Klebstoffe – vielseitige Werkstoffe

Klebstoffe

In der Natur verwenden die Tiere die unterschiedlichsten Kleber auf vielfältige Weise. Sei es der Cellulosebrei beim Nestbau der Wespe (Analogie zum Tapetenkleister), der Latex beim Gummibaum oder das Wachs der Bienen. Menschen nutzten schon in der jüngeren Steinzeit die natürlich vorkommenden Baumharze als Klebstoff - etwa zur Befestigung von Speerspitzen. In Ägypten kannte man den Beruf des Leimsieders (Kellopsos), die Griechen und Römer entwickelten die Leimher-stellung weiter. Seit 1830 kennt man den Naturkautschuk als Klebstoff. Moderne Entwicklungen haben die Technik der Materialverbindung revolutioniert. Wir alle kennen den Klebstoffs aus der Tube oder das Befestigen eines Posters an der Wand mit einem sogenannten „Power Strip“. Weniger bewusst ist uns der Einsatz von Klebstoffen in Fahrzeugbau oder gar in der Luft- und Raumfahrttechnik.

Was ist ein Klebstoff?
Kleben ist die Verbindung zweier Werkstoffteile (Fügeteile) mittels eines Klebstoffs.

Nach der DIN-Norm 16920 versteht man unter Klebstoff einen nicht metallischen Werkstoff, der Körper durch Oberflächen-haftung und innere Festigkeit (Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann, ohne dass sich das Gefüge der Körper wesentlich verändert.

Daraus ergibt sich das Anforderungsprofil an einen Klebstoff: Er muss an fremden Oberflächen haften bleiben (Adhäsion) und zudem auch in sich selbst kleben (Kohäsion).

Adhäsion und Kohäsion
Die Adhäsionskräfte wirken in der Grenzschicht zwischen Fügeteil und Klebstoff. Diese Schicht wird als Adhäsionszone bezeichnet. Hier weisen die Klebstoffe modifizierte chemische Strukturen und Zusammensetzungen auf, da die Adhäsionskräfte auf molekularen Wechselwirkungen zwischen Klebstoff und Fügeteil beruhen. Man unterscheidet die starken chemischen Bindungen und die schwächeren zwischenmolekularen Wechselwirkungen. Chemische Bindungen treten nur selten auf, finden sich aber z. B. bei der Verbindung von Silicon und Glas; Polyurethan und Glas oder Epoxidharz und Aluminium.

Physikalisch abbindende Klebstoffe liegen beim Auftragen bereits im Endzustand vor, daher können nur solche Polymere als Kleber eingesetzt werden, die sich verflüssigen lassen. Gering vernetzte Elastomere, die stark aufquellen, kommen als Kontaktklebstoffe zur Anwendung.

Chemisch härtende Klebstoffe

Chemisch härtende Klebstoffe sind Klebstoffe, die in Verbindung mit einer weiteren Komponente ihre Klebkraft entwickeln.

Einkomponentenklebstoffe benötigen eine zweite Reaktionskomponente wie z. B. die Luftfeuchtigkeit (beim Sekundenkleber) oder das UV-Licht (wie in der Zahnmedizin), die das Abbinden des Klebstoffes einleitet.

Beispiele für Einkomponentenklebstoffe

Zweikomponentenklebstoffe härten nach dem Mischen der Komponenten (Reaktionspartner) bei Raumtemperatur spontan aus. Sie werden getrennt bevorratet (Harz und Härter) und erst unmittelbar vor dem Auftragen gemischt.

Beispiele für Zweikomponentenklebstoffe

Beispiele fortschrittlicher Klebetechnik

Im Flugzeugbau gehört das Kleben schon lange zu den wichtigsten Techniken für die Materialverbindung. Erst dadurch wird die extreme Leichtbauweise möglich. Klebungen findet man im Innenraum aber auch bei der Herstellung hoch beanspruchter Außenbauteile wie etwa den Versteifungen der Außenbleche. Hier finden Epoxidharze ihre hauptsächliche Anwendung.
Auch im Bereich der Schienenfahrzeuge führt der Einsatz von glasfaserverstärkten Kunststoffen zu enormen Gewichtseinsparungen. Im Regio-Shuttle der Fa. Adtranz werden auf die fachwerkartige tragende metallische Struktur mithilfe eines Polyurethanklebstoffes die Außenbleche befestigt.
Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer technischer Anwendungen. Das Spektrum reicht von der Elektronik (z. B. Leiterplatten) über den Elektromotor oder der DVD, der Folienlaminierung bis hin zum eingeklebten Hüftgelenksimplantat.