.

Bei großflächigen Klebungen oder bei Anwendungen, bei denen eine sofortige Anfangsfestigkeit gefordert wird, haben sich Kontaktklebstoffe auf Basis Polychloroprene (CR), im Sprachgebrauch auch Neopren-Kleber genannt, bestens bewährt. Diese Kontaktkleber müssen auf beide Klebseiten aufgetragen und getrocknet (abgelüftet) werden. Danach erfolgt das Zusammenfügen der Teile. Dieser Vorgang erfolgt mit möglichst viel, hohem und kurzem Druck. Eine typische Press- oder Fixierzeit kann entfallen.

Zum Kleben von blanken Metallen mit duroplastischen Kunststoffen haben sich bewährt:

Reaktionsklebstoffe, sowohl 1- und 2-K Kleber auf Basis EP (Epoxidharz) MMA (Methylmethacrylat) und fallweise auch PUR (Polyurethan) kommen bei sog. strukturellen Klebverbindungen zum Einsatz. Produkte aus der Reihe der Epoxidharz-Klebstoffe (EP) dominieren bei diesen Anwendungen, insbesondere bei Klebungen von Carbon-Materialien. Seit einigen Jahren kommen hier auch 2-K-Klebstoffe auf Basis Methylmethacrylat (MMA) zur Verwendung. Diese begrenzen durch ihre schnellen Reaktionszeiten die Einsatzbereiche hinsichtlich der Klebflächen oder Raupenlänge.

Der Einsatz eines Kontaktklebstoffes erfolgt beim Kleben von blanken Metallen mit duroplastischen Kunststoffen seltener, ist aber möglich. Wenn erforderlich, können Kontaktklebstoffe auf Basis CR und PUR zum Einsatz kommen. Welche Klebstoff-Type jeweils optimal ist, muss immer mittels Testklebungen ermittelt werden.

Kleinste Klebflächen bei blanken Metallen zusammen mit thermoplastischen als auch duroplastischen Kunststoffen, können je nach Anwendungsprofil auch mit Cyanacrylat-Klebstoffen (CA), Sekundenkleber genannt, vollzogen werden.

Beim Kleben von blanken Metallen mit Elastomeren gilt zu beachten:

Der Prozess der Klebung von Elastomeren erfolgt vorrangig als Einkleben von vorgeformten Dichtungsmaterialien, meist als Profilschnüre in metallische Nutprofile. Hier wiederum dominiert das Material EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), oft als Moosgummi bezeichnet. Dieser Werkstoff ist wenig klebfreundlich. Kleber auf Basis CA (Cyanacrylat/Sekundenkleber) erfüllen meist das klebtechnische Anforderungsprofil. In einzelnen Fällen stehen speziell 2-K Kleber oder Kontaktkleber auf Basis CR zur Verfügung.


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