Oberflächenbehandlung

Behandelt klebt besser

Kleben ist nicht nur eine Frage der richtigen Klebstoff-Material-Kombination, sondern auch der Oberflächenbeschaffenheit der zu verklebenden Bauteile. Delo weiß als Hersteller von Spezialklebstoffen und Gerätesystemen, welche Vorbehandlungsmethoden für welche Materialien am sinnvollsten sind. Generell spielen speziell in der industriellen Fertigung die physikalischen-chemischen Verfahren wegen der höheren Sauberkeit und geringeren Anforderungen an die Arbeitssicherheit eine größere Rolle als die mechanischen und nassmechanischen Oberflächenvorbehandlungen wie Strahlen und Beizen.

In einer separaten Niederdruck-Plasmakammer können Bauteile mit komplexerer Geometrie fürs Kleben effektiv vorbehandelt werden.

Kleben ersetzt in immer mehr Industriezweigen herkömmliche Fügetechniken wie Schweißen, Löten oder Schrauben. So enthält zum Beispiel ein Automobil rund 15 Kilogramm Klebstoff, was es nicht nur erleichtert, sondern auch die Montage vereinfacht ohne die Funktion der Bauteile zu beeinträchtigen. Dabei kommen neben Klebstoffen für strukturelle Verklebungen auch High-Tech-Klebstoffe zum Einsatz: Dies reicht von der Auto- mobilelektronik über die Verklebung von empfindlichen Sensoren und Kameras bis hin zur Verbindung von Leichtbau-materialien wie CFK (kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe) oder glasfaserverstärkter Kunststoffe (GFK).

Die Laser-Vorbehandlung schmilzt bei höherer Intensität größere Bereiche der Edelstahloberfläche auf und verbessert so die Alterungsbeständigkeit der Verklebung.

Ein Allrounder dafür ist der zwei-Komponenten-Epoxidharzklebstoff Duopox AD840 von Delo. Er härtet bei Raumtemperatur vollständig aus und ist in Temperaturbereichen von -40 °C bis zu +140°C einsetzbar. Damit hält er beispielsweise Sensoren im Motorraum, wo sie hoher Strahlungswärme ausgesetzt sind, stabil am Platz. Der Klebstoff haftet sehr gut auf Metallen, Kunststoffen sowie glatten und spröden Oberflächen und gleicht Spannungen zwischen unterschiedlichen Materialien aus.

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Entscheidend für eine dauerhafte und belastbare Klebestelle, die gegenüber Feuchtigkeit, Temperatur sowie aggressiven Medien beständig ist, ist die Vorbehandlung der Bauteile. Dabei kommen mechanische, physikalische, chemische oder kombinierte Verfahren in Frage, die auf Fügeteil, Klebstoff und Werkstoff abzustimmen sind. So kann die Festigkeit und Langzeitbeständigkeit einer Verklebung noch weiter erhöht werden. Wichtig bei den physikalisch-chemischen Verfahren ist das direkte Verkleben, um einen optimalen Verbund zu erreichen.

Um Kunststoffe sicher und zuverlässig zu verkleben, werden physikalische Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung eingesetzt. Sie sollen die Haftung des Klebstoffs meist durch die Erhöhung der Polarität und Oberflächenenergie des Kunststoffs verbessern. Zu den verbreitetsten Verfahren zählen neben der Behandlung mit Niederdruck- oder atmosphärischem Plasma auch das Beflammen.

Plasma lädt Kunststoffe auf

Unter Plasma versteht man ganz oder teilweise ionisiertes Gas. Um die Atome beziehungsweise die Moleküle eines Gases zu dissoziieren und zu ionisieren, muss man Energie zum Beispiel in Form von hochfrequenter Strahlung zuführen. Beim Atmos-phärendruckplasma wird durch Ladungstrennung ein quasi potentialfreier Partikelstrom ionisierter Luft erzeugt und auf die Oberfläche des Fügeteils transportiert. Das Atmosphärendruckplasma eignet sich vor allem für vollautomatische Inline-Prozesse, da das Auftragen schnell über eine Düse erfolgt und nicht wie beim Niederdruckplasma in einer separaten Plasmakammer. Der Vorteil der Niederdruckplasma-Vorbehandlung liegt in der Möglichkeit, Bauteile mit komplizierter Geometrie vorbehandeln zu können. Zudem hält die Wirkung aufgrund der größeren Eindringtiefe länger an. Das Niederdruckplasma wird in verdünnten Gasen erzeugt, deren Druck niedriger liegt als der Atmosphärendruck.

Das Beflammen kommt bei thermoplastischen Kunststoffen zum Einsatz. Verwendet wird hierbei eine Propan- oder Acetylen-Flamme mit Sauerstoffüberschuss. Entscheidend für eine gute Oberflächenspannung sind der Sauerstoffüberschuss, der Abstand Flamme-Fügeteiloberfläche sowie die Geschwindigkeit, mit der die Flamme über die Oberfläche bewegt wird. Der Vorbehandlungseffekt klingt allerdings schnell ab.

Korund oder Laser säubern Metalle

Die Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität von Verklebungen auf Edelstahl, Aluminium, Magnesium, Titan oder schwer verklebbaren Kunststoffen wie Polyolefinen lässt sich mit dem Saco-Verfahren (Sandblast Coating) steigern. Bei dieser Methode werden silikatbeschichtete Korundkörner mit Hilfe eines Sandstrahlgeräts auf ein Bauteil beschleunigt. Dabei rauen die Korundkörner die Oberfläche des Bauteils - auch optisch - auf, tragen lose Teile ab und beschichten die Oberfläche gleichzeitig. Beim Aufprall des Korns auf die Oberfläche des Bauteils erfolgt durch den entstehenden Druck und den lokalen Temperatureintrag eine tribochemische Beschichtung.

Speziell bei der Vorbehandlung von Edelstahl rückt der Laser zunehmend in den Fokus. Durch seine saubere und schnelle Arbeitsweise ist er für Inlineprozesse und die selektive Behandlung interessant. In einem Gemeinschaftsprojekt von Delo und der Hochschule Ulm zeigten die mit Laser (Wellenlänge 1064 nm) vorbehandelten Proben eine Beständigkeit nach simulierter Alterung, die eine fast so hohe Zugscherfestigkeit erreicht wie die Saco-Proben. Dazu muss allerdings eine Mindestintensität bei der Behandlung erreicht werden, fanden die Forscher heraus. Denn mit zunehmender Intensität der Laserbehandlung kommt es zu einer wachsenden Oxidation der Oberfläche. Der steigende Energieeintrag führt zudem dazu, dass die oberflächennahen Bereiche schmelzen und kurz danach durch die Wärmeleitung ins Probeninnere rasch abkühlen. Erst bei höheren Intensitäten, bei denen größere Bereiche der Oberfläche aufgeschmolzen werden, konnten die Entwickler die beschriebenen Verbesserungen vor allem in der Alterungsbeständigkeit der Klebung beobachten. cs

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