Einleitung
CTM-Strukturklebstoffe ergeben hochfeste und haltbare Verbindungen zwischen Metallen, Holz, Beton, Keramik, Composite-Werkstoffen und vielen anderen Materialien. Konstrukteure in
verschiedensten Industriebereichen greifen mehr und mehr auf Klebeverbindungen zurück um immer neue Herausforderungen durch neue Materialien und Prozesse zu meistern. Um optimale Verklebungen zu erzielen sollten die hier vorgeschlagenen Verfahren eingesetzt werden. In einigen Fällen reicht das einfache Entfetten der Oberfläche oder Entfernen von losen Bestandteilen (z.Bsp. Rost) aus, um beste Ergebnisse zu erzielen. In andern Fällen müssen aber deutlich ausgefeiltere Methoden eingesetzt werden. Dabei werden sowohl mechanische wie auch chemische Vorbehandlungen empfohlen. Für hochbelastbare, strukturelle Verklebungen sind entsprechende Oberflächenvorbehandlungen unabdingbar. Die entsprechenden Vorbereitungen für die wichtigsten Verbindungen werden im folgenden beschrieben. Für seltener verwendete Materialien, die hier nicht beschrieben werden, wenden Sie sich bitte an einen unserer Techniker.
Die beschriebenen Vorbehandlungen sind in Anlehnung an die ISO 4588 entstanden.
2. Oberflächenvorbereitung
Grundsätzlich gibt es 3 verschieden effektive Vorbehandlungsmethoden:
- Oberfläche entfetten
- Entfetten, anschleifen und lose Teile entfernen
- Entfetten und chemisch vorbehandeln
Auf jeden Fall muss eine Kontaminierung der Oberflächen vermieden werden, besonders nach erfolgter Vorbehandlung. Ursache für eine Verunreinigung können zum Beispiel Fingerabdrücke,
Öl, verschmutzte Lappen oder Schleifmittel oder aber ungeeignete Lösemittel sein. Um die Gefahr einer ungewollten Kontaminierung zu minimieren sollten immer saubere Handschuhe und Lappen benutzt werden. Alle Reinigungsmittel sollten nach Herstellervorschrift gelagert und eingesetzt werden. Eine weitere Quelle der Verunreinigung können schlicht die Umgebung, bzw. die Prozesse in der Umgebung sein. So sollten Maschinen (Öl Nebel), Spritzvorgänge (Lackieren, Gelcoat spritzen oder gar Trennmittel spritzen) in anderen Räumen stattfinden. Ebenso sollten alle stauberzeugenden Prozesse ausgelagert werden. Unabhängig von der Art der Vorbehandlung sollte immer angestrebt werden, die Verklebung direkt nach der Vorbehandlung durchzuführen. In einigen Produktionsprozessen ist dies natürlich nicht möglich. Hier ist zu überlegen, ob ein Primer die behandelte Oberfläche so lange konservieren kann, bis die eigentliche Verklebung erfolgt.
Jede Verlängerung der Zeit zwischen Vorbehandlung und Verklebung erhöht das Risiko einer erneuten Kontamination der Oberfläche.
3. Oberflächenvorbehandlung
3.1 Entfettungsmethoden
Öl und Fett müssen definitiv von einer Oberfläche entfernt werden. Auch wenn die Oberfläche augenscheinlich sauber ist, sollte ein Entfettung durchgeführt werden. Im folgenden werden sechs
verschieden Methoden beschrieben.
3.1.1 Lösemitteldampf (organische Lösemittel)
Bei diesem Verfahren werden spezielle Waschanlagen benutzt, in denen auch eine vorgeschaltete Reinigung mit dem flüssigen Lösemittel erfolgen kann. Meist wird Trichlorethylen eingesetzt.
Die Toxizität dieses Lösemittels erfordert eine entsprechende Auslegung der Reinigungsmaschine sowie spezielle Schutzmaßnahmen im Umgang mit dem Lösemittel. Beachten Sie hier die
Herstellervorschriften und die jeweiligen Regelungen in Ihrem Land.
3.1.2 Waschstation mit organischen Lösemitteln
Typischerweise werden 2 Waschtanks eingesetzt. Einer zum abwaschen der groben Verschmutzungen und der zweite um die vorgereinigte Oberfläche abzuspülen. Dies geschieht hier
automatisch.
3.1.3 Abwaschen (organische Lösemittel)
Der maschinelle Vorgang kann auch per Hand mit Hilfe eines Lappens oder einer Bürste durchgeführt werden. Auch hier werden zwei Behälter verwendet für die Vorreinigung und einer zum
Spülen. Unter Umständen ist es sinnvoll, das Abspülen mit einem Spray durchzuführen, da so sichergestellt werden kann, das nur frisches Lösemittel verwendet wird. Nach der Reinigung lässt man die Oberfläche für ein bis zwei Minuten ablüften. Schnell verdunstende Lösemittel wie unser Solvent A sind hier von Vorteil.
Bitte beachten Sie:
Einige Kunststoffe werden von organischen L semitteln angegriffen. In solchen Fällen sollten zum Beispiel Isopropanol oder andere entfettende Reinigungsmittel (z. Bsp. Rhodiasolv) eingesetzt
werden.
3.1.4 Entfettung durch Reinigungsmittel
Die Oberfläche wird mit einer Bürste und dem Reinigungsmittel abgewaschen. Anschließend spült man mit warmen Wasser Reste des Reinigungsmittel ab. Trocknen erfolgt am besten mit warmer
Luft.
Anmerkung: anionische Reinigungsmittel ergeben die besten Resultate.
3.1.5 Laugenbad
Alternativ kann zu organischen Lösemitteln oder Reinigungsmitteln auch Lauge eingesetzt werden. Typischerweise kommen Inhaltsstoffe wie Natrium, Ätzkali (Kaliumhydroxid), Phosphate,
Karbonate, Borate oder Tenside zum Einsatz. Grundsätzlich sehr wirkungsvolle Produkte müssen sie aber sehr sorgfältig abgewaschen bzw. neutralisiert werden. Hier bitte die Herstelleranweisungen beachten.
3.1.6 Ultraschall
Ultraschallbäder sind sehr effektiv bei nahezu jeder Verschmutzung, lassen sich aber eher nur für Kleinteile anwenden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Oberfläche nicht verbrennt.
3.1.7 War die Reinigung erfolgreich?
Nach erfolgter Reinigung sollte geprüft werden, ob die Oberfläche wirklich sauber ist. Ein einfacher Test kann mit destilliertem Wasser durchgeführt werden:
Man gibt ein paar Tropfen dest. Wassers auf die gereinigte Oberfläche. Wenn sich keine Tropfen bilden, sondern das Wasser sich gut auf der Oberfläche verteilt, war die Reinigung erfolgreich.
Achtung: Dieser Test funktioniert vor allem bei metallischen Oberflächen. Kunststoffe lassen so häufig keine Beurteilung zu (PE, PP). Rückschlüsse auf die Benetzung durch einen Kleber sind hier
nicht zulässig.
3.2 Schleifen
Nach dem Entfetten der Oberfläche sollte zusätzlich eine mechanische Vorbereitung erfolgen. Dies erhöht zusätzlich die Anbindung des Klebers. Da unterschiedliche Materialien verschiedene
Arten der mechanischen Vorbereitung erfordern, beschreiben wir diese im folgenden:
Nach der mechanischen Bearbeitung müssen natürlich alle losen Partikel entfernt werden. Das kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen:
- Wiederholen des Reinigungsvorganges (mit frischem Reinigungsmittel)
- Abbürsten der Oberfläche
- Abblasen mit Pressluft (sicherstellen, das ein Ölabscheider benutzt wird)
3.2.1 Metallische Oberflächen
Alle Ablagerungen (Rost, Zunder oder ähnliches) oder Beschichtungsreste sind zu entfernen. Sind noch Beschichtungen vorhanden (z.Bsp. Farbe) kann eine Verklebung nur so gut sein, wie die
Haftung zwischen Metall und Beschichtung. Am besten geeignet sind Strahlverfahren. Ist keine entsprechende Ausrüstung vorhanden oder das Metall zu dünn, werden Schleifpapier (am besten auf Basis Siliziumkarbid auch als Korund bekannt) mit einer Körnung zwischen 40 und 120 oder alternativ eine Drahtbürste eingesetzt. Setzt man Nassschleifpapier ein, wird unnötige Staubentwicklung vermieden. Nach dem Schleifen wird die Oberfläche abgewaschen und getrocknet.
Hinweise für das Strahlen
Am häufigsten gebräuchlich sind Schmelzkorund oder Korund. Eisenhaltige Strahlmittel sollten unlegierten Stählen oder Gusseisen vorbehalten bleiben. Für Aluminiumlegierungen und rostfreie
Stähle sollte ausschließlich Schmelzkorund benutzt werden. Bei extrem harten oder sehr weichen Metallen kann der Einsatz von Korund sinnvoll sein. Die Korngröße ist natürlich von mehreren Faktoren abhängig: dem zu strahlenden Metall, der Ausrüstung, dem möglichen Druck, der zur Verfügung stehenden Zeit und dem zu entfernenden Belag. Als sinnvoll haben sich meist Körnungen zwischen 0,1mm und 0,4mm Durchmesser erwiesen. Und weichere Untergründe lassen sich besser mit kleineren Körnungen strahlen.
3.2.2 Kunststoffoberflächen
Für Kunststoffoberflächen gilt grundsätzlich das gleiche wie für metallische Oberflächen. Bei Composite-Werkstoffen ist es häufig erforderlich Reste von Trennmitteln zu entfernen. Hier kann
sowohl mit Strahlmitteln als auch mit Schleifmitteln gearbeitet werden. Die Körnungen sind analog zu metallischen Oberflächen zu wählen. Gute Ergebnisse können auch mit dem sogenannten Kryo-Strahlen erzielt werden. Hierbei wird mit CO2-Pellets die Oberfläche gestrahlt. Dieses sehr weiche Strahlmittel reinigt die Oberfläche ohne gesundes Material abzutragen. Selbstverständlich muss auch die Kunststoffoberfläche nach dem Schleifen oder Strahlen gereinigt werden. Idealerweise geschieht das mit Druckluft. L semittel werden zwar gerne verwendet (z.Bsp. Aceton), haben aber den Nachteil, das sie in den Kunststoff eindringen können und dann die Verklebung behindern.
3.3 Spezielle Vorbehandlungsmethoden für optimale Klebeergebnisse
Für die meisten Klebeaufgaben sind die oben beschriebenen Vorbereitungen absolut ausreichend. Um aber nun das Maximum an Festigkeit kombiniert mit Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität zu erreichen, ist es angeraten eine weitere chemische oder elektrolytische Vorbehandlung der zu verklebenden Oberfläche vorzunehmen.
3.3.1 Beizen
Die Oberfläche von Metallen besteht leider nicht aus purem Metall. Man findet eine höchst unterschiedliche Kombination von Oxiden, Sulphiden, Chloriden und anderen Verbindungen, die alle
eine nicht besonders stabile Oberfläche ergeben. Beizen ist eine gut eingeführte Methode um diese Verbindungen zu entfernen. Gleichzeitig wird an der Metalloberfläche eine Schicht erzeugt, die mit dem gewünschten Kleber kompatibel ist. Verschiedene Metalle erfordern also unterschiedliche Beizen. Für Aluminium wird meist Chromsäure benutzt, für Edelstahl Schwefelsäure
und für Kupfer Salpetersäure. Auch für einige Kunststoffe hat sich das Beizen bewährt. Hier wird zum Beispiel Chromsäure für Polyolefine eingesetzt.
3.3.2 Eloxieren
Eloxieren oder auch Anodisieren ist eine für Aluminium oder Titan übliche Vorbehandlung. Dabei wird das Material nach dem Beizen eloxiert. Die dabei entstehende Oxidschicht ist porös und
bietet damit einem Kleber oder einem Primer die Möglichkeit tief in diese Schicht einzudringen. Dadurch werden hervorragende Verklebungen erzielt.
3.3.3 Primer
Das Aufbringen eines Primers ist eine weitere Möglichkeit der Oberflächenvorbehandlung. Angewendet wird dies zumeist auf Metallen und auf keramischen Substraten. Der Primer stellt
grundsätzlich den Abschluss der Vorbehandlung dar und wird auf schwierigen Oberflächen angewendet. Dabei handelt es sich häufig um eine gelöste Form des eigentlichen Klebstoffes. Diese
Flüssigkeit benetzt die Oberfläche sehr gut und der nachfolgende Kleber, der chemisch kompatibel ist, kann eine sehr starke Verbindung aufbauen.
3.3.4 Grundlagen für chemische Vorbehandlungen
Bei der chemischen Vorbehandlung muss umsichtig vorgegangen werden und das nicht nur wegen der gefährlichen, ätzenden und teilweise giftigen Substanzen. Werden hier Fehler gemacht, kann
die Verklebung schlechter sein als ohne Vorbehandlung! Ebenso spielt das Zeitfenster für die Verklebung eine immens wichtige Rolle. Ist die Vorbereitung zu kurz wird die Oberfläche nicht ausreichend aktiviert. Dagegen können zu lange Prozesse zu unerwünschten Nebenprodukten führen, die wiederum die Verklebung behindern. Nach Abschluss der chemischen Vorbehandlung hat sich das Waschen mit klarem Wasser als Standard etabliert. Dabei wird für den letzten Spülgang demineralisiertes Wasser empfohlen.
4.1 Vorbehandlungsmethoden für verschiedener Typen
Die hohe Anzahl an verschiedenen Legierungen (und unterschiedlichen Oberflächenqualitäten durch verschiedene Wärmebehandlungen) in jeder einzelnen Metallgruppe verhindert ein
standardisiertes Verfahren der Vorbehandlung. Die im folgenden beschriebenen Vorgehensweisen sind gut eingeführt und haben sich bewährt. Trotzdem können Variationen oder gänzlich andere Prozesse zu besseren Ergebnissen führen. Dies kann aber nur im vergleichenden Versuch herausgefunden werden.
