Die Grundlagen der Oberflächenwissenschaft

Bei der Gestaltung eines Produktes werden Substrate anhand unterschiedlicher Gesichtspunkte ausgewählt. Dazu zählen Leistungsmerkmale, Ästhetik, Gewicht oder andere Aspekte. Der Entwurf eines Werkstücks bestimmt meistens auch die Geometrie der Klebeverbindung. Bei der Auswahl eines Klebstoffs ist es daher wichtig, zu verstehen, wie dieser aufgrund seiner chemischen Beschaffenheit mit den Substratoberflächen interagiert.

Sowohl "Substrat" als auch "Oberfläche" können sich beide auf das zu befestigende Material beziehen, wie Holz oder Eisen, um eine Montage zu erstellen. Technisch gesehen umfasst der Ausdruck „Substrat“ alle Materialeigenschaften - Volumeneigenschaften wie Flexibilität oder Schwingungsdämpfung und auch Oberflächeneigenschaften wie Abriebfestigkeit oder Struktur. In den meisten Fällen sind „Substrat“ und „Oberfläche“ im Zusammenhang mit dem Verkleben austauschbar und beziehen sich auf jenen bestimmten Teil, den Sie tatsächlich verkleben - also jene Fläche, die mit dem Klebstoff in Kontakt kommt.

Oberfläche versus Masse

Es ist wichtig zu wissen, dass sich die Substratoberfläche sehr stark von der Masse eines Substrats unterscheiden kann. Nehmen wir zum Beispiel lackiertes Metall: Die „Oberfläche“ ist hier der Lack, der sich sowohl auf der Mikro- wie auf der Makroebene durch sehr unterschiedliche Eigenschaften auszeichnet als die „Hauptmasse“ des Metalls. Hier sind drei Beispiele, bei denen die Substratoberfläche sehr unterschiedliche Merkmale im Vergleich zur Hauptmasse des Materials aufweist.

Lackiertes Holz

Naturbelassenes Holz ist einfach nur Holz. Aber sobald es lackiert wurde, haftet der Klebstoff tatsächlich an der lackierten Oberfläche.
Rostiges Eisen

Bei rostigem Eisen haftet der Klebstoff zum Teil auf dem Eisen und zum Teil auf dem Eisenoxid. Wie groß die jeweiligen Anteile sind, hängt von der Menge des Rosts und der vorangegangenen Oberflächenvorbereitung ab.
Gefertigte Kunststoffteile

Bei vielen Kunststoffteilen werden bei der Produktion Formtrennmittel verwendet. Falls diese Trennmittel nicht vor der Verklebung entfernt werden, muss der Klebstoff geeignet sein, an ihnen zu haften.

Die Bedeutung des Oberflächenkontakts

Klebstoffe erzeugen eine Verbindung zwischen zwei Materialien. Für eine gute Klebeverbindung muss der Klebstoff Kontakt mit der Oberfläche beider Materialien haben. Dies unterscheidet sich von anderen Verfahren wie zum Beispiel der mechanischen Befestigung, bei der die Oberfläche durchbohrt wird, oder dem Schweißen, bei dem Materialien zusammengeschmolzen werden.

Für einen guten Oberflächenkontakt muss ein Klebstoff die entsprechenden Eigenschaften aufweisen. Dazu gehören chemische Merkmale und Viskosität – auf welche wir detailliert in den entsprechenden Artikeln eingehen – aber die Oberfläche muss ebenfalls die geeigneten Charakteristika aufweisen. Die drei unten angeführten Eigenschaften (Oberflächenenergie, Reinheit und Rauheit), sind die wichtigsten Faktoren für die Gewährleistung eines engen Kontaktes.

Oberflächenenergie

Materialien mit niedriger Oberflächenenergie beeinträchtigen das Fließverhalten des Klebstoffs und verhindern einen engen Kontakt. Materialien mit hoher Oberflächenenergie unterstützen das Fließverhalten des Klebstoffs und begünstigen den engen Kontakt. Sie können den Klebstoff an die Oberflächenenergie des Substrats anpassen oder die Oberflächenenergie des Substrats durch Grundieren, Ätzen oder andere Methoden verändern.
Überlegungen zur Oberflächenreinheit

Schmutz, Öl, Fett oder Staub können eine Schicht bilden, die den Kontakt des Klebstoffs mit der eigentlichen Oberfläche des Materials verhindert. Gegen Oberflächenverschmutzungen kann man auf zwei Arten vorgehen. Zum einen kann die Oberfläche von sämtlichen Verunreinigungen gereinigt werden, oder es wird aber ein Klebstoff ausgewählt, der so formuliert ist, dass er auch noch bei einem gewissen Verschmutzungsgrad verwendet werden kann.
Verklebung rauer Oberflächen

Rauheit kann die für eine Bindung verfügbare Gesamtfläche erhöhen, wodurch eine stärkere Klebeverbindung ermöglicht wird. Allerdings kann eine übermäßige Rauheit auch das Fließverhalten des Klebstoffs auf der Oberfläche beeinträchtigen. Sie sollten also entweder die Oberflächenrauheit so verändern, dass sie zur Ihrem Klebstoff passt, oder einen anderen Klebstoff auswählen, der geeigneter ist.

Die Wissenschaft des Klebens – Schulungsreihe

Die Schulungsreihe „Die Wissenschaft des Klebens“ ist eine umfassende Einführung in die Wissenschaft der Adhäsion und den Einsatz von Klebebändern und Klebstoffen für Verbindungslösungen. Besuchen Sie die Seite Die Wissenschaft des Klebens, um alle Artikel anzusehen, oder wählen Sie eines der unten angeführten Themen aus.

Die Grundlagen der Oberflächenwissenschaft

Oberfläche versus Masse

Die Bedeutung des Oberflächenkontakts

Oberflächenenergie

Überlegungen zur Oberflächenreinheit

Verklebung rauer Oberflächen

Ähnliche Schulungsartikel