Wenn Materialien nicht zusammenpassen

Aneinanderreihung von Plasmadüsen zur flächigen Behandlung (Bild: Tigres GmbH)

31.10.2020 Wenn Materialien nicht zusammenpassen

Bauteile auch bei widrigen Rahmenbedingungen effizient verkleben und beschichten

von Berrin Küzün (Tigres GmbH )

Die Beschichtungen und Verklebungen müssen nach dem Aufbringen während des gesamten Lebenszyklus eines Bauteils auf ihrer Unterlage haften. Die Haftungsfähigkeit hängt dabei nicht nur von der Wahl der Unterlage, deren sachgerechter Verarbeitung, sondern auch ganz entscheidend von der Güte der zu beschichtenden oder zu verklebenden Oberfläche ab. Dabei werden beim Kleben und Beschichten mit wachsender Tendenz Materialien eingesetzt, deren Oberflächeneigenschaften den Anforderungen des Kleb- bzw. Beschichtungsprozesses eigentlich nicht entsprechen. Ein Problem, das sich lösen lässt.

Grundsätzlich stellt die Verklebung viel höhere Ansprüche an die Fügepartner als eine Verschraubung oder Nietung – insbesondere, wenn es sich bei den zu verbindenden Materialien um Kunststoffe handelt. Denn hier ist häufig eine Oberflächenaktivierung notwendig, um eine gute Festigkeit der Verklebung zu erzielen. Werden z.B. unpolare Werkstoffe wie Polypropylen verarbeitet, ist zu berücksichtigen, dass diese keine funktionellen Gruppen haben, mit denen der Klebstoff in Wechselwirkung treten kann. Hier werden dann, u.a. durch Einsatz einer Plasmavorbehandlung bei Atmosphärendruck (AD-Plasma), sauerstoffhaltige Gruppen in die Polymerkette eingelagert, mit denen der aufgetragene Kleber reagiert und dauerhafte Bindungen eingeht. Voraussetzung für die Haftfestigkeit ist die optimale Vorbereitung der Oberfläche auf den Klebstoff. Und hier stehen je nach eingesetzter Plasmabehandlung unterschiedlich einstellbare Parameter zur Verfügung, die das Ergebnis und den Erfolg der Verklebung essenziell beeinflussen können.

Adhäsion und Kohäsion unterscheiden 

Bei der Beschichtung bestimmt die „Adhäsion“ die eigentliche Anhaftung der Beschichtung auf dem Substrat. Hier sind Substrat und Beschichtungswerkstoff die bestimmenden Faktoren. Die „Kohäsion“ wird dagegen nur von dem Beschichtungswerkstoff bestimmt. Eine schwach ausgeprägte Kohäsion führt zu Versagen des Zusammenhalts bei Belastung. Allerdings können nur aufgrund der umfassenden Beurteilung der Ursache eines Versagens zielführende Maßnahmen zu deren Beseitigung eingeleitet werden.

Bei Klebungen wird der Unterschied zwischen Kohäsion und Adhäsion besonders deutlich. Kohäsion ist hier eine Materialeigenschaft des Klebers, die wesentlich von seiner Verarbeitung und Aushärtung bestimmt wird. Die Adhäsion hingegen ist eine Eigenschaft des Verbundes Kleber/Substrat und wird damit wesentlich von der Güte der Substratoberfläche und dem Zusammenspiel zwischen Oberfläche und dem Kleber bestimmt. Daher ist die Prüfung der Oberfläche vor der weiteren Verarbeitung in vielen Prozessen notwendig. Oberflächenprüfungen zeigen in der Praxis – trotz maschineller Reinigung – oft vielfältige Fremdspuren (Reste von Trennmittel, Öle, Verschmutzungen etc.), welche einer einwandfreien Verbindung im Wege stehen und zu Adhäsionsverlusten führen können.