Big Bang HTL 3, Schulbuch

Organische Technologie und Ökologie (III. Jg., 6. Sem.) 161 Klebstoffe 16 Vor 6000 Jahren begannen die Menschen, Dinge aneinander zu kleben – mit Baumharz, Pech oder Tierblut als Klebstoff. Bis ins 19. Jahrhundert herrschten Naturklebstoffe vor, heute kommen vor allem Kunststoffe als Kleber zum Einsatz. Wir befinden uns also wieder in der Polymerchemie. In diesem Kapitel werden wir kurz erfahren, wie man Werkstoffe sonst noch verbinden kann und warum heutzutage das Kleben so wichtig geworden ist. Wir werden uns mit Arten von Klebstoffen beschäftigen und damit, wie und warum Klebstoffe überhaupt kleben. 16.1 Wie geht kleben? Bedeutung und Wirkungsmechanismus des Klebens In diesem Kapitel geht es um die Vorteile von Klebstoffen, und darum, wie ein Klebstoff funktioniert. Die Anforderungen an Werkstoffe unserer Zeit werden im- mer höher. Produkte müssen kleiner, leichter, preiswerter, komfortabler und ökologisch verträglicher sein. Um diese Anforderungen zu erreichen, müssen oft verschiedene Stoffe zu einem Werkstück vereinigt werden. Es entstehen soge- nannte Verbundwerkstoffe. Bei den Verbindungstechniken hat das Kleben in vielen Be- reichen schon die „alten“ Techniken wie Nieten, Schrauben, Schweißen und Löten abgelöst. Kleben hat gegenüber die- sen Methoden erhebliche Vorteile : ( F1 ) – nahezu alle Werkstoffkombinationen können durch Kleb- stoffe verbunden werden – die Fügeteile (Werkstoffteile, die zusammengefügt wer- den sollen) werden beim Fügeprozess nicht beschädigt – kein hohes Erhitzen wie beim Schweißen, kein Durch- bohren wie beim Nieten oder Schrauben – durch den Klebstoff können zusätzliche Eigenschaften in das Werkstück eingebaut werden, z. B. Abdichtung gegen- über Flüssigkeiten und Gasen, oder Korrosionsbeständig- keit Wirkungsmechanismus des Klebens: Definition eines Klebstoffes: „Nichtmetallischer Stoff, der Fügeteile durch Flächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) verbinden kann.“ In der Technik ist es oft notwendig, einzelne Werkstoff- teile dauerhaft miteinander zu verbinden. Welche Arten von Verbindungstechniken kennst du noch (außer Kleben)? Überlege Vor- und Nachteile der einzelnen Techniken! Was sind van der Waals-Kräfte? Lies nach in BB 2. Nimm zwei kleine Glasplatten und benetze eine davon mit ein wenig Wasser. Lege die zweite darüber. Versuche, sie voneinander zu lösen. Durch das Wasser scheinen die Platten sehr gut aneinander zu haften. Warum ist Wasser trotzdem kein guter „Klebstoff“? F1 F2 F3 Abb. 16.1: Adhäsions- und Kohäsionszone in einer Klebefuge Adhäsion bezeichnet die Haftwirkung zwischen einer festen Grenzfläche (Werkstück) und einer zweiten Phase (Kleber). Adhäsionskräfte werden vor allem durch van-der-Waals- Kräfte und Wasserstoffbrücken bewirkt. Um genügend Adhäsionskräfte zu bekommen, müssen sich Fügeteil und Klebstoff bis auf unter 5nm (Nanometer) annähern können. Außerdem muss die Kontaktfläche aus- reichend groß sein, damit sich genügend van-der-Waals- Kräfte ausbilden können. Das bedeutet, der Klebstoff muss flüssig sein, damit er sich auf atomarer Ebene dem Unter- grund annähern und eine genügend große Kontaktfläche herstellen kann. Adhäsion alleine ermöglicht aber noch kein Kleben. Sonst wären Flüssigkeiten ideale Klebstoffe, weil sie gut in alle Unebenheiten eines Werkstückes hinein fließen können. Aber eine Flüssigkeit rinnt ab, deshalb ist ihre dauerhafte Klebewirkung gleich null. ( F3 ) Kohäsion bezeichnet den inneren Zusammenhalt eines Stof- fes, in diesem Fall des Klebstoffes. Man kann die Kohäsion auch als Sonderfall der Adhäsion auffassen, wobei lauter gleichartige Teilchen wechselwirken. Kohäsionskräfte wer- den vor allem durch echte chemische Bindungen (Atombin- dungen) bewirkt, verstärkt durch zusätzliche van-der-Waals- Kräfte . Die stärksten Kohäsionskräfte wirken in Feststoffen, die schwächsten in Gasen. Das bedeutet, ein Klebstoff muss nach seinem Auftragen aushärten , also vom flüssigen in den festen Zustand über- gehen. Kleber, die nicht aushärten, kleben auch nicht dauer- haft, siehe F3 : Weil das Wasser nicht aushärtet, klebt es die Glasscheiben nicht dauerhaft. Mechanismus des Klebens Denke nochmal an den Versuch mit den 2 Glasplatten. Finde eine Möglichkeit, Wasser doch noch – zumin- dest kurzfristig – als Klebstoff wirken zu lassen. L 16.1 F4 A2 R XF Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv