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E-Book

Kleben

Grundlagen, Technologien, Anwendungen

AutorGerd Habenicht
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl1082 Seiten
ISBN9783540312239
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis259,00 EUR

Dieses umfassende und wichtige Referenzwerk wurde sorgfältig neu bearbeitet. Kleben ist in vielen Fällen die technisch oder wirtschaftlich bessere Variante der Verbindungstechnik. Der aktuelle Stand der Technologie liegt in diesem bewährten Handbuch aktualisiert und ergänzt vor: Klebstoffe und Klebungen, die Berechnung und konstruktive Gestaltung metallischer und nichtmetallischer Fügeteile sowie die Prüfung und Qualitätssicherung von Klebstoffen und Klebungen. Das Buch unterstützt alle Klebstoffanwender und -hersteller in ihrem Bemühen, die Potenziale dieser Technik optimal zu nutzen.

Der Inhalt wurde vollständig aktualisiert und wo erforderlich erneuert. Komplett neu bearbeitet wurden Bezüge zu Normen für Anwendungen im Fahrzeugbau, die Entwicklung bei Klebebändern (einschließlich der Post-it-Systeme), elektrisch leitfähige Klebstoffe, anisotrope Klebstoffe, Cyanacrylate mit neuen Eigenschaften, kationisch härtbare Klebstoffe, aerobe Klebstoffe, MS-Polimere, Nano-Klebstoffe und Nano-Technologie beim Kleben, Dichtstoffe, die Ausführungen zur Finite Elemente-Berechnung, die Oberflächenbehandlung (Laser, Plasma), die Klebstoffverarbeitung und deren Automatisierung und die Prüfverfahren. Neu aufgenommen wurde ein Kapitel über Klebestifte.



Univ.-Professor (em.) Dr. rer. nat. Gerd Habenicht

Nach dem Studium der Chemie an der Technischen Universität Braunschweig 16 Jahre Industrietätigkeit im Bereich Forschung und Entwicklung sowie Fertigungstechnik. 1976 Berufung auf den Lehrstuhl für Fügetechnik in der Fakultät Maschinenwesen der Technischen Universität München. Forschungsschwerpunkte neben den Bereichen Schweißen und Löten, insbesondere auf dem Gebiet des Klebens. Die interdisziplinären praktischen Industrieerfahrungen aus Chemie und Fertigung bildeten einen sachdienlichen Grundstock für erfolgreiche Industriekooperationen sowie fachbezogene Veröffentlichungen. Nach erfolgter Emeritierung 1998 weiterhin als Fachbuchautor, Berater, Gutachter sowie Kongress- und Seminarreferent tätig.

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Leseprobe

4 Eigenschaften der Klebschichten (S.263)

4.1 Allgemeine Betrachtungen
Während des Abbindeprozesses entstehen aus den Klebstoffen die Klebschichten, die in ihren Eigenschaftsmerkmalen den Kunststoffen zuzuordnen sind. Wegen der vorhandenen Wechselwirkungen lassen sich die Eigenschaften der Klebschichten nur zum Teil losgelöst von den Eigenschaften der Fügeteile betrachten, sie können für sich allein demnach das Verhalten der Klebungen nur unvollkommen beschreiben.

Erst die Kombination von Klebschicht und Fügeteiloberfläche ergibt die entsprechenden Haftungskräfte und somit einen wesentlichen Teil der Gesamteigenschaften, die für die Festigkeit einer Klebung von entscheidendem Ein.uss sind. Dennoch gibt es Eigenschaftsmerkmale, die die einzelnen Klebstoffe in ihrer zur Klebschicht ausgehärteten Form unterscheiden. Als vorwiegend klebschichtspeziffische Faktoren sind in diesem Zusammenhang der Schubmodul, das Schubspannungs-Gleitungs-Verhalten, der Elastizitätsmodul, das Kriechverhalten, die Kristallinität und die Klebschichthomogenität zu sehen.

Aus diesen Faktoren ergibt sich dann das von Klebstoff zu Klebstoff unterschiedliche mechanische, physikalische und chemische Verhalten. Die besonderen Anforderungen an Klebschichten bestehen darin, die über die Fügeteile einwirkenden Kräfte zu übertragen. Dabei kommt dem Abbau bzw. der Reduzierung ggf. auftretender Spannungsspitzen eine besondere Bedeutung zu. Je mehr eine Klebschicht diese Spannungsspitzen durch elastische und/oder plastische Verformungen auszugleichen vermag, desto größer wird der Anteil der lastübertragenden Klebfläche und um so höher ist bei einer möglichst großen inneren Festigkeit (Kohäsionsfestigkeit) die Festigkeit der Klebung.

So gewinnt das deformationsmechanische Verhalten der Klebschichtpolymere für die Festigkeitsbetrachtungen besonderes Gewicht. Diese Aussage wird ergänzt durch die große Bedeutung von Klebungen mit „dicken, elastischen" Klebschichten, wie sie vorzugsweise im Fahrzeugbau eingesetzt werden (Abschn. 15.3).

Die Grundlagen für die konstruktive Auslegung und Berechnung von Klebungen, nach der diese weitgehend gestaltet werden, beruhen im Wesentlichen auf den Arbeiten zum Einsatz des Klebens im Flugzeugbau (Abschn. 15.2). Hierbei standen und stehen möglichst hohe Klebfestigkeiten (Abschn. 8.3.3.4) im Vordergrund. Diese wiederum lassen sich

– im Kurzzeitversuch nach DIN EN 1465 gemessen – mit „dünnen" (0,05– 0,2 mm) Klebschichten und stark vernetzten, also „verformungsarmen", Klebschichtpolymeren vorteilhaft erreichen. Somit bestand die Aufgabe, Konstruktionsrichtlinien und Berechnungsverfahren auch für elastische und dicke Klebschichten (bis zu 5 mm) in gleicher Weise systematisch zu erarbeiten.

Wegen der großen Bedeutung dieser Thematik werden die wichtigsten Grundlagen hierzu in Abschnitt 8.10 separat behandelt. Da die Eigenschaften der Klebschichten maßgebend von den Härtungsparametern Temperatur, Zeit und Druck bestimmt werden, sind werkstoffspeziffische Kennwerte, die als Berechnungsgrundlage dienen können, nur durch systematische Untersuchungen zu erhalten.

Allgemein ist festzustellen, dass die Duromere aufgrund ihres Vernetzungszustands höhere Klebschichtfestigkeiten aufweisen als die Thermoplaste, bei letzteren kommt noch die Kriechneigung (Abschn. 4.6) hinzu. Die optimalen Eigenschaftskriterien für Klebschichten lassen sich somit wie folgt deffinieren:

Ausbildung fester und alterungsbeständiger Haftungskräfte zu den Fügeteilober Flächen (zu erreichen u.a. durch Einbau polarer Gruppen in das Makromolekül);

hohe Kohäsionsfestigkeit bei gleichzeitigem Vorhandensein eines begrenzten Verformungsvermögens als Voraussetzung für den Abbau von Spannungsspitzen in der Klebfuge (zu erreichen u.a. durch „innere Weichmachung" hochvernetzter Makromoleküle, Abschn. 4.4.3);

Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur 5. Auflage5
Inhaltsverzeichnis7
Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen25
Abkürzungen28
Einleitung31
1 Einteilung und Aufbau der Klebstoffe33
1.1 Begriffe und Definitionen33
1.2 Einteilung der Klebstoffe34
1.3 Aufbau der Klebstoffe37
2 Klebstoffgrundstoffe45
2.1 Polymerisationsklebstoffe45
2.2 Polyadditionsklebstoffe103
2.3 Polykondensationsklebstoffe137
2.4 Zusammenfassende Darstellung der Polyreaktionen168
2.5 Klebstoffe auf natürlicher Basis171
2.6 Klebstoffe auf anorganischer Basis177
2.7 Klebstoffzusätze und haftvermittelnde Substanzen181
3 Klebstoffarten199
3.1 Reaktionsklebstoffe199
3.2 Lösungsmittelklebstoffe214
3.3 Kontaktklebstoffe219
3.4 Haftklebstoffe221
3.5 Dispersionsklebstoffe231
3.6 Schmelzklebstoffe236
3.7 Heißsiegelklebstoffe245
3.8 Kaschier-, Laminierklebstoffe247
3.9 Wärmebeständige Klebstoffe248
3.10 Klebstoffe für Anwendungen bei tiefen Temperaturen253
3.11 Leitfähige Klebstoffe253
3.12 Klebstoffe mit Nano- Füllstoffen265
3.13 Mikroverkapselte Klebstoffe268
3.14 Plastisole270
3.15 Klebstofffolien272
3.16 Klebebänder274
3.17 Klebestreifen280
3.18 Klebestifte281
3.19 Dichtstoffe282
3.20 Gießharze288
3.21 Polymermörtel290
3.22 Strukturkitte und Spachtelmassen290
3.23 Chemische Befestigungstechnik291
4 Eigenschaften der Klebschichten293
4.1 Allgemeine Betrachtungen293
4.2 Schubmodul294
4.3 Das Schubspannungs- Gleitungs- Verhalten296
4.4 Die thermomechanischen Eigenschaften301
4.5 Elastizitätsmodul310
4.6 Kriechen314
4.7 Kristallinität321
4.8 Klebschichtinhomogenitäten322
4.9 Klebschichtmorphologie und strukturabhängiges mechanisches Verhalten323
5 Klebtechnische Eigenschaften der Fügeteilwerkstoffe325
5.1 Oberflächeneigenschaften325
5.2 Werkstoffeigenschaften339
6 Bindungskräfte in Klebungen345
6.1 Die Natur der Bindungskräfte346
6.2 Adhäsion354
6.3 Kohäsion363
6.4 Benetzung von Oberflächen durch Klebstoffe365
7 Eigenschaften von Klebungen383
7.1 Vorteile und Nachteile von Klebungen383
7.2 Eigenspannungen in Klebungen391
7.3 Bruchverhalten von Klebungen402
7.4 Verhalten von Klebungen bei Beanspruchungen durch mechanische Belastungen und Umgebungseinflüsse408
8 Festigkeiten von Metallklebungen433
8.1 Allgemeine Betrachtungen433
8.2 Einflussgrößen auf die Festigkeit von Metallklebungen434
8.3 Spannungen in Metallklebungen mit dünnen, verformungsarmen Klebschichten436
8.4 Einfluss der geometrischen Gestaltung der Klebfuge auf die Klebfestigkeit einschnittig überlappter Klebungen461
8.5 Berechnung der Spannungsverteilung in einschnittig überlappten Klebungen479
8.6 Festigkeit bei statischer Langzeitbeanspruchung491
8.7 Festigkeit bei dynamischer Langzeitbeanspruchung494
8.8 Festigkeit bei schlagartiger Beanspruchung499
8.9 Festigkeit bei Crash-( hochdynamischer) Beanspruchung501
8.10 Elastisches Kleben502
8.11 Erhöhung der Festigkeit durch Kombinationsklebungen508
8.12 Abschließende Bemerkungen zum Festigkeitsverhalten von Metallklebungen510
9 Berechnung von Metallklebungen513
9.1 Allgemeine Betrachtungen513
9.2 Berechnungsansätze514
10 Kleben runder Klebfugengeometrien535
10.1 Kleben rohrförmiger Fügeteile536
10.2 Kleben von Welle- Nabe- Verbindungen539
10.3 Klebschrumpfen551
10.4 Kegelpressverbindungen557
11 Konstruktive Gestaltung von Klebungen559
11.1 Vorhandensein ausreichender Klebflächen559
11.2 Vermeidung von Spannungsspitzen563
12 Technologie des Klebens569
12.1 Allgemeine Betrachtungen569
12.2 Oberflächenbehandlung der Fügeteile572
12.3 Klebstoffverarbeitung588
12.4 Herstellung von Klebungen618
12.5 Sicherheits- und Umweltschutzmaßnahmen bei der Verarbeitung von Klebstoffen630
12.6 Klassifizierung wichtiger Klebstoffarten nach arbeitsphysiologischen und verarbeitungstechnologischen Gesichtspunkten636
12.7 Kombinierte ( Hybrid-) Fügeverfahren636
12.8 Kleben beölter Bleche647
12.9 Kleben in feuchter Atmosphäre ( Unterwasserkleben)649
12.10 Demontage von Klebungen („ Entkleben )650
13 Kleben metallischer Werkstoffe655
13.1 Allgemeine Betrachtungen655
13.2 Klebbarkeit wichtiger Metalle656
13.3 Kleben von Metallkombinationen670
13.4 Kleben von Blechen mit organischen und anorganischen Beschichtungen672
14 Kleben der Kunststoffe und weiterer nichtmetallischer Werkstoffe675
14.1 Kleben der Kunststoffe675
14.2 Kleben von Glas740
14.3 Kleben von Keramik749
14.4 Kleben von Gummi750
14.5 Kleben von Holz759
14.6 Kleben poröser Werkstoffe766
15 Industrielle Anwendungen des Klebens769
15.1 Allgemeine Betrachtungen769
15.2 Kleben in der Luft- und Raumfahrt769
15.3 Kleben im Fahrzeugbau775
15.4 Kleben im Maschinenbau784
15.5 Kleben in der Elektronik786
15.6 Kleben in der Papierverarbeitung792
15.7 Kleben in der Verpackungsindustrie795
15.8 Kleben in der Schuh- und Lederindustrie796
15.9 Kleben und Dichten in der Bauindustrie797
15.10 Kleben in der Medizin798
15.11 Anwendungen des Klebens bei Reparaturen802
15.12 Literatur zu weiteren Anwendungen806
16 Prüfung und Qualitätssicherung von Klebstoffen und Klebungen807
16.1 Allgemeine Betrachtungen807
16.2 Zerstörende Prüfverfahren810
16.3 Zerstörungsfreie Prüfverfahren831
16.4 Prüfung von Polymereigenschaften und Härtungsreaktionen837
17 Anhang851
17.1 Verzeichnis von Normen, Standards, Richtlinien und Merkblättern zum Kleben und zu verwandten Gebieten851
17.2 Verzeichnis ausgewählter ASTM- Methoden für die Prüfung von Klebstoffen und Klebungen864
17.3 Kurzzeichen für Klebstoffgrundstoffe und Kunststoffe867
17.4 Ausgewählte Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Einheiten und SI- Einheiten für klebtechnische Berechnungen870
17.5 Ausgewählte deutsch- englische und englisch- deutsche Begriffe aus dem Gebiet des Klebens871
18 Literatur893
Veröffentlichungen aus nationalen und internationalen Fachzeitschriften893
Bücher aus dem deutschen Sprachraum1051
Bücher aus dem angelsächsischen Sprachraum1052
Sachverzeichnis1055

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