Faserverbundwerkstoffe seit 1985

Anleitung | Verkleben metallischer Oberflachen

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:

  1. Ober­fläche entfetten
  2. Ent­fet­ten, anschleifen und lose Teile entfernen
  3. 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.

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